Name: Połączenie stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym i elektroencefalogramu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-10-10T14:43:00.000+00:00
Duration: 6 min 14 s
Description: Poznaj metodę łączenia stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym HD-tACS z elektroencefalogramem w badaniu pamięci roboczej. Protokół umożliwia ocenę wpływu stymulacji theta na aktywność neuronową.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Prace te były wspierane przez granty badawcze od National Natural Science Foundation of China (31972906), Fundamental Research Funds for the Central Universities (SWU2209235), Innovation Research 2035 Pilot Plan Southwest University (SWUPilotPlan006), Open Research Fund Państwowego Key Laboratory of Cognitive Neuroscience and Learning (CNLZD2102) oraz Graduate Research Innovation Project Southwest University (SWUS24034).

Protokół został zatwierdzony przez Instytucjonalną Radę Przeglądową Uniwersytetu Southwest i przeprowadzony zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi. Ta demonstracja protokołu prezentuje dane od jednego zdrowego dorosłego uczestnika (wiek = 25 lat, kobieta), aby zilustrować procedury protokołu. Uczestnik przed eksperymentem wyraził pisemną świadomą zgodę. Używany sprzęt jest wymieniony w Tabeli Materiałów.
1. Określenie parametrów stymulacji
Na podstawie wcześniejszych badań dotyczących oscylacji nerwowych leżących u podstaw pamięci roboczej16, 25, 26, wybraliśmy częstotliwość stymulacji 4 Hz, czas trwania stymulacji 10 minut oraz lewy obszar ciemieniowy jako miejsce docelowe dla tego protokołu.
2. Rejestracja EEG przed stymulacją
Dane bazowe EEG były rejestrowane podczas wykonywania zadania z pamięcią roboczą 2-back. Przed eksperymentem oczyszczono skórę głowy uczestnika. Wszystkie elektrody EEG były wypełnione żelem przewodzącym za pomocą plastikowej strzykawki. Konkretnie, końcówka strzykawki była używana do rozdzielania włosów przez otwory elektrody, a żel był wstrzykiwany, aby zapewnić bezpośredni kontakt elektrody ze skórą głowy. Skóra głowy była delikatnie pocierany końcówką strzykawki, aż impedancja każdej elektrody spadła poniżej 5 kΩ. Kapsułka mózgu EEG użyta w tym protokole zawierała 64 elektrody ułożone zgodnie z systemem 10-20. Impedancja elektrody była monitorowana przez kliknięcie opcji Impedancja w interfejsie oprogramowania (Rysunek 1). Aby zapewnić wysoką jakość zapisu EEG, zakres wyświetlacza impedancji ustawiono na 0-5 kΩ. Elektrody o impedancji wyświetlanej na pomarańcz lub zielono interpretowano jako poniżej 5 kΩ. Gdy impedancja wszystkich elektrod została potwierdzona jako poniżej 5 kΩ, rejestracja EEG była rozpoczęta przez naciśnięcie Start w oprogramowaniu, gdy uczestnik wykonywał zadanie 2-back (Rysunek 2). Sygnały EEG były również wizualizowane podczas zadania (Rysunek 2). Procedura zadania 2-back w naszym protokole została przedstawiona na Rysunku 3.
3. Przygotowanie do stymulacji
Uczestnicy zostali najpierw ocenieni, aby potwierdzić, że nie mieli historii zaburzeń neurologicznych ani psychiatrycznych związanych z tES. Skóra głowy uczestnika była ponownie czyszczona przed stymulacją. Wszystkie niezbędne materiały zostały przygotowane z wyprzedzeniem (rysunek 4). Sprzęt został zmontowany w następujący sposób:27: Zainstalowano baterie i potwierdzono pełne naładowanie. Kabel wejściowy został użyty do połączenia 2-kanałowego stymulatora tES z wielokanałowym interfejsem stymulacyjnym 4×1. Kabel wyjściowy był następnie podłączony do interfejsu 4×1, a do kabla wyjściowego podłączono pięć elektrod Ag/AgCl (rysunek 5).
