Summary
Transkraniyal akım uyarımı (TEKMER) non-invaziv bir beyin stimülasyonu tekniğidir. Başarılı insanlarda beyin fonksiyonunu modüle etmek için, temel araştırmalar ve klinik olarak kullanılmıştır. Bu makale TEKMER etkileri nöral temelini araştırmak için, TEKMER uygulanmasını ve eşzamanlı fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) açıklar.
Abstract
Transkraniyal akım uyarımı (TEKMER) zayıf elektrik kortikal eksitabilitesini işlemek için kafa derisi için uygulanan akımları ve dolayısıyla, davranış ve beyin işlevini kullanan bir non-invaziv beyin stimülasyonu tekniğidir. Son on yılda, çok sayıda çalışmalar sağlıklı bireylerde ve farklı hasta popülasyonlarında bir dizi, hem motor ve bilişsel görevler sırasında davranışsal performans farklı tedbirler hakkında TEKMER kısa vadeli ve uzun vadeli etkileri ele alınmıştır. Ancak bugüne kadar, küçük büyük ölçekli beyin ağları ile ilgili insanlarda TEKMER-eylem nöral temelleri hakkında bilinmektedir. Bu sorun, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) veya elektroensefalografi (EEG) gibi fonksiyonel beyin görüntüleme teknikleri ile TEKMER birleştirerek ele alınabilir.
Özellikle, fMRI biliş ve motor fonksiyonlarını altında yatan nöral mekanizmalarını araştırmak için en yaygın olarak kullanılan beyin görüntüleme tekniğidir. UygfMRI sırasında TEKMER on tüm beyin çapında yüksek uzaysal çözünürlüğü ile davranışsal TEKMER etkilerin altında yatan nöral mekanizmaların analizi sağlar. Bu tekniği kullanarak yeni çalışmalar davranışsal iyileşme ile ilişkili stimülasyon yerinde görev bağlı işlevsel beyin aktivitesinde ve aynı zamanda daha uzak beyin bölgelerinin uyarılması bağlı değişiklikleri tespit. Buna ek olarak, istirahat-devlet fMRI sırasında uygulanan TEKMER tüm beyin fonksiyonel bağlantısı yaygın değişikliklerin belirlenmesini sağladı.
Bu kombine protokolünü kullanarak gelecekteki çalışmaların sağlık ve hastalık araştırma ve klinik ortamlarda TEKMER daha hedefli uygulama için yeni seçenekler TEKMER eylem mekanizmalarına yeni anlayışlar verim gerekir. Mevcut el yazması fMRI sırasında uygulanan TEKMER teknik yönlerine odaklanarak, bir adım-adım moda bu yeni bir teknik açıklanır.
Introduction
Transkraniyal akım stimülasyonu (TDC'ler) kortikal işleyen iki kafa derisi-yapıştırılmıştır elektrodlar arasında öngörülen zayıf bir elektrik akımı (tipik olarak 1-2 mA) vasıtasıyla modüle edildiği beyin uyarımı bir invazif olmayan bir yöntemdir. Fizyolojik olarak, TDC'ler böylece kortikal uyarılma 1 değişiklikleri teşvik, sodyum ve kalsiyum kanallarının manipülasyon yoluyla hedeflenen kortikal bölgedeki nöronal dinlenme membran potansiyelinin (RMP) ve kutup bağımlı kayması neden olur. Spesifik olarak, anot uyarımı (atDCS) katot uyarımı (ctDCS) kortikal 2 uyarılabilirliğini azaltır nöronal RMP depolorizasyonun ile kortikal etkinliği artırmak için gösterilmiştir. Beyin stimülasyonu diğer türlerine göre (örneğin transkranial manyetik stimülasyon) emniyet iyi kurulmuş ve bugüne kadar hiçbir ciddi yan etkiler daha da savunmasız nüfus 3, 4 bildirilmiştir. Aynı zamanda, en az bir lokomotifwer stimülasyon yoğunlukları (kadar 1 mA), etkili bir plasebo ("sahte") stimülasyon koşulu TEKMER deneysel ve klinik araştırma ortamlarında bir çekici aracı render, uyarım koşullarına katılımcıların ve araştırmacıların etkili körleşmesini sağlayan, 5 var.
