Estimulação de corrente alternada transcraniana simultânea e ressonância magnética funcional

A estimulação de corrente alternada transcraniana (TACS) é uma ferramenta promissora para a investigação não invasiva de oscilações cerebrais, embora seus efeitos não sejam completamente compreendidos. Este artigo descreve uma configuração segura e confiável para aplicar TACS simultaneamente com imagens de ressonância magnética funcional, o que pode aumentar a compreensão da função cerebral oscilatória e os efeitos dos TACS.

O objetivo geral deste protocolo experimental é medir as mudanças na atividade dependente do nível de oxigênio no sangue induzida durante a estimulação elétrica transcraniana. A combinação da estimulação transcraniana por corrente alternada com a ressonância magnética funcional tem o potencial de responder a questões-chave da neurociência cognitiva. A principal vantagem de combinar essas técnicas é a possibilidade de medir a função cerebral enquanto manipula as oscilações neurológicas de maneira específica da frequência.

As implicações dessa técnica se estendem ao diagnóstico e terapia de distúrbios neurológicos associados à sincronização anormal. Embora essa técnica possa fornecer informações sobre a cognição visual humana, ela também pode ser aplicada a outros sistemas, como motor, comportamento e memória. Geralmente, indivíduos novos nesse método podem ter dificuldades com a complexidade da configuração necessária para garantir experimentos sincronizados sem ruído e acionados.

Ficamos interessados na TCS porque a vimos como uma forma de estudar a causa de todas as oscilações para as percepções conscientes. Nossa técnica de ressonância magnética é Ilona Pfahlert, com Paule Wunsch como nossa voluntária. Faça uma pré-triagem de todos os indivíduos quanto a quaisquer contraindicações para a ressonância magnética, bem como para a estimulação transcraniana por corrente alternada.

Quando o sujeito chegar, descreva os detalhes do experimento e obtenha o consentimento informado. Comece usando uma fita métrica para determinar a distância na cabeça do sujeito do násio ao íon. E então de orelha a orelha no topo da cabeça.

Marque a interseção desses comprimentos como a posição CZ, de acordo com o sistema 10-20 EEG. Agora, coloque a tampa de EEG sem eletrodos na cabeça do sujeito com CZ alinhado ao local marcado. Em seguida, determine e marque os locais desejados para os eletrodos usando o mesmo posicionamento para todos os sujeitos para garantir a consistência experimental.

Em seguida, usando álcool e algodão, limpe o cabelo e a pele sobre e ao redor dos pontos marcados no couro cabeludo para remover óleos e produtos capilares. Em seguida, espalhe o gel nos eletrodos de borracha e pressione cada eletrodo firmemente nesses locais, garantindo o contato total do eletrodo com o gel condutor e o couro cabeludo com impedância mínima. Use um cabo LAN blindado e os cabos seguros MR para conectar as caixas de filtro ao estimulador e aos eletrodos de borracha.

Em seguida, ligue o estimulador e teste a impedância. Se não estiver abaixo de 20 quilo ohms, pressione os eletrodos no couro cabeludo. Ou adicione gel de eletrodo conforme necessário.

Tenha cuidado para limitar a cobertura do gel do eletrodo a aproximadamente a mesma área de superfície dos eletrodos e remova qualquer excesso de gel da área. Em seguida, permita que o estimulador emita corrente por alguns segundos para familiarizar o sujeito com a experiência sensorial. Pergunte a eles sobre a percepção sensorial durante este teste, incluindo se eles podem sentir e suportar qualquer sensação de formigamento e a extensão e localização de quaisquer fosfinas durante a estimulação.

Neste ponto, deixe o cabo conectado aos eletrodos de borracha no assunto, mas desconecte o estimulador, o cabo LAN sobressalente e as caixas de filtro externa e interna para que o assunto possa se mover para o scanner. Agora, conecte a caixa do filtro externo ao cabo LAN que passa pela guia de ondas, deixando o mínimo possível de cabos fora da guia de ondas. Em seguida, conecte o cabo do estimulador.

