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Behavior

Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना और एक साथ फंक्शनल मैग्नेटिक रेसोनेंस इमेजिंग

Published: April 27, 2014 doi: 10.3791/51730
Automatic Translation
1,2, 2, 2, 2, 1, 2
1Centre for Clinical Research, University of Queensland, 2Department of Neurology, NeuroCure Clinical Research Centre, and Centre for Stroke Research Berlin, Charité Universitätsmedizin

Summary

Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान (tDCS) उत्तेजना एक noninvasive मस्तिष्क प्रोत्साहन तकनीक है. यह सफलतापूर्वक मानव में मस्तिष्क समारोह मिलाना बुनियादी अनुसंधान और नैदानिक ​​सेटिंग में इस्तेमाल किया गया है. यह लेख tDCS प्रभाव के तंत्रिका आधार की जांच करने के लिए, tDCS के कार्यान्वयन और एक साथ कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) का वर्णन करता है.

Abstract

Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान (tDCS) उत्तेजना कमजोर बिजली cortical excitability में हेरफेर करने की खोपड़ी को दिलाई धाराओं और इसके परिणामस्वरूप, व्यवहार और मस्तिष्क समारोह का उपयोग करता है कि एक noninvasive मस्तिष्क प्रोत्साहन तकनीक है. पिछले दशक में, कई अध्ययनों से स्वस्थ व्यक्तियों में और विभिन्न रोगी आबादी की संख्या में दोनों, मोटर और संज्ञानात्मक कार्यों के दौरान व्यवहार प्रदर्शन के विभिन्न उपायों पर tDCS के अल्पकालिक और दीर्घकालिक प्रभाव को संबोधित किया है. अब तक, तथापि, थोड़ा बड़े पैमाने पर नेटवर्क मस्तिष्क के संबंध में मानव में tDCS कार्रवाई के तंत्रिका आधार के बारे में जाना जाता है. यह समस्या कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) या (ईईजी) की तरह कार्यात्मक ब्रेन इमेजिंग तकनीक के साथ tDCS संयोजन के द्वारा संबोधित किया जा सकता है.

विशेष रूप से, fMRI अनुभूति और मोटर कार्यों अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की जांच करने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल ब्रेन इमेजिंग तकनीक है. ApplicatifMRI दौरान tDCS की पर पूरे मस्तिष्क भर में उच्च स्थानिक संकल्प के साथ व्यवहार tDCS प्रभाव अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र के विश्लेषण की अनुमति देता है. इस तकनीक का उपयोग हाल के अध्ययनों से व्यवहार में सुधार के साथ जुड़े थे, जो उत्तेजना स्थल पर कार्य से संबंधित कार्यात्मक मस्तिष्क की गतिविधियों में और भी अधिक दूर मस्तिष्क क्षेत्रों में उत्तेजना प्रेरित परिवर्तन की पहचान की. इसके अलावा, आराम कर राज्य fMRI दौरान प्रशासित tDCS पूरे दिमाग कार्यात्मक कनेक्टिविटी में व्यापक परिवर्तन की पहचान की अनुमति दी.

इस संयुक्त प्रोटोकॉल का उपयोग भविष्य के अध्ययन के लिए स्वास्थ्य और रोग और अनुसंधान और नैदानिक ​​सेटिंग में tDCS का अधिक लक्षित आवेदन के लिए नए विकल्पों में tDCS कार्रवाई के तंत्र में नई अंतर्दृष्टि उपज चाहिए. वर्तमान पांडुलिपि fMRI दौरान प्रशासित tDCS के तकनीकी पहलुओं पर ध्यान देने के साथ, एक कदम दर कदम फैशन में इस उपन्यास तकनीक का वर्णन है.

Introduction

Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान (tDCS) उत्तेजना cortical कामकाज दो खोपड़ी-चिपका इलेक्ट्रोड के बीच प्रक्षेपित एक कमजोर विद्युत धारा (आमतौर पर 1-2 मा) के माध्यम से संग्राहक है जिसमें मस्तिष्क की उत्तेजना की एक noninvasive विधि है. Physiologically, tDCS जिससे cortical excitability 1 में परिवर्तन को बढ़ावा देने, सोडियम और कैल्शियम चैनल के हेरफेर के माध्यम से लक्षित cortical क्षेत्र के भीतर neuronal आराम झिल्ली क्षमता (आरएमपी) में एक ध्रुवता निर्भर बदलाव लाती है. विशेष रूप से, anodal उत्तेजना (atDCS) cathodal उत्तेजना (ctDCS) cortical excitability 2 कम कर देता है, जबकि neuronal आरएमपी के विध्रुवण के माध्यम से cortical गतिविधि बढ़ाने के लिए दिखाया गया है. मस्तिष्क प्रोत्साहन के अन्य प्रकार की तुलना में (जैसे transcranial चुंबकीय उत्तेजना) सुरक्षा अच्छी तरह से स्थापित किया गया है और इस प्रकार अब तक कोई गंभीर साइड इफेक्ट भी कमजोर आबादी 3, 4 में सूचित किया गया है. इसके अलावा, कम से कम लो के लिएwer उत्तेजना तीव्रता (अप करने के लिए 1 एमए), एक प्रभावी placebo ("दिखावा") उत्तेजना हालत tDCS प्रायोगिक और नैदानिक ​​अनुसंधान सेटिंग में एक आकर्षक उपकरण प्रतिपादन, उत्तेजना की स्थिति के लिए प्रतिभागियों और जांचकर्ताओं के प्रभावी चकाचौंध की अनुमति, 5 मौजूद है.

