Summary
عبر الجمجمة التحفيز الحالية المباشر (tDCS) هي تقنية تحفيز المخ موسع. وقد تم استخدامه بنجاح في مجال البحوث الأساسية والسريرية لتعديل الإعدادات وظائف المخ لدى البشر. توضح هذه المقالة تطبيق tDCS ومتزامنة وظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي الوظيفي)، للتحقيق أساس العصبية للآثار tDCS.
Abstract
عبر الجمجمة التحفيز الحالية المباشر (tDCS) هو موسع الدماغ تقنية التحفيز التي تستخدم تيارات كهربائية ضعيفة تدار على فروة الرأس لمعالجة استثارة القشرية، وبالتالي السلوك وظيفة الدماغ. في العقد الماضي، وقد تناولت العديد من الدراسات الآثار قصيرة الأجل وطويلة الأجل لtDCS على تدابير مختلفة من الأداء السلوكي خلال المهام الحركية والمعرفية، سواء في الأفراد الأصحاء، وفي عدد من مجموعات سكانية مختلفة المريض. حتى الآن، ومع ذلك، لا يعرف الكثير عن الأسس العصبية للtDCS للعمل في البشر فيما يتعلق شبكات الدماغ على نطاق واسع. ويمكن معالجة هذه المسألة من خلال الجمع بين tDCS مع تقنيات تصوير الدماغ الوظيفية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (الرنين المغناطيسي الوظيفي) أو في المخ (EEG).
على وجه الخصوص، الرنين المغناطيسي الوظيفي هو الأكثر استخداما على نطاق واسع تقنية تصوير الدماغ للتحقيق في الآليات العصبية الكامنة وراء الإدراك والحركية وظائف. تطبيق وعلى tDCS من خلال الرنين المغناطيسي الوظيفي يسمح تحليل الآليات العصبية الكامنة tDCS الآثار السلوكية لقرار مكانية عالية في جميع أنحاء الدماغ بأكمله. حددت الدراسات التي أجريت مؤخرا باستخدام هذه التقنية التحفيز التغيرات التي يسببها في نشاط الدماغ الوظيفية ذات الصلة مهمة في موقع التحفيز، وكذلك في مناطق الدماغ أكثر بعدا، والتي ارتبطت مع التحسن السلوكي. بالإضافة إلى ذلك، تدار tDCS خلال يستريح الرنين المغناطيسي الوظيفي للدولة يسمح تحديد التغييرات على نطاق واسع في الدماغ كله اتصال وظيفية.
ينبغي أن الدراسات المستقبلية باستخدام هذا البروتوكول مجتمعة تسفر عن رؤى جديدة في آليات العمل tDCS في الصحة والمرض وخيارات جديدة لتطبيق أكثر استهدافا من tDCS في مجال البحوث والمرافق الصحية. يصف المخطوطة موجودة هذه التقنية الرواية بطريقة خطوة بخطوة، مع التركيز على الجوانب الفنية من خلال tDCS تدار الرنين المغناطيسي الوظيفي.
Introduction
عبر الجمجمة التحفيز الحالية المباشر (tDCS) هو أسلوب موسع لتحفيز المخ التي يتم فيها التضمين سير القشرية عن طريق تيار كهربائي ضعيف (عادة 1-2 مللي أمبير) المتوقعة بين قطبين-الملصقة فروة الرأس. من الناحية الفسيولوجية، tDCS يؤدي الى التحول تعتمد على قطبية في الخلايا العصبية المحتملة غشاء يستريح (RMP) داخل المنطقة القشرية المستهدفة من خلال التلاعب في قنوات الصوديوم والكالسيوم، وبالتالي تشجيع التغييرات في استثارة القشرية 1. على وجه التحديد، وقد تبين مصعدي التحفيز (atDCS) لزيادة النشاط القشرية عبر الاستقطاب من الخلايا العصبية في حين أن الشرطة العسكرية الملكية التحفيز المهبطي (ctDCS) يقلل من استثارة القشرية 2. مقارنة مع أنواع أخرى من التحفيز في الدماغ وقد تم راسخة (مثل التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة) سلامة وحتى الآن لم يتم الإبلاغ عن أي آثار جانبية خطيرة حتى في الفئات الضعيفة من السكان 3، 4. أيضا، على الأقل بالنسبة الصغرىشدة التحفيز ور (إلى 1 مللي أمبير)، وهي فعالة وهمي ("صورية") حالة التحفيز موجود 5، مما يسمح للتعمية فعالة من المشاركين والمحققين للشروط التحفيز، مما يجعل tDCS أداة جذابة في إعدادات البحوث التجريبية والسريرية.