Çeşitli çalışmalar bugüne kadar kortikal eksitabilite bu değişiklikler davranış modülasyonlarına neden olabileceğini göstermiştir. Motor sistemi tutarlı, polarizasyon bağımlı etkileri atDCS ve ctDCS ikisi için 1, 6 bildirilmiştir. CtDCS sık bozulmuş bilişsel işleme sonuç vermedi ise bilişsel çalışmalarda, bilişsel fonksiyonları geliştirmek için atDCS istihdam çalışmaların çoğunluğu, performans 7 üzerinde yararlı etkileri bildirilmiştir. İkincisi biliş 6 yatan nöral işleme kaynaklarının büyük fazlalık ile açıklanabilir. TEKMER çalışmaların çoğunluğu çalışma çapraz tasarımları üzerinde istihdam varsadece zaman 1 kısa bir süre için geçerli bir fesih outlast stimülasyon acil etkiler. Ancak, sinir mekanizması altında yatan beceri edinme 8 yani protein sentezi üzerine uyarım etkileri, tekrarlanan ileri sürülmüştür. Tekrarlanan TEKMER oturumları ve bu gelişmelerin uzun vadeli istikrar sağlıklı erişkinlerde 8-10 birkaç aya kadar son rapor edilmiştir ile kombine Nitekim, motor ve bilişsel eğitim başarı artabilir. Bu bulgular ayrıca, klinik ortamlarda ve ön veri TDC'ler kullanımında bir ilgi uyandırmıştır aynı zamanda çeşitli hasta topluluğunda 3 içerisinde birincil veya ilave tedavi yaklaşımı olarak yararlı olabileceğini düşündürmektedir. Çalışmaların nispeten çok sayıda motor sisteminde TEKMER nörofizyolojik etkilerini ele iken Ancak, küçük sağlık ve hastalık bilişsel beyin fonksiyonları üzerindeki TEKMER etkileri altında yatan nöral mekanizmalar hakkında bilinmektedir.TEKMER eylem tarzının daha iyi anlaşılması araştırma ve klinik ortamlarda TEKMER daha hedeflenen uygulamalar için gerekli bir ön koşuldur.
Bu sorun, elektroensefalografi (EEG) veya fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) gibi fonksiyonel beyin görüntüleme teknikleri ile TEKMER birleştirerek ele alınabilir. Biliş ve motor fonksiyonlarını altında yatan nöral mekanizmalarını araştıran çalışmaların çoğu fMRI 11 istihdam seçtiniz. Özellikle, fMRI biliş ve motor fonksiyonları 11 altında yatan nöral mekanizmalarını araştırmak için en yaygın olarak kullanılan beyin görüntüleme tekniğidir. TDC'ler eşzamanlı uygulama ile birlikte Üstelik, fMRI EEG ile karşılaştırıldığında tüm beyin boyunca daha yüksek uzamsal çözünürlük ile davranış TDC'ler etkilerin altında yatan mekanizmaların nöral incelenmesi (birleşik TDC'ler-EEG son açıklamaları için Schestatsky et al. 12) izin verir. Mevcut el yazması inci açıklarEş zamanlı fMRI sırasında TEKMER e kombine kullanımı. Bu roman tekniği başarıyla motor ve bilişsel fonksiyonların 13-19 arasında TEKMER kaynaklı modülasyon altında yatan nöral mekanizmalarını incelemek için kullanılır olmuştur. Gelecekte, bu kombine protokol sağlık ve hastalık TEKMER eylem mekanizmalarına yeni anlayışlar verecektir. Bu teknik ile değerlendirildiği gibi büyük ölçekli sinir ağları TEKMER etkisini anlamak araştırma ve klinik ortamlarda TEKMER daha hedefli uygulama için zemin hazırlamak olabilir.
