Estimulação Transcraniana Focalizada por Corrente Contínua Neuronavegada Administrada Durante a Ressonância Magnética Funcional

Resumo

Este protocolo descreve o método de colocação de eletrodos neuronavegados para estimulação focal transcraniana por corrente contínua (ETCC) administrada durante a ressonância magnética funcional (fMRI).

Resumo

A estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva que permite a modulação da excitabilidade e plasticidade do cérebro humano. As configurações de ETCC focalizadas usam arranjos de eletrodos específicos para restringir o fluxo de corrente a regiões cerebrais circunscritas. No entanto, a eficácia da ETCC focalizada pode ser comprometida por erros de posicionamento do eletrodo no couro cabeludo, resultando em reduções significativas da dose atual que atinge as regiões cerebrais alvo para ETCC. A colocação do eletrodo guiada pela neuronavegação com base na anatomia da cabeça e do cérebro do indivíduo derivada de dados de ressonância magnética estrutural (MRI) pode ser adequada para melhorar a precisão do posicionamento.

Este protocolo descreve o método de colocação de eletrodos neuronavegados para uma configuração de ETCC focalizada, que é adequada para administração concomitante durante a ressonância magnética funcional (fMRI). Também quantificamos a precisão da colocação do eletrodo e investigamos o desvio do eletrodo em um experimento simultâneo tDCS-fMRI. As etapas críticas envolvem a otimização das posições dos eletrodos com base na modelagem atual que considera a anatomia da cabeça e do cérebro do indivíduo, a implementação da colocação de eletrodos neuronavegados no couro cabeludo e a administração de ETCC otimizada e focal durante a fMRI.

A precisão regional da colocação do eletrodo é quantificada usando a norma euclidiana (Norma L²) para determinar desvios das posições reais dos eletrodos pretendidos durante um estudo simultâneo de tDCS-fMRI. Qualquer deslocamento potencial de eletrodos (desvio) durante o experimento é investigado comparando as posições reais dos eletrodos antes e depois da aquisição da fMRI. Além disso, comparamos diretamente a precisão de colocação do tDCS neuronavegado com a alcançada por uma abordagem de direcionamento baseada no couro cabeludo (um sistema de eletroencefalografia (EEG) 10-20). Essas análises demonstram precisão de posicionamento superior para neuronavegação em comparação com a colocação de eletrodos baseados no couro cabeludo e desvio insignificante do eletrodo em um período de varredura de 20 minutos.

Introdução

A estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva que permite a modificação da cognição e das funções cerebrais fisiológicas em contextos experimentais e clínicos ^1,2,3. A administração aguda de ETCC pode ter alterações transitórias na excitabilidade neuronal, com os efeitos colaterais durando de minutos a horas após a estimulação ^4,5. A corrente aplicada não induz potenciais de ação, mas desloca transitoriamente o potencial de membrana em repouso do neurônio em direção à despolarização ou hiperpolarização, resultando em aumento ou diminuição da excitabilidade neuronal no nível macroscópico usando protocolos padrão ^4,5,6. Além disso, em relação aos efeitos da plasticidade sináptica da ETCC, estudos em animais e humanos mostraram que a ETCC induz processos semelhantes à potenciação e depressão de longo prazo (LTP e LTD) ^4,5.

No sistema motor, a modulação dos potenciais evocados motores (MEPs) permite a avaliação direta dos efeitos neurofisiológicos da ETCC na excitabilidade cortical local⁷. No entanto, essa abordagem não pode quantificar os efeitos neurais da ETCC em funções cognitivas de ordem superior suportadas por redes cerebrais funcionais em larga escala⁸. Os efeitos nas redes cerebrais podem ser investigados combinando tDCS com técnicas modernas de imagem funcional ^9,10. Dentre elas, a ressonância magnética funcional (fMRI) tornou-se a abordagem mais frequentemente usada porque fornece excelente resolução espacial e temporal suficiente para revelar os mecanismos neurais pelos quais a ETCC afeta a atividade cerebral local no local da estimulação e redes neurais de grande escala 11,12,13,14.

Até agora, os estudos combinados de fMRI-tDCS empregaram principalmente as chamadas configurações convencionais de tDCS, que usam eletrodos de borracha relativamente grandes entre 25 e 35 cm² (5 x 5 cm² e 5 x 7 cm²) inseridos em bolsas de esponja embebidas em solução salina^15,16. Essas configurações projetam a corrente entre dois eletrodos que normalmente são conectados sobre (a) uma região cerebral alvo para ETCC e (b) um eletrodo de retorno sobre regiões cerebrais não alvo ou áreas extracranianas (por exemplo, o ombro). Isso resulta em fluxo de corrente generalizado através do cérebro, afetando outras regiões além da região-alvo, complicando assim as suposições causais e interpretações sobre a origem neural dos efeitos da ETCC¹⁷.

O direcionamento espacial mais preciso pode ser alcançado pelo tDCS focalizado¹⁸. Essas configurações empregam matrizes de eletrodos menores dispostos próximos uns dos outros ou usando um cátodo em forma de anel colocado em torno de um ânodo central para restringir o fluxo de corrente para a região alvo^18,19. Simulações computacionais de fluxo de corrente elétrica sugerem que o tDCS focalizado pode resultar em maior precisão espacial do fluxo de corrente para a região alvo do que as montagens convencionais²⁰. Além disso, estudos comportamentais demonstraram modulação comportamental regional e específica da tarefa usando configurações focalizadas 19,21,22. No entanto, apenas alguns estudos usaram ETCC focalizada durante a fMRI. Esses estudos foram capazes de estabelecer a viabilidade dessa abordagem e forneceram a primeira evidência para a modulação neural específica da região ^19,23.

No entanto, devido ao fornecimento de corrente regionalmente preciso, as configurações focalizadas de ETCC podem ser mais sensíveis a erros de posicionamento do eletrodo no couro cabeludo do que as montagens convencionais. Por exemplo, Seo et al. demonstraram que erros de posicionamento de 5 mm em uma configuração de córtex motor focalizado reduziram o pico de polarização somática no botão manual em até 87%²⁴. Além disso, um estudo recente de modelagem computacional demonstrou que o deslocamento do eletrodo das posições pretendidas para configurações focais em comparação com as convencionais resultou em reduções significativas da dose de corrente nas regiões-alvo para ETCC, variando de 26% a 43%²⁵. Portanto, concluiu-se que estudos futuros devem incluir rotineiramente métodos apropriados para a melhoria do posicionamento dos eletrodos e a verificação do posicionamento dos eletrodos antes e após a fMRI⁵.