وقد أظهرت العديد من الدراسات حتى الآن أن هذه التغييرات في استثارة القشرية قد يؤدي إلى التحويرات السلوكية. في نظام المحرك، تم الإبلاغ عن الآثار قطبية تعتمد متسقة 1، 6 لكلا atDCS وctDCS. في الدراسات المعرفية، وذكرت أن غالبية الدراسات التي استخدمت atDCS لتعزيز الوظائف المعرفية آثار مفيدة على الأداء 7، في حين لم ctDCS في كثير من الأحيان لا يؤدي إلى معالجة ضعف الادراك. هذا الأخير يمكن تفسيره من خلال التكرار أكبر من الموارد المعالجة العصبية الكامنة وراء الإدراك 6. غالبية الدراسات قد استخدمت تصاميم tDCS عبر أكثر من دراسةالآثار المباشرة للتحفيز، والتي تدوم إنهاء الحالي إلا لفترات قصيرة من الوقت 1. ومع ذلك، فقد اقترح أن تتكرر آثار التحفيز على تخليق البروتين، أي العصبية آلية اكتساب المهارات الأساسية 8. في الواقع، يمكن تعزيز الحركية أو نجاح التدريب المعرفي عند دمجها مع دورات tDCS المتكررة وتم الإبلاغ عن الاستقرار على المدى الطويل من هذه التحسينات إلى آخر تصل إلى عدة أشهر في البالغين الأصحاء 8-10. وأثارت هذه النتائج أيضا مصلحة في استخدام tDCS في سياقات السريرية والبيانات الأولية تشير إلى أنه قد يكون من المفيد أيضا اتباع نهج المعالجة الأولية أو مساعد في مختلف السكان السريرية 3. ومع ذلك، في حين تناولت عددا كبيرا نسبيا من الدراسات الآثار العصبية من tDCS في الجهاز الحركي، لا يعرف إلا القليل عن الآليات العصبية الأساسية من آثار tDCS على وظائف المخ المعرفية في الصحة والمرض.فهم أفضل لطريقة عمل tDCS هو شرط مسبق ضروري لتطبيقات أكثر استهدافا من tDCS في مجال البحوث والمرافق الصحية.
ويمكن معالجة هذه المسألة من خلال الجمع بين tDCS مع تقنيات تصوير الدماغ وظيفية مثل المخ (EEG) أو وظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي الوظيفي). لقد اختار غالبية الدراسات التحقيق في الآليات العصبية الكامنة وراء الإدراك والحركية وظائف الرنين المغناطيسي الوظيفي لتوظيف 11. على وجه الخصوص، الرنين المغناطيسي الوظيفي هو الأكثر استخداما على نطاق واسع تقنية تصوير الدماغ للتحقيق في الآليات العصبية الكامنة وراء الإدراك والحركية وظائف 11. علاوة على ذلك، عندما يقترن التطبيق المتزامن لtDCS، الرنين المغناطيسي الوظيفي يسمح فحص الآليات العصبية الكامنة tDCS الآثار السلوكية لقرار المكاني العالي في جميع أنحاء الدماغ بأكمله مقارنة مع EEG (لأوصاف الأخيرة من الجمع بين tDCS-EEG نرى Schestatsky وآخرون 12). يصف المخطوطة الحالية الاستخدام البريد مجتمعة في وقت واحد من خلال tDCS الرنين المغناطيسي الوظيفي. وقد تم بنجاح استخدام هذه التقنية لدراسة الرواية الآليات العصبية الكامنة التي يسببها tDCS-التحويرات من الحركية والمعرفية وظائف 13-19. في المستقبل، وهذا البروتوكول مجتمعة تسفر عن رؤى جديدة في آليات العمل tDCS في الصحة والمرض. فهم تأثير tDCS على الشبكات العصبية على نطاق واسع وفقا لتقييم مع هذه التقنية قد وضع الأساس لتطبيق أكثر استهدافا من tDCS في مجال البحوث والمرافق الصحية.
وستركز المخطوطة على الاختلافات بين tDCS التجارب السلوكية والاستخدام المشترك للtDCS خلال وقت واحد الرنين المغناطيسي الوظيفي، مع التركيز بشكل خاص على متطلبات الأجهزة، وتنفيذ هذه التقنية، واعتبارات السلامة. كمثال، جلسة واحدة من tDCS تدار على اليسار التلفيف الجبهي السفلي (IFG) خلال المهام غائبة يستريح للدولة (RS) والرنين المغناطيسي الوظيفي خلال مهمة اللغة 14، 15 ثسوء وصفها، على الرغم من العديد من التطبيقات الأخرى الممكنة 16، 19. وقد وصفت تفاصيل التصميم التجريبي، وخصائص المشاركين وإجراءات تحليل البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي بالتفصيل في المنشورات الأصلية و14،15 هي خارج نطاق المخطوطة الحالية. علاوة على ذلك، في هذه الدراسات، والرنين المغناطيسي الوظيفي إضافية مسح أن تشارك صورية tDCS تم الحصول عليها ومقارنة مع نتائج الدورة atDCS (انظر "نتائج الممثل" لمزيد من التفاصيل). كان هذه الدورة مماثلة لتلك المذكورة في المخطوط الحاضر، إلا أن التحفيز أوقف قبل بدء الدورة المسح الضوئي (انظر الشكل 1 لمزيد من التفاصيل). تم تنفيذ الإجراء الحالي بنجاح في الماسح الضوئي 3 تيسلا سيمنز الثلاثي التصوير بالرنين المغناطيسي في مركز برلين للتصوير المتقدم (جامعة شاريتيه الطب، برلين، ألمانيا)، وينبغي من حيث المبدأ أن تنطبق على الماسحات الضوئية الأخرى كذلك 13.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. موانع الاستعمال واعتبارات خاصة
- شاشة بدقة المشاركين على موانع التصوير بالرنين المغناطيسي (مثل أجهزة ضبط نبضات القلب، الخوف من الأماكن المغلقة، الخ) واستبعاد إذا لزم الأمر. الحصول على استبيانات قياسية في المؤسسات السريرية أو البحوث التي تعمل الماسحات الضوئية التصوير بالرنين المغناطيسي. طاعة دائما إجراءات السلامة القياسية عند دخول غرفة الماسح الضوئي.
- شاشة بدقة المشاركين على موانع للtDCS. هذه قد تتداخل مع موانع للتصوير بالرنين المغناطيسي. انظر فيلامار وآخرون 20 على سبيل المثال.