Verifique também se o estimulador está conectado à saída de disparo do computador de apresentação. Depois de garantir que o sujeito esteja livre de materiais magnéticos e pronto para o experimento de ressonância magnética, leve-o para a sala do scanner. Forneça tampões para os ouvidos para proteção auditiva e, em seguida, deite o sujeito na cama do scanner.

Coloque o cabo do eletrodo em uma posição confortável para o sujeito se deitar durante o experimento e, em seguida, coloque travesseiros ao redor e sob a cabeça. Além disso, coloque um travesseiro sob as pernas do sujeito para maior conforto e para reduzir o movimento. Forneça uma bola de alarme, bem como uma caixa de botão de resposta segura de ressonância magnética posicionada de forma que seja necessário um movimento mínimo para apertar um botão.

Agora, prenda a bobina da cabeça com um espelho acoplado de forma que o sujeito veja a tela de projeção na orientação correta. Em seguida, prenda temporariamente a extremidade livre do cabo do eletrodo dos eletrodos de borracha à bobina do cabeçote, de modo que não fique presa quando a cama estiver em movimento. Mova a base do scanner para a posição.

Em seguida, na extremidade traseira do furo do scanner, conecte o cabo do eletrodo dos eletrodos de borracha à caixa de filtro interna que se conecta ao cabo LAN. Para evitar movimento excessivo durante as varreduras, prenda os cabos e a caixa do filtro ao longo do corrimão da base do scanner à direita do furo com fita adesiva e sacos de areia. Em seguida, coloque a tela do projetor na extremidade traseira do orifício do scanner.

Por fim, teste novamente a impedância no estimulador para garantir que todas as conexões de cabos sejam feitas corretamente antes de iniciar o experimento. Comece testando se o computador de apresentação registra quando o sujeito pressiona os botões de resposta. Em seguida, adquira uma imagem anatômica ponderada em T1 de alta resolução com resolução isotrópica de um milímetro.

Uma vez adquirido, ajuste os níveis de contraste e janela nesta imagem para extremos baixos e altos para detectar visualmente o ruído que pode resultar da configuração do estimulador. Continue esse monitoramento durante a aquisição da imagem funcional. Agora, inicie o experimento no computador de apresentação para que ele comece com o gatilho do scanner e inicie o estimulador para aguardar o gatilho de saída deste computador.

Neste ponto, inicie a aquisição do FMRI. Deixe o estimulador ligado e conectado durante todo o experimento FMRI para evitar diferenças na relação sinal-ruído temporal entre as condições de ligar e desligar o estimulador. Além disso, monitore a tela do estimulador para garantir que a corrente seja enviada nos momentos desejados durante as execuções experimentais.

Quando a digitalização estiver concluída, desconecte a caixa do filtro interno do cabo conectado aos eletrodos de borracha. Assim que o assunto estiver fora do scanner, remova os eletrodos, deixando-o livre para lavar o cabelo. Esta figura mostra os resultados do teste dos efeitos da força de corrente de 16 hertz CZOZTACS no sinal em negrito durante a fixação cruzada central.

As médias do sinal relacionadas ao evento para clusters estatisticamente significativos são mostradas, com efeito crescente no sinal com o aumento da força da corrente. Aqui, vemos mapas de pontuação T específicos da força atual ilustrando a especificidade regional dos efeitos, bem como o aumento dos efeitos na atividade em negrito com o aumento da força atual. Esta figura mostra resultados representativos testando a dependência de frequência dos efeitos TACS durante uma tarefa de percepção visual.

Este esquema ilustra o tempo do experimento com apresentação visual e períodos TACS entre os blocos de fixação cruzada central. Os mapas de interação de efeito de condição e frequência do TACS e os testes post-hoc de cluster mostram efeitos específicos de frequência no córtex parietal, com TACS de 10 hertz diminuindo e sinal de 60 hertz aumentando. Esses mapas de pontuação T mostram efeitos específicos de TACS de 60 hertz que se estendem além do córtex parietal para incluir algumas regiões occipitais e frontais.

Uma vez dominado, esse experimento pode ser feito em menos de duas horas, dependendo da duração do projeto do experimento. Ao tentar este procedimento, é especialmente importante certificar-se de que o estimulador esteja devidamente sincronizado com o tempo de aquisição da ressonância magnética. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como realizar experimentos combinados TACS FMRI.