No presente estudo, descrevemos o método de posicionamento do eletrodo neuronavegado para uma nova configuração focal de 3 x 1 tDCS compatível com fMRI (ou seja, três cátodos individuais dispostos em um círculo em torno de um único ânodo central), que está atualmente sendo usado em um consórcio de pesquisa colaborativa financiado pela German Science Foundation (DFG Research Unit 5429, https://www.memoslap.de). O consórcio investiga os efeitos comportamentais e neurais da ETCC focalizada na aprendizagem e na memória e os preditores da resposta à estimulação em quatro domínios funcionais (ou seja, funções visuais-espaciais, de linguagem, motoras e executivas). Os dados estruturais de ressonância magnética ponderados em T1 e T2 dos participantes do estudo são adquiridos durante uma varredura inicial. Esses dados são usados para simulações individualizadas de fluxo de corrente²⁶ para determinar as posições do couro cabeludo dos eletrodos que maximizam o fluxo de corrente para a região-alvo em participantes individuais do estudo. Como exemplo, este protocolo descreverá o direcionamento neuronavegado de posições de eletrodos determinadas individualmente centradas no córtex pré-frontal dorsolateral direito (rDLPFC) em um participante.

A seção de resultados representativos é baseada em dados de imagem estrutural adquiridos antes e depois de tDCS-fMRI simultâneos em três subprojetos da Unidade de Pesquisa. Esses estudos tiveram como alvo o córtex occipitotemporal direito (rOTC), o córtex temporo-parietal esquerdo (lTPC) e o rDLPFC. Os dados foram adquiridos no Departamento de Neurologia da Universidade de Medicina Greifswald. Usando esses dados, pretendemos atingir dois objetivos principais: (1) Quantificar a precisão espacial da colocação do eletrodo neuronavegado, comparando as posições "pretendidas" versus "reais" empiricamente determinadas²⁵ e (2) investigar o grau de deslocamento do eletrodo ao longo das sessões de fMRI (ou seja, desvio do eletrodo). Esses fatores são cruciais para melhorar a precisão e a confiabilidade dos efeitos da ETCC em estudos simultâneos de ETCC-RMf²⁷. Além disso, a precisão do direcionamento da ETCC neuronavegada é comparada à de uma abordagem baseada no couro cabeludo usando dados de um estudo anterior de ETCC-fMRI de nosso grupo²⁵.

Protocolo

Todos os procedimentos experimentais apresentados neste protocolo foram revisados e aprovados pelo comitê de ética da University Medicine Greifswald. Todos os participantes forneceram consentimento informado antes da inclusão no estudo e concederam permissão para que seus dados fossem publicados anonimamente.

1. Triagem de contraindicações e considerações gerais

1. Antes da inscrição no estudo, faça uma triagem cuidadosa dos participantes quanto às contraindicações de ressonância magnética²⁸ e ETCC²⁹ (por exemplo, marca-passos, claustrofobia, histórico de convulsões, enxaqueca, doença de pele no couro cabeludo [por exemplo, psoríase/eczema]) usando questionários apropriados.
2. Explique os objetivos do estudo e todos os procedimentos planejados aos participantes e obtenha o consentimento informado por escrito de acordo com os requisitos locais.
3. Siga os procedimentos gerais para melhorar o relatório e a reprodutibilidade de experimentos simultâneos de tDCS-fMRI e teste possíveis artefatos de imagem induzidos pelo equipamento atual e/ou tDCS, conforme recomendado pela lista de verificação ContES³⁰.
4. Use métodos apropriados para avaliar o cegamento do participante e do investigador^31,32 e os potenciais efeitos adversos da ETCC²⁹.

2. Ressonância magnética de linha de base e modelagem de corrente individualizada

1. Depois de concluir as verificações de segurança (ou seja, remoção de objetos metálicos do participante, como moedas, colares, piercings, etc.), guie o participante até a sala de scanner e posicione-o confortavelmente na mesa de exame de ressonância magnética. Fixe a parte superior da bobina principal e mova o participante dentro do orifício do scanner de ressonância magnética de acordo com as especificações do fabricante.
   NOTA: Usamos um scanner 3T equipado com uma bobina de calço de cabeça / pescoço de 64 canais.
2. Registre o novo participante usando a interface do scanner clicando em Menu principal | Exame | Cadastro do Paciente e preencha os campos obrigatórios. Vá para Escolha do Programa e colete e selecione o protocolo de imagem planejado. Clique em Orientação do paciente e selecione primeiro a cabeça, opção Posição supina . No menu suspenso Região de exame e lateralidade , escolha cérebro e clique em Exame para acessar o menu de exame.
3. Siga as instruções na tela do protocolo de varredura predefinido (como ajustar o campo de visão, etc.) para adquirir sequências de ressonância magnética ponderadas em T1 e T2. Interaja com o participante por meio do sistema de comunicação interna do scanner, se necessário.
   NOTA: Imagens ponderadas em T1 e T2 são necessárias para modelagem de corrente individualizada. A imagem ponderada em T1 também é necessária para a neuronavegação para identificar as posições planejadas e otimizadas dos eletrodos no couro cabeludo dos participantes.
4. Use o script em https://github.com/memoslap/Greifswald e os dados de imagem estrutural adquiridos durante a varredura de ressonância magnética de linha de base para realizar modelagem de corrente individualizada (por exemplo, usando SimNIBS²⁶). Siga as etapas no arquivo Readme.md para aplicar o método dos elementos finitos e as malhas de cabeça tetraédricas individualizadas geradas a partir das imagens estruturais ponderadas em T1 e T2 do participante (http://simnibs.org)26,33,34 Ferramenta CHARM ³⁵ para reconstrução da cabeça para determinar o campo elétrico de pico para determinar as posições-alvo otimizadas para colocação de eletrodos tDCS sobre o rDLPFC. Veja a Figura 1 para um exemplo do resultado do procedimento usado para este protocolo.
   NOTA: Métodos alternativos para identificação de coordenadas do couro cabeludo para direcionamento neuronavegado são possíveis e dependem de procedimentos específicos do estudo.