- التشاور مع مرفق التشغيل فيما يتعلق بالسلامة واللوائح المحلية الأخلاق والحصول على الأذونات اللازمة. اختبار لالتحف التصوير المحتملة الناجمة عن التحفيز المعدات الحالية أو tDCS قبل بدء التجربة الفعلية (على سبيل المثال عن طريق اختبار تأثير tDCS على نسبة الإشارة إلى الضوضاء 17، 18).
2. FMإعداد RI، تصميم التجارب، والمواد
ملاحظة: استخدام tDCS داخل الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي يتطلب معدات خاصة. على وجه الخصوص، محددة مطلوبة الكابلات المتوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي، وصناديق التصفية، والأشرطة لأقطاب إرفاق أقطاب لرأس المواضيع '. الشكل 2 يوضح (A) معدات tDCS القياسية و(B) للاستخدام مع مكونات التصوير بالرنين المغناطيسي. مكونات هذه الأخيرة ضرورية لمنع إمكانية التدفئة تحت الأقطاب بسبب نبضات الترددات الراديوية المنبعثة خلال التصوير بالرنين المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون ذلك حافزا التحف التصوير عالية التردد من قبل الجهاز tDCS. كلا يمكن منعها من خلال استخدام صناديق مرشح المتمركزة خارج وداخل غرفة الماسح الضوئي، والكابلات مجهزة المقاومات والتفاني أقطاب مطاطية موصلة التصوير بالرنين المغناطيسي المتوافقة.
- أداء عام التجريبية مجموعة المتابعة وتسلسل للتجربة الرنين المغناطيسي الوظيفي. كلا تعتمد على أهداف الدراسة. ملاحظة: بروتوكول أدناه SPECIالمرورية لهذه التجربة، ولكن يمكن مراجعة لتنطبق على عدد من الحالات التجريبية المختلفة.
- استخدام جهاز كمبيوتر سطح المكتب مع برنامج عرض الحوافز تثبيت لمهمة اللغة التي تنطوي على عرض مرئي من فئات الدلالي داخل الماسح الضوئي. تقديم هذه المحفزات على شاشة داخل الماسح الضوئي عبر جهاز عرض متصل بالكمبيوتر ونظام من المرايا.
- استخدام ميكروفون متوافق مع التصوير بالرنين المغناطيسي لنقل الاستجابات اللفظية العلنية. الحصول على اثنين من متواليات الوظيفية خلال tDCS: على بعد خمس دقائق المهمة غائبة RS-تسلسل والدلالات المهمة الجيل كلمة العلني. ملاحظة: تفاصيل إضافية للمجموعة التجريبية الى أعلى، سبق وصفها تسلسل الرنين المغناطيسي الوظيفي والمحفزات في التفاصيل 14 و 15 و يوضح الشكل (1) والتجربة.
- لإعداد الجهاز، برنامج tDCS الجهاز لتقديم تيار مستمر مباشر من 1 مللي أمبير لمدة 20 دقيقة لتغطية كامل مدة اثنين الفحص وظيفيةق، بما في ذلك فترات راحة قصيرة والوقت للحصول على تعليمات في المسح بين 14 و 15. ضمان من أن مشجعا مشحونة بما فيه الكفاية؛ وإلا فإنه قد تغلق خلال التجربة.
- تأكد من أن كل المواد اللازمة (الشكل 2).
3. إعداد tDCS خارج وداخل من الماسح الضوئي (انظر الشكل 3 للاطلاع على نظرة عامة تخطيطي)
- وضع مربع تصفية الخارجي على مقربة من مرشح الترددات الراديوية (RF) أنبوب (أي نقطة الاختراق في وتيرة درع الراديو من الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي التي يمكن استخدامها لإدراج الكابلات من خارج الماسح الضوئي). الاتصال مشجعا مع الصندوق الخارجي باستخدام كابل مشجعا. يجب عدم خلط مربع تصفية الداخلي والخارجي يصل. ملاحظة: يوضح الشكل 4A على tDCS انشاء خارج الماسح الضوئي. تم وضع علامة على مربع الخارجي بشكل واضح في الشكل 4B.
- قياس طول الكابل المطلوبة للاتصال نزلإيه مع الصندوق الخارجي باستخدام كابل مربع (انظر النقطة التالية بشأن تحديد المواقع من الكابلات في غرفة الماسح الضوئي). إدراج الكابل مربع في أنبوب RF من الخارج من الماسح الضوئي والتواصل مع فلتر مربع الخارجي (الشكل 4A).
- وضع مربع مرشح الداخلية داخل نهاية الجزء الخلفي من تجويف الماسح الضوئي (الشكل 5)؛ استخدام شريط لاصق لإبقائه في مكانه. ربط الكابل مربع مع مربع مرشح الداخلية وتجنب الحلقات في أي الكابلات وهذه ربما تتسبب في تسخين RF. ملاحظة: يجب أن تكون محاذاة كابل مع جدران غرفة الماسح الضوئي ومرفقة مع شريط لاصق (الشكل 3).
4. إعداد المشاركين وضعية المشاركين في الماسح الضوئي
- كما هو الحال مع tDCS التقليدية مجموعة عمليات، وفحص الجلد من المشاركين عن أي آفات موجودة من قبل، حرك الشعر بعيدا، والجلد نظيفة مع الكحول لإزالة مثبتات الشعر، وغسول الجسم، الخ. لتحسين الموصلية الجلد تحت الأقطاب 12، <سوب> 21.
