Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

उच्च परिभाषा ट्रांसक्रैनियल डायरेक्ट करंट उत्तेजना के साथ 3डी डिजिटाइज़र का उपयोग करके उत्तेजना स्थान निर्धारण

Published: December 20, 2019 doi: 10.3791/60263
Automatic Translation
1, 1, 1,2,3,4,5
1Faculty of Psychology, Southwest University, 2Key Laboratory of Cognition and Personality, Ministry of Education, Southwest University, 3Southwest University Branch, Collaborative Innovation Center of Assessment toward Basic Education Quality, Beijing Normal University, 4Key Laboratory of Mental Health, Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences, 5Chongqing Collaborative Innovation Center for Brain Science

Summary

यहां प्रस्तुत उच्च परिभाषा ट्रांसक्रैनियल प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना के साथ एक 3 डी डिजिटाइजर के संयोजन उत्तेजना स्थान के निर्धारण में उच्च सटीकता प्राप्त करने के लिए एक प्रोटोकॉल है।

Abstract

न्यूरोइमेजिंग डेटा की बहुतायत और मशीन लर्निंग के तेजी से विकास ने मस्तिष्क सक्रियण पैटर्न की जांच करना संभव बना दिया है। हालांकि, मस्तिष्क क्षेत्र सक्रियण के कारण सबूत एक व्यवहार के लिए अग्रणी अक्सर लापता छोड़ दिया है । ट्रांसक्रैनियल डायरेक्ट करंट उत्तेजना (टीडीसीएस), जो अस्थायी रूप से मस्तिष्क कॉर्टिकल उत्तेजना और गतिविधि को बदल सकता है, मानव मस्तिष्क में कारण संबंधों का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक नॉनइनवेसिव न्यूरोफिजियोलॉजिकल उपकरण है। उच्च परिभाषा ट्रांसक्रैनियल प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना (एचडी-टीडीसी) एक नॉनइनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना (एनआईबीएस) तकनीक है जो पारंपरिक टीडीसी की तुलना में अधिक फोकल वर्तमान पैदा करती है। परंपरागत रूप से, उत्तेजना स्थान मोटे तौर पर 10-20 ईईजी प्रणाली के माध्यम से निर्धारित किया गया है, क्योंकि सटीक उत्तेजना अंक का निर्धारण मुश्किल हो सकता है । यह प्रोटोकॉल उत्तेजना बिंदुओं के निर्धारण में सटीकता बढ़ाने के लिए एचडी-टीडीसी के साथ 3डी डिजिटाइजर का उपयोग करता है। विधि सही टेम्पो-पैराटल जंक्शन (आरएनपीजे) में उत्तेजना बिंदुओं के अधिक सटीक स्थानीयकरण के लिए 3 डी डिजिटाइजर का उपयोग करके प्रदर्शित की जाती है।

Introduction

ट्रांसक्रैनियल डायरेक्ट करंट उत्तेजना (टीडीसीएस) एक नॉनइनवेसिव तकनीक है जो खोपड़ी पर कमजोर प्रत्यक्ष धाराओं के साथ कॉर्टिकल एक्सीबिलिटी को मिलाती है। इसका उद्देश्य स्वस्थ मनुष्यों में तंत्रिका एकता और व्यवहार के बीच करणीयता स्थापित करनाहै 1,2,3. इसके अलावा, एक मोटर न्यूरोरिहैबिलिटेशन टूल के रूप में, टीडीसीका का उपयोग पार्किंसंस रोग, स्ट्रोक और सेरेब्रल पाल्सी4के उपचार में व्यापक रूप से किया जाता है। मौजूदा साक्ष्यों से पता चलता है कि पारंपरिक पैड आधारित टीडीसी अपेक्षाकृत बड़े मस्तिष्क क्षेत्र5,6,7के माध्यम से वर्तमान प्रवाह पैदा करता है । उच्च परिभाषा ट्रांसक्रैनियल प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना (एचडी-टीडीसी), केंद्र की अंगूठी इलेक्ट्रोड के साथ चार वापसी इलेक्ट्रोड8,9से घिरे एक लक्ष्य कॉर्टिकल क्षेत्र पर बैठे, चार अंगूठी क्षेत्रों5,10की परिक्रमा करके फोकलिटी को बढ़ाता है। इसके अलावा, एचडी-टीडीसी द्वारा प्रेरित मस्तिष्क की उत्तेजना में परिवर्तन में पारंपरिक टीडीसी7,11द्वारा उत्पन्न लोगों की तुलना में काफी बड़ा परिमाणऔरलंबी अवधि होती है। इसलिए, एचडी-टीडीसी का उपयोग अनुसंधान7,11में व्यापक रूप से किया जाता है।

