Транскраниальная постоянного тока Стимулирование и синхронный Функциональная магнитно-резонансная томография

Общая цель следующего эксперимента — продемонстрировать применение транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS) при одновременном проведении функциональной магнитно-резонансной томографии. Чтобы оценить влияние стимуляции на функции человеческого мозга, на первом этапе необходимо собрать необходимое оборудование, включая МРТ-сканер, совместимые кабели, электроды и фильтрующие блоки. На втором этапе необходимо настроить оборудование для tDCS внутри и снаружи сканера.

Затем участник проходит скрининг и подготовку к проведению tDCS внутри сканера. После перемещения участника в апертуру сканера включается стимуляция и начинается эксперимент с использованием фМРТ. В конечном итоге результаты участников, прошедших сканирование во время A-T-D-C-S, сравниваются в рамках внутрисубъектного дизайна с результатами, полученными во время отдельного сеанса имитации (sham) tDCS, чтобы выявить влияние стимуляции на функциональную активность мозга.

Основным преимуществом данного метода по сравнению с чисто поведенческими протоколами ТС заключается в том, что он позволяет изучать нейронные механизмы, лежащие в основе эффектов стимуляции. Кроме того, по сравнению с другими методами нейровизуализации, такими как ЭЭГ, фМРТ обеспечивает более высокое пространственное разрешение, а также позволяет проверить положение электродов на скальпе. Комбинированное использование фМРТ и tDCS может помочь раскрыть нейронные механизмы действия tDCS в здоровом мозге, а также при ряде различных патологических состояний, таких как инсульт или деменция.

Понимание принципов работы tDCS в головном мозге может со временем привести к совершенствованию клинического применения этого метода. Поскольку ряд критически важных этапов должен выполняться в правильном порядке и в строго определенные временные интервалы, для успешной реализации метода необходимы тщательное планирование и ознакомление с этими этапами. При правильном выполнении данная методика представляет минимальный риск для участников.

Тем не менее, исследователи должны строго соблюдать установленные правила безопасности при проведении МРТ и tDCS. Дизайн эксперимента включает два сегмента фМРТ, выполняемых во время пятиминутной последовательности покоя с tDCS и одиннадцатиминутного задания по открытой семантической генерации слов. 20-минутный сеанс tDCS начинается примерно за одну-две минуты до начала сканирования, охватывает всю продолжительность двух функциональных сканирований, а также короткие перерывы и инструкции между ними.

Дополнительные структурные сканирования проводятся после проведения фМРТ в состоянии покоя и во время выполнения задания. Сеанс имитационной стимуляции состоит из 30 секунд tDCS перед фМРТ в состоянии покоя; в остальное время протокола выполнения языкового задания tDCS не применяется. Для вывода визуальных образов различных семантических категорий на экран внутри сканера используется специальное программное обеспечение для предъявления стимулов. Проекция осуществляется с помощью проектора и системы зеркал, подключенных к компьютеру.

Для передачи открытых вербальных ответов используется совместимый с МРТ микрофон. Чтобы настроить программу устройства tDCS для подачи постоянного прямого тока силой 1 mA в течение 20 минут, убедитесь, что стимулятор достаточно заряжен. В противном случае он может отключиться во время эксперимента; соберите все оборудование, кабели и электроды, необходимые для tDCS, согласно описанию в текстовом протоколе.

В пультовой МРТ расположите внешний фильтрующий блок рядом с ВЧ-фильтрующей трубкой, через которую кабели вводятся в процедурный кабинет. Обратите внимание, что на внешнем фильтрующем блоке имеется четкая маркировка. Не допускайте перепутывания внутреннего и внешнего фильтрующих блоков.

Затем с помощью кабеля стимулятора подключите стимулятор к внешнему блоку. Измерьте длину кабеля блока, необходимую для соединения внутреннего и внешнего фильтрующих блоков, оставив достаточный запас кабеля для прокладки вдоль стен помещения со сканером. Вставьте кабель блока в трубку РЧ-фильтра и подключите его к внешнему фильтрующему блоку в помещении со сканером.

Поместите внутренний блок фильтров в заднюю часть апертуры сканера и зафиксируйте его с помощью адгезивной ленты. Прикрепите кабель блока к стенкам адгезивной лентой и подключите его к внутреннему блоку фильтров сканера, избегая образования петель на кабелях, так как это может вызвать РЧ-нагрев. Тщательно проверьте участников на наличие противопоказаний к МРТ и tDCS, таких как кардиостимуляторы, металлические имплантаты в теле и клаустрофобия.

После объяснения процедуры получите информированное согласие, как при использовании стандартных установок TDCS, чтобы подготовиться к размещению электродов. Осмотрите кожу участника на наличие имеющихся повреждений и уберите волосы с кожи. Затем очистите кожу спиртом для улучшения ее состояния.

После замачивания губчатых карманов в физиологическом растворе вставьте совместимые с МРТ электроды в карманы, используя маркер, не оставляющий ферромагнитных следов. Сначала отметьте на голове испытуемого точки пересечения T3, F3 и F7, C3, а затем отметьте середину между F7 и F3. Теперь отметьте центр линии, соединяющей эти две точки, и поместите в эту точку анод.