- نقع جيوب الاسفنجة مع محلول ملحي وإدراج الأقطاب التصوير بالرنين المغناطيسي المتوافقة إلى جيوب (انظر DaSilva 21 للاعتبارات عامة من إعداد المشاركين وتحديد المواقع القطب).
- مواقف القطب علامة على رؤوس المواضيع 'باستخدام القلم الذي لا يترك أي آثار المغناطيسية (على سبيل المثال لا تستخدم كحل). تحديد موقف هدفا للالأنود باستخدام نظام EEG 10-20 (هنا: غادر IFG، 5 × 7 سم 2) 14، 15. للقيام بذلك، حدد موقع (أ) تقاطع T3-F3 وF7-C3 و (ب) نقطة الوسط بين F7-F3. موقف الهدف في مركز خط ربط النقاط (أ) و (ب). مكان الكاثود (10 × 10 سم 2) على موقف الحق فوق الحجاج (للاطلاع على تفاصيل وضع قطب كهربائي نرى Meinzer آخرون 14، 15). نعلق الأقطاب لرئاسة باستخدام الشريط المطاطي.
- توجيه المشاركين وراء الماسح الضوئي وتوصيل كابل كهربائي مع FILT الداخليةإيه مربع. بدوره على مقاومة مشجعا واختبار عن طريق الضغط على الحق العلوي والسفلي الزر الأيسر للمشجعا في نفس الوقت. إذا وصلت إلى حدود مقاومة، ثم سوف مشجعا تتوقف تلقائيا. إذا حدث هذا، تحقق ما إذا كان لديهم اتصال مع أقطاب فروة الرأس والجلد نظيفة مرة أخرى أو تطبيق المزيد من محلول ملحي إذا أصبحت جافة جدا الإسفنج، ثم معرفة ما اذا كان أي كابل مكسورة. ملاحظة: مقاومة هو عادة أعلى بالمقارنة مع مجموعة التقليدية المنبثقة من لكابلات إضافية وصناديق تصفية بين مشجعا والأقطاب الكهربائية.
- توجيه المشاركين إلى غرفة الماسح الضوئي (بعد الاختيار النهائي السلامة). وضع المشاركين على جسرية الماسح الضوئي وتأكد من أن الأقطاب لا تزال في الموضع الصحيح. إغلاق لفائف الرأس. ويجب أن تغذى كابل كهربائي من خلال الجزء السفلي الأيسر من لفائف الرأس (انظر الشكل 6) أو وفقا لتوصيات الشركة المصنعة.
- نقل المشاركين في الماسح الضوئي تتحمل. تأكد من أن كابل تفعلوفاق لا قبض على العملاقة وكسر (انظر الشكل 6 لوضع آمن ممكن من كابل خلال هذه المرحلة). عندما وصلت المشارك الموقف النهائي داخل الماسح الضوئي، والوصول للكابل الكهربائي من نهاية الجزء الخلفي من الماسحة الضوئية وتوصيله إلى مربع التصفية الداخلية. تسليم زر الطوارئ لمشارك وترك غرفة الماسح الضوئي.
5. البدء في تحفيز
- استخدام الماسح الضوئي الداخلي لإبلاغ المشاركين عن بدء دورة المسح. بدء المسح كالايزر الهيكلية (لتحديد موقف رئيس مشارك في الماسح الضوئي والسماح للتخطيط عمليات التفحص الوظيفية والهيكلية لاحقة) باستخدام وحدة المسح الضوئي. فحص مسح لوكالايزر التحف عالية التردد: انقر نقرا مزدوجا على كالايزر مسح بعد نهاية فترة حيازة وضبط التباين (للسيمنز الثلاثي من خلال عقد زر الفأرة الأيمن وتحريك الماوس إلى اليسار واليمين، لنرى أمثلة أرقام 7Aو7B).
- استخدام الماسح الضوئي للاتصال الداخلي لهذا الموضوع أن التحفيز ستبدأ وأنه / أنها قد تشعر بوخز على فروة الرأس لفترة قصيرة. تكرار تعليمات لاول مسح وظيفي. في هذا المثال، إرشاد المشاركين للحفاظ على عيون مغلقة لمدة الفحص (5 دقائق)، والتحرك أقل قدر ممكن والتفكير في أي شيء على وجه الخصوص. تأكد من تشغيل جهاز العرض إيقاف (شاشة داخل تجويف الماسح الضوئي هو أسود) لتجنب التحفيز البصري خلال RS-المسح الضوئي.
- بدء التحفيز يدويا حوالي 1-2 دقائق قبل بدء أول مسح وظيفي (RS-المسح الضوئي). استخدام وحدة التحكم الماسح الضوئي لتحميل RS-التسلسل. انقر مرتين على RS-تسلسل لفتح مجال للرؤية (فوف)، وضبط الموقف لتغطية كامل الدماغ ومحاذاة تقريبا مع الصوار الأمامي الخلفي. بدء المسح الضوئي الأولى (باستخدام زر START المسح الضوئي).
- رصد مقاومة في كافة مراحل التجربة. ملاحظة: إذا كان إكسبويجري eriment في وضع مزدوجة التعمية (لقد أعمى مشارك وباحث إلى التحفيز)، قد يكون الباحث الثاني اللازمة لرصد مقاومة.