Noninvasive मस्तिष्क उत्तेजना (NIBS) विशेष तरीकों की आवश्यकता को सुनिश्चित करने के लिए कि एक उत्तेजना साइट मानक MNI और Talairach सिस्टम12में मौजूद है । न्यूरोनेविगेशन एक तकनीक है जो ट्रांसक्रैनियल उत्तेजनाओं और मानव मस्तिष्क के बीच बातचीत मानचित्रण के लिए अनुमति देती है। इसका विज़ुअलाइज़ेशन और 3D इमेज डेटा सटीक उत्तेजना के लिए उपयोग किया जाता है। टीडीसी और एचडी-टीडीसी दोनों में, खोपड़ी पर उत्तेजना साइटों का एक आम आकलन आम तौर पर ईईजी 10-20 सिस्टम13,14होता है। इस माप का व्यापक रूप से शुरुआती चरण13,14, 15में अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (fNIRS) के पास कार्यात्मक के लिए टीडीसी पैड और ऑप्टोड धारकों को रखने के लिए किया जाता है।

10-20 प्रणाली का उपयोग करते समय सटीक उत्तेजना बिंदुओं का निर्धारण करना मुश्किल हो सकता है (उदाहरण के लिए, टेम्पोरो-पैराटल जंक्शन [टीपीजे]) में)। इसे हल करने का सबसे अच्छा तरीका चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) का उपयोग करप्रतिभागियों से संरचनात्मक छवियां प्राप्त करना है, फिर डिजिटाइज़िंग उत्पादों का उपयोग करके उनकी संरचनात्मक छवियों को लक्ष्य बिंदुओं का मिलान करके सटीक जांच की स्थिति प्राप्त करनाहै। एमआरआई अच्छा स्थानिक संकल्प प्रदान करता है, लेकिन15,16,17का उपयोग करने के लिए महंगा है . इसके अलावा, कुछ प्रतिभागियों (उदाहरण के लिए, धातु प्रत्यारोपण, क्लास्ट्रोफोबिक लोगों, गर्भवती महिलाओं, आदि के साथ उन) एमआरआई स्कैनर के अधीन नहीं किया जा सकता है । इसलिए, उपरोक्त सीमाओं को दूर करने और उत्तेजना बिंदुओं का निर्धारण करने में सटीकता बढ़ाने के लिए एक सुविधाजनक और कुशल तरीके की एक मजबूत आवश्यकता है।

यह प्रोटोकॉल इन सीमाओं को दूर करने के लिए 3डी डिजिटाइजर का उपयोग करता है। एमआरआई की तुलना में, 3 डी डिजिटाइजर के प्रमुख फायदे कम लागत, सरल अनुप्रयोग और पोर्टेबिलिटी हैं। यह लक्ष्य उत्तेजना बिंदुओं के स्थान की जानकारी के साथ व्यक्तियों के पांच संदर्भ बिंदुओं (यानी, Cz, Fpz, आस्ट्रेलिया, बाएं preauricular बिंदु, और सही preauricular बिंदु) को जोड़ती है । फिर, यह विषय के सिर पर इलेक्ट्रोड की 3 डी स्थिति पैदा करता है और संरचनात्मक छवि12,15से विशाल डेटा के साथ फिटिंग द्वारा अपनी कॉर्टिकल स्थिति का अनुमान लगाता है। यह संवहनी पंजीकरण विधि किसी विषय की चुंबकीय अनुनाद छवियों को रिकॉर्ड किए बिना एमएनी समन्वय प्रणाली में ट्रांसक्रैनियल मैपिंग डेटा की प्रस्तुति को सक्षम बनाती है। यह दृष्टिकोण शारीरिक स्वचालित लेबल और ब्रॉडमैन क्षेत्रोंको 11उत्पन्न करता है ।

संरचनात्मक छवियों से डेटा के आधार पर अंतरिक्ष निर्देशांक को चिह्नित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले 3 डी डिजिटाइजर का उपयोग पहले fNIRS रिसर्च18में ऑप्टोड्स की स्थिति निर्धारित करने के लिए किया गया था। एचडी-टीडीसी का उपयोग करने वालों के लिए, एक 3डी डिजिटाइजर ईईजी 10-20 सिस्टम के परिमित उत्तेजना बिंदुओं को तोड़ता है। चार वापसी इलेक्ट्रोड और केंद्र इलेक्ट्रोड की दूरी लचीला है और जरूरत के रूप में समायोजित किया जा सकता है । इस प्रोटोकॉल के साथ 3डी डिजिटाइजर का उपयोग करते समय, आरपीजे के निर्देशांक प्राप्त किए गए थे, जो 10-20 प्रणाली से परे है। मानव मस्तिष्क के सही टेम्पो-पैराटल जंक्शन (आरटीपीजे) को लक्षित करने और उत्तेजित करने की प्रक्रियाएं भी दिखाई गई हैं।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

प्रोटोकॉल दक्षिण पश्चिम विश्वविद्यालय के संस्थागत समीक्षा बोर्ड के दिशा निर्देशों को पूरा करता है ।

1. उत्तेजना स्थान का निर्धारण

  1. साहित्य की समीक्षा करें और उत्तेजना स्थान (यहां, आरपीजे)19,20,21 की पुष्टिकरें।