Затем поместите катод на правую супраорбитальную область и закрепите оба электрода с помощью резинки. После окончательной проверки безопасности за пределами сканера сопроводите участника в помещение сканера, а затем подойдите ближе к сканеру, чтобы подключить электродный кабель к внутреннему фильтрующему блоку. Далее включите стимулятор и проверьте импеданс, например, одновременно нажав верхнюю правую и нижнюю левую кнопки стимулятора.

Импеданс при данной процедуре обычно выше, чем при стандартных протоколах tDSS, из-за большего сопротивления кабелей и фильтрующих блоков, поэтому крайне важно проверить значения импеданса перед началом сканирования. Если достигаются предельные значения импеданса, стимулятор останавливается автоматически. Возможные способы устранения проблемы включают проверку плотности контакта электродов с кожей головы, повторную очистку кожи и дополнительное увлажнение губок физиологическим раствором.

Расположите участника на гентри сканера. Убедитесь, что электроды по-прежнему находятся в правильном положении. Затем пропустите кабель электродов через нижнюю левую часть катушки для головы и закрепите кабель, чтобы он не зацепился за гентри.

Переместите гентри. После этого закройте катушку головы и передайте участнику кнопку экстренного вызова. Затем задвиньте участника в сканер.

Затем возьмите кабельный разъем электрода с задней части сканера, подключите его к внутреннему блоку фильтров и покиньте помещение. Используя систему интеркома сканера, сообщите участнику о начале сеанса сканирования. После завершения периода подготовки запустите структурное локализационное сканирование с помощью консоли управления сканером.

Проверьте локализационное сканирование на наличие высокочастотных артефактов, дважды щелкнув по снимку и отрегулировав контрастность, удерживая правую кнопку мыши и перемещая мышь влево и вправо. Используйте интерком сканера, чтобы сообщить испытуемому, что стимуляция сейчас начнется и что он или она может в течение короткого времени почувствовать покалывание в области волосистой части головы. Затем повторите инструкции для первого функционального сканирования.

Перед началом сканирования в состоянии покоя проинструктируйте участника, чтобы он или она держали глаза закрытыми на протяжении всего пятиминутного сканирования. Попросите его или её двигаться как можно меньше и ни о чем конкретном не думать. Также убедитесь, что проектор выключен вручную.

Начните процедуру TDCS примерно за одну-две минуты до начала функционального сканирования в состоянии покоя. Используйте консоль сканера для загрузки последовательности состояния покоя. Дважды щелкните по последовательности состояния покоя, чтобы открыть поле обзора, и отрегулируйте положение так, чтобы оно охватывало весь мозг и примерно совпадало с передней и задней комиссурами.

Теперь запустите первое сканирование. При проведении двойных слепых исследований привлекайте второго исследователя для мониторинга импеданса на протяжении всего эксперимента во время выполнения последовательности в состоянии покоя. Загрузите вторую последовательность функциональной визуализации (задание на изучение языка) и, как и ранее, отрегулируйте поле зрения с помощью консоли сканера, чтобы сократить время между сканированиями.

После завершения последовательности состояния покоя включите проектор для визуального отображения экспериментальных стимулов во время языковой задачи. Дважды щелкните по иконке программы для презентаций и загрузите парадигму языковой задачи. Используя интерком сканера, повторите инструкции для функциональной МРТ-парадигмы, связанной с выполнением задачи, и приступите к выполнению задачи по окончании стимуляции и ФМРТ-эксперимента.

Продолжите выполнение запланированного структурного сканирования. По завершении эксперимента отсоедините кабель электрода от внутреннего фильтрующего блока, прежде чем вывести участника из апертуры сканера. Затем снимите катушку для головы, попросите участника сесть и осторожно удалите электроды.

Исследования ФМРТ во время выполнения задачи по семантической генерации слов показали снижение активности в вентральной части нижней лобной извилины как у молодых, так и у пожилых взрослых, получавших A-T-D-C-S, по сравнению с данными сканирования тех же испытуемых во время имитации стимуляции. Значимых различий в левой дорсальной нижней лобной извилине и данных ФМРТ обнаружено не было. Сравнение сканирования в состоянии покоя, проведенного во время A-T-D-C-S, со сканированием в состоянии покоя тех же 18 участников во время отдельного сеанса имитации TDCS иллюстрирует области мозга с повышенной связностью при A-T-D-C-S, отмеченные красным, и области со сниженной связностью, отмеченные синим.

В будущем этот новый метод может быть применен в клинической практике для повышения эффективности существующих вмешательств или разработки новых научно обоснованных протоколов. Для более глубокого понимания механизмов действия TT CS данный метод можно дополнить другими техниками, такими как EEG TT S, чтобы воспользоваться их более высоким временным разрешением. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о технических требованиях, реализации и вопросах безопасности при комбинированном использовании TDCS и MRI.