Introduction
דינמיקה קצבית של זרמים חשמליים תאיים במוח נצפתה למאה 1,2. בעוד רוב הזמן הזה שנחשב כרעש שאינו ספציפי בנתונים, היום הם נחשבים נרחב כדי לשחק תפקיד עיקרי בעיבוד מידע במוח 3,4,5,6,7,8,9. ההבנה של הקשר סיבתי בין תדרים הספציפיים של פעילות המוח oscillatory ותהליכים קוגניטיביים שלנו התקדמה בעשור האחרון באמצעות הפיתוח של התערבות שונות גישות לויסות פעילות ישירות oscillatory 8,10. Transcranial לסירוגין גירוי הנוכחי (TACs) הוא גישה אחת כזו מבטיחה ללווסת את הפעילות קצבית במוח 10. TACs היא שיטת גירוי המוח לא פולשני, שחלה לסירוגין חלשים זרמים (סינוסי) מהקרקפת ומודולציה הרגישות של קליפת המוח באופן תדר ספציפי 11, 12, </ Sup> 13, 14, 15. בעת היותו טכניקה מבטיחה ללימוד התפקיד של פעילות קצבית במוח, מנגנוני neurophysiological של TACs עדיין חמקמקים. מספר מחקרים דיווחו על השפעות של TACs 11,13,16,17,18 תפיסתי ותפקודים מוטוריים 19,20,21,22, כמו גם השפעות על תהליכים קוגניטיביים מסדר גבוה 23,24,25,26,27, 28 . ראיות neurophysiological לentrainment של תנודות מוח לאחר הגירוי הוצגו באמצעות EEG 13, 14, 15. כרגע יש כמה דיווחים על ראיות neurophysiological בבני אדם להשפעה של TACs במהלך גירוי 12, 13, 22. כמוח הוא חזק מאוד להפרעות חיצוניות, ראיות מקוונות כזה היא חיונית להבנת תופעות neurophysiological המיידית של TACs.
ELECtroencephalography (EEG), לכידת פעילות אלקטרו במוח עם רזולוציה גבוהה זמנית, הוא בחירה אידיאלית ללימוד אנדוגני ופעילויות עצביות oscillatory ביאה בעקבותיה. מחקרים שנעשה לאחרונה על ידי Helfrich ועמיתים דיווחו השפעות מקוונות neurophysiological של TACs, אבל באותו הזמן מדידת EEG במהלך TACs הוכיחו קשה בשל החפץ הבולט TACs 12, 13. לניסויים TACs-EEG מוצלחים במקביל, הקלטת נתוני ה- EEG באיכות טובה היא היבט חשוב אחד, המהווה את המוקד של המאמר הנוכחי, ובה בעת את שיטת העיבוד מראש כדי להסיר את חפץ TACs היא גם חיונית. במעבדה שלנו, יש לנו כבר בפיתוח הצנרת מראש העיבוד שלנו מאפשרת להסרת לכלוך TACs מנתוני ה- EEG 29. כאן אנו מתארים כיצד להקליט בהצלחה אותות EEG מהאזור של גירוי, והשיקולים טכניים חשובים להקלטה מוצלחת.
Protocol
הצהרת אתיקה: נהלים מעורבים בני אדם אושרו על ידי ועדת האתיקה של קנטון ברן (קק-BE 007/14).
הערה: איור 1 מדגים מצרפי, כמו גם את העיצוב של אלקטרודות TACs (ראה גם דיון), וכובע EEG. אנו משתמשים בכובע EEG עשוי חומר אלסטי (1D איור) להחזיק TACs אלקטרודה מחוברת על הקרקפת.
1. מצרפי
הערה: תוצאות הנציג מתקבלות ממצרפי אלקטרודה TACs הבאים.
- מונטאז '1: מקום שני אלקטרודות על הקרקפת, בקליפת מוח הקדם חזיתית שמאל דורסולטרלי (DLPFC) (אלקטרודה F3) וקליפה האחורית עזב הקודקודית (PPC) (אלקטרודה P3) (איור 1 א).
- מונטאז '2: מקום אלקטרודה אחת TACs על הקרקפת בDLPFC השמאל (אלקטרודה F3), ומניח את האלקטרודה TACs אחרת על כתפו השמאלית (איור 1).
- מונטאז '3: מקום אחד אלקטרודה TACs על הקרקפת בPPC שמאלה (אלקטרודה P3), ומניחה את האלקטרודה TACs אחרת על כתפו השמאלית (איור 1 ג).
2. הכנת TACs אלקטרודות
- אם האלקטרודה TACs ההתייחסות תוצב על כתף (Montage 2 ו -3), לעשות את זה ראשון.
- לפני הצבת אלקטרודה הכתף, להכין את העור עם ג'ל עור הכנת שוחקים EEG וelectrocardiography. השתמש בתחבושת לקרצף את העור בעדינות עם ג'ל עור הכנה.
- החל ג'ל EEG על האלקטרודה TACs ומניח את האלקטרודה על כתף.
- אבטח את האלקטרודה על כתף עם נייר דבק.
- לשים על כובע EEG. להתאים את המיקום של הכובע על פי מערכת 10-20 הבינלאומית למיקום האלקטרודה 30, ולהדק את רצועת הסנטר של כובע EEG.
- מארק כתמים כדי לציין בי האלקטרודה TACs תמוקם על הקרקפת. השתמש במיםעט אדום מבוסס, ראשית משום שהשפעות בידוד של חומר הצבע של העט מופחתים, ושנית, ניתן לכבס אותו בקלות משם עם מים.