El yazması belirli bir donanım gereksinimleri üzerinde durularak, tekniğin uygulanması ve güvenlik konuları ile, davranışsal TEKMER deneyler ve eş zamanlı fMRI sırasında TEKMER kombine kullanımı arasındaki farklılıklar üzerinde durulacak. Bir örnek olarak, görev-devamsızlık dinlenme-devlet (RS) fMRI sırasında ve bir dil görevi 14, 15 w sırasında sol inferior frontal girus (BAG) uygulanan TEKMER tek bir oturumdiğer birçok uygulama 16, 19 mümkün olsa hasta, tarif edilebilir. Deneysel tasarım, katılımcı özellikleri ve fMRI veri analizi prosedürleri detaylı orijinal 14,15 yayınlarda ayrıntılı olarak tarif edilen ve mevcut yazının kapsamı dışındadır edilmiştir. Ayrıca, bu çalışmalarda, ek bir fMRI yer sahte TEKMER (ayrıntılar için "Temsilci sonuçları" bakın) edinilen ve atDCS oturumun sonuçları ile karşılaştırıldığında olduğunu tarayın. Bu oturum uyarım önce tarama oturumu (ayrıntılar için bakınız Şekil 1) başlangıcına kesildi dışında, bu metin içinde tarif edilen ile aynıydı. Mevcut işlem başarıyla İleri Görüntüleme (Charite Üniversitesi Tıp, Berlin, Almanya) için Berlin Merkezi'nde 3-Tesla Siemens Trio MRI tarayıcısı olarak uygulamaya konmuştur ve prensipte diğer tarayıcılar da 13 için geçerli olmalıdır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.. Kontrendikasyonlar ve Özel Hususlar
- İyice MRG kontrendikasyonlar (örneğin kalp pilleri, klostrofobi, vb) için katılımcılar taranması ve gerekirse hariç. MRI tarayıcıları işletmek klinik veya araştırma kurumlarının standart anket edinin. Tarayıcı odaya girerken her zaman standart güvenlik prosedürleri uyun.
- İyice TEKMER için kontrendikasyonlar için katılımcılar ekran. Bu MR için kontrendikasyonlar ile çakışabilir. Örnek için Villamar et al. 20, bkz.
- Yerel güvenlik ve etik düzenlemelere ilişkin işletim tesisi ile danışmak ve gerekli izinleri almak. Önce (sinyal-gürültü oranı 17, 18 TEKMER etkisini test örneğin) gerçek deney başlamadan uyarım geçerli veya TEKMER ekipman tarafından uyarılan potansiyel görüntüleme eserler için bir test.
2. FMRI Kurulum, Deneysel Tasarım ve Malzeme
Not: MRI tarayıcı içinde TEKMER kullanımı özel ekipman gerektirir. Özellikle, özel MR-uyumlu kablolar, filtre kutuları, elektrotlar ve deneklerin baş elektrotlar bağlamak için kayışları gerekmektedir. 2 (A) standart donanım TEKMER göstermektedir ve MRG ile kullanım için (B) bileşenleri Şekil. Bu ikinci bileşenler MRI sırasında yayılan radyo frekans darbe nedeniyle elektrotlar altında ısıtma olasılığını önlemek için gereklidir. Buna ek olarak, yüksek frekanslı görüntü eserler TDC'ler cihaz tarafından indüklenebilir. Hem dış ve tarayıcı odanın içine yerleştirilen filtre kutuları, dirençler ve özel MR-uyumlu iletken lastik elektrotlar ile donatılmış kabloları kullanarak önlenebilir.
- FMRI deneyi için genel deneysel set-up ve dizileri gerçekleştirin. Her iki çalışmanın amaçlarına bağlıdır. Not: Aşağıdaki protokol speciBu deney için FIC, ancak farklı deneysel durumlarda bir dizi uygulamak için revize edilebilir.
- Tarayıcı içinde semantik kategorilerin görsel sunumunu içeren bir dil görev için yüklü uyaran sunum yazılımı ile masaüstü bilgisayar kullanın. Bilgisayar ve aynalar bir sisteme bağlı bir projektör ile tarayıcı içinde bir ekranda bu uyaranlara sunuyoruz.
- Açık sözlü tepkilerin iletimi için bir MR-uyumlu bir mikrofon kullanın. Beş dakikalık bir görev yoktur RS-dizisi ve aleni bir semantik kelime nesil görev: TEKMER sırasında iki fonksiyonel dizileri edinin. Not: Deneysel set-up ek ayrıntıları, fMRI dizileri ve uyaran daha önce ayrıntılı 14, 15 'de tarif edilmiştir ve Şekil 1, bu deneyi göstermektedir.
- Iki işlevsel taramanın tüm süresini kapsayacak şekilde 20 dakika için 1 mA sabit bir doğru akım sağlamak için TEKMER cihaz, programı cihazı ayarlamak içinkısa molalar ve tarama 14, 15 arasında talimatlar için zaman dahil s. Stimülatör yeterince şarj edilmiş olduğundan emin olun; aksi takdirde deney sırasında kapanabilir.
- Tüm gerekli malzemeleri (Şekil 2) kullanılabilir olduğundan emin olun.