Po zakończeniu wszystkich połączeń urządzeń włączono 2-kanałowy stymulator tES oraz system interfejsu 4×1. Pięć plastikowych obudów wysokiej rozdzielczości (HD) zostało osadzonych w określonych miejscach elektrod (P3, CP3, P1, PO3, P5) w kapsuli mózgowej EEG, a następnie nasadzono ją na głowę uczestnika (rysunek 6).
Na powierzchnię skóry głowy przez otwór obudowy HD nałożono elektryczny żel. Za pomocą końcówki strzykawki włos został rozdzielony, odsłaniając skórę głowy, a przewodzący żel nakładano bezpośrednio na odsłonięty obszar. Następnie do obudów HD wstawiano pięć elektrod, a elektroda nr 5 umieszczona była w centrum konfiguracji pierścieniowej (czyli P3). Pozostałe cztery elektrody zostały umieszczone wokół elektrody centralnej w sąsiednich miejscach (tj. P1, PO3, P5 i CP3; Rysunek 6). Podobnie, wszystkie elektrody EEG były wypełnione żelem przewodzącym, a ich impedancje zostały potwierdzone jako poniżej 5 kΩ (Rysunek 1).
4. Stymulacja
Przed rozpoczęciem stymulacji potwierdzono, że domyślny tryb stymulatora jest ustawiony na "SKAN". W tym trybie system wyświetlał impedancję każdej elektrody indywidualnie (rysunek 7). Wartość impedancji każdej elektrody była widziana przez naciśnięcie odpowiednich ponumerowanych przycisków na interfejsie 4×1. Wartości impedancji poniżej 1,5 wskazywały na akceptowalną jakość27,28. Jeśli jakakolwiek wartość impedancji przekraczała ten próg, odpowiadającą mu plastikową obudowę regulowano przez otwarcie nakrętki i szorowanie skóry głowy końcówką strzykawki, aby uzyskać pożądaną impedancję.
Parametry stymulacji zostały ustawione na 2-kanałowym stymulatorze tES, w tym przebieg prądu, czas trwania i intensywność (Rysunek 7). Do ustawiania odpowiednich parametrów używano czterech pokręteł. Joystick służył do włączania lub wyłączania fałszywego stanu. W tym protokole stymulacja była dostarczana w przebiegu prądu przemiennego, 2 mA i 4 Hz przez 10 minut. Następnie poziom "RELAX" został przełączony na pełny prąd. Tryb stymulatora został następnie zmieniony ze SCAN na PASS za pomocą przycisku MODE SELECT . Polaryzacja stymulacji (centralna anoda lub środkowa katoda) była wybierana przez naciśnięcie przycisku POLARYZACJA .
Stymulacja była inicjowana przez naciśnięcie przycisku START na 2-kanałowym stymulatorze tES. Intensywność prądu stopniowo rosła, aż osiągnięto docelową intensywność. Timer pokazywał pozostały czas stymulacji. Jeśli uczestnik odczuwał dyskomfort podczas bieżącego zwiększania, intensywność mogła zostać nieznacznie zmniejszona za pomocą dźwigni "RELAX". Gdy uczestnik czuł się ponownie komfortowo, dźwignia "RELAX" była stopniowo przesuwana do przodu, aby przywrócić pełną intensywność prądu. W razie potrzeby stymulacja mogła zostać przerwana w dowolnym momencie za pomocą przycisku "ABORT".
5. Rejestracja EEG po stymulacji
Po stymulacji plastikowe obudowy HD oraz elektrody stymulacyjne zostały usunięte z kapsuły mózgu EEG. Elektrody EEG wcześniej usunięte z pozycji P3, CP3, P1, PO3 i P5 zostały ponownie umieszczone na swoich pierwotnych miejscach. Każda elektroda była delikatnie wprowadzana przez wyznaczony otwór w nakrętce, zgodnie z układem systemu 10-20, i zabezpieczana, ustawiając ją przez wyrównanie z podskórną powierzchnią głowy. Końcówka plastikowej strzykawki była używana do rozdzielania włosów przez otwór, aby zapewnić bezpośredni kontakt ze skórą głowy, a przewodzący żel nakładano na każdą elektrodę tą samą strzykawką. Impedancja każdej elektrody EEG została następnie sprawdzona i potwierdzona jako poniżej 5 kΩ przed rozpoczęciem rejestracji EEG po stymulacji.