कई अध्ययनों से अब तक cortical excitability में इन परिवर्तनों व्यवहार modulations में हो सकता है कि पता चला है. मोटर प्रणाली में, लगातार ध्रुवता निर्भर प्रभाव atDCS और ctDCS दोनों के लिए 1, 6 सूचित किया गया है. CtDCS अक्सर ख़राब संज्ञानात्मक प्रसंस्करण में परिणाम नहीं था, जबकि संज्ञानात्मक अध्ययन में, संज्ञानात्मक कार्यों को बढ़ाने के लिए atDCS कार्यरत है कि अध्ययन के बहुमत, प्रदर्शन 7 पर लाभकारी प्रभाव की सूचना दी. उत्तरार्द्ध अनुभूति 6 अंतर्निहित तंत्रिका प्रसंस्करण संसाधनों का अधिक से अधिक अतिरेक से समझाया जा सकता है. tDCS पढ़ाई के बहुमत का अध्ययन करने के पार से अधिक डिजाइन कार्यरत हैकेवल समय 1 का संक्षिप्त अवधि के लिए वर्तमान की समाप्ति खत्म जो उत्तेजना का तत्काल प्रभाव,. हालांकि, यह तंत्रिका तंत्र अंतर्निहित कौशल अधिग्रहण 8 यानी प्रोटीन संश्लेषण पर उत्तेजना प्रभावों, दोहराया कि सुझाव दिया गया है. दोहराया tDCS सत्र और इन सुधारों की दीर्घकालिक स्थिरता स्वस्थ वयस्कों 8-10 में कई महीनों के लिए पिछले करने के लिए सूचित किया गया है के साथ संयुक्त दरअसल, जब मोटर या संज्ञानात्मक प्रशिक्षण सफलता बढ़ाया जा सकता है. इस तरह के निष्कर्ष भी नैदानिक ​​संदर्भों और प्रारंभिक आंकड़ों में tDCS के उपयोग में एक ब्याज छिड़ यह भी विभिन्न नैदानिक ​​आबादी 3 में एक प्राथमिक या सहायक उपचार दृष्टिकोण के रूप में उपयोगी हो सकता है. अध्ययन की एक अपेक्षाकृत बड़ी संख्या में मोटर प्रणाली में tDCS का neurophysiological प्रभाव को संबोधित करते हुए हालांकि, थोड़ा स्वास्थ्य और रोग में संज्ञानात्मक मस्तिष्क कार्यों पर tDCS प्रभाव की अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र के बारे में जाना जाता है.TDCS की कार्रवाई की विधा का एक बेहतर समझ अनुसंधान और नैदानिक ​​सेटिंग में tDCS का अधिक लक्षित अनुप्रयोगों के लिए एक आवश्यक शर्त है.

इस मुद्दे (ईईजी) या कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) जैसे कार्यात्मक ब्रेन इमेजिंग तकनीक के साथ tDCS संयोजन के द्वारा संबोधित किया जा सकता है. अनुभूति और मोटर कार्यों अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की जांच के अध्ययन के बहुमत fMRI 11 को रोजगार के लिए चुना है. विशेष रूप से, fMRI अनुभूति और मोटर कार्यों 11 अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की जांच करने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल ब्रेन इमेजिंग तकनीक है. TDCS की समवर्ती आवेदन के साथ संयुक्त इसके अलावा, जब fMRI ईईजी की तुलना में पूरे मस्तिष्क भर में उच्च स्थानिक संकल्प के साथ व्यवहार tDCS प्रभाव अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की परीक्षा (संयुक्त tDCS ईईजी की हाल वर्णन के लिए Schestatsky एट अल. 12 देखें) की अनुमति देता है. वर्तमान पांडुलिपि वीं का वर्णनएक साथ fMRI दौरान tDCS का ई संयुक्त उपयोग. इस उपन्यास तकनीक को सफलतापूर्वक मोटर और संज्ञानात्मक कार्यों को 13-19 के tDCS प्रेरित modulations अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है. भविष्य में, इस संयुक्त प्रोटोकॉल स्वास्थ्य और रोग में tDCS कार्रवाई के तंत्र में नई अंतर्दृष्टि निकलेगा. इस तकनीक के साथ मूल्यांकन के रूप में बड़े पैमाने पर तंत्रिका नेटवर्क पर tDCS के प्रभाव को समझना अनुसंधान और नैदानिक ​​सेटिंग में tDCS का अधिक लक्षित आवेदन के लिए नींव रखना कर सकते हैं.

पांडुलिपि एक विशिष्ट हार्डवेयर जरूरतों पर जोर दिया, तकनीक के कार्यान्वयन, और सुरक्षा कारणों से, व्यवहार tDCS प्रयोगों और एक साथ fMRI दौरान tDCS के संयुक्त उपयोग के बीच मतभेद पर ध्यान दिया जाएगा. एक उदाहरण के रूप में कार्य अनुपस्थित आराम राज्य (राज्यसभा) fMRI के दौरान और एक भाषा कार्य 14, 15 डब्ल्यू दौरान बाएं अवर ललाट गाइरस (IFG) को दिलाई tDCS का एक सत्रकई अन्य अनुप्रयोगों 16, 19 संभव हो रहे हैं, हालांकि बीमार, वर्णित किया. प्रयोगात्मक डिजाइन, प्रतिभागी विशेषताओं और fMRI डेटा विश्लेषण प्रक्रियाओं का विवरण मूल प्रकाशनों 14,15 में विस्तार से वर्णित है और वर्तमान पांडुलिपि के दायरे से बाहर किया गया है. इसके अलावा, इन अध्ययनों में, एक अतिरिक्त fMRI शामिल दिखावा tDCS (विवरण के लिए "प्रतिनिधि परिणाम" देखें) का अधिग्रहण कर लिया और atDCS सत्र के परिणामों की तुलना में था कि स्कैन. इस सत्र उत्तेजना पहले स्कैनिंग सत्र (विवरण के लिए देखें चित्र 1) के शुरू करने के लिए बंद किया गया था, सिवाय इसके कि वर्तमान पांडुलिपि में वर्णित एक के समान था. वर्तमान प्रक्रिया को सफलतापूर्वक उन्नत इमेजिंग (चरित विश्वविद्यालय के मेडिसिन, बर्लिन, जर्मनी) के लिए बर्लिन केन्द्र में एक 3 टेस्ला सीमेंस तीनों एमआरआई स्कैनर में लागू किया गया है, और सिद्धांत में अन्य स्कैनर के रूप में अच्छी तरह से 13 के लिए लागू किया जाना चाहिए.