3.. TEKMER Kurulum dışında ve Scanner Inside (şematik bir bakış için Şekil 3)
- Radyo frekansı filtre (RF) tüp (tarayıcı dışından kabloları eklemek için kullanılabilecek MRI tarayıcısı radyo frekans kalkan yani penetrasyon noktası) yakın dış filtre kutusu yerleştirin. Stimülatör kablosu kullanarak dış kutu ile uyarıcı bağlayın. İç ve dış filtre kutusu kadar karışık olmamalıdır. Not: Şekil 4A, tarayıcı dışında TDC'ler kurulum göstermektedir. Dış kutu açıkça Şekil 4B'de işaretlenir.
- Han bağlamak için gerekli kablo uzunluğunu ölçünkutu kablosunu kullanarak dış kutu ile er (tarayıcı odasında kablo konumlandırma ile ilgili bir sonraki noktaya bakınız). Tarayıcının dışından RF tüpüne kutusunun kablosunu takın ve dış filtre kutusu (Şekil 4A) ile bağlayın.
- Tarayıcı delik (Şekil 5) arka ucunun içindeki iç filtre kutusu yerleştirin; yerinde tutmak için yapışkan bant kullanın. İç filtre kutusu kutu kablosunu bağlayın ve bu RF ısıtma neden olabilir herhangi bir kablo döngüleri önlemek. Not: Kablo tarayıcı oda duvarları ile uyumlu ve yapışkan bant (Şekil 3) ile bağlı olmalıdır.
Tarayıcı Katılımcı 4. Katılımcı Hazırlama ve Konumlandırma
- Geleneksel TEKMER set-up ile, vb gibi, saç spreyi vücut losyonu kaldırmak için, önceden varolan lezyonlar için katılımcının cilt incelemek uzak saç taşımak, alkol ile temiz bir cilt. Elektrotlar 12 altında deri iletkenliği, <geliştirmek> 21 sup.
- Tuzlu su çözeltisi ile sünger cepler ıslatın ve (katılımcı hazırlanması ve elektrot konumlandırma genel hususlar için dasilva 21) cebine MR-uyumlu elektrotlar eklemek.
- Mark elektrot ferromanyetik izlerini (örn. eyeliner kullanmayın) yaprakları bir kalem kullanarak, deneklerin başlarının üzerinde pozisyonları. 10-20 EEG sistemi kullanılarak anot için hedef konum belirleme (burada: BAG, 5 x 7 cm 2 sol) 14, 15. Bunu yapmak için, (a) T3-F3 ve birbirine F7-C3 ve F7-F3 arasında (b) orta noktasını bulun. Hedef konumu, bağlantı hattı noktalarına (a) ve merkezinde (b). Yeri katot (10 x 10 cm 2) sağ supraorbital konumundan (elektrot yerleştirme detayları için Meinzer vd. 14, 15 bakınız). Lastik bant kullanarak kafa elektrotlar takın.
- Tarayıcının arkasında katılımcı rehberlik ve iç filt ile elektrot kablosunu bağlayıner kutu. Aynı anda uyarıcısı üst sağ ve sol alt düğmeye basarak uyarıcısı ve test empedansına açın. Empedans sınırları ulaşıldığında, o stimülatörü otomatik olarak duracaktır. Bu durumda, elektrotlar yine kafa derisi ile temas, temiz bir cilde sahip olup olmadığını kontrol edin ya da süngerler çok kuru hale varsa daha tuzlu çözümü uygulayın ve herhangi bir kablo kırık olup olmadığını denetleyecektir. Not: Empedans çünkü uyarıcısı ve elektrotlar arasında ilave kablo ve filtre kutuları geleneksel set-up göre genellikle daha yüksektir.
- (Son bir güvenlik kontrolünden sonra) tarayıcı odasına katılımcıyı yönlendirin. Tarayıcı Portaldaki katılımcı yerleştirin ve elektrotlar hala doğru konumda olduğundan emin olun. Kafa bobini kapatın. Elektrot kablo kafa bobinin sol alt kısmından girer (bkz. Şekil 6) veya imalatçının önerilerine göre yapılmalıdır.
- Tarayıcı deliğin içine katılımcıyı taşıyın. Kablo yapmak emin olunes Portaldaki yakalamak ve (bu aşamasında kablonun olası bir güvenli pozisyon için bkz. Şekil 6) kırmak değil. Katılımcı tarayıcı içinde nihai konuma ulaştığında, tarayıcının arka ucundan elektrot kablosu ulaşmak ve iç filtre kutusuna bağlayın. Katılımcıya acil durum butonu teslim ve tarayıcı odadan.