- أثناء تشغيل RS-تسلسل، تحميل الثانية تسلسل التصوير وظيفية (للغة مهمة لاحقة) وضبط مجال الرؤية، وذلك باستخدام وحدة التحكم الماسح الضوئي على النحو الوارد أعلاه، للحد من الوقت اللازم بين بالاشعة. بعد نهاية RS-تسلسل، تشغيل جهاز العرض للسماح للعرض المرئي من المحفزات التجريبية خلال مهمة اللغة. انقر مرتين على أيقونة برنامج العرض ونموذج اللغة الحمل. استخدام الماسح الضوئي الداخلي لتكرار التعليمات الخاصة المتعلقة مهمة الرنين المغناطيسي الوظيفي ونموذج بدء المهمة مع 14 و 15.
- بعد نهاية التجربة التحفيز / الرنين المغناطيسي الوظيفي، مع مواصلة المسح الهيكلية المخططة. لا قطع الكابلات الكهربائي حتى نهاية الدورة المسح.
- في نهاية التجربة، افصل كابل كهربائي من مربع التصفية الداخلية قبل أن ينتقل المشاركين إلىمن الماسح الضوئي تتحمل. إزالة مشارك من الماسح الضوئي، فصل لفائف الرأس ويطلب من المشاركين على الجلوس وإزالة الأقطاب بعناية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي هو تقنية التصوير الوظيفي الأكثر استخداما على نطاق واسع لمعالجة الآليات العصبية الأساسية من الوظائف الحركية أو المعرفية. في الآونة الأخيرة، كما تم استخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي لتقييم آثار tDCS على النشاط القشرية والاتصال. ومع ذلك، فإن معظم هذه الدراسات tDCS تدار خارج الماسح الضوئي وتقييم آثار حاليا من التحفيز (أي تدار tDCS قبل المسح 22، 23). فقط عدد قليل من الدراسات التي تدار حتى الآن tDCS خلال وقت واحد الرنين المغناطيسي الوظيفي، وذلك باستخدام مختلف المقابل تعتمد مستوى الأوكسجين في الدم (BOLD) 14-17، 24 أو التصوير نضح تسلسل 13 و 19. تلك الدراسات المستخدمة داخل المواضيع التصاميم لمقارنة نشاط الدماغ وظيفية أو التغييرات خلال نضح atDCS مقابل tDCS صورية لتسليط الضوء على الآليات العصبية الكامنة وراء الآثار السلوكية الفوري لtDCS في الصحة والمرض 1، 3.
على سبيل المثال، في اثنين من الدراسات التي أجريت مؤخرا، Meinzer وزملاؤه بتقييم الأسس العصبية للتحسينات في الأداء الناجم عن atDCS خلال الجيل كلمة الدلالي في الشباب الأصحاء البالغين 15 عاما وما فوق 14. في كلتا الدراستين، كان الأداء المتفوق خلال atDCS تدار على IFG اليسار مقارنة تحفيز مزيف، وأشار عدد أقل بكثير من أخطاء أثناء المهمة. وعلى الأخص، تم تحسين أداء كبار السن خلال الجيل الكلمة الدلالي، وهي مهمة ومن المعروف أن تتأثر سلبا من سن متقدمة 25-28، وصولا إلى مستوى مجموعة مطابقة من البالغين الأصغر سنا 14.
كشف الرنين المغناطيسي الوظيفي المتعلقة المهمة التي تحسن الأداء خلال atDCS مقارنة صورية كان مرتبطا مع المترجمة للغاية المتعلقة مهمة الحد من النشاط في الجزء البطني من IFG في كلتا الدراستين (الشكل 8). يرجى ملاحظة، والنشاط في IFG الظهرية اليسرى (للهيلم يتأثر أحد في المنطقة المجاورة لموقع التحفيز) من خلال التحفيز. تمشيا مع دراسة سابقة في البالغين الأصحاء الأكبر سنا التي تستخدم نوع مختلف من المهام استرجاع كلمة (صورة تسمية 17)، قد تكون ذات صلة هذه التخفيضات النشاط لمعالجة العصبية أكثر كفاءة في مناطق الدماغ المهمة ذات الصلة 14، 15. وعلاوة على ذلك، في المجموعة الأكبر سنا، atDCS تخفيض تعزيز المرتبطة بالعمر النشاط اليمين في نصف الكرة وارتبط انخفاض النشاط مع تحسن السلوكية 14. وتوضح هذه النتائج إمكانات هذه التقنية لتحديد الأسس الرواية العصبية من tDCS للعمل في موقع التحفيز، وكذلك في مناطق الدماغ بعيدة.
بالإضافة إلى ذلك، تم تأكيد الآثار شبكة واسعة النطاق من atDCS في كل من الدراسات باستخدام RS-الرنين المغناطيسي الوظيفي. وكشف النهج القائم على الاتصال وظيفية الرسم البياني: (1) الاتصال (الاتصالات أي المحسن) معززة بين المحاور الرئيسية للسي اللغةوقف في البالغين الأصغر سنا خلال atDCS مقارنة صورية (للحصول على مثال انظر الشكل 9، مقتبسة من 15 Meinzer وآخرون). في البالغين الأكبر سنا، أدى atDCS في انعكاس جزئي للبنية الشبكة تغير مقارنة البالغين الأصغر سنا 14. تظهر هذه النتائج أن آثار شبكة واسعة النطاق من التحفيز يمكن تحديدها باستخدام هذه التقنية.