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Protocol

1. मतभेद और विशेष ध्यान

  1. अच्छी तरह एमआरआई मतभेद (जैसे पेसमेकर, क्लौस्ट्रफ़ोबिया, आदि) के लिए प्रतिभागियों को स्क्रीन और यदि आवश्यक हो तो बाहर. एमआरआई स्कैनर है कि काम नैदानिक ​​या अनुसंधान संस्थानों में मानक प्रश्नावली मोल. स्कैनर कमरे में प्रवेश करते समय हमेशा मानक सुरक्षा प्रक्रियाओं का पालन करना.
  2. अच्छी तरह tDCS के लिए मतभेद के लिए प्रतिभागियों स्क्रीन. ये एमआरआई के लिए मतभेद के साथ ओवरलैप हो सकते हैं. एक उदाहरण के लिए Villamar एट अल. 20 देखें.
  3. स्थानीय सुरक्षा और नैतिकता के नियमों के बारे में परिचालन की सुविधा के साथ परामर्श और आवश्यक अनुमति प्राप्त करते हैं. प्रायर (संकेत करने वाली शोर अनुपात 17, 18 पर tDCS के प्रभाव का परीक्षण करके जैसे) वास्तविक प्रयोग के प्रारंभ से उत्तेजना वर्तमान या tDCS उपकरण से प्रेरित संभावित इमेजिंग कलाकृतियों के लिए टेस्ट.

2. एफएमआरआई सेटअप, प्रयोगात्मक डिजाइन, और सामग्री

नोट: एक एमआरआई स्कैनर के अंदर tDCS का उपयोग विशेष उपकरणों की आवश्यकता है. विशेष रूप से, विशिष्ट एमआरआई संगत केबल, फिल्टर बॉक्स, इलेक्ट्रोड और विषयों 'सिर पर इलेक्ट्रोड संलग्न करने के लिए पट्टियों के लिए आवश्यक हैं. 2 (ए) मानक tDCS उपकरण दिखाता है और एमआरआई के साथ उपयोग के लिए (बी) के घटक चित्रा. बाद के घटकों एमआरआई के दौरान उत्सर्जित रेडियो आवृत्ति दालों की वजह से इलेक्ट्रोड के तहत ताप की संभावना को रोकने के लिए आवश्यक हैं. इसके अलावा, उच्च आवृत्ति इमेजिंग कलाकृतियों tDCS डिवाइस द्वारा प्रेरित किया जा सकता है. दोनों के बाहर और स्कैनर कमरे के अंदर तैनात फिल्टर बॉक्स, प्रतिरोधों और समर्पित एमआरआई संगत प्रवाहकीय रबर इलेक्ट्रोड से सुसज्जित केबलों का उपयोग करने से रोका जा सकता है.

  1. FMRI प्रयोग के लिए सामान्य प्रयोगात्मक सेट अप और दृश्यों को पूरा करें. दोनों अध्ययन के उद्देश्य पर निर्भर करते हैं. नोट: नीचे प्रोटोकॉल speci हैइस प्रयोग को FIC, लेकिन विभिन्न प्रयोगात्मक परिस्थितियों के एक नंबर को लागू करने के लिए संशोधित किया जा सकता है.
  2. स्कैनर के अंदर अर्थ श्रेणियों के दृश्य प्रस्तुति शामिल है कि एक भाषा कार्य के लिए स्थापित प्रोत्साहन प्रस्तुति सॉफ्टवेयर के साथ एक डेस्कटॉप कंप्यूटर का उपयोग करें. कंप्यूटर और शीशे की एक प्रणाली से जुड़े एक प्रोजेक्टर के माध्यम से स्कैनर के अंदर एक स्क्रीन पर इन उत्तेजनाओं प्रस्तुत करते हैं.
  3. प्रकट मौखिक प्रतिक्रियाओं के प्रसारण के लिए एक एमआरआई संगत माइक्रोफोन का प्रयोग करें. एक पाँच मिनट का कार्य अनुपस्थित रुपये के अनुक्रम और एक खुला अर्थ शब्द पीढ़ी के कार्य: tDCS दौरान दो कार्यात्मक दृश्यों मोल. नोट: प्रयोगात्मक सेट अप के अतिरिक्त विवरण, fMRI दृश्यों और उत्तेजनाओं को पहले विस्तार में 14, 15 में वर्णित किया गया है और चित्रा 1 प्रयोग दिखाता है.
  4. दो कार्यात्मक स्कैन की पूरी अवधि के कवर के लिए 20 मिनट के लिए 1 मा की एक निरंतर प्रत्यक्ष वर्तमान देने के लिए tDCS डिवाइस, कार्यक्रम उपकरण सेट करनाकम टूटता है और स्कैन 14, 15 के बीच में निर्देश के लिए समय सहित,. उत्तेजक पर्याप्त आरोप लगाया है कि यकीन है कि सुनिश्चित करना; अन्यथा यह प्रयोग के दौरान बंद हो सकता है.
  5. सभी आवश्यक सामग्री (चित्रा 2) उपलब्ध हैं कि सुनिश्चित करें.