<ol><li>Hanslmayr, S., Axmacher, N., Inman, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulating+human+memory+via+entrainment+of+brain+oscillations%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Modulating human memory via entrainment of brain oscillations.</a> Trends Neurosci. 42 (7), 485-499 (2019).</li>
<li>Alekseichuk, I., Turi, Z., De Lara, G. A., Antal, A., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+working+memory+in+humans+depends+on+theta+and+high+gamma+synchronization+in+the+prefrontal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Spatial working memory in humans depends on theta and high gamma synchronization in the prefrontal cortex.</a> Curr Biol. 26 (12), 1513-1521 (2016).</li>
<li>Dissanayaka, T., Zoghi, M., Farrell, M., Egan, G. F., Jaberzadeh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Does+transcranial+electrical+stimulation+enhance+corticospinal+excitability+of+the+motor+cortex+in+healthy+individuals%3F+A+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Does transcranial electrical stimulation enhance corticospinal excitability of the motor cortex in healthy individuals? A systematic review and meta-analysis.</a> Eur J Neurosci. 46 (4), 1968-1990 (2017).</li>
<li>Liu, Y., Luo, Y., Zhang, N., Zhang, X., Liu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+scientometric+review+of+the+growing+trends+in+transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">A scientometric review of the growing trends in transcranial alternating current stimulation (tACS).</a> Front Hum Neurosci. 18, 1362593(2024).</li>
<li>Antal, A., Herrmann, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+and+random+noise+stimulation%3A+Possible+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Plast%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current and random noise stimulation: Possible mechanisms.</a> Neural Plast. 2016 (1), 3616807(2016).</li>
<li>Cruciani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-frequency+transcranial+alternating+current+stimulation+matching+individual+frequency+of+somatosensory+evoked+high-frequency+oscillations+can+modulate+the+somatosensory+system+through+thalamocortical+pathway%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb+Cortex%22%5BJournal%5D)">High-frequency transcranial alternating current stimulation matching individual frequency of somatosensory evoked high-frequency oscillations can modulate the somatosensory system through thalamocortical pathway.</a> Cereb Cortex. 34 (1), bhad481(2024).</li>
<li>Nissim, N., Pham, D., Poddar, T., Blutt, E., Hamilton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+of+gamma+transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29+on+cognitive+and+memory+processes+in+patients+with+mild+cognitive+impairment+or+alzheimer%27s+disease%3A+A+literature+review%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimul%22%5BJournal%5D)">The impact of gamma transcranial alternating current stimulation (tACS) on cognitive and memory processes in patients with mild cognitive impairment or alzheimer's disease: A literature review.</a> Brain Stimul. 16 (3), 748-755 (2023).</li>
<li>Haller, N., Senner, F., Brunoni, A. R., Padberg, F., Palm, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gamma+transcranial+alternating+current+stimulation+improves+mood+and+cognition+in+patients+with+major+depression%5BTitle%5D)+AND+%22J+Psychiatr+Res%22%5BJournal%5D)">Gamma transcranial alternating current stimulation improves mood and cognition in patients with major depression.</a> J Psychiatr Res. 130, 31-34 (2020).</li>
<li>Ai, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+different+types+of+high-definition+transcranial+electrical+stimulation+on+visual+working+memory+and+contralateral+delayed+activity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neuroeng+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Effects of different types of high-definition transcranial electrical stimulation on visual working memory and contralateral delayed activity.</a> J Neuroeng Rehabil. 21 (1), 201(2024).</li>
<li>Reinhart, R. M., Nguyen, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Working+memory+revived+in+older+adults+by+synchronizing+rhythmic+brain+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits.</a> Nat Neurosci. 22 (5), 820-827 (2019).</li>
<li>Gözenman, F., Berryhill, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Working+memory+capacity+differentially+influences+responses+to+TDCS+and+HD-TDCS+in+a+retro-cue+task%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Lett%22%5BJournal%5D)">Working memory capacity differentially influences responses to TDCS and HD-TDCS in a retro-cue task.</a> Neurosci Lett. 629, 105-109 (2016).</li>
<li>Müller, D., Habel, U., Brodkin, E. S., Weidler, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-definition+transcranial+direct+current+stimulation+%28HD-TDCS%29+for+the+enhancement+of+working+memory-a+systematic+review+and+meta-analysis+of+healthy+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimul%22%5BJournal%5D)">High-definition transcranial direct current stimulation (HD-TDCS) for the enhancement of working memory-a systematic review and meta-analysis of healthy adults.</a> Brain Stimul. 15 (6), 1475-1485 (2022).</li>
<li>Kuo, H. -I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparing+cortical+plasticity+induced+by+conventional+and+high-definition+4%C3%971+ring+TDCS%3A+A+neurophysiological+study%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimul%22%5BJournal%5D)">Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4×1 ring TDCS: A neurophysiological study.</a> Brain Stimul. 6 (4), 644-648 (2013).</li>
<li>Datta, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gyri-precise+head+model+of+transcranial+direct+current+stimulation%3A+Improved+spatial+focality+using+a+ring+electrode+versus+conventional+rectangular+pad%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimul%22%5BJournal%5D)">Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad.</a> Brain Stimul. 2 (4), 201-207 (2009).</li>