5.. Uyarılması Başlangıç
- Tarama oturumun başlaması konusunda katılımcıyı bilgilendirmek için tarayıcı interkom kullanın. Yapısal yerelleştirici tarama (tarayıcı katılımcının baş konumunu belirlemek ve daha sonraki fonksiyonel ve yapısal taramaları planlanması için izin vermek için) tarama konsolunu kullanmaya başlayın. Yüksek frekanslı eserler için yerelleştirici tarama kontrol edin: iktisap süresinin bitiminden sonra yerelleştirici tarama çift tıklayın ve sağ fare tuşuna basılı tutarak ve sol fare ve doğru hareket ettirerek Siemens Trio için (kontrastı ayarlamak; örnekler Şekil 7A görmek içinve 7B).
- Stimülasyon başlayacak konuya iletişim kurmak için tarayıcı interkom kullanın ve o / o kısa bir süre kafa derisi üzerinde bir karıncalanma hissi hissedebilirsiniz. İlk fonksiyonel tarama için talimatları tekrarlayın. Bu örnekte, tarama (5 dk) süresince kapalı gözlerini tutmak için katılımcı talimat mümkün olduğunca az hareket ve özellikle de bir şey düşünüyorum. Emin olun projektör kapatıldıktan RS-taraması sırasında görsel uyarılma önlemek için (tarayıcı deliğin içine ekran siyah oluyor).
- Stimülasyon Başlangıç el önce birinci işlevsel tarama (RS-scan) başlamasından yaklaşık 1-2 dakika. RS-dizisi yüklemek için tarayıcı konsolunu kullanın. Açmak için RS-dizisine çift tıklayın saha-view (FOV), tüm beyin kapağı ve ön-arka komissura'da yaklaşık hizalamak konumunu ayarlamak. (START tarama düğmesini kullanarak) ilk taramayı başlatın.
- Deney boyunca empedansı izlenmesi. Not: Eğer experiment çift-kör modu (katılımcı ve araştırmacı uyarılması bilmeyen) yapılır, ikinci bir araştırmacı empedansını izlemek için gerekli olabilir.
- RS-dizisi çalışırken, taramalar arasındaki gerekli süreyi azaltmak için, yukarıdaki gibi tarayıcı konsolunu kullanarak, (sonraki görevi için) ikinci işlevsel görüntüleme sırasını yüklemek ve FOV'yi ayarlayın. RS-dizisinin sonunda, dil görevi sırasında deneysel uyaranların görsel ekran sağlamak için projektörü açın. Sunum yazılım simgesine ve yük dil paradigma üzerine çift tıklayın. Görevle ilgili fMRI paradigma için talimatları tekrarlayın ve görevi 14, 15 ile başlaması tarayıcı interkom kullanın.
- Stimülasyon / fMRI deney sonunda, planlı yapı taramaları ile devam ediyor. Tarama oturumun sonuna kadar elektrot kabloları çıkarmayın.
- Deneyin sonunda, katılımcı üzerinden geçmeden önce iç filtre kutusundan elektrot kablosunu çıkarıntarayıcı deliğin. , Tarayıcıdan katılımcıyı çıkarmak kafa bobini ayırmak ve oturup dikkatle elektrotlar katılımcıdan.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Fonksiyonel MRI, motor ve bilişsel fonksiyonların altında yatan nöral mekanizmalarını ele en yaygın olarak kullanılan fonksiyonel görüntüleme tekniğidir. Daha yakın zamanlarda, aynı zamanda kortikal FMRI aktivitesi ve ilgili bağlantı TDC'ler etkilerini değerlendirmek için kullanılmıştır. Ancak bu çalışmaların çoğu tarayıcı dışında TEKMER uygulanan ve (yani önceden tarama 22, 23 TEKMER uygulanan) stimülasyon çevrimdışı etkilerini değerlendirdik. Sadece birkaç şimdiye kadar yapılan çalışmalar farklı kan oksijenlenme seviyesi bağımlı kontrastı (BOLD) 14-17, 24 veya perfüzyon görüntüleme sekansları 13, 19 kullanılarak, eşzamanlı fMRI sırasında TEKMER uygulanmıştır var. Konularda içerisinde kullanılan bu çalışmalar, sağlık ve hastalık 1 TEKMER derhal davranışsal etkilerin altında yatan nöral mekanizmalar ışık tutacak sahte TEKMER vs atDCS sırasında işlevsel beyin aktivitesini veya perfüzyon değişiklikleri karşılaştırmak için tasarımlar 3.