3. TDCS सेटअप के बाहर और स्कैनर के अंदर (एक योजनाबद्ध अवलोकन के लिए चित्रा 3 देखें)

  1. रेडियो आवृत्ति फिल्टर (आरएफ) ट्यूब (स्कैनर के बाहर से केबल डालने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि एमआरआई स्कैनर के रेडियो आवृत्ति ढाल में यानी प्रवेश बिंदु) के करीब बाहरी फिल्टर बॉक्स रखें. उत्तेजक केबल का उपयोग बाहरी बॉक्स के साथ उत्तेजक कनेक्ट करें. भीतरी और बाहरी फिल्टर बॉक्स नहीं मिलाया जाना चाहिए. नोट: चित्रा -4 ए स्कैनर के बाहर tDCS सेट अप दिखाता है. बाहरी बॉक्स स्पष्ट रूप से 4B चित्रा में चिह्नित है.
  2. सराय कनेक्ट करने के लिए आवश्यक केबल लंबाई को मापनेबॉक्स केबल का उपयोग बाहरी बॉक्स के साथ ईआर (स्कैनर कमरे में केबल की स्थिति के बारे में अगले बिंदु देखें). स्कैनर के बाहर से आरएफ ट्यूब में बॉक्स केबल डालने और बाहरी फिल्टर बॉक्स (चित्रा -4 ए) के साथ कनेक्ट.
  3. स्कैनर बोर (चित्रा 5) के पीछे के अंत के अंदर आंतरिक फिल्टर बॉक्स प्लेस; यह जगह में रखने के लिए चिपकने वाला टेप का उपयोग करें. आंतरिक फिल्टर बॉक्स के साथ बॉक्स केबल कनेक्ट और इन आरएफ ताप उत्पन्न हो सकता है के रूप में किसी भी केबल में छोरों से बचें. नोट: केबल स्कैनर कमरे की दीवारों के साथ गठबंधन किया और चिपकने वाला टेप (चित्रा 3) के साथ संलग्न किया जाना चाहिए.

स्कैनर में प्रतिभागी के 4. प्रतिभागी तैयारी और पोजिशनिंग

  1. पारंपरिक tDCS सेट अप के साथ के रूप में, आदि,, hairspray शरीर लोशन को दूर करने के लिए, किसी भी पूर्व मौजूदा घावों के लिए भागीदार की त्वचा का निरीक्षण दूर बाल ले जाते हैं, शराब के साथ त्वचा को साफ. इलेक्ट्रोड 12 के नीचे त्वचा चालकता, <सुधार करने के लिए> 21 समर्थन.
  2. नमकीन घोल के साथ स्पंज जेब लेना और (भागीदार तैयारी और इलेक्ट्रोड स्थिति के सामान्य कारणों के लिए DaSilva 21 देखें) जेब में एमआरआई संगत इलेक्ट्रोड डालें.
  3. मार्क इलेक्ट्रोड कोई ferromagnetic निशान (जैसे eyeliner का उपयोग नहीं) छोड़ देता है कि एक कलम का उपयोग कर विषयों के सिर पर पदों. 10-20 ईईजी सिस्टम का उपयोग एनोड के लिए लक्ष्य की स्थिति का निर्धारण करते हैं (यहाँ: IFG, 5 x 7 सेमी 2 बाएं) 14, 15. ऐसा करने के लिए, (एक) T3-F3 के चौराहे और F7-C3 और F7-F3 के बीच (ख) मध्य लगाने. लक्ष्य की स्थिति एक लाइन को जोड़ने अंक (एक) और के केंद्र में है (ख). जगह कैथोड (10 x 10 सेमी 2) सही आंख के गढे के ऊपर का स्थिति पर (इलेक्ट्रोड नियुक्ति की जानकारी के लिए MEINZER एट अल. 14, 15 देखें). रबर बैंड का उपयोग करने के लिए सिर इलेक्ट्रोड संलग्न.
  4. स्कैनर के पीछे भागीदार गाइड और भीतरी filt साथ इलेक्ट्रोड केबल कनेक्टईआर बॉक्स. एक साथ उत्तेजक के ऊपरी दाहिने और निचले बाएँ बटन दबाने से उत्तेजक और परीक्षण प्रतिबाधा चालू करें. प्रतिबाधा सीमा तक पहुँच रहे हैं, तो उत्तेजक स्वचालित रूप से बंद हो जाएगा. यदि ऐसा होता है, इलेक्ट्रोड फिर खोपड़ी के साथ संपर्क, त्वचा को साफ किया है कि जांच या स्पंज भी सूखी हो गए हैं, तो अधिक खारा समाधान लागू होते हैं, और किसी भी केबल टूटी हुई है तो जांच ले. नोट: विरोध क्योंकि उत्तेजक और इलेक्ट्रोड के बीच अतिरिक्त केबल और फिल्टर बक्से के पारंपरिक सेट अप की तुलना में आम तौर पर अधिक है.
  5. (एक अंतिम सुरक्षा जांच के बाद) स्कैनर कमरे में भागीदार गाइड. स्कैनर गैन्ट्री पर प्रतिभागी स्थिति और इलेक्ट्रोड सही स्थिति में अब भी कर रहे हैं सुनिश्चित करें. सिर कुंडल बंद करें. इलेक्ट्रोड केबल सिर कुंडल के निचले बाएं हिस्से के माध्यम से खिलाया (6 चित्र देखें) या निर्माता की सिफारिशों के अनुसार किया जाना चाहिए.
  6. स्कैनर बोर में भागीदार ले जाएँ. केबल यकीन है कितों गैन्ट्री पर पकड़ और (इस चरण के दौरान केबल के संभावित सुरक्षित स्थिति के लिए 6 चित्र देखें) को तोड़ने नहीं. प्रतिभागी स्कैनर के अंदर अंतिम स्थान पर पहुँच गया है, स्कैनर के पीछे के अंत से इलेक्ट्रोड केबल के लिए पहुंच और यह आंतरिक फिल्टर बॉक्स से कनेक्ट. भाग लेने के लिए आपात बटन पर हाथ और स्कैनर कमरे में छोड़.