- אם יש בעיה עם העט לא להגיע לקרקפת לציון, עקב החורים בכובע EEG להחדרת ג'ל להיות הדוק מדי (1D איור), להשתמש במקל עץ, למשל ידית העץ של מקלון צמר גפן .
- לצבוע את הקצה של המקל ביסודיות ולהשתמש טיפ זה כדי לסמן את הקרקפת.
- הסר את כובע EEG ולבדוק אם הסימון היה מוצלח. במידת הצורך, למלא את הסימון, כך שיכול בקלות להיות הבחין אותו מאוחר יותר.
- בצע את השלבים (2.5.1-2.5.4) הבאים, בהתאם לאורך של השיער של המשתתף. אם המשתתף יש שיער קצר (עד כ -10 סנטימטרים), לדלג על השלבים הבאים (זה גם יש לציין כי תסרוקות מסוימות, כגון מנעולי אימה, להפוך את היישום של אלקטרודות TACs בלתי אפשרית). אם המשתתף יש עוד חיr:
- מניחים את האלקטרודה TACs עם מרכזה המסומן בנקודה האדומה על הקרקפת. שים לב שלא ג'ל EEG יש לשים על האלקטרודה TACs ברגע זה.
- נושא את כל השיער בתוך הטבעת הפנימית של האלקטרודה TACs.
- תחייב את שיער הליכי עם קלסרים כבל. שים לב שלשיער סביב האלקטרודה TACs לא מקבל כרוך באלקטרודה TACs ידי קלסרים הכבל.
- לאחר השיער כבר מחויב, להסיר את האלקטרודה TACs.
- החל ג'ל EEG לאלקטרודה TACs הקרקפת.
- לפני יישום ג'ל, להתחבר אלקטרודות הקרקפת וTACs הכתף אל ממריץ, אבל לא להפעיל את ממריץ עדיין. למרוח שכבה דקה של ג'ל EEG על האלקטרודה TACs. יישום דליל של ג'ל הוא חשוב.
- למקם את האלקטרודה TACs בזהירות בחזרה על הראש.
- אם המשתתף יש שיער ארוך, חוט השערה הכרוך בחזרה דרך החור הפנימי של האלקטרודה TACs, בלי זה לuching ג'ל EEG על האלקטרודה TACs.
- תוך שימת האלקטרודה TACs, לשים לב לסימן האדום על הקרקפת מוחזקת באמצע האלקטרודה TACs. ברגע שהאלקטרודה TACs הושמה על הקרקפת, עמדתה לא יכולה עוד להיות שונה.
- הסר את קלסרים כבל מהשיער פעם האלקטרודה TACs הושמה.
- הפעל את ממריץ ולפקח על העכבה. תוך שימת זהירות לחץ מסוים על האלקטרודה TACs, מאוד לשים לב היטב שאדום מסמן נקודה היא תמיד שמר באמצע האלקטרודה TACs.
- רם בזהירות את הקצוות של האלקטרודה TACs וליישם כמה ג'ל EEG יותר מתחת לשיער, לא בין האלקטרודה TACs והשיער (איור 2). זה חשוב במיוחד אם המשתתף יש הרבה שיער (ראה דיון).
- תמשיך להפעיל לחץ על האלקטרודה TACs עד העכבה היא ביציבות מתחת ל -10 ק"ג-אוהם. צג העכבה שלTACs האלקטרודה על ידי stimulator.Carefully TACs להוסיף ג'ל EEG נוסף במידת צורך, אך תמיד בדלילות.
הערה: העכבה של האלקטרודה TACs פיקוח על ידי ממריץ TACs נמדדת בין האלקטרודות TACs, שבו יש את החסרון של לא מספק מידע על שווי עכבה נפרד לכל אלקטרודה. בהתאם למערכת מגבר EEG, זה יכול להיות גם ניתן למדוד את העכבה של אלקטרודות TACs דרך זה, ולאחר מכן תוכל למדוד את העכבה של כל אלקטרודה בנפרד. - שים לב לכל ג'ל שנמלט מהאלקטרודה TACs, ולהסיר ג'ל EEG העודף עם מקלון צמר גפן.
3. הרכבה כובע EEG
- לאחר העכבה של אלקטרודות TACs מגיעה מתחת לסף של 10 ק"ג-אוהם, הר כובע EEG שוב. לשים על כובע EEG מאוד בעדינות ובזהירות, במיוחד אם החומר של כובע EEG הוא אלסטי, שכן הוא קל אחר כדי להעביר את המיקום של SCALאלקטרודה TACs עמ במהלך שלב זה.
הערה: המשמרת של האלקטרודה TACs פורשת את ג'ל EEG מתחת לאלקטרודה TACs וגורמת לג'ל EEG לגשר עם אלקטרודות EEG. חשוב לא למשוך את כובע אלסטי עם כוח, שכן הדבר עלול לגרום לו לריבאונד לאחר מכן, שגם יביא להזזת אלקטרודה TACs. - להדק את הרצועה של כובע EEG.
4. הכנת אלקטרודות EEG
- החל ג'ל EEG של צמיגות מתאימה (כפי שנדון בהרחבה בדיון) לאלקטרודות EEG כדי ליצור קשר בין הקרקפת ואלקטרודות EEG. תתחיל עם אלקטרודות EEG קרקע והתייחסות. לאחר מכן להמשיך לאלקטרודות הממוקמים באמצע ובסביבה של האלקטרודה TACs. לאחר מכן להמשיך לאלקטרודות שנותרו (ראה דיון).
- לאלקטרודות EEG המקיפות את האלקטרודה TACs, להזריק ג'ל עם ההצבעה קצה מחט בכיוון מן האלקטרודה TACs. דחף בעדינות את EEאלקטרודות G תוך יישום ג'ל, כך שג'ל לא לברוח מתחת לאלקטרודות.