3. Neuronavegação

1. Etapas preparatórias
   1. Ligue o computador de controle de neuronavegação e o sistema de rastreamento.
   2. Etapas de montagem: Monte todo o equipamento necessário para a neuronavegação (Figura 2; para uma visão geral da configuração da neuronavegação, consulte a Figura Suplementar S1). O equipamento na Figura 2 consiste em (1) um rastreador de assunto, (2) chave de fenda, (3) haste hexagonal, (4) óculos de proteção e (5) ponteiro. Siga as instruções abaixo para concluir a montagem.
      1. Afrouxe o parafuso sob o rastreador de assunto com a chave de fenda.
      2. Insira o lado mais comprido da haste hexagonal na porca montada no rastreador de assunto e aperte o parafuso.
      3. Afrouxe o parafuso no lado esquerdo dos óculos (com os óculos posicionados como se estivessem olhando através deles).
      4. Insira o lado oposto da haste hexagonal na porca montada no lado esquerdo dos óculos e aperte o parafuso dos óculos.
         NOTA: Você tem a opção de instalar o rastreador de assunto no lado esquerdo ou direito dos óculos. Essa escolha depende da área-alvo em relação à posição da câmera do sistema de neuronavegação (que deve reconhecer o ponteiro e o rastreador do assunto) em relação à posição do participante. No presente exemplo, o rastreador é anexado no lado esquerdo para que a pessoa que conduz o rastreamento não fique entre o rastreador e a câmera.
   3. Transfira o T1 estrutural ponderado (por exemplo, como um arquivo da Neuroimaging Informatics Technology Initiative (NIfTI)) do respectivo participante obtido na etapa 2.3. ao computador de comando do sistema de neuronavegação.
   4. Abra o software de neuronavegação e escolha Novo projeto vazio.
   5. Carregue a imagem ponderada em T1 do participante e salve o projeto selecionando salvar projeto.
   6. Para iniciar a reconstrução da cabeça 3D, vá para a seção Reconstruções na janela principal do aplicativo. Clique em Novo... | Skin, que abrirá outra janela. Reconstrua a pele pressionando o respectivo botão. Ajuste o limiar de pele/ar se forem observadas distorções na reconstrução da cabeça.
      NOTA: Sugere-se verificar se toda a cabeça está reconstruída corretamente. Uma boa reconstrução do nariz e das orelhas é importante para detectar os pontos de referência descritos na próxima etapa.
   7. Configure cinco pontos de referência: násio, narinas esquerda e direita e fossetas pré-auriculares esquerda e direita (LPA e RPA). Eles são necessários para registrar o participante na seção Pontos de referência da janela principal do aplicativo (para obter detalhes, consulte a Figura Suplementar S2).
   8. Configure a posição do eletrodo para o rDLPFC na seção Alvos inserindo as coordenadas x, y e z da posição do ânodo (fornecidas pelas simulações de fluxo de corrente individualizadas descritas na etapa 2.4), clique em Adicionar novo e digite Ânodo como o nome da posição do eletrodo. Repita o procedimento para os três eletrodos de retorno.
2. Identificação neuronavegada das posições dos eletrodos
   1. Posicione o participante confortavelmente em uma cadeira de frente para a câmera de rastreamento. Peça a ele para colocar os óculos com o rastreador de assunto anexado.
   2. Instrua os participantes a não tocar nos óculos durante todo o procedimento de neuronavegação. Isso é crucial para um registro preciso dos pontos de referência e validação das posições dos eletrodos.
   3. Vá para a guia Sessões e, no canto esquerdo, escolha Sessão Online no menu suspenso Novo . Selecione a guia Polaris e verifique a visibilidade do rastreador de assunto e do ponteiro movendo-os para o campo de visão da câmera. Ambos os dispositivos são reconhecidos corretamente quando as cruzes vermelhas correspondentes mudam para as marcas de seleção verdes no painel Ferramentas (lado esquerdo da janela do aplicativo).
   4. Selecione a seção Registro para registrar os cinco pontos de referência predefinidos. Encontre o respectivo ponto de referência colocando o ponteiro perpendicularmente à cabeça do participante com os sensores apontando para a câmera. Em seguida, pressione o pedal do sistema de neuronavegação para confirmar a posição. Certifique-se de que uma marca de seleção verde seja vista na frente do nome de cada ponto de referência.
   5. Navegue até a seção de validação e valide os pontos de referência colocando a ponta do ponteiro nos pontos de referência registrados e verifique os dois índices de distância; O primeiro índice mostra a distância entre a mira (ponta do ponteiro virtual) e o ponto de referência registrado, o segundo índice mostra a distância entre a mira e a pele reconstruída.
      NOTA: Ao usar os parâmetros padrão do sistema de neuronavegação, índices abaixo de 5 mm indicam precisão suficiente para passar na etapa de validação. Isso é aceitável para muitos contextos experimentais. No entanto, devido à configuração focal otimizada usada neste protocolo, a validação dos eletrodos só é aceita se o desvio das coordenadas pretendidas for inferior a 1 mm (consulte a Figura 3).
   6. Mova o ponteiro sobre o couro cabeludo do participante e verifique a mira do couro cabeludo reconstruído no monitor de neuronavegação. Se a mira permanecer alinhada com o couro cabeludo reconstruído sem penetrá-lo ou criar uma lacuna acima dele, é aceitável, embora não recomendado, pular a próxima etapa.
   7. Faça uma amostra de pontos adicionais em torno de locais de pontos extremos, incluindo os locais mais à esquerda, mais à direita, mais no topo, mais atrás e mais à frente. Para fazer isso, clique no botão Adicionar no painel de pontos de referência de refinamento para cada posição. Em seguida, posicione o ponteiro na superfície alvo da cabeça, garantindo que a ponta do ponteiro toque suavemente o couro cabeludo e pressione o pedal para registrar a posição. Repita esse processo até que a distância entre a mira e a pele reconstruída seja a mais baixa possível.
      NOTA: Diferentes sistemas de neuronavegação podem usar terminologia diferente para se referir a este processo (por exemplo, registro de superfície).
   8. Selecione a seção Perform e mova o ponteiro para o local aproximado do DLPFC para encontrar a posição do ânodo central (com base nas coordenadas fornecidas na Figura 1D). Enquanto move o ponteiro, observe a tela simultaneamente. Marque as posições dos eletrodos quando a ponta do ponteiro se alinhar com o centro da mira verde na tela.
   9. Afaste o cabelo do participante da área correspondente no couro cabeludo e marque as posições com um marcador de pele/caneta
   . Repita o processo para as posições dos três cátodos (veja a Figura 1D).
   10. Aplique uma pequena quantidade de creme anestésico tópico nas posições pretendidas dos eletrodos para reduzir as sensações físicas no couro cabeludo durante o tDCS-fMRI.
       NOTA: Certifique-se de pelo menos 20 minutos entre a aplicação do creme e o início do ETCC.