5. उत्तेजना शुरू

  1. स्कैनिंग सत्र की शुरुआत के बारे में भागीदार सूचित करने के लिए स्कैनर इंटरकॉम का प्रयोग करें. संरचनात्मक localizer स्कैन (स्कैनर में भागीदार के सिर की स्थिति निर्धारित करने और बाद में कार्यात्मक और संरचनात्मक स्कैन की योजना बनाने के लिए अनुमति देने के लिए) स्कैनिंग कंसोल का उपयोग आरंभ. उच्च आवृत्ति कलाकृतियों के लिए localizer स्कैन का निरीक्षण: अधिग्रहण की अवधि के अंत के बाद localizer स्कैन पर डबल क्लिक करें और सही माउस बटन पकड़ और बाईं करने के लिए माउस और सही जा रहा द्वारा सीमेंस तिकड़ी के लिए (इसके विपरीत समायोजित, उदाहरण आंकड़े 7A देखने के लिएऔर 7 बी).
  2. उत्तेजना शुरू होगा उस विषय के लिए बातचीत करने के लिए स्कैनर इंटरकॉम का प्रयोग करें और वह / वह थोड़े समय के लिए सिर पर एक झुनझुनी सनसनी महसूस कर सकते हैं कि. पहली कार्यात्मक स्कैन के लिए निर्देश दोहराएँ. इस उदाहरण में, स्कैन (5 मिनट) की अवधि के लिए बंद आँखें रखने के लिए भागीदार हिदायत जितना संभव हो कम कदम है और विशेष रूप से कुछ भी नहीं लगता. सुनिश्चित करें कि प्रोजेक्टर बंद कर दिया है RS-स्कैन के दौरान दृश्य उत्तेजना से बचने के लिए (स्कैनर बोर के अंदर स्क्रीन काली है).
  3. उत्तेजना प्रारंभ मैन्युअल रूप से पूर्व पहली कार्यात्मक स्कैन (राज्यसभा स्कैन) की शुरुआत करने के लिए लगभग 1-2 मिनट. रुपये के अनुक्रम लोड करने के लिए स्कैनर कंसोल का प्रयोग करें. खोलने के लिए RS-अनुक्रम पर डबल क्लिक क्षेत्र के दृश्य (FOV), पूरे मस्तिष्क को कवर किया और पूर्वकाल पीछे संयोजिका साथ लगभग संरेखित करने के लिए स्थिति को समायोजित. (स्टार्ट बटन स्कैन का उपयोग) पहले स्कैन प्रारंभ करें.
  4. प्रयोग के दौरान प्रतिबाधा मॉनिटर. नोट: यदि ऍक्स्पeriment एक डबल अंधा मोड (प्रतिभागी और शोधकर्ता उत्तेजना को अंधा कर रहे हैं) में आयोजित किया जाता है, एक दूसरे के शोधकर्ता प्रतिबाधा नजर रखने के लिए आवश्यक हो सकता है.
  5. रुपये के अनुक्रम चल रहा है, स्कैन के बीच में आवश्यक समय को कम करने के लिए, के रूप में ऊपर स्कैनर कंसोल का उपयोग कर, (बाद में भाषा कार्य के लिए) दूसरा कार्यात्मक इमेजिंग अनुक्रम लोड और FOV समायोजित करें. रुपये के दृश्य के अंत के बाद, भाषा कार्य के दौरान प्रयोगात्मक उत्तेजनाओं के दृश्य प्रदर्शन के लिए अनुमति देने के लिए प्रोजेक्टर पर बारी. प्रस्तुति सॉफ्टवेयर आइकन और लोड भाषा प्रतिमान पर डबल क्लिक करें. कार्य से संबंधित fMRI प्रतिमान के लिए निर्देश दोहराने और कार्य 14, 15 के साथ शुरू करने के लिए स्कैनर इंटरकॉम का प्रयोग करें.
  6. उत्तेजना / fMRI प्रयोग के अंत के बाद, नियोजित संरचनात्मक स्कैन के साथ जारी है. स्कैनिंग सत्र के अंत तक इलेक्ट्रोड केबल काट मत करो.
  7. प्रयोग के अंत में, प्रतिभागी बाहर जाने से पहले आंतरिक फिल्टर बॉक्स से इलेक्ट्रोड केबल काटस्कैनर बोर की. , स्कैनर से भागीदार निकालें सिर का तार अलग कर बैठते हैं और ध्यान से इलेक्ट्रोड को दूर करने के लिए भागीदार पूछना.

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Representative Results

फंक्शनल एमआरआई मोटर या संज्ञानात्मक कार्यों की अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र को संबोधित करने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया कार्यात्मक इमेजिंग तकनीक है. हाल ही में, fMRI भी cortical गतिविधि और कनेक्टिविटी पर tDCS प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है. हालांकि, इन अध्ययनों के सबसे स्कैनर के बाहर tDCS दिलाई और (यानी पहले स्कैनिंग 22, 23 के लिए tDCS प्रशासित) उत्तेजना के ऑफ़लाइन प्रभाव का मूल्यांकन. केवल कुछ अध्ययनों से अब तक विभिन्न रक्त oxygenation स्तर निर्भर विपरीत (बोल्ड) 14-17, 24 या छिड़काव इमेजिंग दृश्यों 13, 19 का उपयोग करते हुए, एक साथ fMRI दौरान tDCS दिलाई है. विषयों के भीतर इस्तेमाल उन पढ़ाई, स्वास्थ्य और रोग 1 में tDCS की तत्काल व्यवहार प्रभाव अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र पर प्रकाश डाला करने के लिए दिखावा tDCS बनाम atDCS दौरान कार्यात्मक मस्तिष्क गतिविधि या छिड़काव परिवर्तनों की तुलना करने के लिए डिजाइन 3.