- השתמש במקל עץ כדי להגדיל את המגע בין האלקטרודות EEG והקרקפת, כפי שמודגם באיור 3. אל תשתמש בקצה המחט למטרה זו, כפי שהוא יהיה לגרד את הקרקפת של המשתתף, ויתר על כן הוא לא יעיל כמו למטרה זו.
- לדחוף את הג'ל עם המקל כלפי הקרקפת, ומאוד בעדינות לשפשף את הקרקפת עם החלק העליון של המקל בתנועת סיבוב. נסה לשמור על הזווית של המקל orthogonally לקרקפת לאלקטרודות הממוקמים בקרבה קרובה של האלקטרודה TACs, כתנועות סידאוואי של המקל תפרוסנה את הג'ל באלקטרודה. במידת צורך, ליישם חלק ג 'EEG יותר, ולאחר מכן השתמש במקל העץ כדי לשפר את העכבה נוספת.
- כדי למנוע גישור באמצעות ג'ל הדולף (איור 4), להיות חסכן עם החלת ג'ל להורדת העכבה של אלקטרודות EEG בהסביבה הקרובה של האלקטרודה TACs. במקום זאת, נסה להקטין את העכבה ככל האפשר רק באמצעות מקל העץ, לפני ששוקל הוספה עוד ג'ל.
- ברגע שעכבה טובה הושגה עם מקל העץ, הכנס בזהירות ולהפיל את המחט עד קצה המחט נוגע בקרקפת, ואז בעדינות להחיל ג'ל תוך משיכת המחט החוצה, ובכך מסייע לייצב את הקשר בין האלקטרודה וEEG קַרקֶפֶת.
- לשאוף עכבות אלקטרודה EEG להלן 5 ק"ג-אוהם לנתונים אופטימליים, כפי שזה מפחית הפרעות רעש ועיוות אות.
- ברגע שהעכבות כבר הורידה לרמה המתאימה, בדיקה אם כל גשר בין האלקטרודה TACs ואלקטרודות EEG סביב בשל דליפת ג'ל נוצר.
- החל גירוי סינוסי קצר, עם עוצמת אינטרסים ניסיוניים (למשל, 1 mA שיא-לשיא).
הערה: בשל מגבלות של מערכות מסוימות (ראה טבלה של חומרים), זה nםוריה ניתן לבדוק לגישור באינטרנט, אבל רק דרך יישום גירוי ואז לבדוק אם כל ערוץ של מגבר EEG הופך רווי. - לראות אם כל ערוץ רווי תוך גירוי.
הערה: כפי שעולה מתוצאות הנציג, גישור באמצעות הדלפת ג'ל בין האלקטרודות TACs וEEG תגרום להרוות ערוץ זה של מגבר EEG ולשלול נתוני הקלטה מאלקטרודות אלה. לא ניתן לבטל גישור באמצעות הדלפת ג'ל פעם אחת זה כבר הוקם. האפשרות היחידה היא להפסיק את הניסוי.
- החל גירוי סינוסי קצר, עם עוצמת אינטרסים ניסיוניים (למשל, 1 mA שיא-לשיא).
- עכבות צ'ק פעם נוספת. אז להתחיל בהקלטה.
Representative Results
דוגמאות מוצגות של TACs-EEG במקביל מוצלחת ומוצלחת מדידות המתקבלות משתי הקלטות שונות (איור 5). שתי אלקטרודות TACs הונחו על הקרקפת (אלקטרודות F3 וP3) ואת עוצמת TACs היה 0.9 מילי-אמפר (שיא-לשיא). בדוגמא הראשונה, אלקטרודה F3 EEG הייתה לגשר עם אלקטרודה TACs החזיתית באמצעות ג'ל (שים לב שכאשר להזכיר "גישור" בכל הדיון שלהלן, נסמן את היווצרותו של קשר ישיר על ידי ג'ל EEG יצירת קשר בין TACs וEEG אלקטרודות). גישור מייד מרווה את ערוץ F3 ואותות EEG במהלך TACs לא יכולים להיות מוקלטים (איור 5 א). בדוגמא השנייה, אותות EEG נרשמו בהצלחה תוך TACs יישום (איור 5).
כדי להעריך את הפריסה המרחבית של סדר הגודל של חפץ TACs,סדר גודל של חפץ TACs חושבה במהלך הקלטה מוצלחת שהתקבלה משלושה נושאים. TACs הייתה מוחלת על שני DLPFC (אלקטרודה F3) או PPC (אלקטרודה P3). עוצמת TACs הייתה 0.9 מילי-אמפר (שיא-לשיא) .הוא היה ציין כי גודל שיא-לשיא של חפץ TACs היה קשור ביחס הפוך עם המרחק בין האלקטרודה EEG וTACs (איור 6 א ו6B). בנוסף, העמדה של האלקטרודה התייחסות EEG ביחס לאלקטרודה TACs השפיעה גם על הפריסה המרחבית של סדר הגודל של חפץ TACs פני ערוצי EEG (איור 6 א ו6B). סדר הגודל של חפץ TACs נע בין 10 mV באלקטרודות EEG רחוקים יותר מהאתר של גירוי, ואילו הגודל יכול להגיע עד 100 mV באלקטרודה EEG באמצע האלקטרודה TACs. מערכת היחסים בין עוצמת הזרם של TACs והגודל של חפצים בקרבהאלקטרודה TACs נבחנה גם (איור 7). זה הציג יחסים ליניארי ורוויים מתח הטווח של הקלטה כאשר עוצמת זרם TACs הייתה יותר מ -1.6 מילי-אמפר.