2. इलेक्ट्रोड होल्डिंग कैप की तैयारी

नोट:निम्नलिखित चरण ोंको चित्र 1 में दिखाया गया है ।

  1. सुनिश्चित करें कि सभी आवश्यक सामग्री आसानी से उपलब्ध हैं: 3 डी डिजिटाइजर(चित्रा 2),मानक माप टेप, एक अंकन कलम, हेडफॉर्म, और एक स्विमिंग कैप।
  2. टोपी को हेडफॉर्म पर रखें और अंक ों को कैप पर चिह्नित करें।
    1. वर्टेक्स (सीज़) को स्थानीयकृत करें। ऐसा करने के लिए, सबसे पहले त्वचा मार्कर13,14,22का उपयोग करके नाशन और आयन के बीच की दूरी के मध्य चिह्नित करें। फिर, पूर्व-ऑरिकुलर बिंदुओं के बीच की दूरी को मापें और मध्य बिंदु को चिह्नित करें। जिस बिंदु पर दोनों बिंदु आपस में छेड़छाड़ करते हैं, वह सीजेड है ।
    2. सेंटर इलेक्ट्रोड और रिटर्न इलेक्ट्रोड के स्थान की जांच करें। यहां आरएफजे पर उत्तेजना लागू की गई। आरटीपीजे मोटे तौर पर 10-10 ईईजी प्रणाली19,20,21में CP6 और P6 के बीच के मध्य बिंदु से मेल खाती है ।
    3. सीपी 6 और पी 622,23,24,25का पता लगाएं । 10-10 प्रणाली की आनुपातिक आवश्यकताओं के अनुसार, खोपड़ी पर आरटीपीजे के अनुमानित स्थान का पता लगाएं और इसे टोपी पर चिह्नित करें।
    4. 11,14,26केउद्देश्यों के आधार पर चार रिटर्न इलेक्ट्रोड के त्रिज्या को समायोजित करें . इस निर्णय के बाद, केंद्र इलेक्ट्रोड को चिह्नित करें और कैप पर इलेक्ट्रोड स्थानों को वापस करें।

3. 3डी डिजिटाइजर माप

  1. धातु स्कैनर के साथ स्कैन सुनिश्चित करने के लिए कि 3 डी डिजिटाइजर के लिए पर्यावरण धातु मुक्त है।
  2. विषय के सिर पर टोपी की नियुक्ति
    1. सुनिश्चित करें कि संदर्भ (Cz, Fpz, आस्ट्रेलिया, छोड़ दिया preauricular बिंदु, और सही preauricular बिंदु) टोपी पर खोपड़ी स्थान22के लिए अंतरराष्ट्रीय 10-10 प्रणाली के साथ संरेखित करें । उदाहरण के लिए, खोपड़ी पर वर्टेक्स (सीज़) को स्थानीयकृत करें और कैप को विषय के सिर पर रखें, कैप के सीज़ को विषयों के लिए संरेखित करें।
  3. 3डी डिजिटाइजर उपकरण की व्यवस्था करना
    1. यूनिवर्सल सीरियल बस (यूएसबी) इंटरफेस का उपयोग कर कंप्यूटर के लिए 3 डी डिजिटाइजर कनेक्ट और सुनिश्चित करें कि डिजिटाइजर सॉफ्टवेयर उपलब्ध है और27तैयार है ।
    2. स्रोत को विषय के सामने रखें और सिर के चारों ओर सेंसर की लोचदार रस्सी को जकड़ लें। महत्वपूर्ण बात यह सुनिश्चित करें कि 3डी डिजिटाइज़र माप न के दौरान न तो स्रोत और न ही सेंसर चलता है।
      नोट:स्रोत एक चुंबकीय ट्रांसमीटर है जो विद्युत चुंबकीय डाइपोल क्षेत्र का उत्सर्जन करता है। सेंसर एक रिसीवर है जो क्षेत्र का पता लगाता है।
    3. कंप्यूटर पर डिजिटाइजर सॉफ्टवेयर खोलें और सुनिश्चित करें कि 3डी डिजिटाइजर सिस्टम सॉफ्टवेयर के साथ संचार करता है।
    4. स्टाइलस की सटीकता का परीक्षण करें। शासक पर 10 सेमी की लंबाई का पता लगाएं और लेखनी का उपयोग करके क्रमशः शून्य स्नातक और दस स्नातक रिकॉर्ड करें।
      नोट:3डी डिजिटाइजर के दो रिकॉर्डिंग बिंदुओं के बीच माप दूरी को कैप्चर किया जाना चाहिए। 3डी ट्रैकर से पढ़ने के साथ त्रुटि की तुलना करें।
    5. नए आइकन का चयन करें और एक नया विषय फ़ाइल बनाएं। सत्र बॉक्स का चयन करें, तो संदर्भ।
      नोट:3 डी डिजिटाइजर स्टाइलस का उपयोग करके, सॉफ्टवेयर संकेतों के अनुसार विषय के संदर्भ स्थिति डेटा (सीजेड, इनियन, नाशन, बाएं कान, दाएं कान) एकत्र किए जाते हैं।
    6. fNIRS प्रयोगों की आवश्यकता को पूरा करने के लिए, ट्रांसमीटर, डिटेक्टर, और चैनल विकल्पों का उपयोग करें। त्रुटि को कम करने के लिए ट्रांसमीटर, डिटेक्टर और चैनल के लिए केंद्र इलेक्ट्रोड और चार रिटर्न इलेक्ट्रोड 3x की स्थिति डेटा एकत्र करें। सुनिश्चित करें कि पांच इलेक्ट्रोड गिने और बदले में स्थानीयकरण कर रहे हैं ।
    7. जो तीन फाइलें उत्पन्न होती हैं, उन्हें सहेजें।