الشكل 1. نظرة عامة على الجمع بين تجربة tDCS-الرنين المغناطيسي الوظيفي، بينما حصل اثنان بالاشعة الرنين المغناطيسي الوظيفي وظيفية (مسح للدولة يستريح تليها الدلالي مهمة الجيل الكلمة). التحفيز (صورية أو atDCS) التي ما يقرب من 1-2 دقائق قبل الفحص للدولة وبدأ يستريح حتى نهاية مهمة اللغة (atDCS)، أو كان رفعت أسفل قبل بدء فحص حالة الراحة (SHأنا؛ وليس وصفها هنا؛ لمزيد من التفاصيل انظر Meinzer آخرون 14،15). تم الحصول عليها بالاشعة هيكلية إضافية بعد نهاية التحفيز. موقع التحفيز (IFG، النقطة الحمراء في التخطيطي) تم تحديد باستخدام نظام EEG 10-20 (الصفراء). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. المعدات tDCS. (A) المعارض التجهيزات القياسية للدراسة tDCS. وهذا يشمل (1) مشجعا، (2) اثنين من الكابلات الكهربائي القياسية، و (3) أقطاب المطاط والاسفنج لجيوب الأقطاب. (ب) يوضح المكونات الإضافية المطلوبة لtDCS intrascanner: (4) كابل مشجعا، (5) كابل كهربائيمجهزة المقاومات، (6) والخارجي (7) صناديق مرشح الداخلية، (8) كابل لربط مربع صناديق تصفية اثنين، و (9) أقطاب مطاطية التصوير بالرنين المغناطيسي المتوافقة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 3. تخطيطي محة عامة عن tDCS انشاء الخارج والداخل من الماسح الضوئي. مشجعا المباشرة الحالية (1) متصل مع صندوق فلتر الخارجي باستخدام كابل مشجعا (2). كابل مربع يدخل غرفة الماسح الضوئي من خلال الراديو أنبوب مرشح تردد (3). يجب أن تكون محاذاة كابل مربع مع جدار غرفة التصوير بالرنين المغناطيسي (4) وتوصيلها إلى مربع التصفية الداخلية التي يتوضع داخل الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي (5). وترد الأقطاب في الرأس من الموضوع والقطب ويتم تغذية كابل من خلال الجزء السفلي الأيسر من لفائف الرأس ومتصلة مع مربع مرشح الداخلية (6). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4. تفاصيل مجموعة المتابعة داخل الماسح الضوئي. (A) يظهر وضع فلتر مربع الخارجي في محيط الإذاعة أنابيب مرشح تردد وكابل مربع التي يتم إدراجها في أنبوب مرشح اليسار. (B) عن قرب من مربع الخارجي الذي ليس MRI-متوافق. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
ويوضح هذا الرقم الرقم 5. تنسيب مربع مرشح الداخلية موقف مربع مرشح الداخلية داخل الماسح الضوئي (النهاية الخلفية). يتم وضع فلتر مربع تحت شاشة التي يتم عرض المحفزات التجريبية باستخدام جهاز عرض. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 6. تنسيب الكابل الكهربائي. هذا الرقم يدل على لفائف الرأس المغلقة من الماسح الضوئي. (أ) يتم وضع رأس الموضوع في لفائف الرأس مع الأقطاب المرفقةفي الرأس مع أقطاب مطاطية. القطب مخارج كابل رئيس لفائف في الجانب الأيسر السفلي. يتم وضع (B) الكهربائي على رأس لفائف الرأس عند نقل الموضوع في تجويف الماسح الضوئي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 7. يوضح التحف عالية التردد الناجم عن كسر كابل. (A) قطعة أثرية غير مرئية على شريحة المحوري للمسح كالايزر باستخدام تباين قياسية في MRIcron (www.mrico.com). يصبح (B) قطعة أثرية واضحة بعد ضبط إعدادات التباين (السهام البيضاء، إعدادات التباين 0-20). وبالمثل، عالية التردد قطعة أثرية غير مرئيةفي تسلسل التصوير الوظيفي باستخدام النقيض الافتراضي (C)، ولكن تصبح مرئية بعد تعديل التباين (D). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 8. تأثير atDCS على النشاط وظيفية ذات الصلة المهمة. يوضح تخفيضات كبيرة من النشاط ذات الصلة المهمة خلال الدلالات المهمة الجيل كلمة في الجزء البطني من التلفيف الجبهي السفلي (vIFG) في البالغين الأصغر والأكبر سنا (atDCS <صورية، كلا ع <0.05). لا توجد فروق ذات دلالة إحصائية في IFG الظهرية اليسرى (dIFG) في كلا المجموعتين. Pاستئجار هذه انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 9. تأثير atDCS على اتصال وظيفية للدولة يستريح. يوضح المناطق التي أظهرت محسن (الأحمر) أو انخفاض (الأزرق) خلال اتصال atDCS مقارنة تحفيز مزيف أثناء الفحص للدولة يستريح (شرائح السهمي س = -52/52، الاكليلية شريحة ض = 5). L = نصف الكرة اليسار، R = نصف الكرة الأيمن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 10.؛. التحقق من موقف الهدف (A) في الجانب الأيسر من هذا الرقم يدل على موقع القطب على فروة الرأس (تقديم السطحية على أساس صورة T1 المرجحة باستخدام MRIcron). (ب) يوضح الجانب الأيمن من الصورة الإسقاط من مركز الكهربائي في الدماغ من نفس الموضوع. التوجه من صورة متطابقة في كل من الصور. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وقد أظهرت تطبيق مجتمعة في وقت واحد مع tDCS الرنين المغناطيسي الوظيفي المحتملة لتوضيح الأسس العصبية من الآثار المباشرة لتحفيز الدماغ عبر كامل لقرار مكانية عالية 13-19. في المستقبل، ويمكن استكمال هذه الدراسات مجتمعة دراسات EEG-tDCS، لاستغلال قرار الصدغي العلوي من الأسلوب الأخير. بالإضافة إلى ذلك، يسمح intrascanner التحفيز التحقق من الموضع الصحيح من الأقطاب الكهربائية على فروة الرأس (على سبيل المثال باستخدام الصور المرجحة T، انظر الشكل 10). وهذا يمكن أن يساعد على الحد من التباين غير المرغوب فيها في الدراسات التجريبية بسبب وضع قطب كهربائي غير صحيحة.