איור איור 1. של מונטאז '. () Montage עם שתי אלקטרודות TACs מונחות על הקרקפת (F3 וP3). Montage (ב ') עם אלקטרודה אחת TACs מונחת על הקרקפת (F3) ואלקטרודה TACs התייחסות אחת מונח על כתף ipsilateral. (ג) Montage עם אלקטרודה אחת TACs מונחת על הקרקפת (P3) ואלקטרודה TACs התייחסות אחת מונח על כתף ipsilateral. (ד) כובע EEG אלסטי מחזיק האלקטרודה TACs הקרקפת במקום מתחת לכובע. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. יישום נכון של ג'ל EEG נוסף מתחת האלקטרודה TACs. ג'ל EEG נוסף הוא שיש להחיל באלקטרודה TACs כדי לשפר את ההומוגניות של החיבור לקרקפת. ג'ל נוסף יש להחיל בין השיער והקרקפת (חץ כחול), ולא בין האלקטרודה TACs ושיער, כדי לשפר את הקשר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. שיפור הקשר של אלקטרודות EEG לקרקפת. () ג'ל EEG החל על אלקטרודות EEG באמצעות מזרק. השתמש בtIP של המחט לצחצח את שיער מתחת לאלקטרודה EEG, לאחר מכן הכנס בזהירות ולהפיל את המחט עד קצה המחט נוגע בקרקפת. החל ג'ל תוך משיכת המחט החוצה, כדי ליצור קשר בין הקרקפת ואת האלקטרודה EEG. (ב) השתמש במקל עץ (למשל, ידית העץ של מקלון צמר גפן או דומה) כדי לשפר את הקשר בין האלקטרודות EEG והקרקפת נוספת. לדחוף את הג'ל עם המקל כלפי הקרקפת, ומאוד בעדינות לשפשף את הקרקפת עם החלק העליון של המקל בתנועת סיבוב. נסה לשמור על הזווית של המקל orthogonally לקרקפת לאלקטרודות הממוקמים בקרבה קרובה של האלקטרודה TACs, כתנועות סידאוואי של המקל תפרוסנה את הג'ל באלקטרודה. במידת צורך, ליישם חלק ג 'EEG יותר, ולאחר מכן השתמש במקל העץ כדי לשפר את העכבה נוספת. לאלקטרודות הממוקמים בקרבה קרובה של האלקטרודה TACs חשוב גם להיות זהיר עם החלת יותר ג'ל FOr המטרה לשפר מגע. במקום לנסות לשפר את הקשר ככל האפשר באמצעות מקל העץ. לבסוף, עכבה טובה ברגע שהושגה עם מקל העץ, להוסיף קצת ג'ל נוסף כדי לייצב את הקשר בין האלקטרודה EEG והקרקפת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4. דוגמא של דליפת ג'ל EEG יצירת קשר ישיר בין TACs ואלקטרודות EEG. דולף ג'ל EEG, אשר יוצר קשר ישיר בין TACs ואלקטרודה EEG, הוא ציין. גישור כגון זה בין TACs ואלקטרודות EEG ניתן ליצור למשל, על ידי הוספת כמויות עודפות של ג'ל EEG תחת אלקטרודה TACs או האלקטרודה EEG בקרבת האלקטרודה TACs,או על ידי TACs מועברות אלקטרודה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
TACs 5. איור מרווה את מגבר EEG באמצעות גישור באמצעות ג'ל. נתונים גולמיים משתי הקלטות שונות, הפניה לCPZ, במהלך מונטאז 'עם TACs קרקפת אלקטרודות המונחות בDLPFC (אלקטרודה F3) וPCC (אלקטרודה P3). (א) האות נרשמה בF3 אלקטרודה רוויה בשל גישור באמצעות הדלפת ג'ל EEG בין האלקטרודה F3 EEG ואלקטרודה TACs. אותות (ב) נרשמים בהצלחה מכל האלקטרודות. סדר הגודל של חפץ TACs באלקטרודה F3 עולה יותר מ -50 mV. אנא לחץ כאן לצפייהגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 6. הגודל של חפצי TACs בערוצי ה- EEG. בהירויות שיא-לשיא של חפצי TACs בממוצע על פני שלושה נושאים (mV). הנתונים הוא נתונים גולמיים, בהפניה לCPZ. (א) הגודל של חפץ TACs במהלך מונטאז 'עם אלקטרודה אחת TACs הקרקפת הוצבה בDLPFC השמאל (אלקטרודה F3) ואלקטרודה TACs האחרות מונחת על כתף השמאל (Montage 2, איור 1). (ב) סדר הגודל של חפץ TACs במהלך מונטאז 'עם אלקטרודה אחת TACs מונחת על PPC השמאל (אלקטרודה P3) ואלקטרודה TACs האחרות מונח על כתף השמאל (Montage 3, איור 1 ג). ערוץ מקומות (C) EEG. אדום: ערוץ תחת אתר גירוי, כחולים: ערוצים באזור קרוב של אתר גירוי, אסמכתא (שחור מודגש): אלקטרודה התייחסות (CPZ). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 7. הגודל של חפץ TACs באופן ליניארי בקורלציה עם עוצמת הגירוי. גודל שיא-לשיא של חפץ TACs (mV) מנושא אחד בF3 הערוץ. עוצמות של 0.5-2 mA יושמו בצעדים של 0.1 מילי-אמפר. הנתונים הוא נתונים גולמיים, בהפניה לCPZ. מונטאז 'עם אלקטרודה אחת TACs הקרקפת הוצבה בDLPFC השמאל (אלקטרודה F3) ואלקטרודה TACs האחרות מונחת על כתף השמאל (Montage 2, איור 1). הנתונים מראה מערכת יחסים מושלמים לינארי בין עוצמת הגירוי שיושמה וגודל של חפץ TACs, בטווח עוצמת 0.5-1.6 mA. הרזולוציה המתח נקבעה ל -150 mV, אבל actuaמגוון רכישה המקסימלי l היה 161.6 mV שמעבר לו האות רוויה. הקו המקווקו מציין את הטווח המקסימאלי של המתח. עם עוצמות גירוי של 1.7 מילי-אמפר ומעלה, כאשר גדלי חפץ וכתוצאה מכך היו יותר מ 161.6 mV, ערוץ F3 היה רווי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Discussion
ניסויי הנהלים להקים במקביל TACs-EEG מתוארים כאן. נפנה עתה לדון בשיקולים להתקנה של הקלטות TACs-EEG, ששני השיקולים הראשונים הם חיוניים להקלטות במקביל TACs-EEG מוצלחים.