<li>Buzsáki, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBuzs%C3%A1ki%2C+G+%22Rhythms+of+the+brain%22">Rhythms of the brain</a>. , Oxford University Press. (2006).</li>
<li>Pahor, A., Jaušovec, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+theta+and+gamma+tACS+on+working+memory+and+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The effects of theta and gamma tACS on working memory and electrophysiology.</a> Front Hum Neurosci. 11, 651(2018).</li>
<li>Riddle, J., Mcferren, A., Frohlich, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Causal+role+of+cross-frequency+coupling+in+distinct+components+of+cognitive+control%5BTitle%5D)+AND+%22Prog+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Causal role of cross-frequency coupling in distinct components of cognitive control.</a> Prog Neurobiol. 202, 102033(2021).</li>
<li>Noury, N., Hipp, J. F., Siegel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+processes+non-linearly+affect+electrophysiological+recordings+during+transcranial+electric+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Physiological processes non-linearly affect electrophysiological recordings during transcranial electric stimulation.</a> Neuroimage. 140, 99-109 (2016).</li>
<li>Neuling, T., Ruhnau, P., Weisz, N., Herrmann, C. S., Demarchi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Faith+and+oscillations+recovered%3A+On+analyzing+EEG%2FMEG+signals+during+tACS%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Faith and oscillations recovered: On analyzing EEG/MEG signals during tACS.</a> Neuroimage. 147, 960-963 (2017).</li>
<li>Helfrich, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entrainment+of+brain+oscillations+by+transcranial+alternating+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation.</a> Curr Biol. 24 (3), 333-339 (2014).</li>
<li>Voss, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Induction+of+self-awareness+in+dreams+through+frontal+low+current+stimulation+of+gamma+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Induction of self-awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity.</a> Nat Neurosci. 17 (6), 810-812 (2014).</li>
<li>Neuling, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Friends%2C+not+foes%3A+Magnetoencephalography+as+a+tool+to+uncover+brain+dynamics+during+transcranial+alternating+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Friends, not foes: Magnetoencephalography as a tool to uncover brain dynamics during transcranial alternating current stimulation.</a> Neuroimage. 118, 406-413 (2015).</li>
<li>Bailey, K., Mlynarczyk, G., West, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slow+wave+activity+related+to+working+memory+maintenance+in+the+n-back+task%5BTitle%5D)+AND+%22J+Psychophysiol%22%5BJournal%5D)">Slow wave activity related to working memory maintenance in the n-back task.</a> J Psychophysiol. 30 (4), 141-154 (2016).</li>
<li>Scharinger, C., Soutschek, A., Schubert, T., Gerjets, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+working+memory+load+in+n-back+and+working+memory+span+tasks+by+means+of+EEG+frequency+band+power+and+P300+amplitude%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Comparison of the working memory load in n-back and working memory span tasks by means of EEG frequency band power and P300 amplitude.</a> Front Hum Neurosci. 11, 6(2017).</li>
<li>Grover, S., Wen, W., Viswanathan, V., Gill, C. T., Reinhart, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-lasting%2C+dissociable+improvements+in+working+memory+and+long-term+memory+in+older+adults+with+repetitive+neuromodulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Long-lasting, dissociable improvements in working memory and long-term memory in older adults with repetitive neuromodulation.</a> Nat Neurosci. 25 (9), 1237-1246 (2022).</li>
<li>Senkowski, D., Sobirey, R., Haslacher, D., Soekadar, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Boosting+working+memory%3A+Uncovering+the+differential+effects+of+TDCS+and+tACS%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb+Cortex+Commun%22%5BJournal%5D)">Boosting working memory: Uncovering the differential effects of TDCS and tACS.</a> Cereb Cortex Commun. 3 (2), tgac018(2022).</li>
<li>Chen, W., Chen, R., He, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulation+location+determination+using+a+3d+digitizer+with+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Stimulation location determination using a 3d digitizer with high-definition transcranial direct current stimulation.</a> J Vis Exp. (154), e60263(2019).</li>
<li>Villamar, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technique+and+considerations+in+the+use+of+4x1+ring+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+%28HD-TCDS%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-TCDS).</a> J Vis Exp. (77), e50309(2013).</li>
<li>Delorme, A., Makeig, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eeglab%3A+An+open+source+toolbox+for+analysis+of+single-trial+EEG+dynamics+including+independent+component+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Eeglab: An open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics including independent component analysis.</a> J Neurosci Methods. 134 (1), 9-21 (2004).</li>
<li>Yan, X., Boudrias, M. -H., Mitsis, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+transcranial+alternating+current+stimulation+EEG+artifacts+using+blind+source+separation+and+wavelets%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Removal of transcranial alternating current stimulation EEG artifacts using blind source separation and wavelets.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 69 (10), 3183-3192 (2022).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) oferuje nieinwazyjne podejście do modulacji określonych rytmów mózgu. Dzięki doskonałej rozdzielczości EEG doskonale nadaje się do badania zarówno spontanicznych, jak i zewnętrznych synchronizacji oscylacji nerwowych. Połączenie tACS z EEG zapewnia podejście multimodalne do badania funkcji i struktury mózgu oraz dalszego badania mechanizmów nerwowych efektów tACS. W ten sposób protokół ten stanowi praktyczną metodę integracji HD-tACS z EEG.
J...

