Нейронавигированная фокальная транскраниальная стимуляция постоянным током во время функциональной магнитно-резонансной томографии

Описан новый метод нейронавигационной установки электродов для фокальной тДКС, учитывающий анатомию головы отдельного участника. Мы хотим понять, приводит ли нейронавигированное размещение электродов tDCS к более высокой точности размещения по сравнению с традиционными методами размещения, и улучшает ли эта превосходная точность поведенческий и нейронный эффект стимуляции. Одной из самых больших проблем в эксперименте tDCS является обеспечение точного размещения электродов на коже головы каждого участника исследования таким образом, чтобы подача тока была наиболее эффективной.

Поэтому исследователи должны обеспечить точное размещение электродов и проверить потенциальное смещение. во время фМРТ. Во-первых, наш подход оптимизирует положение электродов на коже головы с использованием реалистичного моделирования течения тока для каждого участника исследования.

Во-вторых, мы используем размещение электродов с нейронной навигацией, чтобы гарантировать, что электроды прикреплены в индивидуально оптимизированных положениях на коже головы. И в-третьих, мы подтверждаем точность размещения электродов относительно предполагаемых целевых областей до и после каждого сеанса фМРТ. Повышая точность размещения оптимальных положений электродов на коже головы, мы обеспечиваем максимальный эффект tDCS для каждого участника исследования.

В будущем мы планируем использовать новые навигационные tDCS для систематического исследования новых механизмов, с помощью которых стимуляция улучшает функцию мозга человека. Это исследование даст фундаментальное представление о том, как tDCS модулирует функции мозга как в здоровом, так и в больном состоянии. Это также поможет максимизировать эффекты tDCS на основе характеристик участников и пациентов в будущем.

Для начала соберите все необходимое оборудование для нейронавигации. Откройте программу для нейронавигации и выберите «Новый пустой проект». Загрузите взвешенное изображение участника T1 и сохраните проект.

Чтобы начать 3D-реконструкцию головы, перейдите в раздел реконструкции и нажмите «Новая реконструкция и скин», чтобы открыть новое окно, затем нажмите «Вычислить скин». Настройте пять ориентиров, включая насион, левую и правую ноздри, а также левую и правую преаурикулярные ямки. Настройте положение электродов для правой дорсальной латеральной префронтальной коры с координатами X, Y и Z анода в целевом участке.

Нажмите «Добавить новый» и назовите анод. Расположите участника удобно в кресле лицом к камере слежения и попросите его надеть кубки с прикрепленным к нему трекером. Затем перейдите на вкладку сеансов и в новом выпадающем меню выберите онлайн-сеанс.

Выберите вкладку Polaris, чтобы проверить видимость трекера объекта и указателя в поле зрения камеры, гарантируя, что оба устройства распознаны. Выберите раздел регистрации, чтобы зарегистрироваться на пяти предопределенных ориентирах. Поместите указатель перпендикулярно черепу так, чтобы датчики были обращены к камере, и нажмите ножную педаль для подтверждения положения.

Перейдите в раздел проверки и проверьте ориентиры после наведения указателя на зарегистрированные ориентиры. Далее на панели уточнения ориентиров нажмите кнопку добавления для каждой позиции. Расположите указатель на поверхности головы и нажмите на педаль, чтобы зафиксировать дополнительные ориентиры.

Затем выберите участок perform и переместите указатель к примерному расположению дорсальной латеральной префронтальной коры. Отметьте положение электродов, когда указатель совпадет с центром зеленого перекрестия на экране. Отодвиньте волосы участника от соответствующей области кожи головы и отметьте положение электродов с помощью маркера для кожи или ручки.

Нанесите небольшое количество местного обезболивающего крема на отмеченные места для снижения физических ощущений во время фМРТ tDCS. Вставьте вилку питания в тот же удлинитель, что и сканер, чтобы использовать многоканальный стимулятор постоянного тока в обычном режиме. Затем подключите его к внешней коробке с помощью кабеля внешней коробки и адаптера.

Затем равномерно нанесите один миллиметр проводящего геля на поверхность всех электродов в конфигурации фокальной tDCS и используйте вспомогательное средство для заполнения электродов для стандартизации толщины геля. Включите стимулятор постоянного тока, а затем панельный ПК. Дважды щелкните значок MC стимулятора постоянного тока и выберите соответствующую настройку последовательности, затем откалибруйте стимулятор для выполнения калибровки без подключения участника. Расположите участника удобно рядом со стимулятором постоянного тока за пределами комнаты МРТ и измерьте самую широкую часть головы участника, которая представляет собой окружность от лба до затылочной кости.

Затем расположите электроды, распорку так, чтобы обеспечить равномерное расстояние между катодами вокруг центрального анода и прикрепите их к отмеченным положениям скальпа. Используйте ЭЭГ-колпачок оптимального размера без пластиковых вставок для фиксации электродов. Подключите внешний блок к внутреннему блоку стимулятора постоянного тока для выполнения проверки импеданса.

Чтобы провести проверку импеданса, нажмите соответствующую кнопку на интерфейсе стимулятора. Затем отсоедините внутреннюю коробку от внешней коробки и вставьте внешнюю коробку в волновод сканера. Затем попросите участника сесть на стол для обследования МРТ и снова подключите внутреннюю коробку к внешней коробке, вставленной в волновод.

Затем расположите участника в положении лежа на спине на столе для МРТ так, чтобы его голова находилась в катушке с открытой головкой. Проведите кабели электродов через нижнюю часть катушки головки, прежде чем прикрепить верхнюю часть и зафиксировать ее на месте. Расположите внутреннюю коробку рядом с участником на столе для МРТ-исследования и переместите его в отверстие сканера.

Выйдите из комнаты сканирования и сообщите участнику о предстоящих процедурах через интерфейс связи. На панели сканера ПК перейдите в главное меню, за которым следует осмотр и регистрация пациента. После заполнения необходимых полей перейдите к выбору программы и выберите планируемый протокол визуализации.

Нажмите на ориентацию пациента и выберите положение «Голова вперед на спине». В выпадающем меню области обследования и латеральности выберите мозг и нажмите «Обследование», чтобы продолжить. Сообщите участнику, что будут проведены два 10-минутных сканирования фМРТ в состоянии покоя, и проинструктируйте его сохранять взгляд на фиксирующем кресте в течение всего периода сканирования.

Чтобы запустить tDCS, нажмите кнопку «Начать стимуляцию» на панельном ПК. Нажмите кнопку запуска отпускания, чтобы начать стимуляцию с 10-секундным нарастанием до начала последовательностей функциональной визуализации. После функционального сканирования и периода стимуляции проведите повторное ПЭТ-сканирование, пока электроды все еще прикреплены к голове участника. По окончании сеанса МРТ отсоедините кабели электродов от наружной коробки и выключите стимулятор постоянного тока.

Извлеките участника из отверстия сканера и снимите колпачок и электроды с головы участника. Достоверное расхождение между предполагаемым и фактическим положением электродов было обнаружено как до фМРТ, так и после фМРТ. Смещение электродов между сеансами до и после ФМРИ было минимальным со средним дрейфом минус 0,08 мм.

Не было обнаружено существенных различий в точности размещения электродов между правой затылочной височной корой, левой височной теменной корой и правой дорсальной латеральной префронтальной корой на предполагаемых фактических этапах до и после фМРТ.