הימנעות אלקטרודה TACs-EEG גישור באמצעות ג'ל
זה חיוני כדי למנוע גישור בין אלקטרודות EEG וTACs באמצעות ג'ל EEG הדולף, כגישור מייד מרווה את הערוץ בהתאמה של מגבר EEG. מסיבה זו הצמיגות של ג'ל EEG היא פרמטר קריטי עבור הקלטת TACs-EEG מוצלחת. לעולם אל תשתמש בג'ל EEG נוזל, כמו סיכוני ג'ל EEG נוזל לברוח מן האלקטרודה TACs וגשר עם אלקטרודות EEG סמוכות. במקביל, יש ג'ל EEG צמיג מאוד חסרון בחדירה השיער וסיכת העור כדי להפחית את העכבה. לאלקטרודות EEG בסמיכות של האלקטרודה TACs, ג'ל צמיג יותר יכול בשימוש בדואר, כאחד יכול להשתמש במקל עץ כדי להוריד את העכבה. לTACs ואלקטרודות EEG שנותרו, השתמש מעט פחות ג'ל צמיג EEG (אם כי עדיין לא נוזל). סוג זה של ג'ל דורש פחות מאמץ לעכבות נמוכות יותר. כפי שקשה לגרד תחת אלקטרודה TACs, עדיף להשתמש בג'ל מעט פחות צמיג כאן.
התמודדות עם בהירויות חפץ TACs
הנושא השני הוא לטפל בגודל הגדול של חפץ TACs, הנע בין 10 mV בEEG אלקטרודות רחוק מהאזור של גירוי, ליותר מ -100 mV באתר של גירוי בעוצמת הגירוי הנוכחית של 0.9 מילי-אמפר (איור 6) . איור 7 ממחיש את קשר ליניארי בין עוצמות גירוי (0.5-2.0 mA שיא-לשיא) וכתוצאה מכך הגודל של החפץ באתר של גירוי (ערוץ F3). מדד ראשון הוא לשמור על עכבה נמוכה של שני אלקטרודות EEG וTACs. לֹא מַסְפִּיקקשר בין האלקטרודה TACs והקרקפת יוצר אמפליטודות גדולות יותר של חפץ TACs בנתוני ה- EEG, ובנוסף מיושם נוכחית אלקטרוני נוטה להיות הומוגניות. שנית, צריך להביא בחשבון את רמת הרזולוציה של ממיר A / D של מערכת ה- EEG. ממיר / D 24 סיביות יכול תיאורטית מכסה מגוון של 1.68 V עם 0.1 μV / רזולוציה קצת. לעומת זאת, 16 סיביות ממיר / D עם רזולוציה 0.1 μV / קצת יכסה טווח מתח של 6.5 mV - נמוך מדי כדי לכסות הטווח של חפץ TACs (איור 6). לפיכך הרזולוציה הקלטת המתח צריכה להיות מושפלות. על מנת לכסות את בהירויות חפץ של עד 100 mV באתר של גירוי עם מערכת 16 סיביות, הרזולוציה הקלטת המתח הייתה באופן תיאורטי צריכה להיות הוריד לעיל 1.53 μV / קצת. מחקרים למעשה במקביל האחרונה TACs-EEG עם מערכת 16 סיביות לא יכול להקליט את אותות EEG מסביבת אתר הגירוי בשל רוויה בampl ifier גם כאשר ההחלטה הורידה 0.5 μV / נשך 12,13.
שיקולים להפחתת עכבת אלקטרודה
הסיבה ראשונה להתחיל לעבוד על העכבות של אלקטרודות EEG ממוקמות באמצע או בקרבה של האלקטרודה TACs, הוא שאלקטרודות EEG אלה דורשות סבלנות כמה ועבודה זהירה, כדי למנוע גישור. על ידי התחלה עם אלקטרודות אלה, יש זמן לחכות עד ג'ל שימושי יש לו כמה זמן לשמן את הקרקפת, לפני ששוקל ליישם יותר ג'ל EEG במידת צורך. ג'ל נוסף יש להחיל תחת אלקטרודה TACs רגע שהושם על הקרקפת, בפרט אם המשתתף יש הרבה שיער. הסיבה לכך היא לא רק להפחתת עכבה - עכבה טובה יכולה להיות מושגת ללא צעד זה - אבל כדי להשיג חיבור אחיד עם הקרקפת לאורך פני השטח של האלקטרודה TACs.