4. डेटा रूपांतरण और स्थानिक पंजीकरण

  1. एमएनआई स्पेस28में वास्तविक निर्देशांक पंजीकरण प्राप्त करने के लिए एनआईआरएस-एसपीएम में तीन फाइलों का चयन करें। Affine MNI अंतरिक्ष में एमआरआई डाटाबेस के अनुसार प्रत्येक प्रविष्टि में इसी अंक के लिए प्रतिभागियों में संदर्भ अंक और पांच इलेक्ट्रोड अंक बदलना ।
  2. एनाटॉमी ऑटोमैटिक लेबल और ब्रॉडमैन क्षेत्रों में डेटा रजिस्टर करें और इन दोनों को पांच इलेक्ट्रोड पॉइंट्स की स्थानिक जानकारी रजिस्टर करें ।
  3. पिछले शोध में उत्तेजना के निर्देशांक की तुलना प्राप्त निर्देशांक20,29से करें .
  4. टोपी पर चिह्नित पांच बिंदुओं के अनुरूप एक छोटा सा कट बनाएं, जैसे कि प्लास्टिक आवरण टोपी में snugly एम्बेडेड है।

5. उत्तेजना

  1. सुनिश्चित करें कि प्रतिभागी के पास एचडी-टीडीसी1,3 के लिए कोई मतभेद (यानी, न्यूरोलॉजिकल या मनोरोग विकारों का इतिहास) नहीं है और उन्होंने अध्ययन से पहले लिखित सूचित सहमति प्रदान की (एचडी-टीडीसी उत्तेजना सहित)।
  2. डिवाइस स्थापना के लिए, सुनिश्चित करें कि सभी आवश्यक सामग्री उपलब्ध हैं(चित्रा 3)। प्रकाशित साहित्य14में विस्तृत के रूप में डिवाइस स्थापित करें । नीचे एक संक्षिप्त विवरण प्रदान किया गया है।
    1. बैटरी स्थापित करें और जांच करें कि उनसे शुल्क लिया जाता है।
    2. पारंपरिक टीडीसी और 4x1 उत्तेजना एडाप्टर कनेक्ट करें।
    3. 4x1 एडाप्टर आउटपुट केबल पर मिलान रिसीवर के लिए पांच एजी/एजीसीआई सिंटररिंग इलेक्ट्रोड के केबल कनेक्ट करें ।
    4. जांच करें कि सभी सामग्री सही ढंग से जुड़ी हुई हैं।
  3. प्रतिभागी के सिर को मापें और टोपी को सिर पर रखें।
    1. स्विमिंग कैप में पांच प्लास्टिक एचडी केसिंग्स को एम्बेड किया।
    2. 13,14विषय के सीजेड, एफपीजेड और ओज को स्थानीयकृत करें। 22 खोपड़ी स्थानों के लिए अंतरराष्ट्रीय 10-10प्रणाली के साथ संरेखित करने के लिए टोपी पर संदर्भ समायोजित करें । एक बार टोपी की स्थिति में है, सुनिश्चित करें कि यह कदम नहीं है ।
    3. 3डी डिजिटाइजर का उपयोग करके उत्तेजित मस्तिष्क क्षेत्रों की स्थिति डेटा एकत्र करें। उत्पन्न डेटा के अनुसार संबंधित समायोजन करें।
  4. खोपड़ी की सतह को विद्युत रूप से चालिव जेल से ढक दें। सबसे पहले, सिर का सिरिंज उजागर होने तक प्लास्टिक के आवरण के अंत का उपयोग करके बालों को ध्यान से अलग करें। फिर, खोपड़ी की सतह पर प्लास्टिक आवरण खोलने के माध्यम से विद्युत रूप से चालक्टिव जेल के साथ उजागर खोपड़ी को कवर करें।
  5. टीडीसी डिवाइस के पैरामीटर सेट करें: गुणवत्ता मूल्य, उत्तेजना अवधि, तीव्रता और स्थिति सेटिंग।
    1. 4x1 मल्टीचैनल उत्तेजना एडाप्टर चालू करें।
    2. यह सुनिश्चित करें कि डिफ़ॉल्ट सेटिंग स्कैनहै , जो14, 30,31इलेक्ट्रोड को स्कैन करके डिस्प्ले विंडो में एक बार में एक इलेक्ट्रोड की बाधा को दर्शाता है । यहां, बाधा को "गुणवत्ता मूल्य" के रूप में वर्णित किया गया है। 1.5 से नीचे के मूल्य पर्याप्त गुणवत्ता14,30,31का संकेत देते हैं . इस मामले में, मान 1 से कम थे।
      नोट:यदि बाधा मूल्य इन आवश्यक सीमाओं से अधिक है, उच्च बाधा के साथ प्लास्टिक आवरण की टोपी खोलें और वांछित बाधा मूल्य प्राप्त करने के लिए बालों और इलेक्ट्रोड को समायोजित करें।
    3. बाधा मूल्यों के स्वीकार्य होने के बाद'मोड सिलेक्ट'बटन दबाएं और'स्कैन'से'पास'में स्विच करें।
    4. "ध्रुवता"बटन दबाकर केंद्र-एनोड या सेंटर-कैथोड का चयन करें। "सेंट्रलएनोड"डिफ़ॉल्ट सेटिंग है।
    5. उत्तेजना अवधि (मिन), तीव्रता (एमए) और नकली स्थिति सेटिंग शामिल करने के लिए पारंपरिक टीडीसी डिवाइस पर सेटिंग्स समायोजित करें। इस मामले में, नोडल सक्रिय उत्तेजना 1.5 एमए थी, और उत्तेजना 20 मिन तक चली। इसके बाद, पूर्ण वर्तमान में स्विच करने के लिए"आराम"लीवर को पुश करें।
    6. एक बार सब कुछ सेट हो जाने के बाद उत्तेजना शुरू करें। 'स्टार्ट'बटन दबाएं, और जब तक लक्ष्य वर्तमान तक पहुंच जाएगा तब तक डीसी तीव्रता रैंप पर पहुंच जाएगी। इसके बाद टाइमर बाकी समय दिखाएगा।
      नोट:कुछ प्रतिभागियों को बढ़ी हुई डीसी तीव्रता की अवधि के दौरान असहज महसूस हो सकता है । ऐसे मामलों में,"आराम"लीवर को नीचे खींचकर कुछ सेकंड के लिए वर्तमान में मामूली कमी हो सकती है। फिर, डॉली बार को पूर्ण वर्तमान में धकेलें, धीरे-धीरे, जब प्रतिभागी फिर से सहज महसूस करते हैं।