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) to nieinwazyjna metoda neuromodulacji, która dostarcza słabe sinusoidalne prądy elektryczne do mózgu o określonych częstotliwościach lub kombinacjach częstotliwości 1,2. W ramach szerszej kategorii przezczaszkowej stymulacji elektrycznej (tES), która obejmuje także przezczaszkową stymulację prądem stałym (tDCS), przezczaszkową stymulację losowym szumem (tRNS) oraz przezczaszkową stymulację impulsowym prądem (tPCS)3, tACS jest szczególnie znany ze względu na zdolność modulowania endogennych rytmów mózgowych. W przeciwieństwie do innych modalności tES, tACS może synchronizować się z trwającymi oscylacjami nerwowymi, wzmacniając lub przywracając funkcje poznawcze poprzez synchronizację oscylacji neuronalnych na docelowych częstotliwościach 1,4,5,6. Ponadto tACS jest uznawany za potencjalną opcję terapeutyczną w leczeniu szerokiego zakresu zaburzeń psychiatrycznych, takich jak poprawa zdolności pamięci u pacjentów z chorobą Alzheimera7 oraz łagodzenie objawów depresji8.
Chociaż tradycyjny tACS oparty na wypadowcach wykazał swój potencjał, jego stosunkowo szeroki rozkład prądu może ograniczać precyzyjne celowanie9. Wysokorozdzielczość tACS (HD-tACS) rozwiązuje ten problem za pomocą montażu pierścieniowego 4×1, gdzie centralna elektroda otoczona jest czterema elektrodami powrotnymi, co zwiększa ogniskość poprzez koncentrację przepływu prądu pod elektrodącentralną 10,11,12. Ten montaż może osiągnąć większą intensywność i dłuższy czas trwania w porównaniu do tradycyjnego tACS13,14 opartego na padach.
Oscylacje mózgu odzwierciedlają zsynchronizowaną aktywność zespołów neuronalnych i są fundamentalne dla różnych procesów poznawczych15, w tym pamięci roboczej 10,16. Jednak pozostaje otwartą kwestią, czy te oscylacje pełnią funkcję funkcyjną przyczynową, czy jedynie korelują z poznaniem. Aby dalej ujawnić związek przyczynowy, badacze mogą stosować protokoły stymulacji mózgu, takie jak tACS, do modulowania aktywności oscylacyjnej i obserwowania odpowiadających im zmian zachowań1. Kompleksowe zrozumienie, jak bodźce zewnętrzne wpływają na funkcje poznawcze, wymaga badania nie tylko wyników behawioralnych, ale także miar fizjologicznych, takich jak EEG. EEG pozwala badaczom monitorować, czy i w jaki sposób synchronizacja indukowana przez tACS wpływa na aktywność neuronalną 1,17.
Masywne artefakty generowane przez tACS utrudniały wiarygodną analizę sygnałów EEG zarejestrowanych podczas stymulacji18,19. Chociaż wielu badaczy próbuje oddzielić artefakty wywołane tACS od aktywności mózgu, takich jak PCA20, filtrowanie czasowe21 czy formowanie wiązki22, wiarygodność tych prób pozostaje niepewna18. Po zakończeniu stymulacji populacja neuronalna stopniowo wraca do stanu wyjściowego, co prowadzi do echa synchronizacji. Echa synchronizacji dają cenną okazję do oceny synchronizacji nerwowej za pomocą EEG, ponieważ następują po stymulacji i są wolne od artefaktów indukowanych przez tACS. Jednak krótki czas trwania echa synchronizacji zmniejsza prawdopodobieństwo zaobserwowania wiarygodnego synchronizacji neuronalnej w EEG. Dlatego pilnie potrzebne jest praktyczne podejście do rejestrowania EEG bezpośrednio po stymulacji HD-tACS.
Celem obecnego protokołu jest pokazanie, jak łączyć HD-tACS z wysokiej jakości EEG w celu oceny efektów stymulacji. Poprzez rejestrowanie EEG przed i po 10-minutowej stymulacji HD-tACS (oscylacje theta 4Hz) skierowanej na lewy obszar ciemieniowy w ramach zadania 2-back z pamięcią roboczą, protokół ten umożliwia badaczom ocenę neurofizjologicznych efektów stymulacji bez artefaktów indukowanych przez tACS. Zadanie 2-back to szeroko stosowany paradygmat oceny pamięci roboczej, który obejmuje zarówno manipulację, jak i przechowywanie informacji23,24. Procesy pamięci roboczej, w tym te zaangażowane podczas zadania 2-back, są ściśle powiązane z oscylacjami theta w sieciach czołowo-ciemieniowych. To stanowi silne teoretyczne uzasadnienie dla celowania stymulacji częstotliwością theta w tym paradygmatze 16,25,26. Aby zapewnić jakość danych EEG, zalecamy utrzymywanie impedancji elektrod EEG poniżej 5 kΩ i rejestrowanie danych w standardowym, elektrycznie osłoniętym środowisku. Opisane metody można dostosować do innych celów stymulacji (np. grzbietowo-bocznej kory przedczołowej, DLPFC), innych pasm częstotliwości (np. oscylacje alfa) oraz innych paradygmatów poznawczych (np. uwagi). Parametry stymulacji, takie jak intensywność i czas trwania, które są kluczowe dla skuteczności stymulacji, można określić na podstawie konkretnych celów badawczych. Mamy nadzieję, że protokół ten ułatwi szersze zastosowania integracji tACS-EEG oraz zachęci do bardziej rygorystycznego badania dynamiki synchronizacji nerwowej.