4. ETCC-fMRI

1. Preparação para tDCS-fMRI concomitante
   1. Prepare 3 x 1 tDCS focal com um estimulador de corrente contínua (DC) multicanal.
   2. Use o estimulador CC multicanal³⁶ no modo normal (sem bateria). Insira o plugue de alimentação do estimulador no mesmo filtro de linha do scanner para melhorar a relação sinal-ruído e reduzir os artefatos de imagem (consulte também as notas das especificações do fabricante).
   3. Certifique-se de que todos os materiais necessários relacionados à estimulação estejam disponíveis e limpos (Figura 4). Tome cuidado especial para que os eletrodos de borracha e os modelos 3D não contenham nenhuma pasta de sessões experimentais anteriores.
      NOTA: A configuração usada neste projeto emprega eletrodos personalizados e caixas de filtro desenvolvidas em colaboração com o fabricante do estimulador DC para atender aos requisitos específicos da Unidade de Pesquisa (ver Figura 4A). No entanto, componentes padrão compatíveis com ressonância magnética também podem ser usados.
      1. Use um auxiliar de preenchimento de pasta de eletrodo impresso em 3D (termoplástico) para padronizar a aplicação de pasta de eletrodo condutor antes de prender os eletrodos ao couro cabeludo (Figura 4A (9),B).
      2. Use um espaçador impresso em 3D (termoplástico) para posicionar os eletrodos no couro cabeludo e garantir que as distâncias entre o ânodo e os cátodos sejam mantidas durante as sessões de fMRI-tDCS (Figura 4A (10),C).
         NOTA: Os modelos personalizados em 3D podem ser acessados usando o seguinte link: https://github.com/memoslap/Material
   4. Para configurar o estimulador CC, conecte o estimulador CC à caixa externa (usando o cabo e o adaptador da caixa externa). Conecte o cabo da caixa interna à caixa interna e externa (consulte a Figura 4).
   5. Aplique 1 mm de pasta condutora uniformemente na superfície de todos os eletrodos da configuração focal tDCS 3x1. Use o auxiliar de preenchimento do eletrodo para padronizar a espessura da pasta. Cubra apenas a superfície do eletrodo com a pasta e remova qualquer pasta adicional.
   6. Ligue o estimulador DC e o Panel PC (na ordem indicada). Clique duas vezes no ícone do DC-Stimulator MC na área de trabalho. Selecione a sequência de estimulação necessária no menu suspenso de configuração de sequência selecionada . Clique no botão calibrar estimulador para calibrar o estimulador sem carga elétrica (ou seja, o participante não está conectado ao estimulador).
      CUIDADO: Se o participante estiver conectado ao estimulador durante a calibração, a corrente elétrica pode induzir sensações dolorosas.
   7. Posicione o participante confortavelmente perto do estimulador DC fora da sala do scanner de ressonância magnética.
   8. Determine a parte mais larga da cabeça do participante, desde a testa (logo acima das sobrancelhas) até o osso occipital na parte de trás da cabeça, para escolher o tamanho ideal da touca de EEG para manter os eletrodos no lugar durante a sessão de tDCS-fMRI.
   9. Coloque os eletrodos no espaçador para garantir o espaçamento igual dos cátodos ao redor do ânodo central e prenda os eletrodos sobre as posições identificadas e marcadas do couro cabeludo.
   10. Use a tampa de EEG de tamanho ideal sem inserções de plástico para manter os eletrodos no lugar durante o tDCS-fMRI.
       NOTA: Certifique-se de que os eletrodos não sejam deslocados enquanto a tampa estiver no lugar.
   11. Conecte os fios dos cabos do eletrodo à caixa interna do estimulador CC para realizar uma verificação de impedância. Selecione a sequência de estimulação necessária no menu suspenso de configuração de sequência selecionada . Inicie a verificação de impedância pressionando o botão de verificação de impedância no estimulador DC. Certifique-se de que o modo MR esteja marcado.
   12. Realize a verificação de impedância pressionando o respectivo botão na interface do estimulador; se a impedância for ≤25 kΩ, vá para a próxima etapa (4.1.13). Se a impedância for maior para qualquer eletrodo, pressione suavemente os eletrodos no couro cabeludo, aperte a tampa e deixe a pasta condutora aquecer. Se necessário, aplique mais pasta.
   13. Desconecte a caixa interna da caixa externa e insira a caixa externa no guia de ondas do scanner.
   14. Guie o participante para a sala do scanner enquanto segura a caixa interna e os cabos dos eletrodos conectados.
       NOTA: A qualquer momento, tome muito cuidado para que não haja tensão nos cabos, o que pode resultar no deslocamento do eletrodo.
   15. Peça ao participante para se sentar na mesa de exame de ressonância magnética e reconectar a caixa interna à caixa externa (que está inserida no guia de ondas do scanner).
   16. Coloque o participante confortavelmente em decúbito dorsal na mesa de exame de ressonância magnética, com a cabeça posicionada na bobina de cabeça aberta. Use almofadas infláveis em ambos os lados da cabeça e uma almofada extra no topo da cabeça para estabilizá-la.
       NOTA: As almofadas infláveis são preferidas nas laterais às almofadas de espuma para evitar o deslocamento do eletrodo quando as almofadas de espuma são inseridas.
   17. Passe os cabos do eletrodo pela parte inferior da bobina principal antes de prender a parte superior da bobina principal e travá-la no lugar.
   18. Posicione a caixa interna ao lado do participante na mesa de exame de ressonância magnética e mova o participante para o orifício do scanner.
   19. Saia da sala do scanner e informe o participante sobre os próximos procedimentos por meio da interface de comunicação do scanner antes de cada sequência de imagem estrutural e funcional, bem como antes da segunda verificação de impedância dentro do scanner.
2. ETCC-fMRI concomitante
   1. No Panel PC do scanner , registre o novo participante clicando em Menu principal | Exame | Cadastro do Paciente e preencha os campos obrigatórios obrigatórios. Vá para Escolha do Programa e colete e selecione o protocolo de imagem planejado. Clique em Orientação do paciente e selecione primeiro a cabeça, opção Posição supina . No menu suspenso Região de exame e lateralidade , escolha cérebro e clique em Exame para acessar o menu de exame.
   2. Siga as instruções na tela para adquirir as varreduras planejadas (redução do tempo de codificação pontual pré-fMRI com aquisição radial (PETRA), fMRI, PETRA pós-fMRI) na ordem mostrada nas etapas a seguir deste protocolo.
      1. Adquira uma varredura PETRA que permita a verificação das posições dos eletrodos na cabeça do participante.
      2. Informe ao participante que serão realizadas duas varreduras de fMRI em estado de repouso de 10 minutos e que ele deve manter o olhar fixo em uma cruz de fixação (exibida por meio de um projetor e espelhos montados na bobina da cabeça) durante todo o período de varredura (2 x 10 min).
      3. Inicie a estimulação tDCS pressionando o botão de estimulação de inicialização no Panel PC. Clique no botão de liberação para iniciar a estimulação com um aumento de 10 s antes de iniciar as sequências de imagem funcionais. Administre ETCC por 20 min com 2 mA.
         NOTA: Outros protocolos de estimulação com diferentes períodos de rampa ou intensidades ou durações de estimulação são possíveis.
      4. Após o término das varreduras funcionais e do período de estimulação, adquira uma segunda varredura PETRA enquanto os eletrodos ainda estão presos à cabeça do participante.
         NOTA: Em comparação com a varredura PETRA pré-fMRI, isso permite a determinação do movimento potencial do eletrodo no experimento tDCS-fMRI (ou seja, desvio).
   3. Após a conclusão da sessão de ressonância magnética, desconecte os cabos dos eletrodos da caixa externa e desligue o estimulador CC, mova o participante para fora do orifício do scanner, remova a tampa da cabeça do participante e remova os eletrodos.
   4. Inspecione o couro cabeludo do participante quanto a uma possível vermelhidão da pele causada pela estimulação. Limpe o couro cabeludo do participante onde os eletrodos foram colocados.
   5. Ao final do experimento, solicite ao participante que preencha os questionários de efeitos adversos tDCS²⁹ e cegamento ^31,32.