6. उत्तेजना के बाद

  1. जब उत्तेजना खत्म हो जाए, तो पावर को बंद करने से पहले वर्तमान को शून्य पर समायोजित करने के लिए लीवर को धीरे-धीरे चालू करें। अन्यथा, प्रतिभागियों को सीधे सत्ता बंद करते समय चुभने वाली सनसनी या चक्कर आ सकता है।
  2. उत्तेजना के बाद प्लास्टिक की टोपी खोलें और आवरण से एजी/एजीसीआई सिंटररिंग इलेक्ट्रोड को हटा दें ।
  3. स्विमिंग कैप निकालें और सामग्री को साफ करें। प्रतिभागियों को अपने बालों को साफ करने के लिए उपकरण प्रदान करें।
  4. प्रतिभागियों से कहें कि वे प्रत्येक उत्तेजना सत्र के बाद एक प्रश्नावली भरें, यदि आवश्यक हो (उदाहरण के लिए, एचडी-टीडीसी के बाद स्क्रीनिंग के प्रतिकूल प्रभावों को मापने के लिए, मस्तिष्क उत्तेजना के लिए सहभागी सहिष्णुता, आदि; पूरक फ़ाइलदेखें)।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

प्रस्तुत तरीकों का उपयोग करते हुए, आरटीपीजे के निर्देशांक निर्धारित किए गए थे, जिसके लिए 10-20 प्रणाली से परे उत्तेजना बिंदुओं की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, हेडफॉर्म की परिधि वास्तविक सिर के समान होनी चाहिए। यहां, हेडफॉर्म के आयन के लिए नाशन की लंबाई ~ 36 सेमी थी, और द्विपक्षीय प्रीयूकुलर के बीच की लंबाई ~ 37 सेमी थी।

इलेक्ट्रोड कैप के उत्पादन के लिए कदम 10-20 प्रणाली की मापने की स्थिति गाइड । यहां, Nz, Iz, Cz, Fpz, आस्ट्रेलिया, पीजेड, T8, T7, C4, P8, O2, P4, C6, P6, और CP6 निर्धारित किया गया । आरटीपीजे का अनुमानित स्थान (CP6 और P6 के बीच मिडपॉइंट के बारे में) खोपड़ी पर पाया गया था। प्रायोगिक उद्देश्यों के आधार पर केंद्रीय और परिधीय इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी को समायोजित किया जाना चाहिए। पिछले शोध में 3.5-7.5 सेमी11,14,30से लेकर त्रिज्या मूल्य प्राप्त किए गए थे। विभिन्न त्रिज्या मूल्यों के साथ, डीसी तीव्रता और उत्तेजना अवधि विभिन्न विद्युत क्षेत्र की ताकत उत्पन्न कर सकती है। इस प्रोटोकॉल में, सभी रिटर्न इलेक्ट्रोड और केंद्रीय सक्रिय इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी 3.5 सेमी तय की गई थी।

स्विमिंग कैप पर कई महत्वपूर्ण संदर्भ बिंदु रखे गए थे, जिनमें एफपीजेड, सीजेड, आस्ट्रेलिया, टी-8 और सी 4 शामिल थे। खोपड़ी पर वर्टेक्स उत्तेजना से पहले स्थित था, और यह महत्वपूर्ण है कि टोपी पर सीजेड बिंदु बिल्कुल वर्टेक्स के साथ संरेखित होता है। एक बार टोपी की स्थिति में है, टोपी नहीं ले जाना चाहिए । डिजिटाइज करने के बाद एक .चटाई फ़ाइल और दो .csv फाइलें प्राप्त की गईथीं (यानी sub01_origin.सीएसवी, जिसमें संदर्भ की समन्वय जानकारी [विषय संख्या 01 के साथ]), जबकि sub01_others.सीएसवी में पांच लक्षित की समन्वय जानकारी शामिल थी अंक [विषय संख्या 01 के साथ)]।