<table><tbody><tr><td>EEG Braincap</td><td>PRODUKTY MÓZGU</td><td>BC-64-X42-UAMW-56</td><td>64 kanały oparte na systemie 10-20</td></tr><tr><td>4&acute; 1 HD-tES</td><td>Soterix medical</td><td>4&acute; 1-C3A</td><td>Soteriks 4& razy; 1 adapter HD-tDCS / HD-tES przekształca dowolny 2-kanałowy stymulator tDCS Soterix Medical w urządzenie HD-tDCS / tES. 4& razy; 1 adapter HD-tES nie jest samodzielnym stymulatorem i podczas stymulacji nie generuje żadnego prądu. A raczej, 4& razy; 1 adapter HD-tES inteligentnie dzieli i kieruje prądem generowanym przez urządzenie dwukanałowe, konwertując go na HD-tES (HD-tDCS, HD-tACS, HD-tRNS, HD-tPCS, HD-tODCS).</td></tr></tbody></table>

połączenie stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym i elektroencefalogramu

The Combination of Transcranial Alternating Current Stimulation and Electroencephalogram

Oscylacje nerwowe są integralną częścią różnych procesów poznawczych, w tym pamięci roboczej, uwagi i percepcji. Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) stała się nieinwazyjnym narzędziem do badania przyczynowych zależności między oscylacjami mózgu a funkcjami poznawczymi. Poprzez celowanie w określone częstotliwości, tACS może modulować aktywność oscylacyjną, dostarczając wglądu w rolę rytmów nerwowych w funkcjonowaniu poznawczym. Aby zrozumieć wpływ tACS na dynamikę oscylatoryjną i procesy poznawcze, niezbędne jest połączenie pomiarów fizjologicznych, takich jak EEG, z danymi behawioralnymi. TACS wysokiej rozdzielczości (HD-tACS) poprawia precyzję przestrzenną stymulacji, umożliwiając bardziej lokalne celowanie w określone obszary korowe. Protokół ten określa metodę łączenia HD-tACS z EEG w celu oceny zmian oscylacji częstotliwości theta (4 Hz) w lewej korze ciemieniowej. Nagrania EEG są wykonywane przed i po stymulacji podczas zadania pamięci roboczej z 2-backiem, aby zbadać aktywność theta. To podejście stanowi potężne narzędzie do badania mechanizmów nerwowych leżących u podstaw modulacji poznawczej poprzez rytmiczną stymulację mózgu.

Dane EEG mogą być analizowane w dziedzinie czasu (np. potencjały związane ze zdarzeniami), w dziedzinie częstotliwości (np. analiza spektralna) lub w dziedzinie czaso-częstotliwości (np. analiza czasowo-częstotliwościowa). W tym przypadku zastosowano analizę czasowo-częstotliwościową do zbadania zmian aktywności oscylacyjnej związanych ze stymulacją. Dane EEG uzyskane przed i po stymulacji od reprezentatywnego uczestnika były wstępnie przetwarzane przy użyciu zestawu narzędzi EEGLAB w MATLAB. Etapy wstępnego przetwarzani...

Protokół ten ustanawia praktyczne podejście do łączenia HD-tACS z EEG w celu badania efektów stymulacji nerwowych podczas zadań poznawczych, wykorzystując stymulację częstotliwością theta w pamięci roboczej jako przykład.

Połączenie stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym i elektroencefalogramu

Neural oscillations are integral to various cognitive processes, including working memory, attention, and perception. Transcranial alternating current ...