Örneğin, son iki çalışmada, Meinzer ve arkadaşları sağlıklı 15 genç ve yaşlı yetişkinlerde 14 semantik kelime-nesil boyunca atDCS kaynaklı performans iyileştirmeleri nöral temeli değerlendirildi. Her iki çalışmada da, performans görevi sırasında hataların önemli ölçüde azaltılmış sayısına göre gösterilen sahte stimülasyon ile karşılaştırıldığında sol BAG uygulanan atDCS sırasında üstün oldu. En önemlisi, semantik kelime-nesil, olumsuz ileri yaş 25-28 etkilendiği bilinen bir görev sırasında yaşlı yetişkinlerin performansı genç yetişkinlerin 14 eşleşen bir grup seviyesine kadar geliştirildi.
Görev ilgili fMRI sham atDCS sırasında gelişmiş performans hem de çalışmalarda BAG ventral kısmı oldukça lokalize görevle ilgili aktivite azalma (Şekil 8) ile ilişkili olduğunu ortaya koymuştur. An mısınız (sol dorsal BAG aktivite dikkat edinStimulasyon sitenin civarı) bir uyarım tarafından etkilenmemiştir. Kelime-alma görevi (resim 17 adlandırma) farklı bir tür istihdam, sağlıklı yaşlılarda bir önceki çalışma ile paralel olarak, bu etkinlik azalmalar görev ilgili beyin bölgelerinde 14, 15 daha verimli nöral işleme ile ilgili olabilir. Ayrıca, yaşlı grupta, atDCS sağ hemisfer aktivitesi yaşa bağlı geliştirme azaltılmış ve düşük aktivite davranışsal gelişme 14 ile korelasyon. Bu bulgular, uyarım yerinde ve ayrıca uzak beyin bölgelerinde TDC'ler-eylem nöral temeli tanımlamak için bu yeni teknik potansiyelini göstermektedir.
Buna ek olarak, atDCS büyük ölçekli ağ etkileri RS-fMRI kullanarak her iki çalışmalarda teyit edildi. Bir grafik-tabanlı fonksiyonel bağlantı yaklaşım ortaya çıkarmıştır: dil sy önemli merkezler arasında (1) gelişmiş bağlantı (yani gelişmiş iletişim)Sham (bir örnek için Meinzer vd. 15'den uyarlanmıştır Şekil 9, bakınız) göre atDCS sırasında genç erişkinlerde kaynaklanıyor. Yaşlı yetişkinlerde, atDCS genç yetişkinler 14 karşılaştırıldığında değişen ağ yapısı kısmen tersine çevrilmesi ile sonuçlanmıştır. Bu bulgular uyarılması büyük ölçekli ağ etkiler, bu teknik kullanılarak tespit edilebileceğini göstermektedir.
Kombine TEKMER-fMRI deneyi Şekil 1.. Bakış. İki fonksiyonel fMRI taramaları (dinlenme-devlet tarama semantik bir kelime nesil görev izledi) satın alındı. Stimülasyon (sahte veya atDCS) öncesinde dinlenme-devlet tarama için yaklaşık 1-2 dakika başladı ve dil görev (atDCS) sonuna kadar başlamış, ya dinlenme-devlet tarama (sh başlamadan önce aşağı rampalı oldudeğilim; Burada tarif değil; Ayrıntılar için) Meinzer vd. 14,15 bkz. İlave yapısal taramaları uyarılması sonunda elde edilmiştir. Stimülasyon konum (BAG, şematik kırmızı nokta) EEG 10-20 sistemi (sarı) kullanılarak belirlendi. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
Şekil 2.. TEKMER ekipman. (A) TEKMER çalışma için standart donanım gösterir. Bu (1) uyarıcı, (2) iki standart elektrot kabloları, ve (3) kauçuk elektrotlar ve elektrotları için sünger cepler içerir. (B) intrascanner TEKMER için gerekli ek bileşenler İllüstrasyonlu: (4) stimülatör kablosu, (5) elektrot kablosudirençler, (6) dış ve (7) iç filtre kutuları, (8) kablosu kutu iki filtre kutularını bağlamak için, ve (9) MR-uyumlu kauçuk elektrot. donatılmış bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
TEKMER Şekil 3.. Şematik bakış set-up ve dışında tarayıcının içinde. Doğru akım uyarıcısı (1) stimülatör kablosu kullanarak dış filtre kutusu ile bağlanmıştır (2). Kutu kablo, radyo frekansı filtre tüp aracılığıyla tarayıcı odaya girer (3). Kutu kablo MRI tarama oda (4) çeperi ile hizalı ve MRI tarayıcı (5) içine yerleştirilmiş olan iç filtre kutusuna bağlı olmalıdır. Elektrotlar konu ve elektrodun kafa bağlıdırlar kablo kafa bobinin sol alt kısmından beslenen ve iç filtre kutusu (6) ile bağlanır. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