डेटा रूपांतरण और स्थानिक पंजीकरण के बाद तीन.txt फाइलें प्राप्त की गई थीं। डिजिटाइजर सॉफ्टवेयर में, fNIRS प्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए ट्रांसमीटर, डिटेक्टर (रिसीवर), और चैनल विकल्प हैं। ट्रांसमीटर, डिटेक्टर या चैनल का समन्वय डेटा एक ही होना चाहिए। हालांकि, प्रयोगशाला कर्मियों के कौशल, पेन होल्डिंग जेस्चर आदि के कारण छोटी परिचालन त्रुटियां हो सकती हैं।

एनआईआरएस-एसपीएम स्टैंड-अलोन पंजीकरण समारोह का उपयोग करके, स्थानिक पंजीकरण समारोह एमएनआई निर्देशांक उत्पन्न करता है। तालिका 1 में पहली पंक्ति में संख्या डिजिटाइजर में आदेश का प्रतिनिधित्व करते हैं। इस प्रोटोकॉल में नंबर पांच से डाटा सेंटर इलेक्ट्रोड के बारे में स्थिति की जानकारी है। ब्रॉडमैन क्षेत्रों (बीए) में, शारीरिक लेबल और इसकी संख्या प्राप्त की गई थी। प्रत्येक पंक्ति के बाद संख्या ओवरलैप के प्रतिशत को इंगित करती है। शारीरिक स्वचालित लेबल (एएएल) में, शारीरिक लेबल और ओवरलैप का प्रतिशत प्राप्त किया गया था। माप त्रुटियों को कम करने के लिए, पांच इलेक्ट्रोड के अंतिम एमएनआई निर्देशांक से तीन डेटा बिंदुओं के औसत मूल्य की गणना की गई थी । एएएल और बीए के लिए, मूल्य सेरेब्रल कॉर्टेक्स के साथ ओवरलैप का प्रतिशत दर्शाता है। सभी संभावनाओं को अंतिम डेटा(तालिका 1)में जोड़ा गया था ।

एमएएनआई निर्देशांक, एएएल और बीए के आंकड़ों के अनुसार, यदि मूल्य और लक्ष्य मूल्य के बीच का अंतर बहुत बड़ा है, तो तैराकी टोपी को एक्स, वाई, जेड और लक्ष्य मूल्य के वास्तविक मूल्यों की सापेक्ष स्थिति में समायोजित किया जाना चाहिए, जैसा कि धारा2-411,14,30,31में समझाया गया है।

Figure 1
चित्रा 1: होल्डिंग इलेक्ट्रोड कैप बनाने के लिए कदम। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: 3डी डिजिटाइजर। 3डी डिजिटाइजर 3डी डिजिटाइजिंग के लिए एक लागत प्रभावी समाधान है। यह ड्यूल सेंसर मोशन ट्रैकर है। स्रोत एक चुंबकीय ट्रांसमीटर है जो विद्युत चुम्बकीय डिपोल क्षेत्र का उत्सर्जन करता है। सेंसर एक रिसीवर है जो क्षेत्र का पता लगाता है। स्टाइलस एक्स, वाई और जेड डेटा पॉइंट्स की सटीक पिनिंग की अनुमति देता है। कंट्रोल बॉक्स कंप्यूटर से कनेक्ट होकर डेटा ट्रांसफर करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: उत्तेजना के लिए आवश्यक सामग्री। इन सामग्रियों में एक टीडीसी डिवाइस, 4x1 मल्टीचैनल उत्तेजना एडाप्टर, चार 9 वी बैटरी, पांच एजी/एजीसीआई सोडियम रिंग इलेक्ट्रोड, पांच एचडी प्लास्टिक केसिंग्स और उनकी संबंधित टोपियां, विद्युत संचालनशील जेल, एक सिरिंज, एक मानक टेप उपाय और एक स्विमिंग कैप शामिल हैं । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

तालिका 1: मस्तिष्क क्षेत्र में उत्तेजनाओं का स्थानीयकरण। कृपया इस तालिका को देखने के लिए यहां क्लिक करें (डाउनलोड करने के लिए सही क्लिक करें)।

अनुपूरक फाइल। कृपया इस फ़ाइल को देखने के लिए यहां क्लिक करें (डाउनलोड करने के लिए सही क्लिक करें)।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

पारंपरिक टीडीसी की तुलना में एचडी-टीडीसी उत्तेजना का केंद्रता बढ़ाता है। उत्तेजना की विशिष्ट साइटें अक्सर 10-20 ईईजी प्रणाली पर आधारित होती हैं। हालांकि, इस प्रणाली से परे सटीक उत्तेजना अंक का निर्धारण मुश्किल हो सकता है । यह पेपर 10-20 सिस्टम से परे उत्तेजना अंक निर्धारित करने के लिए एचडी-टीडीसी एस के साथ 3डी डिजिटाइजर को जोड़ती है। ऐसे मामलों में इलेक्ट्रोड कैप बनाने और उपयोग करने के लिए चरणों और सावधानियों को स्पष्ट रूप से परिभाषित करना महत्वपूर्ण है।