Obecny protokół ma na celu pokazanie, jak połączyć przezczaszkową stymulację prądową w wysokiej rozdzielczości z EEG. Poprzez rejestrowanie EEG przed i po stymulacji, protokół ten umożliwia badaczom ocenę neurofizjologicznych efektów stymulacji. Na początek oczyść skórę głowy uczestnika przed eksperymentem.Umieść 64-kanałową czapkę EEG w mózgu, z elektrodami ułożonymi według systemu 10-20, na głowie uczestnika. Monitoruj impedancję elektrody, wybierając impedancję w interfejsie oprogramowania. Ustaw zakres wyświetlacza impedancji od zera do pięciu kilogramów omów, aby zapewnić wysoką jakość nagrań.Interpretuj sygnały pomarańczowe lub zielone na wyświetlaczu jako poniżej pięciu kilo omów. Użyj końcówki strzykawki, aby rozdzielić włosy przez otwory elektrody, a następnie wstrzyknąć żel, aby zapewnić bezpośredni kontakt między każdą elektrodą a skórą głowy. Delikatnie pocieraj skórę głowy końcówką strzykawki, aż impedancja każdej elektrody spadnie poniżej pięciu kilo omów.Po potwierdzeniu impedancji dla wszystkich elektrod rozpocznij nagrywanie EEG, naciskając start w programie, podczas gdy uczestnik wykonuje zadanie dwóch z tyłu. Wizualizuj sygnały EEG podczas zadania. Przed stymulacją ponownie oczyść skórę głowy uczestnika.Przygotuj wszystkie niezbędne materiały z wyprzedzeniem. Zainstaluj baterie i poupewnij się, że są w pełni naładowane. Użyj kabla wejściowego, aby podłączyć dwukanałowy przezczaszkowy stymulator elektryczny do interfejsu stymulacyjnego cztery na jednego.Podłącz kabel wyjściowy do interfejsu cztery na jeden i podłącz pięć elektrod z chlorku srebra lub srebra do przewodu wyjściowego. Po zakończeniu wszystkich połączeń włącz stymulator dwukanałowy i system cztery na jednego. Teraz osadz pięć plastikowych obudów wysokiej rozdzielczości w wyznaczonych miejscach w nasadce mózgu EEG w miejscach P3, CP3, P1, PO3 i P5. Następnie założ czapkę EEG na głowę uczestnika.Nakładaj przewodzący żel na skórę głowy przez każde otwarcie obudowy HD, używając końcówki strzykawki. Rozdzielam włosy, aby odsłonić skórę głowy i nałóż żel bezpośrednio. Włóż pięć elektrod do obudów, z elektrodą pięć na P3, a resztą ją otaczając.Ponownie napełnij wszystkie elektrody EEG żelem przewodzącym i potwierdź impedancję poniżej pięciu kilo omów. Potwierdź, że domyślny tryb stymulatora jest ustawiony na skanowanie. Następnie oglądaj wartości impedancji każdej elektrody osobno, naciskając numerowane przyciski na interfejsie czterech na jednego.Jeśli impedancja przekracza 1,5, otwórz nakrętkę i wyszoruj skórę głowy końcówką strzykawki, aby zmniejszyć impedancję. Ustaw parametry stymulacji na stymulatorze dwukanałowym, w tym przebieg, czas trwania i intensywność, używając czterech pokręteł. Użyj joysticka, aby przełączyć stan fałszywy.Ustaw parametry na przebieg prądu zmiennego, dwa miliampery i cztery herce na 10 minut. Zmień poziom relaksu na pełny prąd. Następnie zmień tryb stymulatora ze skanu na przejście, używając przycisku wyboru trybu.Rozpocznij stymulację, naciskając przycisk start na stymulatorze. Obserwuj wzrost prądu na ekranie aż do osiągnięcia docelowej intensywności. Jeśli pojawi się dyskomfort, zmniejsz intensywność za pomocą rozluźnionej dźwigni i wznow, gdy uczestnik poczuje się komfortowo.Zakończ stymulację, jeśli to konieczne, naciskając przycisk przerwania. Usuń obudowy HD i elektrody stymulacyjne z nasadki EEG. Ponownie włóż oryginalne elektrody EEG w miejscach P3, CP3, P1, PO3 i P5. Użyj końcówki strzykawki, aby rozdzielić włos i nałóż przewodzący żel bezpośrednio na każdą ponownie włożoną elektrodę.Przed rozpoczęciem rejestracji EEG po stymulacji poupewnij impedancję poniżej pięciu kilogramów omów. Artefakty oczne zostały pomyślnie usunięte podczas wstępnego przetwarzania EEG, co ilustruje brak typowych sygnałów ruchu oczu w śladach odrzucenia artefaktu. Spektrogramy czasowo-częstotliwościowe wykazały spadek mocy pasma theta po stymulacji w porównaniu do przedstymulacji.Protokół ten przedstawia praktyczną metodę integracji HDTACS z EEG. Mamy nadzieję, że protokół ten ułatwi szersze zastosowania integracji TACS i EEG oraz zachęci do częstszego badania dynamiki neuro-synchronizacji. Protokół ten może być rozszerzony na większe próby z dostosowanymi parametrami stymulacji, aby zbadać szerszy zakres funkcji poznawczych i afektywnych.

the-combination-transcranial-alternating-current-stimulation

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Źródło: Stefanou, M., et.al. Stymulacja mózgu zależna od stanu mózgu z przezczaszkową stymulacją magnetyczną wyzwalaną elektroencefalografią w czasie rzeczywistym. J. Vis. Exp. (2019 rok)Ten film pokazuje proces przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) wyzwalanej przez EEG w czasie rzeczywistym w celu zbadania pobudliwości kory mózgowej. Procedura polega na umieszczeniu cewki TMS nad korą ruchową, synchronizacji stymulacji z określonymi fazami sygnału EEG i rejestrowaniu potencjałów...