उदाहरण के लिए, दो हाल ही के अध्ययन में, MEINZER और उनके सहयोगियों स्वस्थ 15 छोटी और बड़ी उम्र के वयस्कों के 14 में अर्थ शब्द पीढ़ी के दौरान atDCS प्रेरित प्रदर्शन में सुधार के तंत्रिका आधार का आकलन किया. दोनों अध्ययनों में, प्रदर्शन कार्य के दौरान त्रुटियों की एक काफी कम संख्या से संकेत नकली उत्तेजना, की तुलना में छोड़ दिया IFG को दिलाई atDCS दौरान बेहतर था. सबसे विशेष रूप से, अर्थ शब्द पीढ़ी, नकारात्मक उन्नत उम्र 25-28 से प्रभावित हो जाता है कि किसी कार्य के दौरान पुराने वयस्कों के प्रदर्शन युवा वयस्कों के 14 में से एक मिलान समूह के स्तर तक सुधार हुआ है.

कार्य से संबंधित fMRI नकली की तुलना में atDCS दौरान बेहतर प्रदर्शन दोनों अध्ययनों में IFG के उदर भाग में अत्यधिक स्थानीयकृत कार्य से संबंधित गतिविधियों में कमी (8 चित्रा) के साथ जुड़े थे कि पता चला. एक हैं (छोड़ दिया, पृष्ठीय IFG में गतिविधि कृपया ध्यान देंउत्तेजना साइट के आसपास के क्षेत्र) में एक उत्तेजना से प्रभावित नहीं था. शब्द पुनर्प्राप्ति कार्य (चित्र 17 नामकरण) के एक अलग प्रकार कार्यरत है कि स्वस्थ पुराने वयस्कों में पिछले एक अध्ययन के साथ लाइन में, इन गतिविधि कटौती कार्य प्रासंगिक मस्तिष्क क्षेत्रों में 14, 15 में अधिक कुशल तंत्रिका प्रसंस्करण से संबंधित हो सकता है. इसके अलावा, पुराने समूह में, atDCS सही गोलार्द्ध गतिविधि की उम्र से संबंधित वृद्धि कम और कम गतिविधि व्यवहार सुधार के साथ 14 सहसंबद्ध था. इन निष्कर्षों उत्तेजना साइट पर और भी दूर मस्तिष्क क्षेत्रों में tDCS कार्रवाई के तंत्रिका आधार की पहचान करने के लिए इस उपन्यास तकनीक की क्षमता को दर्शाता है.

इसके अलावा, atDCS की बड़े पैमाने पर नेटवर्क के प्रभाव रु fMRI का उपयोग दोनों के अध्ययन में पुष्टि की गई. एक ग्राफ आधारित कार्यात्मक कनेक्टिविटी दृष्टिकोण का पता चला: भाषा एसवाई के प्रमुख केन्द्रों के बीच (1) बढ़ाया कनेक्टिविटी (यानी बढ़ाया संचार)दिखावा (एक उदाहरण के लिए MEINZER एट अल. 15 से अनुकूलित आंकड़ा 9, देखें) की तुलना में atDCS दौरान युवा वयस्कों में स्टेम. पुराने वयस्कों में, atDCS युवा वयस्कों के 14 की तुलना में बदल नेटवर्क संरचना का आंशिक पलटने में हुई. इन निष्कर्षों को उत्तेजना की बड़े पैमाने पर नेटवर्क के प्रभाव में इस तकनीक का उपयोग कर पहचाना जा सकता है.

चित्रा 1
संयुक्त tDCS-fMRI प्रयोग के चित्रा 1. अवलोकन. दो कार्यात्मक fMRI स्कैन (एक आराम राज्य स्कैन एक अर्थ शब्द पीढ़ी के काम के बाद) का अधिग्रहण कर लिया गया. उत्तेजना (दिखावा या atDCS) से पहले आराम कर राज्य के स्कैन करने के लिए लगभग 1-2 मिनट शुरू कर दिया और भाषा कार्य (atDCS) के अंत तक शुरू हो, या आराम राज्य स्कैन (एसएच के शुरू करने से पहले नीचे ramped किया गया थाहूँ; यहाँ वर्णित नहीं; विवरण के लिए) MEINZER एट अल. 14,15 देखें. अतिरिक्त संरचनात्मक स्कैन उत्तेजना के अंत के बाद हासिल किया गया. उत्तेजना स्थान (IFG, योजनाबद्ध में लाल डॉट) ईईजी 10-20 प्रणाली (पीला) का उपयोग निर्धारित किया गया था. यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 2
चित्रा 2. TDCS उपकरण. (ए) एक tDCS अध्ययन के लिए मानक उपकरण दिखाता है. यह (1) उत्तेजक, (2) दो मानक इलेक्ट्रोड केबल, और (3) रबड़ इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोड के लिए स्पंज जेब भी शामिल है. (बी) intrascanner tDCS के लिए आवश्यक अतिरिक्त घटक दिखाता है: (4) उत्तेजक केबल, (5) इलेक्ट्रोड केबलप्रतिरोधों, (6) बाहरी और (7) आंतरिक फिल्टर बक्से, (8) बॉक्स केबल दो फिल्टर बॉक्स से कनेक्ट करने के लिए, और (9) एमआरआई संगत रबर इलेक्ट्रोड. से लैस इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 3
TDCS का आंकड़ा 3. योजनाबद्ध सिंहावलोकन सेट अप के बाहर और स्कैनर के अंदर. प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजक (1) उत्तेजक केबल का उपयोग बाहरी फिल्टर बॉक्स के साथ जुड़ा हुआ है (2). बॉक्स केबल रेडियो आवृत्ति फिल्टर ट्यूब के माध्यम से स्कैनर कमरे में प्रवेश करती है (3). बॉक्स केबल एमआरआई स्कैन कक्ष (4) की दीवार के साथ गठबंधन किया और एमआरआई स्कैनर (5) के अंदर तैनात है कि आंतरिक फिल्टर बॉक्स से जुड़ा होना चाहिए. इलेक्ट्रोड का विषय है और इलेक्ट्रोड के सिर से जुड़े होते हैं केबल सिर कुंडल के निचले बाएं हिस्से के माध्यम से खिलाया और आंतरिक फिल्टर बॉक्स (6) के साथ जुड़ा हुआ है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 4
चित्रा 4. स्कैनर के अंदर सेट अप का विवरण. (ए) बाईं फिल्टर ट्यूब में डाला जाता है कि रेडियो आवृत्ति फिल्टर ट्यूब और बॉक्स केबल के आसपास के क्षेत्र में बाहरी फिल्टर बॉक्स की नियुक्ति दर्शाता है. एमआरआई संगत नहीं है कि बाहरी बॉक्स (बी) बंद हुआ. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