Resultados

Foram incluídos dados de 43 jovens participantes saudáveis (20 homens/23 mulheres, com idades entre 24,74 ± 5,50 anos). Os participantes completaram até quatro sessões de fMRI. A colocação neuronavegada de eletrodos foi realizada antes de cada sessão de fMRI. No total, 338 conjuntos de dados representando as posições dos ânodos centrais antes e depois da fMRI foram incluídos nas análises de dados.

Para determinar as posições pretendidas dos eletrodos, a modelagem de corrente individualizada foi realizada usando dados de ressonância magnética estrutural adquiridos em uma sessão de ressonância magnética separada (antes das sessões de fMRI). A modelagem atual teve como objetivo otimizar as posições do couro cabeludo das configurações 3 x 1 para maximizar o fluxo de corrente para o rDLPFC (N = 19, participantes/N = 137 pontos de dados), rOTC (N = 12/104) ou lTPJ (N = 12/97). As posições reais dos ânodos centrais das configurações 3 x 1 foram determinadas empiricamente usando dados estruturais de ressonância magnética (imagens PETRA) adquiridos antes e depois de cada sessão de fMRI (Nota: As coordenadas para direcionamento foram fornecidas no espaço do sujeito. Assim, as varreduras PETRA de participantes individuais foram co-registradas com sua própria imagem ponderada em T1 adquirida durante a varredura de linha de base, na qual as simulações de campo foram baseadas). Como a identificação das posições dos eletrodos em 3D é propensa a erros, uma visão "panqueca" 2D modificada do couro cabeludo reconstruído com eletrodos foi usada (ver Figura 5^37,38) para determinar seis pontos de borda dos ânodos centrais. Posteriormente, o centro de massa foi calculado para obter as coordenadas centrais dos ânodos para cada sessão de fMRI e ponto de tempo (ou seja, antes ou depois da ETCC). Posteriormente, uma transformação reversa 2D->3D foi aplicada para obter coordenadas de eletrodos no espaço 3D.

A precisão espacial da colocação do eletrodo neuronavegado foi investigada comparando as posições "pretendida" versus "real" do eletrodo²⁵ e é relatada como a distância da Norma L² (norma euclidiana)³⁹. A Norma L² é uma norma vetorial padrão calculada como a raiz quadrada da soma dos quadrados dos componentes vetoriais. A diferença entre as coordenadas pretendidas e reais é calculada pela diferença de todos os componentes vetoriais, ou seja, cada dimensão do espaço 3D (x/y/z). O deslocamento do eletrodo ao longo do experimento (ou seja, desvio) foi investigado comparando as posições reais dos eletrodos determinadas antes e depois da fMRI.

Além disso, comparamos a precisão do direcionamento para a colocação do eletrodo neuronavegado com dados de um estudo anterior de nosso grupo que usou uma abordagem de direcionamento baseada no couro cabeludo (sistema 10-20 EEG²⁵). Este estudo incluiu dados de 60 participantes (31 homens/29 mulheres, com idades entre 22,17 ± 2,33 anos), duas regiões-alvo (N = 30/30, córtex motor/giro frontal inferior) e duas sessões de fMRI para um total de 240 pontos de dados. Os dados e códigos usados para todas as análises estão disponíveis publicamente em https://github.com/LawsOfForm/VerFlu_Simulation_Niemann_2023.

Modelos lineares mistos foram usados para analisar (a) o desvio das posições reais dos eletrodos dos locais pretendidos e (b) o desvio na sessão de fMRI com a seguinte fórmula e a Norma L² como variável dependente:

y_ij = β₀ + POSIÇÃOx_1ij + REGIÃOx_2ij + POSIÇÃO * REGIÃOx_3ij + μ_0j + ε_ij

y_ij é a distância da norma L² entre as posições pretendida e real do eletrodo na POSIÇÃO i do sujeito j. β₀ é a interceptação de efeito fixo, X₁ é o valor para POSIÇÃO (1: pretendido, 2: pré-fMRI real; 3: pós-fMRI) na posição i no sujeito j. X₂ é o valor para a REGIÃO de interesse (1: lTPC, 2: rDLPFC, 3: rOTC) na região i no sujeito j. X₃ é o valor da interação para POSIÇÃO e REGIÃO para posição e região i e sujeito j, u₀ é a interceptação aleatória para o sujeito j (μ_0j ~ N(0, τ₀₀₂)); ε_ij são os resíduos para o ponto de tempo i no sujeito j (ε_ij ~ N(0,σ²)).

A comparação da precisão do direcionamento para a colocação de eletrodos neuronavegados e baseados no couro cabeludo foi feita usando um teste t baseado nas diferenças da norma L² entre as posições pretendidas e reais nos respectivos grupos.

Precisão de posicionamento e deslocamento neuronavegados em todo o experimento
O modelo de referência (colocação pretendida dos ânodos centrais; região: lTPC) mostrou desvios significativos das posições dos eletrodos em relação às posições pretendidas nas avaliações pré-fMRI e pós-fMRI (8,71 mm, IC 95%: [6,57-10,84], p < 0,001; 8,51 mm, IC 95%: [6,35-10,66], p < 0,001) Tabela Suplementar S1. A análise post-hoc para médias marginais estimadas (EMMs) foi calculada para todos os efeitos principais e simples de interesse (ver Tabela Suplementar S2, Tabela Suplementar S3, Figura 6, Figura 7, Figura Suplementar S3 e Figura Suplementar S4). O erro médio de colocação previsto para todas as sessões de pré-fMRI foi de 8,54 mm IC 95%: [7,66-9,42] e significativamente diferente das posições pretendidas (t (296) = -8,54, p < 0,0001). Este também foi o caso das coordenadas pós-fMRI (8,61 mm, IC 95%: [7,73-9,50]; t (296) = -10,97, p < 0,0001, ver Figura 6 e Tabela Suplementar S2). Como os erros de posicionamento podem variar de acordo com a região 25,40,41, o extravio também foi calculado entre as regiões-alvo para cada posição. No entanto, não foram encontradas diferenças específicas da região entre rOTC, lTPC e rDLPFC (Tabela Suplementar S3, Figura 7 e Figura Suplementar S4).

O deslocamento dos ânodos centrais (ou seja, desvio), avaliado pela comparação das posições reais dos eletrodos entre pré e pós-fMRI, foi insignificante (-0,08 ± 0,39 mm; t (291) = -0,20, p = 0,98). Para obter detalhes, consulte a Figura 6 e a Tabela Suplementar S2.

Comparação de erros de posicionamento de eletrodos entre abordagens de posicionamento neuronavegadas e baseadas no couro cabeludo
Para investigar a relevância da colocação neuronavegada, as diferenças da norma L² entre as posições pretendidas e reais com base na colocação do eletrodo neuronavegado foram comparadas retrospectivamente com os dados obtidos de um estudo anterior que usou uma abordagem de direcionamento baseada no couro cabeludo²⁵. Neste estudo, a diferença da norma L² entre as posições pretendida e real do ânodo foi de 12,33 ± 5,67 mm. A comparação direta entre as abordagens neuronavegadas (8,83 ± 4,68) e baseadas no couro cabeludo revelou uma diminuição significativa da distância da norma L² em 3,50 mm em favor da colocação do eletrodo neuronavegado (t (397) = 4,91, p < 0,001).