Şekil 4,. Tarayıcının yerleştirilmeye-up detaylı. (A), sol filtre borusunun içine sokulur, radyo frekans filtre tüpleri ve kutu kablonun çevresinde dış filtre kutusunun yerleştirilmesini gösterir. MR-uyumlu olmayan dış kutunun (B) Close-up. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
Şekil 5. Iç filtre kutusunun Yerleştirme. Bu rakam tarayıcı (arka uç) içindeki iç filtre kutusunun konumunu göstermektedir. Filtre kutusu deneysel uyaranlara bir projektör kullanarak sunulduğu bir ekranın altında yer alıyor. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
Şekil 6.. Elektrot kablo Yerleştirme. Bu rakam tarayıcının kapalı kafa bobini gösterir. (A) konu başlığı bağlı elektrotlar ile baş bobin konumlandırılmışkauçuk elektrotlar ile kafasına. Elektrot kablo çıkışları sol alt tarafında bobin baş. Tarayıcı deliğin içine konuyu taşırken (B) Elektrot kafa bobin üstüne yerleştirilir. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
Şekil 7. Kırık bir kablo ile bağlı yüksek frekanslı eserler örnekler. (A) Buluntu MRIcron standart kontrastı (www.mrico.com) kullanarak yerelleştirici taramanın eksenel dilim görünmez. (B) Buluntu kontrast ayarlarını (beyaz oklar, kontrast ayarları 0-20) ayarladıktan sonra görünür hale gelir. Benzer şekilde, yüksek frekanslı artefakt görülmezfonksiyonel görüntüleme sırayla varsayılan kontrast (C) kullanarak, ama kontrast (D) ayarladıktan sonra görünür hale gelir. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
Şekil 8. Görevle ilgili fonksiyonel aktivite atDCS Etkisi. Genç ve yaşlı yetişkinler (atDCS <sahte inferior frontal girus (vIFG) ventral kısmında semantik kelime-nesil görevi sırasında görev ilişkili etkinliğin anlamlı azalmalar İllüstrasyonlu, her ikisi de p <0.05). Anlamlı bir farklılık her iki grupta sol dorsal BAG (dIFG) bulundu. PBu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız kiralaması.
Şekil 9. Istirahat-devlet fonksiyonel bağlantısı üzerinde atDCS Etkisi. (Kırmızı) gelişmiş veya dinlenme-devlet tarama (sagital dilimleri x = -52 / 52, koronal sırasında sahte stimülasyon karşılaştırılmıştır atDCS sırasında (mavi) bağlantısı azaltılmış gösterdi bölgeleri İllüstrasyonlu dilim z = 5). L = Sol yarımküre, R = sağ hemisfer. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
Şekil 10.;. Hedef pozisyonun Doğrulama (A) Şeklin sol tarafında kafa derisi (MRIcron kullanarak T1-ağırlıklı görüntü dayalı Yüzey işleme) üzerindeki elektrot konumunu gösterir. (B) Resmin sağ tarafında aynı deneğin beyin içine elektrot merkezinin izdüşümü göstermektedir. Resmin yönlendirilmesi hem görüntü aynıdır. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Eş zamanlı FMRI TDC'ler ile kombine uygulaması, yüksek uzamsal çözünürlük 13-19 ile tüm beyin boyunca stimülasyon hemen etkilerinin ortaya çıkması için nöral temeli potansiyel göstermiştir. Gelecekte, bu tür çalışmalar, ikincisi tekniğinin superior temporal çözünürlük yararlanabilmesi için, kombine EEG-TEKMER çalışmalarla tamamlanmaktadır olabilir. Buna ek olarak, intrascanner stimülasyon kafa derisi üzerinde elektrotların doğru konumlandırma doğrulama (örn. T-ağırlıklı görüntüler kullanılarak, bakınız Şekil 10) verir. Bunun nedeni yanlış elektrot yerleştirme deneysel çalışmalarda istenmeyen çelişkileri azaltmak için yardımcı olabilir.