वाईएस "> चित्रा 5
चित्रा 5. आंतरिक फिल्टर बॉक्स के स्थान. यह आंकड़ा स्कैनर (रियर अंत) के अंदर आंतरिक फिल्टर बॉक्स की स्थिति को दिखाता है. फ़िल्टर बॉक्स प्रयोगात्मक उत्तेजनाओं एक प्रोजेक्टर का उपयोग कर प्रस्तुत कर रहे हैं, जिस पर एक स्क्रीन के नीचे रखा जाता है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 6
चित्रा 6. इलेक्ट्रोड केबल के स्थान. यह आंकड़ा स्कैनर के बंद सिर कुंडली से पता चलता है. (ए) विषय के सिर संलग्न इलेक्ट्रोड के साथ सिर कुंडली में तैनात हैरबर इलेक्ट्रोड के साथ सिर करने के लिए. इलेक्ट्रोड केबल बाहर निकलता निचले बाईं ओर का तार सिर. स्कैनर बोर में विषय ले जाते समय (बी) इलेक्ट्रोड सिर कुंडली के शीर्ष पर रखा गया है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 7
चित्रा 7. एक टूटे हुए केबल द्वारा प्रेरित उच्च आवृत्ति कलाकृतियों को दिखाता है. (ए) विरूपण साक्ष्य MRIcron में मानक विपरीत (www.mrico.com) का उपयोग localizer स्कैन का अक्षीय टुकड़ा पर दिखाई नहीं दे रहा है. (बी) के विरूपण साक्ष्य विपरीत सेटिंग्स (सफेद तीर, विपरीत सेटिंग्स 0-20) समायोजित करने के बाद दिखाई हो जाता है. इसी तरह, उच्च आवृत्ति विरूपण साक्ष्य दिखाई नहीं देता हैकार्यात्मक इमेजिंग अनुक्रम में डिफ़ॉल्ट विपरीत (सी) का उपयोग करते हुए, लेकिन इसके विपरीत (डी) समायोजित करने के बाद दिखाई हो जाता है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

8 चित्रा
चित्रा 8. कार्य से संबंधित कार्यात्मक गतिविधि पर atDCS का प्रभाव. युवा और पुराने वयस्कों (atDCS <दिखावा में अवर ललाट गाइरस (vIFG) के उदर भाग में अर्थ शब्द पीढ़ी के कार्य के दौरान कार्य से संबंधित गतिविधियों का महत्वपूर्ण कटौती दिखाता है, दोनों पी <0.05). कोई महत्वपूर्ण मतभेद दोनों समूहों में छोड़ दिया पृष्ठीय IFG (dIFG) में पाए गए. पीइस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें पट्टा.

9 चित्रा
चित्रा 9. आराम राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी पर atDCS का प्रभाव. (लाल) बढ़ाया या आराम राज्य स्कैन (बाण के समान स्लाइस एक्स = -52/52, राज्याभिषेक के दौरान नकली उत्तेजना की तुलना atDCS दौरान (नीला) कनेक्टिविटी कम से पता चला है कि क्षेत्रों दिखाता है टुकड़ा जेड = 5). एल = बाएँ गोलार्द्ध, आर = दाएँ गोलार्द्ध. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 10
चित्रा 10.;. लक्ष्य की स्थिति का सत्यापन (ए) चित्रा के बाईं ओर खोपड़ी (MRIcron का उपयोग T1 भारित छवि पर आधारित सतह प्रतिपादन) पर इलेक्ट्रोड का स्थान पता चलता है. (बी) छवि के दाईं ओर एक ही विषय के मस्तिष्क में इलेक्ट्रोड केंद्र का प्रक्षेपण दिखाता है. छवि का अभिविन्यास दोनों छवियों में समान है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

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Discussion

एक साथ fMRI साथ tDCS के संयुक्त आवेदन उच्च स्थानिक संकल्प 13-19 के साथ पूरे मस्तिष्क भर में उत्तेजना का तत्काल प्रभाव के तंत्रिका आधार elucidating के लिए संभावित दिखाया गया है. भविष्य में, इस तरह के अध्ययन उत्तरार्द्ध तकनीक का बेहतर अस्थायी संकल्प का फायदा उठाने के लिए, संयुक्त ईईजी tDCS पढ़ाई से पूरित किया जा सकता है. इसके अलावा, intrascanner उत्तेजना खोपड़ी पर इलेक्ट्रोड की सही स्थिति का सत्यापन (जैसे टी भारित छवियों का उपयोग, चित्रा 10 देखें) की अनुमति देता है. इस कारण गलत इलेक्ट्रोड नियुक्ति के लिए प्रयोगात्मक अध्ययन में अवांछित विचरण कम करने में मदद कर सकते हैं.