सामान्य तौर पर, लक्ष्य उत्तेजना क्षेत्रों की स्थिति पिछले मस्तिष्क इमेजिंग अध्ययन के परिणामों से ली गई है, और 10-20 अंतरराष्ट्रीय प्रणाली या एमएएनआई निर्देशांक पर उत्तेजना क्षेत्रों की स्थिति प्राप्त की जा सकती है। 10-20 प्रणाली की स्थिति को मापने के लिए इलेक्ट्रोड कैप गाइड बनाने के लिए कदम महत्वपूर्ण हैं । यह महत्वपूर्ण है कि टोपी पर संदर्भ सिर पर टोपी रखते समय खोपड़ी स्थानों के लिए अंतरराष्ट्रीय 10-20 प्रणाली के साथ संरेखित करता है। एक बार जब 3डी डिजिटाइज़र चलना शुरू हो जाता है, तो स्रोत और सेंसर को स्थानांतरित नहीं करना चाहिए, या यह डेटा विचलन का कारण बनेगा।

सॉफ्टवेयर में, संदर्भ अंक खोपड़ी पर हैं और टोपी पर नहीं हैं, जब तक कि खोपड़ी और टोपी के सभी संदर्भ बिंदु मिलान नहीं कर रहे हैं। यदि मापा परिणाम और लक्ष्य मूल्यों के बीच त्रुटि स्वीकार्य सीमा से बाहर है, तो चिह्नित बिंदुओं की स्थिति को थोड़ा समायोजित किया जाना चाहिए। समायोजन के बाद, माप फिर से किया जाना चाहिए। एक बार जब उपयोगकर्ता "मोड सेलेक्ट" बटन दबाते हैं और "स्कैन" से "पास" में स्विच करते हैं, तो वर्तमान इलेक्ट्रोड के माध्यम से पारंपरिक टीडीसी डिवाइस से 4x1 मल्टीचैनल उत्तेजना एडाप्टर में गुजरना शुरू कर देगा।

मॉड्यूलर इलेक्ट्रोएंसेफेलोग्राम रिकॉर्डिंग कैप जांच की निश्चित स्थिति प्रदान करता है। हालांकि, इस प्रणाली से परे सटीक उत्तेजना अंक का निर्धारण मुश्किल हो सकता है । 10-20 प्रणाली से परे इलेक्ट्रोड की स्थिति वर्णित प्रोटोकॉल का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है, साथ ही उत्तेजना बिंदुओं के निर्देशांक भी। त्रिज्या सेटिंग प्रायोगिक उद्देश्यों पर आधारित होनी चाहिए। यहां वर्णित विधि का उपयोग करके, चार रिटर्न इलेक्ट्रोड और सेंटर इलेक्ट्रोड के त्रिज्या को लचीले ढंग से समायोजित किया जा सकता है।

कई डिजिटाइजर सॉफ्टवेयर पैकेज (उदाहरण के लिए, एक fNIRS कार्य के लिए मंथन सॉफ्टवेयर; यहां, वीपेन सॉफ्टवेयर का उपयोग किया गया था)15। विभिन्न डेटा संग्रह सॉफ्टवेयर संकुल विभिन्न कार्यों पर जोर देते हैं और अनुसंधान प्रश्न के अनुसार चुना जाना चाहिए। सिर परिधि व्यक्तियों के बीच भिन्न होती है; इसलिए, एक ही टोपी का उपयोग कर त्रुटियों का उत्पादन कर सकते हैं। हालांकि मॉड्यूलर इलेक्ट्रोएंसेफेलोग्राम रिकॉर्डिंग कैप भी इस समस्या से ग्रस्त है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस अध्ययन को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (३१९७२९०६), उद्यमिता और नवाचार कार्यक्रम के लिए Chongqing विदेशी लौटे विद्वानों (cx2017049), केंद्रीय विश्वविद्यालयों के लिए मौलिक अनुसंधान कोष (SWU1809003), खुला द्वारा समर्थित किया गया था मानसिक स्वास्थ्य की प्रमुख प्रयोगशाला, मनोविज्ञान संस्थान, चीनी विज्ञान अकादमी (KLMH2019K05), चोंगकिंग (CYS19117) में स्नातक छात्र के अनुसंधान नवाचार परियोजनाओं के अनुसंधान कोष, और सहयोगात्मक नवाचार के अनुसंधान कार्यक्रम कोष बीजिंग सामान्य विश्वविद्यालय (2016-06-014-BZK01, SCSM-2016A2-15003, और JCXQ-सी-ला-1) में बुनियादी शिक्षा गुणवत्ता की ओर मूल्यांकन का केंद्र । हम इस पांडुलिपि के शुरुआती मसौदे पर उनके सुझावों के लिए प्रो ओफर तुरेल को धन्यवाद देना चाहेंगे ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1X1 Low Intensity transcranial DC Stimulator Soterix Medical 1300A
3-dimensional Polhemus-Patriot Digitizer POLHEMUS 1A0453-001 PATRIOT system component
4X1 Multi-Channel Stimulation Interface Soterix Medical 4X1-C3
Dell desktop computer Dell CRFC4J2 Master computer to run 3D digitizer application

