Установление одновременной транскраниальной стимуляции переменным током и электроэнцефалографии для регистрации активности мозга человека

Abstract

Источник: Fehér, K. D. et al., Параллельная электроэнцефалографическая запись во время транскраниальной стимуляции переменным током (tACS). J. Vis. Exp. (2016)

В этом видео показана организация параллельных экспериментов по транскраниальной стимуляции переменным током (tACS) и электроэнцефалографии (ЭЭГ) для доставки ритмичных электрических сигналов в мозг при одновременной записи мозговой активности. Процедура обеспечивает изоляцию электродов и предотвращает образование гелевых мостов для точной стимуляции и чистых сигналов ЭЭГ.

Protocol

Все процедуры с участием людей были выполнены в соответствии с институциональными, национальными и международными руководящими принципами по благополучию человека и были рассмотрены местным институциональным наблюдательным советом.

ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 1 показаны монтажи и конструкция электродов для транскраниальной стимуляции переменным током (tACS) и колпачка для электроэнцефалографии (ЭЭГ). Мы используем эластичный колпачок для ЭЭГ (рис. 1D) для удержания электрода tACS, прикрепленного к коже головы.

1. Монтаж

ПРИМЕЧАНИЕ: Репрезентативные результаты получены из следующих монтажей электродов tACS.

1. Монтаж 1: Поместите оба электрода на кожу головы, на левую дорсолатеральную префронтальную кору (DLPFC) (электрод F3) и левую заднюю теменную кору (PPC) (электрод P3) (рисунок 1A).
2. Монтаж 2: Поместите один tACS-электрод на кожу головы на левом DLPFC (F3-электрод), а другой tACS-электрод поместите на левое плечо (Рисунок 1B).
3. Монтаж 3: Поместите один электрод tACS на кожу головы слева от PPC (электрод P3), а другой электрод tACS поместите на левое плечо (рисунок 1C).

2. Подготовка tACS электродов

1. Если референсный tACS электрод будет размещен на плече (монтаж 2 и 3), сделайте это в первую очередь.
   1. Перед установкой плечевого электрода подготовьте кожу с помощью абразивного геля для подготовки кожи к ЭЭГ и электрокардиографии. Используйте марлевый тампон, чтобы слегка протереть кожу гелем.
   2. Нанесите ЭЭГ-гель на электрод tACS и поместите электрод на плечо.
   3. Закрепите электрод на плече с помощью скотча.
2. Наденьте шапочку для ЭЭГ. Отрегулируйте положение колпачка в соответствии с международной системой 10-20 для позиционирования электродов и застегните подбородочный ремень.
3. Отметьте места, указывающие, где на коже головы будет расположен электрод tACS. Используйте красную ручку на водной основе, во-первых, потому что цветной материал ручки снижает изолирующий эффект, а во-вторых, ее можно легко смыть водой.
4. Если ручка не доходит до кожи головы для разметки из-за слишком тугих отверстий в колпачке ЭЭГ для введения геля (Рисунок 1D), используйте деревянную палочку, например, деревянную ручку ватной палочки.
   1. Тщательно раскрасьте кончик палочки и используйте этот наконечник для обозначения кожи головы.
   2. Снимите колпачок ЭЭГ и проверьте, была ли маркировка успешной. При необходимости заполните маркировку, чтобы ее можно было легко заметить позже.
5. Выполните следующие шаги (2.5.1-2.5.4) в зависимости от длины волос участника. Если у участника короткие волосы (примерно до 10 сантиметров), пропустите следующие шаги (также следует учесть, что определенные прически, например, дреды, делают невозможным наложение электродов tACS). Если у участника более длинные волосы:
   1. Поместите электрод tACS так, чтобы его центр был отмечен красным пятном на коже головы. Обратите внимание, что в этот момент на электрод tACS не следует наносить гель для ЭЭГ.
   2. Проденьте все волосы внутрь внутреннего кольца электрода tACS.
   3. Свяжите надетые волосы с помощью кабельных биндеров. Обратите внимание на то, чтобы волосы вокруг электрода tACS не связывались с ним кабельными связующими.
   4. После того, как волосы будут связаны, снимите электрод tACS.
6. Нанесите гель ЭЭГ на кожу головы электродом tACS.
   1. Перед нанесением геля подключите электроды tACS кожи головы и плеча к стимулятору, но пока не включайте стимулятор. Нанесите тонкий слой геля ЭЭГ на электрод tACS. Важно редкое нанесение геля.
   2. Осторожно положите электрод tACS обратно на голову.
      1. Если у участника более длинные волосы, проденьте связанные волосы обратно через внутреннее отверстие электрода tACS, не касаясь геля ЭЭГ на электроде tACS.
      2. При установке электрода tACS обратите особое внимание на красную метку на коже головы, которая находится в середине электрода tACS. После того, как электрод tACS был помещен на кожу головы, его положение больше не может быть изменено.
      3. Снимите кабельные крепления с волос после установки tACS-электрода.
   3. Включите стимулятор и следите за импедансом. Осторожно оказывая некоторое давление на электрод tACS, обратите очень пристальное внимание на то, чтобы красное пятно всегда оставалось в середине электрода tACS.
   4. Осторожно приподнимите края tACS-электрода и нанесите еще немного геля ЭЭГ под волосы, а не между tACS-электродом и волосами (Рисунок 2). Это особенно важно, если у участника много волос (см. обсуждение).
   5. Продолжайте оказывать давление на электрод tACS до тех пор, пока импеданс не станет стабильно ниже 10 кОм. Контролируйте импеданс электрода tACS с помощью стимулятора tACS. При необходимости осторожно добавляйте дополнительный гель для ЭЭГ, но всегда редко.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Импеданс электрода tACS, контролируемый стимулятором tACS, измеряется между электродами tACS, что имеет недостаток, заключающийся в том, что не предоставляется отдельная информация о значении импеданса для каждого электрода. В зависимости от системы усилителя ЭЭГ, с ее помощью также можно измерить импеданс электродов tACS, а затем измерить импеданс для каждого электрода отдельно.
   6. Обратите внимание на любой гель, выходящий из tACS-электрода, и удалите излишки геля для ЭЭГ с помощью ватного тампона.