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna wyzwalana elektroencefalografią w czasie rzeczywistym w celu pobudzenia kory mózgowej

Źródło: Fehér, K. D. et al., Jednoczesne nagrywanie elektroencefalografii podczas przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym (tACS). J. Vis. Exp. (2016)Ten film demonstruje konfigurację jednoczesnej przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym (tACS) i eksperymentów elektroencefalografii (EEG) w celu dostarczania rytmicznych sygnałów elektrycznych do mózgu podczas rejestrowania aktywności mózgu. Procedura zapewnia izolację elektrod i zapobiega mostkowaniu żelu, zapewniając dokładną...

Ustanowienie jednoczesnej przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym i elektroencefalografii do rejestrowania aktywności ludzkiego mózgu

Źródło: Lioumis, P. et al. Połączona przezczaszkowa stymulacja magnetyczna i elektroencefalografia grzbietowo-bocznej kory przedczołowej.  J. Vis. Exp. (2018)Ten film przedstawia protokół łączenia przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i elektroencefalografii w celu oceny pobudliwości kory mózgowej oraz równowagi między pobudzeniem a hamowaniem w grzbietowo-bocznej korze przedczołowej.

Połączona przezczaszkowa stymulacja magnetyczna i elektroencefalografia grzbietowo-bocznej kory przedczołowej

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) to nieinwazyjna technika stymulacji mózgu, która wykazała początkowe efekty terapeutyczne w kilku stanach neurologicznych. Głównym mechanizmem leżącym u podstaw tych efektów terapeutycznych jest modulacja pobudliwości kory mózgowej. Dlatego monitorowanie pobudliwości kory mózgowej online pomogłoby w kierowaniu parametrami stymulacji i optymalizacji jej efektów terapeutycznych. W niniejszym artykule omówiono zastosowanie nowatorskiego urządzenia,...

Jednoczesne monitorowanie EEG podczas przezczaszkowej stymulacji prądem stałym

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) jest techniką nieinwazyjnej stymulacji mózgu. Z powodzeniem stosuje się go w badaniach podstawowych i warunkach klinicznych do modulowania funkcji mózgu u ludzi. W artykule opisano implementację tDCS i jednoczesnego funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) w celu zbadania neuronalnych podstaw efektów tDCS.

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym i jednoczesne funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego

W tym artykule wyjaśniamy, jak skonfigurować jednoczesną przezczaszkową stymulację prądem zmiennym i eksperyment EEG.

Jednoczesna rejestracja elektroencefalografii podczas przezczaszkowej stymulacji prądem zmiennym (tACS)

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) pozwala na modulację pobudliwości kory mózgowej w sposób specyficzny dla częstotliwości. Tutaj pokazujemy unikalne podejście, które łączy tACS online z jednopulsową przezczaszkową stymulacją magnetyczną (TMS) w celu "zbadania" pobudliwości kory mózgowej za pomocą motorycznych potencjałów wywołanych.

Wpływ przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym na pierwotną korę ruchową metodą online z przezczaszkową stymulacją magnetyczną

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) jest obiecującym narzędziem do nieinwazyjnego badania oscylacji mózgu, chociaż jej efekty nie są w pełni zrozumiałe. W tym artykule opisano bezpieczną i niezawodną konfigurację do jednoczesnego stosowania tACS z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym, która może zwiększyć zrozumienie oscylacyjnej funkcji mózgu i skutków tACS.

Jednoczesna przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym i funkcjonalny rezonans magnetyczny

Przedstawiony tutaj protokół jest przeznaczony do badań TMS-EEG wykorzystujących paradygmaty projektowania test-retest pobudliwości wewnątrzkorowej. Celem protokołu jest uzyskanie wiarygodnych i powtarzalnych miar pobudliwości kory mózgowej do oceny funkcjonowania neurofizjologicznego związanego z interwencjami terapeutycznymi w leczeniu chorób neuropsychiatrycznych, takich jak duża depresja.

Podczas stosowania przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS), powtarzalne przygotowanie i rozmieszczenie elektrod jest niezbędne dla tolerowanej i efektywnej sesji. Celem tego artykułu jest zademonstrowanie zaktualizowanych nowoczesnych procedur konfiguracji podawania tDCS i powiązanych technik przezczaszkowej stymulacji elektrycznej, takich jak przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS).

Zaktualizowana technika niezawodnej, łatwej i tolerowanej przezczaszkowej stymulacji elektrycznej, w tym przezczaszkowej stymulacji prądem stałym

Ten artykuł opisuje przezczaszkową stymulację magnetyczną w czasie rzeczywistym wyzwalaną elektroencefalografią w celu badania i modulowania sieci ludzkiego mózgu.

Stymulacja mózgu zależna od stanu mózgu z przezczaszkową stymulacją magnetyczną wyzwalaną elektroencefalografią w czasie rzeczywistym

Poznaj metodę łączenia stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym HD-tACS z elektroencefalogramem w badaniu pamięci roboczej. Protokół umożliwia ocenę wpływu stymulacji theta na aktywność neuronową.

Połączenie stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym i elektroencefalogramu

Przeglądaj więcej filmów