שיקולי עיצוב ומונטאז '
ntent "> איור 1 מדגים את מונטאז 'של אלקטרודות TACs. העיצוב בצורת הסופגנייה של האלקטרודה / אלקטרודות TACs קרקפת ואת האלקטרודה TACs הכתף המלבנית מתואר. הצורה של האלקטרודה TACs הקרקפת מאפשרת לאלקטרודה EEG כדי להיות ממוקמת ב אמצע האזור המגורה. אחד היתרונות של העיצוב בצורת הסופגנייה הוא שהיא מאפשרת להקלטת אות מהאזור המגורה. שנית, זה גם עושה את זה קל לשמור על העמדה של האלקטרודה TACs ללא שינוי. בהתאם לאתר של גירוי, כמה צורה אחרת של האלקטרודה TACs תהיה מתאימה יותר. צורת אלקטרודה TACs המלבנית היא מתאימה יותר בעת הקלטה מאתר בין אלקטרודות EEG.זה צריך להיות הזהיר כי הצורה והמיקום של האלקטרודה TACs הוא לא אותו הדבר כמו האזור למעשה להיות מגורה, אבל יכולה להיות מעט השתנתה 31. כאשר מחליטים את עמדתו של אלקטרודות TACs, מודלים של f הנוכחיתנמוך להעריך את המיקום הטוב ביותר של אלקטרודות למיקוד האזור של עניין הוא תמיד מומלץ בחום.
ההתקנה הנוכחית מתאימה לאפנון של פעילות קצבית ברשתות בקנה מידה גדולה. עוד גירוי מוקד ניתן להשיג במספר דרכים 13, 32, 33, 34. ראשון, להקטין את הגודל של האלקטרודה TACs. ניטשה ועמיתיו הראו כי אלקטרודה 3.5 סנטימטר 2 יכולה לווסת את הרגישות של הקורטקס המוטורי עם tDCS 32. גישה שנייה היא לנצל תצורת הגדרה גבוהה 13,33,34, שבו אלקטרודה לגירוי אחד מוקפת בארבע אלקטרודות התייחסות. יתרון נוסף של תצורת ההגדרה הגבוהה הוא שהצפיפות של אלקטרודות EEG יכולה להיות מוגברת, מאז אלקטרודות גומי קונבנציונליות להגביל את המרחב למקום אלקטרודות EEG ושישים וארבעה אלקטרודות EEG היא לא ריאלי ליישום בהתקנה הנוכחית. בעוד השינויי ESE לסגוליים מרחבית גבוהות יותר דורשים נהלי התקנה שונים, השיקולים הטכניים שתוארו כאן עדיין חלים.
בפרוטוקול זה אנו מניחים אלקטרודות TACs לפי השיטה 10-20 הבינלאומית למיקום האלקטרודה EEG 30. אופטימיזציה Whileindividual של מיקום גירוי תהיה האלטרנטיבה, זה עלול להוות בעיה להשוואה כאשר משתנים מיקום הגירוי בקרב אנשים בניסוי, כאתר הגירוי משתנה ביחס לאתרי הקלטת EEG. השימוש המשולב הפגין לאחרונה של מגנט (MEG) וTACs, על ידי Neuling ועמיתים 35, עשוי להתגבר על בעיה זו ובעיות הקשורות לחפץ TACs, כשיטות סינון מרחבי עם עיצוב אלומת MEG מאפשרת להעריך את פעילות המוח עצמאית של אתר TACs.
בנוגע למונטאז ', שני מצרפי monopolar מתוארים כאן, כלומר, עם extracephaliמיקום ג של האלקטרודה ההתייחסות (איור 1 ו1C), ומונטאז אחד חד קוטבי, כלומר, עם שני אלקטרודות הממוקמים על הקרקפת (איור 1 א) (ראה סיווגים נוספים של מצרפי האלקטרודה על ידי נאצרי et al. 36). היתרון של שימוש במונטאז monopolar הוא ההימנעות מגירוי כאפאליך נוסף של שום עניין למחקר. הדאגה העיקרית בעת בחירת מונטאז monopolar היא זרימה נוכחית אם כי מבנים קורטיקליים כוללים גזע המוח, עם הסיכון הפוטנציאלי של ויסות פונקציות חיוניות בגזע המוח. שני מיקום כתף extracephalic וipsilateral של האלקטרודה ההתייחסות אושר לא לווסת פונקציות גזע המוח לעצמת 1 mA של tDCS 37,38 (למשל, השתנות קצב לב, קצב נשימה ולחץ דם). כמונטאז monopolar יכול להיות יתרונות ברורים בהתאם לעיצוב ניסיוני, יש צורך בבדיקה מקיפהההשפעה על תפקודי מוח חיוניים בעוצמות גירוי גבוהות ומצרפים monopolar שונים, כמו גם להשוואה בין השפעת tDCS וTACs.
שים לב שתצורת ההגדרה גבוהה היא פתרון אחר למניעת הבעיה של מונטאז 'דו קוטבי של גירוי כאפאליך נוסף של ריבית. תצורת החדות גבוהה עם אלקטרודה גירוי אחד מוקפת בארבע אלקטרודות התייחסות מובילה לצפיפות זרם גבוהה באלקטרודה המרכז וצפיפות זרם נמוכה מתחת לארבע אלקטרודות שמסביב. כהשפעה של גירוי תלוי בצפיפות של הנוכחי, זה אומר אפנון חד כיווני תחת אלקטרודה המרכז לתצורת ההגדרה גבוהה, בניגוד לאפנון דו-כיוונית של תצורת שתי אלקטרודה 39.