Figura 1: Uma descrição simplificada da sequência de etapas que representam o método para modelagem de corrente individualizada. O método visa determinar as posições otimizadas do couro cabeludo dos eletrodos sobre a região-alvo (DLPFC direita) usando uma configuração focal de 3 x 1 tDCS. (A) Região alvo anatômica em cinza. (B) Posição otimizada do eletrodo ilustrada na cabeça reconstruída do participante (ânodo = preto, cátodo 1 = vermelho, cátodo 2 = verde, cátodo 3 = azul. (C) Campo elétrico simulado com base em modelagem de corrente individualizada para esta montagem (em V / m). (D) Coordenadas alvo para todas as posições de eletrodos pretendidas usadas durante o direcionamento neuronavegado (dimensões: x/y/z). Abreviaturas: DLPFC = córtex pré-frontal dorsolateral direito; ETCC = estimulação transcraniana por corrente contínua. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Equipamento de neuronavegação. 1) Rastreador de assunto, 2) Chave de fenda, 3) Haste hexagonal, 4) Óculos, 5) Ponteiro. NOTA: O software de neuronavegação se comunica com o sensor de posição (a câmera de rastreamento) para obter a localização do rastreador de assunto (montado nos óculos). Ele usa uma matriz de registro (obtida pela identificação de pontos de referência na cabeça do sujeito por meio do ponteiro) para alinhar a posição da cabeça do sujeito do mundo real ao espaço da imagem do participante (com base na imagem ponderada em T1 do participante). Uma visão geral da configuração geral é fornecida na Figura Suplementar S1. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Validação da região de destino. Ilustra o procedimento de validação de regiões-alvo de estimulação via neuronavegação. 1) O rastreador de assunto montado no lado esquerdo dos óculos. 2) O ponteiro é usado para localizar a posição pretendida do ânodo (rDLPFC). 3) A mira verde e o ponto vermelho (representando a ponta do ponteiro) na tela do computador. 3a) O número índice é verde se o ponteiro se desviar da mira em menos de 3 mm; 3b) o número índice é laranja se o indicador se desviar entre 3 e 5 mm; e 3c) é vermelho se o ponteiro se desviar mais de 5 mm. Abreviatura: rDLPFC = córtex pré-frontal dorsolateral direito. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Componentes selecionados do estimulador CC multicanal e *componentes personalizados. (A) 1) Adaptador que se conecta à saída do estimulador CC, 2) Cabo LAN da caixa externa, 3) *Caixa externa (caixa de filtro) posicionada dentro do guia de ondas do scanner durante o tDCS-fMRI. A pinça é conectada ao guia de ondas para conectar a caixa do filtro com a massa flutuante da câmara de ressonância magnética blindada para reduzir possíveis artefatos. 4) Cabo da caixa interna, 5) caixa interna com plugues para cabos de eletrodo, 6) * adaptador de fusível que combina três canais individuais para um para o ânodo central, 7) * cabos de eletrodo fundidos e eletrodo do ânodo central (raio de 10 mm) feito de silicone flexível e eletricamente condutor, 8) cátodo e cabo individuais, 9) exemplo de eletrodo inserido em auxiliar de preenchimento impresso em 3D, 10) exemplo de eletrodo colocado em espaçador 3D, 11) fita métrica, 12) touca de EEG sem inserções plásticas para fixação dos eletrodos no couro cabeludo. Para a configuração completa e os componentes padrão não usados neste protocolo, os leitores são encaminhados para o website do fabricante (link na Tabela de Materiais). (B) Modelo 3D do auxiliar de enchimento do eletrodo. (C) Modelo 3D do espaçador. Abreviaturas: tDCS-fMRI = estimulação transcraniana por corrente contínua - ressonância magnética funcional; EEG = eletroencefalografia. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Visão em panqueca do couro cabeludo e eletrodos com base na imagem PETRA. As cores representam diferentes tamanhos de máscara achatada do couro cabeludo (vermelho = 2 mm; verde = 4 mm, azul = 6 mm do couro cabeludo inflado para visualização em profundidade da cabeça). As orientações da imagem transformada são marcadas em letras brancas. Os pontos brancos representam pontos de borda selecionados manualmente do ânodo central colocados sobre o córtex pré-frontal dorsolateral direito. O centro de massa foi calculado como a coordenada do ponto médio dos pontos de borda antes da retransformação no espaço 3D. Abreviaturas: PETRA = Pointwise Encoding Redução do tempo com aquisição radial; L = esquerda; R = direita; P = posterior; A = anterior. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Médias marginais estimadas da norma L² (norma euclidiana) Distância entre as posições pretendida e real do eletrodo anódico em todas as sessões e regiões (rOTC, lTPC, rDLPFC). Pontos de dados originais em turquesa. EMMs intervalos de confiança de 95% em cinza. Abreviaturas: EMMs = Médias Marginais Estimadas; rOTC = córtex temporal occipital direito; lTPC = córtex parietal temporal esquerdo; rDLPFC = córtex pré-frontal dorsolateral direito; fMRI = ressonância magnética funcional. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7: Médias marginais estimadas da norma L² (norma euclidiana) distância entre as posições pretendida e real do eletrodo anódico em todas as sessões entre cada região (rOTC, lTPC, rDLPFC) para cada posição (pretendida, pré / pós fMRI). Pontos de dados originais em turquesa. EMMs intervalos de confiança de 95% em cinza. Abreviaturas: EMMs = Médias Marginais Estimadas; rOTC = córtex temporal occipital direito; lTPC = córtex parietal temporal esquerdo; rDLPFC = córtex pré-frontal dorsolateral direito; fMRI = ressonância magnética funcional. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura S1 suplementar: Visão geral do sistema de neuronavegação. 1) Computador de controle do sistema de neuronavegação com o software de neuronavegação instalado; 2) Câmera Polaris; 3) Pedal de pé; 4) Óculos com rastreador de assunto (consulte a Figura 2 para obter detalhes); 5) Ponteiro. Clique aqui para baixar este arquivo.

Figura Suplementar S2: Pele reconstruída com pontos de referência em amarelo. 1) Násio, 2) narina esquerda; 3) narina direita; 4) fosseta pré-auricular esquerda; 5) fosseta pré-auricular direita (ver etapa 3.1.7 do protocolo). Abreviaturas: APL = fosseta pré-auricular esquerda; APD = fosseta pré-auricular direita. Clique aqui para baixar este arquivo.