Intrascanner उत्तेजना के लिए सुरक्षा स्थापित किया गया है और उचित स्थापना के साथ, कोई गर्मी इलेक्ट्रोड (जैसे हॉलैंड एट अल. 17, इस अध्ययन के पूरक सामग्री देखें) नीचे प्रेरित है. उत्तेजना कम ही छवि को प्रभावित करता हैगुणवत्ता. उदाहरण के लिए, tDCS थोड़ा खोपड़ी के लिए प्रतिबंधित बाद के साथ संकेत करने वाली शोर अनुपात और इलेक्ट्रोड 17, 18 के नीचे संवेदनशीलता कलाकृतियों या B0 क्षेत्र विकृतियों, (समीक्षा के लिए Saiote एट अल. 23 देखें) कम उत्पन्न हो सकता है. हालांकि, साथ ही खोपड़ी कलाकृतियों, Antal एट अल. 29 से एक पोस्टमार्टम अध्ययन निलय में एक उंगली दोहन कार्य के दौरान शारीरिक बोल्ड प्रभाव के तुलनीय परिमाण के साथ tDCS प्रेरित कलाकृतियों पाया. इसलिए, शोधकर्ताओं उपयुक्त छवि गुणवत्ता आश्वासन प्रक्रियाओं 23 का संचालन करने के लिए सलाह दी जाती है. इसके अलावा, उपकरणों की खराबी (जैसे टूट कनेक्शन या इलेक्ट्रोड केबल) (आंकड़े 7C और 7d देखें) बोल्ड दृश्यों में उच्च आवृत्ति कलाकृतियों उत्पन्न हो सकता है. उपकरणों से निपटने और गुणवत्ता आश्वासन प्रक्रियाओं prescanning इसलिए, जब विशेष ध्यान रखा जाना चाहिए. टूटे तारों के रिप्लेसमेंट ऐसे artifac रोका जा सकता हैटीएस.

वर्तमान प्रोटोकॉल में, दो fMRI दृश्यों के साथ tDCS के संयुक्त उपयोग वर्णित किया गया था. बाद में fMRI दृश्यों पर कार्य से संबंधित fMRI प्रभाव के बीच संभव बातचीत से बचने के लिए, और विशेष रूप से रु fMRI 30, रु fMRI पिछले अर्थ शब्द पीढ़ी के कार्य करने के लिए अधिग्रहण कर लिया था. TDCS intrascanner एक लंबे समय तक के अंत में प्रशासित किया जाता है, तो खारा लथपथ स्पंज इलेक्ट्रोड समय और उत्तेजना पर बाहर शुष्क कर सकते क्योंकि इसके अलावा, अतिरिक्त संरचनात्मक दृश्यों (जैसे T1, टी 2, और प्रसार भारित स्कैन) कार्यात्मक दृश्यों के बाद हासिल किया गया समझौता किया जा सकता है स्कैनिंग सत्र.

एक तरफ स्वस्थ प्रतिभागियों में प्रयोगात्मक सेटिंग में उपयोग से, इस उपन्यास तकनीक का भविष्य अनुप्रयोगों रोगी आबादी में बोधगम्य हैं. उदाहरण के लिए, कई दिनों लगातार अधिक प्रशासित भाषा उपचार के साथ tDCS के संयोजन के बाद स्ट्रोक लैंग में उपचार के परिणाम को बढ़ाने के लिए दिखाया गया हैuage विकारों (वाचाघात) 31, 32. हालांकि, उत्तेजना प्रभाव, रोगियों के समूहों में महत्वपूर्ण थे, जबकि व्यक्ति के रोगियों के 30% तक उत्तेजना में 32 से लाभ नहीं था. fMRI साथ tDCS के संयुक्त उपयोग भविष्य में उत्तेजना के किसी भी प्रकार के लिए अनुकूल प्रतिक्रिया और इन प्रभाव नहीं दिखा है कि रोगियों की पहचान में मदद करते हैं मरीजों की पहचान की अनुमति हो सकती है. इस तरह के अध्ययन tDCS साथ व्यवहार हस्तक्षेप कि गठबंधन भविष्य नैदानिक ​​परीक्षणों के प्रभाव को बढ़ाने के लिए एक शर्त है. अन्य अनुप्रयोगों का पागलपन और उसके पूर्ववर्ती या अन्य स्नायविक या मानसिक रोग 3 में लाभकारी tDCS प्रभाव के तंत्रिका आधार के मूल्यांकन शामिल हो सकते हैं.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

यह काम ड्यूश Forschungsgemeinschaft से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था (वायुसेना: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 और DFG-उड़ानों-257, उल द्वारा: 423/1-1), Bundesministerium फर Bildung und Forschung (वायुसेना: FKZ0315673A और 01GY1144, वायुसेना और एम.एम.: 01EO0801), जर्मन शैक्षणिक विनिमय सेवा (वायुसेना: DAAD-54391829), Go8 ऑस्ट्रेलिया - जर्मनी संयुक्त अनुसंधान सहयोग योजना (डीसी: 2011001430), वरना-क्रोनर फ्रेसेनियस Stiftung (वायुसेना: 2009-141, आर एल: 2011-119) और ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद (डीसी: एआरसी FT100100976, एम एम: एआरसी FT120100608). हम संपादकीय सहायता के लिए केट Riggall धन्यवाद.

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

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व्यवहार अंक 86 noninvasive मस्तिष्क उत्तेजना transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान (tDCS) उत्तेजना anodal उत्तेजना (atDCS) cathodal उत्तेजना (ctDCS) Neuromodulation कार्य से संबंधित fMRI आराम कर राज्य fMRI कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) Electroencephalography (ईईजी) अवर ललाट गाइरस (IFG)
Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना और एक साथ फंक्शनल मैग्नेटिक रेसोनेंस इमेजिंग
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Meinzer, M., Lindenberg, R., Darkow, R., Ulm, L., Copland, D., Flöel, A. Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous Functional Magnetic Resonance Imaging. J. Vis. Exp. (86), e51730, doi:10.3791/51730 (2014).

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