תפיסה חזותית הנגרמת על ידי הבהוב TACs היא גורם מגביל קריטי לעוצמת הגירוי בעת ביצוע ת"אאלקטרודה CS באונה הקדמית, עקב גירוי רשתית על ידי TACs. בפרט, TACs בתדר ביתא-להקה גורמת הבהוב חזותי גם בעצימות נמוכות של 11 TACs. מניסיוננו 0.9 mA גירוי (שיא-לשיא) על DLPFC (אלקטרודה F3) בשעה 6 ברץ הוא רמת אינטנסיביות מתאימה כדי למזער את התחושה של הבהוב חזותי.
בהתאם לעיצוב של הניסוי, ייתכן שיהיה צורך לשלוט ממריץ עם התקן חיצוני (אם פונקציה זו זמינה עבור ממריץ בשימוש). אנו משתמשים בלוח יציאה אנלוגית גל לשלוט ממריץ ולשלוח טריגרים למגבר EEG (ראה מפרטי חומרה ותוכנה נוספים בטבלה של חומרים). במקרה של הגירוי שמשמש כאן (ראה טבלה של חומרים), רמת הרעש של תפוקה נוכחית עם השלט הרחוק היא גבוהה יותר מזה עם ממשק ממריץ המוטבע. מכאן האפשרות לשליטה מרחוק יש לבחור ממריץרק אם נדרש על ידי עיצוב ניסיוני.
הרוויה פתרון בעיות של ערוצי EEG
הראינו כי גישור בין TACs ואלקטרודות EEG באמצעות הדלפת תוצאות ג'ל EEG בלהרוות את הערוץ בהתאמה של מגבר EEG ושולל את נתוני הקלטה מאלקטרודות אלה (איור 5 א). ישנן סיבות אחרות לרוויה של ערוץ EEG. אחת סיבות לכך יכולה להיות שהרווח של המגבר הוא צר מדי, והרזולוציה הקלטת מתח לא הותאמה בהתאם. במקרה זה החלטת הקלטת המתח צריך להיות הוריד כדי לכסות את טווח הגודל של חפץ TACs. סיבה נוספת היא שאתר ההקלטה הוא קרוב מדי לאתר הגירוי. במקרה זה, אפילו ברזולוציה הקלטת מתח מאוד גסה עשויה עדיין לא מכסה את הטווח של החפץ. הקלטה צריכה להיות ממוקמת רחוק מאתר הגירוי.
פרו הנוכחיtocol מקיף מתאר את ההגדרות ושיקולים טכניים לניסויי TACs-EEG במקביל. עם שיטות להסרת לכלוך TACs ופרוטוקולים להקלטה באיכות טובה בTACs, TACs תהיה באמת להיות שיטה מבטיחה tofurther ההבנה של התכונה הבולטת ביותר של פעילות המוח, דינמיקה קצבית שלנו.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Stimulator for tACS: Eldith DC-Stimulator plus | NeuroConn GmbH, Germany | For remote input, be sure to order a model with this feature enabled | |
| Analog Output board for sending triggers: Static and Waveform Analog Output board, model NI PCI-6723 | National Instruments, USA | 13-bit, 32 channels. | |
| Matlab and data acquisition toolbox | The MathWorks, Inc., USA | The 'Data acquisition toolbox' available for MATLAB provides functions to control data acquisition hardware such as an analog output board, produced by several manufacturers. | |
| EEG system: eegosports, with a 32 channel waveguard EEG cap | ANT neuro, Netherlands | ||
| tACS electrodes | NeuroConn GmbH, Germany | 305090-05 305050 | Materials: conductive-rubber electrodes. Dimensions of scalp electrodes: Outer Ø: 60 mm, Inner Ø:25 mm (Part# 305090-05) Cut from the original size Ø 75mm Dimensions of shoulder electrode: 50 x 50 mm (Part# 305050) |
| EEG gel | Inselspital, Bern, Switzerland | Electrode paste, containing abrasives (i.e. pumice) which scrub the skin, improving the electrode-to-skin contact. | |
| Abrasive skin preparing gel for EEG and electrocardiography: Nuprep | Weaver and Company, USA | ||
| Cotton swabs, wooden handle | Salzmann MEDICO, Switzerland | Dimensions: 150 x 1.5 mm; wooden handle Ø 2.2 mm |
|
| Adhesive tape: Leukofix | BNS medical GmbH, Germany | 04.107.12 |
References
- Berger, P. D. H.
- Finger, S. Origins of Neuroscience: A History of Explorations Into Brain Function. , Oxford University Press. New York. (2001).
- Engel, A. K., Fries, P., Singer, W. Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing. Nat Rev Neurosci. 2 (10), 704-716 (2001).
- Varela, F., Lachaux, J. P., Rodriguez, E., Martinerie, J. The brainweb: phase synchronization and large-scale integration. Nat Rev Neurosci. 2 (4), 229-239 (2001).
- Fries, P. A mechanism for cognitive dynamics: neuronal communication through neuronal coherence. Trends Cogn Sci. 9 (10), 474-480 (2005).
- Canolty, R. T., Knight, R. T. The functional role of cross-frequency coupling. Trends Cogn Sci. 14 (11), 506-515 (2010).
- Fell, J., Axmacher, N. The role of phase synchronization in memory processes. Nat Rev Neurosci. 12 (2), 105-118 (2011).
- Thut, G., Miniussi, C., Gross, J. The functional importance of rhythmic activity in the brain. Curr Biol. 22 (16), R658-R663 (2012).
- Buzsáki, G., Draguhn, A.
- Paulus, W. Transcranial electrical stimulation (tES - tDCS; tRNS, tACS) methods. Neuropsychol Rehabil. 21 (5), 602-617 (2011).
- Kanai, R., Chaieb, L., Antal, A., Walsh, V., Paulus, W. Frequency-dependent electrical stimulation of the visual cortex. Curr Biol. 18 (23), 1839-1843 (2008).