Figura Suplementar S3: Média Marginal Estimada da Norma L² (norma euclidiana) distância entre as posições pretendida e real do eletrodo anódico em todas as sessões entre as posições (pretendida, pré/pós fMRI) para cada região (rOTC, lTPC, rDLPFC). Pontos de dados originais em turquesa. EMMs intervalos de confiança de 95% em cinza. Abreviaturas: EMMs = Médias Marginais Estimadas; rOTC = córtex temporal occipital direito; lTPC = córtex parietal temporal esquerdo; rDLPFC = córtex pré-frontal dorsolateral direito; fMRI = ressonância magnética funcional. Clique aqui para baixar este arquivo.

Figura Suplementar S4: Médias Marginais Estimadas da Norma L² (norma euclidiana) distância entre as posições pretendida e real do eletrodo anódico em todas as sessões e posições (pretendida, pré/pós fMRI) para cada região de interesse (rOTC, lTPC, rDLPFC). Pontos de dados originais em turquesa. EMMs intervalos de confiança de 95% em cinza. Córtex Temporal Occipital Direito (rOTC), Córtex Parietal Temporal Esquerdo (lTPC), Córtex Pré-Frontal Dorsolateral Direito (rDLPFC). Clique aqui para baixar este arquivo.

Tabela Suplementar S1: Resultados da análise de modelo misto linear para a distância da Norma L² (norma euclidiana) entre as coordenadas pretendidas e reais. São comunicados os coeficientes de regressão de modelos lineares mistos (modelos de interceção aleatória) e valores de p bilaterais. Abreviaturas: IC = intervalo de confiança; rOTC = córtex temporal occipital direito; lTPC = córtex parietal temporal esquerdo; rDLPFC = córtex pré-frontal dorsolateral direito; df = graus de liberdade; σ² = variância residual combinada; τ = variância combinada explicada pelos sujeitos; CCI = Coeficiente de correlação intraclasse; N = número de sujeitos. Clique aqui para baixar este arquivo.

Tabela Suplementar S2: EMMs Post-hoc para análise de Modelo Misto Linear para diferenças de Norma L² (norma euclidiana)). Contrastes principais e simples para o efeito principal da posição (pretendido, pré / pós-fMRI, ver também Figura Suplementar S2) e efeitos simples da posição para cada região (lTPC, rDLPFC, rOTC, ver também Figura 6). Para efeitos simples, apenas efeitos significativos são mostrados. Abreviaturas: EMMs = Médias Marginais Estimadas; EP = Erro Padrão; df = graus de liberdade; rOTC = córtex temporal occipital direito; lTPC = córtex parietal temporal esquerdo; rDLPFC = córtex pré-frontal dorsolateral direito. Clique aqui para baixar este arquivo.

Tabela Suplementar S3: EMMs post-hoc para análise de Modelo Misto Linear da diferença da Norma L² (norma euclidiana). Contrastes principais e simples para o efeito principal da região (lTPC, rDLPFC, rOTC, ver também Figura Suplementar S3) e efeitos simples da região para cada posição (pretendido, pré/pós fMRI, ver também Figura 7). Abreviaturas: EMMs = Médias Marginais Estimadas; EP = Erro Padrão; df = graus de liberdade; rOTC = córtex temporal occipital direito; lTPC = córtex parietal temporal esquerdo; rDLPFC = córtex pré-frontal dorsolateral direito. Clique aqui para baixar este arquivo.

Discussão

Etapas críticas, possíveis modificações e solução de problemas do método
O posicionamento preciso dos eletrodos é um fator técnico crucial nos experimentos de ETCC, e desvios das posições pretendidas do couro cabeludo ou desvio do eletrodo podem afetar o fluxo de corrente para as regiões cerebrais alvo pretendidas^42,43. Isso é particularmente relevante para a ETCC focalizada, pois a especificidade regional da corrente administrada torna essas configurações particularmente suscetíveis aos efeitos de erros de posicionamento ^5,25. No protocolo atual, descrevemos um método de ETCC focalizada e neuronavegada administrada durante a fMRI, que visa aumentar a precisão da colocação das posições do couro cabeludo determinadas individualmente. As etapas críticas incluem (1) o uso de modelagem de fluxo de corrente elétrica para otimizar a posição do couro cabeludo da configuração 3 x 1 para cada participante do estudo, (2) identificação de posições otimizadas do couro cabeludo por neuronavegação, (3) posicionamento e fixação de eletrodos no couro cabeludo usando procedimentos padronizados e (4) investigação da precisão da colocação e desvio do eletrodo antes e depois do tDCS-fMRI simultâneo.

A primeira etapa do nosso protocolo descreve a otimização das posições dos eletrodos para um participante individual do estudo de nossa Unidade de Pesquisa (RU) em andamento por meio de modelagem de corrente individualizada (o código para reconstruir a otimização pode ser encontrado aqui https://github.com/memoslap/SimNIBS_Optimization). Essa abordagem é altamente específica para os projetos de RU e envolveu duas etapas preparatórias não relatadas aqui: (1) Definição de regiões-alvo anatômicas para oito projetos empíricos de RU (www.memoslap.de) com base em estudos de fMRI e/ou tDCS que usaram as mesmas tarefas motoras ou cognitivas semelhantes; (2) equalizar a dose média de corrente entre os projetos, ajustando o espaçamento entre o ânodo central e os cátodos circundantes. Isso envolveu um estudo de modelagem computacional e dados de imagem estrutural disponíveis para nosso grupo para determinar o espaçamento específico do projeto dos eletrodos. Essas montagens específicas do projeto foram então usadas para otimizar as posições do couro cabeludo para participantes individuais nos projetos RU para atingir a intensidade máxima de corrente nas respectivas regiões-alvo (neste protocolo: DLPFC direito). Notavelmente, existem muitas maneiras possíveis de determinar as posições desejadas do couro cabeludo, e elas dependem dos objetivos do estudo (ou seja, controle regional ou de dose, direcionamento anatômico ou funcional).

Da mesma forma, existem vários dispositivos de neuronavegação e estimuladores DC disponíveis comercialmente que podem ser usados para colocação neuronavegada e realização de um estudo tDCS-fMRI. Consequentemente, modificações dos procedimentos descritos neste protocolo serão necessárias se forem usados equipamentos de diferentes fabricantes ou se o tDCS-fMRI for realizado com um tipo de scanner diferente. No entanto, acreditamos que o protocolo pode ser adaptado de forma flexível para atender aos requisitos específicos do estudo. Por exemplo, para configurações 3 x 1, recomendamos o uso de um espaçador impresso em 3D para garantir que a distância desejada entre os eletrodos seja alcançada e mantida durante a colocação e digitalização. A padronização da quantidade de pasta condutora pode ser alcançada usando um auxílio de enchimento de eletrodo, conforme descrito neste protocolo. Para permitir a personalização, os modelos 3D usados para impressão foram disponibilizados publicamente (consulte a etapa do protocolo 4.1.3.2).