Intrascanner uyarılması için Emniyet kurulmuş ve uygun kurulum ile, hiçbir ısı elektrotlar (örneğin, Hollanda vd. 17 Bu çalışmada ek malzemeleri görebilirsiniz) altında meydana gelir. Uyarım sadece minimal görüntüyü etkilerkalitesi. Örneğin, TDC'ler hafifçe kafa derisi ile sınırlı ikinci sinyal-gürültü oranını ve elektrotlar 17, 18 altında duyarlılık kalıntılar ya da B0 alan bozulmaları, (inceleme için Saiote et al. 23 e bakınız), indirgenmiş neden olabilir. Ancak, aynı zamanda kafa derisi eserler, Antal ve ark. 29 tarafından bir post-mortem çalışma ventriküllerinde bir parmak vurma görevi sırasında fizyolojik BOLD etkileri karşılaştırılabilir büyüklüğü ile TEKMER kaynaklı eserler bulundu. Bu nedenle, araştırmacılar uygun görüntü kalite güvence prosedürleri 23 yapmak için tavsiye edilir. Ayrıca, ekipman arızası (örn. kırık bağlantı veya elektrot kabloları) (Şekil 7C ve 7D bakınız) BOLD dizilerine yüksek frekanslı eserler neden olabilir. Ekipman kullanım ve kalite güvence prosedürleri ön tarama nedenle, özellikle dikkat edilmelidir. Kırık kabloların değiştirilmesi gibi artifac önleyebilirts.
Mevcut protokolde, iki FMRI dizileri ile TDC'ler kombine kullanımı tanımlanmıştır. Sonraki fMRI dizilerine görevle ilgili fMRI etkileri arasındaki muhtemel etkileşimleri önlemek için, özellikle RS-fMRI 30, RS-fMRI önce semantik kelime kuşak görev satın alındı. TEKMER intrascanner uzun sonunda uygulandığında ise tuzlu batırılmış sünger elektrotlar zaman ve uyarılması üzerinde kurumasına neden olabilir çünkü Ayrıca, ilave yapısal dizileri (örn. T1, T2, ve difüzyon ağırlıklı taramalar) fonksiyonel dizilerin sonra edinilen tehlikeye olabilir tarama oturumu.
Kenara sağlıklı katılımcıların deneysel ortamlarda kullanımı, bu yeni tekniğin gelecekteki uygulamalar hasta popülasyonlarında düşünülebilir. Örneğin, birkaç ardışık gün boyunca uygulanmıştır dil, tedaviden TDC'ler kombinasyonu inme sonrası lang bir tedavi sonucunu geliştirmek için gösterilmiştiruage bozuklukları (afazi) 31, 32. Ancak, uyarma etkileri, hasta grupları arasında anlamlı iken bireysel hastaların% 30 kadar stimülasyon 32 fayda etmedi. FMRI ile TEKMER kombine kullanımı, gelecekte stimülasyon verilen bir tür olumlu yanıt ve bu etkileri görünmüyor hastaların belirlenmesine yardımcı hastaların belirlenmesine izin verebilir. Bu tür çalışmalar TEKMER ile davranışsal müdahale birleştirmek gelecekteki klinik çalışmaların etkinliğinin artırılması için bir önkoşuldur. Diğer uygulamalar demans ve öncülerden veya diğer nörolojik ve psikiyatrik hastalık 3 yararlı TDC'ler etkilerin nöral temelleri değerlendirilmesini içerebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Bu çalışma Deutsche Forschungsgemeinschaft hibe tarafından desteklenmiştir (AF: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 ve DFG-EXC-257, UL: 423/1-1), Bundesministerium für Bildung und Forschung (AF: FKZ0315673A ve 01GY1144, AF ve MM: 01EO0801), Alman Akademik Değişim Servisi (AF: DAAD-54391829), Go8 Avustralya - Almanya Ortak Araştırma İşbirliği Programı (DC: 2011001430), Else-Kröner Fresenius Stiftung (AF: 2009-141; RL: 2011-119) ve Avustralya Araştırma Konseyi (DC: ARC FT100100976; MM: ARC FT120100608). Biz editoryal yardım için Kate Riggall teşekkür ederim.
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).