وقد أنشئت السلامة لتحفيز intrascanner ومع الإعداد المناسب، هو فعل لا حرارة تحت الأقطاب (مثل هولندا وآخرون 17، انظر المواد التكميلية لهذه الدراسة). التحفيز يؤثر الحد الأدنى فقط صورةالجودة. على سبيل المثال، قد tDCS لحث على انخفاض طفيف نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتحف قابلية أو تشوهات الحقل B0 تحت أقطاب 17، 18، مع هذا الأخير يقتصر على فروة الرأس (للمراجعة انظر Saiote وآخرون 23). ومع ذلك، وكذلك التحف فروة الرأس، ودراسة ما بعد الوفاة من خلال انتعال وآخرون 29 وجدت القطع الأثرية التي يسببها tDCS مع حجم مماثل من الآثار الفسيولوجية BOLD خلال مهمة الاصبع التنصت في البطينين. لذا، ينصح الباحثون لإجراء المناسب إجراءات ضمان جودة الصورة 23. علاوة على ذلك، عطل المعدات (مثل كسر أو اتصال القطب الكابلات) قد تحفز التحف عالية التردد في تسلسل BOLD (انظر الأرقام 7C و 7D). لذلك، ينبغي توخي الحذر خاصة عند التعامل مع المعدات وprescanning إجراءات ضمان الجودة. استبدال الكابلات مكسورة يمكن منع مثل هذه artifacنهاية الخبر.
في البروتوكول الحالي، وصفت الجمع بين استخدام tDCS مع اثنين من متواليات الرنين المغناطيسي الوظيفي. لتجنب التفاعلات المحتملة بين الآثار المهمة ذات الصلة الرنين المغناطيسي الوظيفي على تسلسل الرنين المغناطيسي الوظيفي لاحقة، وكانت الشركة قد وبخاصة RS-30 الرنين المغناطيسي الوظيفي، وRS-الرنين المغناطيسي الوظيفي قبل الدلالي مهمة الجيل الكلمة. علاوة على ذلك، تم الحصول على تسلسل الهيكلية إضافية (مثل T1، T2، ونشر المرجحة بالاشعة) بعد تسلسل وظيفي لأن المالحة غارقة الاسفنجة الأقطاب قد تجف مع مرور الوقت والتحفيز قد تتعرض للخطر إذا intrascanner tDCS يدار في نهاية أطول دورة المسح.
وبصرف النظر عن استخدامها في إعدادات التجريبية في المشاركين صحية، والتطبيقات المستقبلية لهذه التقنية هي رواية تصور في السكان المريض. على سبيل المثال، فقد تبين أن الجمع بين العلاج مع tDCS لغة تدار على مدى عدة أيام متتالية لتعزيز نتائج العلاج في مرحلة ما بعد السكتة الدماغية لانغاضطرابات uage (حبسة) 31، 32. ومع ذلك، في حين أن آثار التحفيز عبر مجموعات كبيرة من المرضى، وتصل إلى 30٪ من المرضى الفردية لم يستفد من التحفيز 32. قد الاستخدام المشترك للtDCS مع الرنين المغناطيسي الوظيفي في المستقبل تسمح تحديد المرضى الذين الاستجابة لنوع معين من التحفيز والمساعدة على تحديد المرضى الذين لا تظهر هذه الآثار. مثل هذه الدراسات هي شرط أساسي لتعزيز فعالية التجارب السريرية المستقبلية التي تجمع بين التدخل السلوكي مع tDCS. ويمكن أن تشمل التطبيقات الأخرى تقييم الأسس العصبية للفائدة tDCS الآثار في الخرف والسلائف، أو غيرها من الأمراض العصبية أو النفسية 3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
والكتاب ليس لديهم ما يكشف.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل من المنح المقدمة من جمعية الألمانية للبحوث (AF: 379-8/1؛ 379-10/1، 379-11/1 وDFG-EXC-257، UL: 423/1-1)، والفراء Bundesministerium Bildung اوند Forschung (AF: FKZ0315673A و01GY1144؛ AF وMM: 01EO0801)، وخدمة التبادل الأكاديمي الألمانية (AF: DAAD-54391829)، Go8 استراليا - المانيا مخطط التعاون المشترك البحوث (DC: 2011001430)، وآخر كرونة-فريزينيوس ستيفتونغ (AF: 2009-141؛ RL: 2011-119) ومجلس البحوث الأسترالي (DC: ARC FT100100976؛ MM: ARC FT120100608). نشكر كيت Riggall للمساعدة التحرير.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DC-Stimulator Plus | NeuroConn, Illmenau, Germany | 21 | |
| Hardware extension DC-Stimulator MR (2 MRI compatible rubber electrodes, electrode and box cable and inner filter box; outer filter box and stimulator cable) | NeuroConn, Illmenau, Germany | ||
| 2 Sponge pads for rubber electrodes (7 cm x 5 cm and 10 cm x 10 cm) | NeuroConn, Illmenau, Germany | ||
| Rubber head band | |||
| NaCl solution | |||
| Measurement tape | To determine electrode position using the EEG 10-20 system | ||
| Pen | Used during electrode positioning |
References
- Stagg, C. J., Nitsche, M. A. Physiological basis of transcranial direct current stimulation. Neuroscientist. 17, 37-53 (2011).