3. Установка колпачка ЭЭГ

1. После того, как импеданс электродов tACS опустится ниже порогового значения в 10 кОм, установите колпачок ЭЭГ снова. Надевайте ЭЭГ-колпачок очень аккуратно и осторожно, особенно если материал ЭЭГ-колпачка эластичный, так как в противном случае во время этого шага легко изменить положение tACS-электрода кожи головы.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Смещение tACS-электрода распределяет ЭЭГ-гель под tACS-электродом и приводит к тому, что ЭЭГ-гель соединяется с ЭЭГ-электродами. Важно не тянуть эластичный колпачок вниз с усилием, так как это может привести к его отскоку, что также приведет к смещению электрода tACS.
2. Застегните ремешок шапочки для ЭЭГ.

4. Подготовка электродов ЭЭГ

1. Нанесите гель ЭЭГ соответствующей вязкости (как подробно обсуждалось в обсуждении) на электроды ЭЭГ для создания контакта между кожей головы и электродами ЭЭГ. Начните с заземляющего и опорного электродов ЭЭГ. Затем приступайте к электродам, расположенным в непосредственной близости от электрода tACS. Затем перейдите к оставшимся электродам (см. Обсуждение).
2. Для электродов ЭЭГ, окружающих электрод tACS, вводите гель кончиком иглы, направленным в сторону от электрода tACS. Аккуратно надавливайте на электроды ЭЭГ во время нанесения геля, чтобы гель не вытекал из-под электродов.
3. Используйте деревянную палочку, чтобы увеличить контакт между электродами ЭЭГ и кожей головы, как показано на рисунке 3. Не используйте кончик иглы для этой цели, так как он соскребет кожу головы участника, и, кроме того, не так эффективен для этой цели.
   1. Надавите на кожу головы с помощью палочки и очень осторожно потрите кожу головы верхней частью палочки вращательными движениями. Для электродов, расположенных в непосредственной близости от электрода tACS, старайтесь держать угол палочки перпендикулярно коже головы, так как боковые движения палочки будут растекать гель под электродом. При необходимости нанесите еще немного геля ЭЭГ, а затем используйте деревянную палочку для дальнейшего улучшения импеданса.
4. Чтобы избежать образования мостов через протекающий гель (Рисунок 4), будьте осторожны при нанесении геля, чтобы снизить импеданс электродов ЭЭГ в непосредственной близости от электрода tACS. Вместо этого постарайтесь максимально снизить импеданс, используя только деревянную палочку, прежде чем рассматривать возможность добавления большего количества геля.
5. Как только будет достигнут хороший импеданс с помощью деревянной палочки, осторожно вставьте и опустите иглу до тех пор, пока кончик не коснется кожи головы. Затем аккуратно нанесите гель, вытаскивая иглу, тем самым помогая стабилизировать контакт между электродом ЭЭГ и кожей головы.
6. Стремитесь к импедансу электродов ЭЭГ ниже 5 кОм для получения оптимальных данных, так как это снижает шумовые помехи и искажения сигнала.
7. После того, как импедансы будут снижены до соответствующего уровня, проверьте, не образовался ли мост между электродом tACS и окружающими электродами ЭЭГ из-за утечки геля.
   1. Применяйте краткую синусоидальную стимуляцию с интенсивностью экспериментального интереса (например, 1 мА от пика до пика).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Из-за ограничений некоторых систем (см. таблицу материалов) невозможно проверить наличие моста онлайн, а только путем применения стимуляции и последующей проверки того, не становится ли какой-либо канал усилителя ЭЭГ насыщенным.
   2. Посмотрите, насыщен ли какой-либо канал во время стимуляции.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Как видно из репрезентативных результатов, мостик через протекающий гель между tACS и электродами ЭЭГ насытит этот канал усилителя ЭЭГ и исключит возможность записи данных с этих электродов. После того, как мост через протекающий гель установлен, его невозможно отменить. Единственный вариант – прервать эксперимент.
8. Проверьте импедансы еще раз. Затем начните запись.

Results

Рисунок 1. Иллюстрация монтажа. (A) Монтаж с двумя tACS-электродами, размещенными на волосистой части головы (F3 и P3). (B) Монтаж с одним tACS-электродом, размещенным на коже головы (F3), и одним референсным tACS-элект...

Materials