- Helfrich, R. F., Schneider, T. R., Rach, S., Trautmann-Lengsfeld, S. A., Engel, A. K., Herrmann, C. S. Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation. Curr Biol. 24 (3), 333-339 (2014).
- Helfrich, R. F., et al. Selective modulation of interhemispheric functional connectivity by HD-tACS shapes perception. PLoS Biol. 12 (12), e1002031 (2014).
- Zaehle, T., Rach, S., Herrmann, C. S. Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG. PloS One. 5 (11), e13766 (2010).
- Neuling, T., Rach, S., Herrmann, C. S. Orchestrating neuronal networks: sustained after-effects of transcranial alternating current stimulation depend upon brain states. Front Hum Neurosci. 7, 161 (2013).
- Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2, 13 (2011).
- Laczò, B., Antal, A., Niebergall, R., Treue, S., Paulus, W. Transcranial alternating stimulation in a high gamma frequency range applied over V1 improves contrast perception but does not modulate spatial attention. Brain Stimul. 5 (4), 484-491 (2012).
- Strüber, D., Rach, S., Trautmann-Lengsfeld, S. A., Engel, A. K., Herrmann, C. S. Antiphasic 40 Hz oscillatory current stimulation affects bistable motion perception. Brain Topogr. 27 (1), 158-171 (2014).
- Joundi, R. A., Jenkinson, N., Brittain, J. -S., Aziz, T. Z., Brown, P. Driving oscillatory activity in the human cortex enhances motor performance. Curr Biol. 22 (5), 403-407 (2012).
- Wach, C., Krause, V., Moliadze, V., Paulus, W., Schnitzler, A., Pollok, B. Effects of 10 Hz and 20 Hz transcranial alternating current stimulation (tACS) on motor functions and motor cortical excitability. Behav Brain Res. 241, 1-6 (2013).
- Wach, C., Krause, V., Moliadze, V., Paulus, W., Schnitzler, A., Pollok, B. The effect of 10 Hz transcranial alternating current stimulation (tACS) on corticomuscular coherence. Front Hum Neurosci. 7, 511 (2013).
- Pogosyan, A., Gaynor, L. D., Eusebio, A., Brown, P. Boosting cortical activity at Beta-band frequencies slows movement in humans. Curr Biol. 19 (19), 1637-1641 (2009).
- Santarnecchi, E., et al. Frequency-dependent enhancement of fluid intelligence induced by transcranial oscillatory potentials. Curr Biol. 23 (15), 1449-1453 (2013).
- Polanìa, R., Nitsche, M. A., Korman, C., Batsikadze, G., Paulus, W. The importance of timing in segregated theta phase-coupling for cognitive performance. Curr Biol. 22 (14), 1314-1318 (2012).
- Jaušovec, N., Jaušovec, K. Increasing working memory capacity with theta transcranial alternating current stimulation (tACS). Biol Psychol. 96, 42-47 (2014).
- Jaušovec, N., Jaušovec, K., Pahor, A. The influence of theta transcranial alternating current stimulation (tACS) on working memory storage and processing functions. Acta Psychol (Amst). 146, 1-6 (2014).
- Sela, T., Kilim, A., Lavidor, M. Transcranial alternating current stimulation increases risk-taking behavior in the balloon analog risk task. Front Neurosci. 6, 22 (2012).
- Voss, U., et al. Induction of self awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity. Nat Neurosci. 17 (6), 810-812 (2014).
- Morishima, Y., Fehér, K. D. A method for removing tACS artifacts from EEG data. Program No. 303.05. Neuroscience 2014 Abstracts. , Society for Neuroscience. Washington, D.C. Online (2014).
- Jasper, H. H. The ten twenty electrode system of the international federation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 10, 371-375 (1958).
- Dmochowski, J. P., Datta, A., Bikson, M., Su, Y., Parra, L. C. Optimized multi-electrode stimulation increases focality and intensity at target. J Neural Eng. 8 (4), 046011 (2011).
- Nitsche, M. A., et al. Shaping the effects of transcranial direct current stimulation of the human motor cortex. J Neurophysiol. 97 (4), 3109-3117 (2007).
- Villamar, M. F., Volz, M. S., Bikson, M., Datta, A., Dasilva, A. F., Fregni, F. Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). J Vis Exp. (77), e50309 (2013).
- Datta, A., Bansal, V., Diaz, J., Patel, J., Reato, D., Bikson, M. Gyri -precise head model of transcranial DC stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2 (4), 201-207 (2009).
- Neuling, T., Ruhnau, P., Fuscà, M., Demarchi, G., Herrmann, C. S., Weisz, N. Friends, not foes: Magnetoencephalography as a tool to uncover brain dynamics during transcranial alternating current stimulation. Neuroimage. 118, 406-413 (2015).
- Nasseri, P., Nitsche, M. A., Ekhtiari, H. A framework for categorizing electrode montages in transcranial direct current stimulation. Front Hum Neurosci. 9, 54 (2015).
- Vandermeeren, Y., Jamart, J., Ossemann, M. Effect of tDCS with an extracephalic reference electrode on cardio-respiratory and autonomic functions. BMC Neurosci. 11, 38 (2010).
- Santarnecchi, E., et al. Time Course of Corticospinal Excitability and Autonomic Function Interplay during and Following Monopolar tDCS. Front Psychiatry. 5, 86 (2014).
- Datta, A., Elwassif, M., Battaglia, F., Bikson, M. Transcranial current stimulation focality using disc and ring electrode configurations: FEM analysis. J Neural Eng. 5 (2), 163-174 (2008).