- Nitsche, M., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurology. 57, 1899-1901 (2001).
- Flöel, A. tDCS-enhanced motor and cognitive function in neurological diseases. NeuroImage. 85, 934-947 (2014).
- Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. Int. J. Neuropsychopharmacol. 14, 1133-1145 (2011).
- Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): a tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clin. Neurophysiol. 117, 845-850 (2006).
- Jacobson, L., Koslowsky, M., Lavidor, M. tDCS polarity effects in motor and cognitive domains: a meta-analytical review. Exp. Brain Res. 216, 1-10 (2012).
- Kuo, M. F., Nitsche, M. A. Effects of transcranial electrical stimulation on cognition. Clin. EEG Neurosci. 43, 192-199 (2012).
- Reis, J., et al. Noninvasive cortical stimulation enhances motor skill acquisition over multiple days through an effect on consolidation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 1590-1595 (2009).
- Meinzer, M., et al. Transcranial direct current stimulation over multiple days improves learning and maintenance of a novel vocabulary. Cortex. 50, 137-147 (2014).
- Cohen Kadosh, R., Soskic, S., Iuculano, T., Kanai, R., Walsh, V. Modulating neuronal activity produces specific and long-lasting changes in numerical competence. Curr. Biol. 20, 2016-2020 (2010).
- Crosson, B., et al. Functional imaging and related techniques: an introduction for rehabilitation researchers. J. Rehabil. Res. Dev. 47, (2010).
- Schestatsky, P., Morales-Quezada, L., Fregni, F. Simultaneous EEG monitoring during transcranial direct current stimulation. J. Vis. Exp. (10), (2013).
- Zheng, X., Alsop, D. C., Schlaug, G. Effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on human regional cerebral blood flow. NeuroImage. 58, 26-33 (2011).
- Meinzer, M., Lindenberg, R., Antonenko, D., Flaisch, T., Flöel, A. Anodal transcranial direct current stimulation temporarily reverses age-associated cognitive decline and functional brain activity changes. J. Neurosci. 33, 12470-12478 (2013).
- Meinzer, M., et al. Electrical brain stimulation improves cognitive performance by modulating functional connectivity and task-specific activation. J. Neurosci. 32, 1859-1866 (2012).
- Lindenberg, R., Nachtigall, L., Meinzer, M., Sieg, M. M., Floel, A. Differential effects of dual and unihemispheric motor cortex stimulation in older adults. J. Neurosci. 33, 9176-9183 (2013).
- Holland, R., et al. Speech facilitation by left inferior frontal cortex stimulation. Curr. Biol. 21, 1403-1407 (2011).
- Antal, A., Polania, R., Schmidt-Samoa, C., Dechent, P., Paulus, W. Transcranial direct current stimulation over the primary motor cortex during fMRI. NeuroImage. 55, 590-596 (2011).
- Stagg, C. J., et al. Widespread modulation of cerebral perfusion induced during and after transcranial direct current stimulation applied to the left dorsolateral prefrontal cortex. J. Neurosci. 33, 11425-11431 (2013).
- Villamar, M. F., et al. Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). J. Vis. Exp. (77), (2013).
- DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. J. Vis. Exp. (51), (2011).
- Turi, Z., Paulus, W., Antal, A. Functional neuroimaging and transcranial electrical stimulation. Clin. EEG Neurosci. 43, 200-208 (2012).
- Saiote, C., Turi, Z., Paulus, W., Antal, A. Combining functional magnetic resonance imaging with transcranial electrical stimulation. Front. Hum. Neurosci. 7, (2013).
- Antal, A., et al. Direct current stimulation over MT+/V5 modulates motion aftereffect in humans. Neuroreport. 15, 2491-2494 (2004).
- Meinzer, M., et al. Impact of changed positive and negative task-related brain activity on word-retrieval in aging. Neurobiol. Aging. 33, 656-669 (2012).
- Meinzer, M., et al. Neural signatures of semantic and phonemic fluency in young and old adults. J. Cogn. Neurosci. 21, 2007-2018 (2009).
- Meinzer, M., et al. Same modulation but different starting points: performance modulates age differences in inferior frontal cortex activity during word-retrieval. PloS One. 7, (2012).
- Crosson, B., Garcia, A., McGregor, K., Wierenga, C. E., Meinzer, M. Neuropsychology Science and Practice. Koffler, S., Morgan, J., Baron, I. S., Greiffenstein, M. F. , Oxford University Press. 149-188 (2013).
- Antal, A., et al. Imaging artifacts induced by electrical stimulation during conventional fMRI of the brain. NeuroImage. , (2012).
- Antal, A., Terney, D., Poreisz, C., Paulus, W. Towards unravelling task-related modulations of neuroplastic changes induced in the human motor cortex. Eur. J. Neurosci. 26, 2687-2691 (2007).
- Floel, A., et al. Short-term anomia training and electrical brain stimulation. Stroke. 42, 2065-2067 (2011).
- Baker, J. M., Rorden, C., Fridriksson, J. Using transcranial direct-current stimulation to treat stroke patients with aphasia. Stroke. 41, 1229-1236 (2010).