A complexidade dos experimentos de fMRI tDCS intrascanner é outra consideração crucial, que exige que os participantes se movam para eletrodos presos às suas cabeças. Esses estudos apresentam um risco significativo de deslocamento subsequente do eletrodo, mesmo com posicionamento preciso⁵. Portanto, recomendamos a implementação rotineira de métodos apropriados para minimizar o deslocamento e o desvio do eletrodo (por exemplo, usar almofadas infláveis compatíveis com ressonância magnética padrão para evitar o deslocamento de eletrodos dentro do scanner de ressonância magnética, tampas de EEG ou tiras contornadas para manter os eletrodos no lugar e outras medidas detalhadas no protocolo acima).

Finalmente, em comparação com os estudos comportamentais de ETCC, a administração de ETCC durante a fMRI permite a verificação das posições exatas dos eletrodos no couro cabeludo (com base em imagens de ressonância magnética estrutural 3D) e a quantificação de possíveis desvios das posições pretendidas. No entanto, a identificação das posições dos eletrodos em 3D é propensa a erros. Portanto, sugerimos uma transformação 2D do couro cabeludo e dos eletrodos para facilitar a verificação das posições reais dos eletrodos. No entanto, estudos futuros são necessários para validar essa nova abordagem e comparar os resultados com a extração de dados de imagens 3D.

Importância do método em relação a outros métodos existentes
Abordagens de direcionamento baseadas no couro cabeludo (por exemplo, o sistema 10-20 EEG⁴⁴) têm sido usadas na maioria das pesquisas de ETCC até o momento. Isso envolve a identificação manual ou automatizada de pontos de referência anatômicos e medições adicionais (por exemplo, perímetro cefálico, cálculo de interseções entre pontos de referência) para determinar as posições pretendidas do couro cabeludo dos eletrodos. Embora essa abordagem leve em conta o tamanho da cabeça dos participantes individuais até certo ponto, ela negligencia outras características da morfologia do cérebro e do crânio, resultando em uma perda de precisão ^5,41,45. A precisão aprimorada que pode ser alcançada com a neuronavegação guiada por ressonância magnética é ilustrada na seção de resultados representativos deste protocolo. Aqui, quantificamos a precisão do direcionamento neuronavegado usando dados de um estudo tDCS-fMRI multicêntrico em andamento e comparamos retrospectivamente a precisão de colocação do direcionamento neuronavegado com uma abordagem baseada no couro cabeludo. Além disso, investigamos o grau de deslocamento do eletrodo durante a fMRI. Os principais resultados da parte empírica deste protocolo foram que (1) o direcionamento neuronavegado é superior à colocação de eletrodos baseados no couro cabeludo, com precisão aproximadamente 40% maior com base na norma L²; e (2) houve desvio mínimo dos eletrodos nas sessões de fMRI, destacando que as etapas técnicas e processuais implementadas para manter os eletrodos no lugar (ou seja, tampa, espaçador, almofadas infláveis) foram bem-sucedidas.

Limitações e aplicações futuras do método
Existem vários fatores limitantes para o uso da abordagem descrita neste protocolo. Por exemplo, a otimização das posições pretendidas dos eletrodos por modelagem computacional, direcionamento neuronavegado e verificação de eletrodos requer acesso a dados estruturais de ressonância magnética, conhecimento técnico específico e equipamentos caros que podem não estar disponíveis. Portanto, essa abordagem é limitada a centros de pesquisa especializados que realizam estudos que exigem alta precisão espacial da entrega atual (por exemplo, estudos experimentais em populações neurotípicas investigando relações causais cérebro-comportamento ou estudos de modelagem computacional investigando relações dose-resposta). Nesse contexto, vale ressaltar que a validade da modelagem atual baseada em RM pode ser diminuída em pacientes com cirurgia de cabeça ou lesões progressivas, o que precisa ser levado em consideração na aplicação dos métodos descritos neste protocolo em populações clínicas.

Além disso, a otimização das posições dos eletrodos por modelagem computacional e colocação neuronavegada neste protocolo visa maximizar a precisão anatômica. Como mencionado acima, outras formas de direcionamento individualizado são possíveis (incluindo abordagens invasivas limitadas a populações clínicas específicas⁴⁶), e a precisão anatômica não implica necessariamente relevância funcional da área estimulada. Este último exigiria uma tarefa de localização (seja no nível individual do participante ou do grupo), adquirida antes do tDCS-fMRI, para identificar regiões cerebrais funcionalmente relevantes para o direcionamento neuronavegado. Além disso, pesquisas futuras precisam determinar a relevância funcional do deslocamento do eletrodo nas funções comportamentais e neurais, incluindo uma comparação direta dos efeitos entre montagens focais e convencionais.

Deve-se notar que as simulações computacionais dependem da precisão anatômica das segmentações de tecido (semi-)automatizadas adquiridas da RM e estimam o campo elétrico com base em suposições sobre a condutividade elétrica de várias classes de tecidos ^5,47. Portanto, para aumentar a precisão dos modelos computacionais, é essencial validar essas suposições e avaliar a precisão da segmentação. Nesse sentido, novos métodos para estudar a condutividade do fluxo de corrente induzida por ETCC do tecido cerebral durante medições simultâneas de ETCC-RM incluem Imagem de Densidade de Corrente por Ressonância Magnética (MRCDI) e Tomografia de Impedância Elétrica por Ressonância Magnética (MREIT)^5,48,49. Essas abordagens têm o potencial de validar simulações de campo elétrico tDCS e otimizar cálculos individualizados de dose de corrente. A combinação dessas abordagens de modelagem computacional otimizada com ETCC neuronavegada provavelmente melhorará a precisão e a eficácia da ETCC em contextos experimentais e clínicos em um futuro próximo.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Sistema de neuronavegação Brainsight	Brainsight; Rogue Research Inc., Montré al, Canadá
CR-5 Pro impressora 3D de alta temperatura	CREALITY, Shenzhen, China
DC-STIMULATOR MC	NeuroConn GmbH, Ilmenau, Alemanha	https://www.neurocaregroup.com/technology/dc-stimulator-mc
EMLA Cream 5%	Aspen, Dublin, Irlanda
MAGNETOM Vida 3T, software syngo_MR_XA50	Siemens Healthineers AG, Forchheim, Alemanha
Câmera	PolarisPolaris Vicra; Northern Digital Inc., Waterloo, Canadá
Pasta de EEG condutora Ten20	Weaver and Company, Aurora, EUA
Filamento de impressora 3D TPU	SUNLU International, Hong-Kong, China
Exemplo de alternativas
Ingenia 3.0T (MR-scanner)	Phillips, Amsterdã, Holanda
Localite TMS Navigator (Equipamento de neuronavegação)	Localite, Bonn, Alemanha
Neural Navigator (Equipamento de neuronavegação)	Soterix, New Jersey, USA
Filamento de impressora 3D PEBA	Kimya, Nantes, França
Filamento de impressora 3D PLA	Filamentworld, Neu-Ulm, Deutschland
StarStim (Estimulador)	Neuroelectrics, Barcelona, Espanha