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. Journal of Physiology. 527, 633-639 (2000).
  2. Sellaro, R., Nitsche, M. A., Colzato, L. S. The stimulated social brain: effects of transcranial direct current stimulation on social cognition. Annals of the New York Academy of Sciences. 1369 (1), 218-239 (2016).
  3. Chen, W., et al. Sex-based differences in right dorsolateral prefrontal cortex roles in fairness norm compliance. Behavioural Brain Research. 361, 104-112 (2019).
  4. Sánchez-Kuhn, A., Pérez-Fernández, C., Cánovas, R., Flores, P., Sánchez-Santed, F. Transcranial direct current stimulation as a motor neurorehabilitation tool: an empirical review. BioMedical Engineering Online. 16 (1), 76 (2017).
  5. Dmochowski, J. P., Datta, A., Bikson, M., Su, Y., Parra, L. C. Optimized multi-electrode stimulation increases focality and intensity at target. Journal of Neural Engineering. 8 (4), 046011 (2011).
  6. Seo, H., Kim, H. I., Jun, S. C. The Effect of a Transcranial Channel as a Skull/Brain Interface in High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation-A Computational Study. Science Report. 7, 40612 (2017).
  7. Datta, A., et al. Gyri -precise head model of transcranial DC stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimulation. 2, 201-207 (2009).
  8. Turski, C. A., et al. Extended Multiple-Field High-Definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) is well tolerated and safe in healthy adults. Restorative Neurology and Neuroscience. 35 (6), 631-642 (2017).
  9. Datta, A., Elwassif, M., Battaglia, F., Bikson, M. Transcranial current stimulation focality using disc and ring electrode configurations: FEM analysis. Journal of Neural Engineering. 5 (2), 163-174 (2008).
  10. Edwards, D., et al. Physiological and modeling evidence for focal transcranial electrical brain stimulation in humans: a basis for high definition tDCS. Neuroimage. 74, 266-275 (2013).
  11. Kuo, H. I., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4 x 1 ring tDCS: a neurophysiological study. Brain Stimulation. 6 (4), 644-648 (2013).
  12. Singh, A. K., Okamoto, M., Dan, H., Jurcak, V., Dan, I. Spatial registration of multichannel multi-subject fNIRS data to MNI space without MRI. Neuroimage. 27 (4), 842-851 (2005).
  13. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. (51), (2011).
  14. Villamar, M. F., et al. Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). Journal of Visualized Experiments. (77), e50309 (2013).
  15. Jasinska, K. K., Guei, S. Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa. Journal of Visualized Experiments. (132), (2018).
  16. Logothetis, N. K. What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature. 453 (7197), 869-878 (2008).
  17. Glover, G. H. Overview of functional magnetic resonance imaging. Neurosurgery Clinics of North America. 22 (2), 133-139 (2011).
  18. Zhu, H. The easy and stable marking method for registering fNIRS data to MNI space by using 10-20 system. , Beijing Normal University. Master's degree thesis (In Chinese) (2012).
  19. Young, L., Saxe, R. An fMRI Investigation of Spontaneous Mental State Inference for Moral Judgment. Journal of Cognitive Neuroscience. 21, 1396-1405 (2009).
  20. Young, L., Cushman, F., Hause, M., Saxe, R. The neural basis of the interaction between theory of mind and moral judgment. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 104, 8235-8240 (2007).
  21. Jurcak, V., Tsuzuki, D., Dan, I. 10/20, 10/10, and 10/5 systems revisited: their validity as relative head-surface-based positioning systems. Neuroimage. 34 (4), 1600-1611 (2007).
  22. Schestatsky, P., Morales-Quezada, L., Fregni, F. Simultaneous EEG monitoring during transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. (76), (2013).
  23. Klem, G. H., Lüders, H. O., Jasper, H. H., Elger, C. The ten-twenty electrode system of the International Federation. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Cleveland Clinic Foundation. Electroencephalography & Clinical Neurophysiology Supplement. 52, Suppl 52 3 (1999).
  24. Society, A. E. Guideline thirteen: Guidelines for standard electrode position nomenclature. Journal of Clinical Neurophysiology. 1, 111-113 (1994).
  25. Oostenveld, R., Praamstrac, P. The five percent electrode system for high-resolution EEG and ERP measurements. Clinical Neurophysiology. 112, 713-719 (2001).
  26. Saturnino, G. B., Antunes, A., Thielscher, A. On the importance of electrode parameters for shaping electric field patterns generated by tDCS. Neuroimage. 120, 25-35 (2015).
  27. Shanghai Xinguo Photoelectric Technology Co. L. Real-time Recording System of Visual Head 3D Positioning Information (VPen). China patent. , (2014).
  28. Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. NIRS-SPM: Statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy. Neuroimage. 44 (2), 428-447 (2009).
  29. Decety, J., Lamm, C. The role of the right temporoparietal junction in social interaction: how low-level computational processes contribute to meta-cognition. Neuroscientist. 13 (6), 580-593 (2007).
  30. Villamar, M. F., et al. Focal modulation of the primary motor cortex in fibromyalgia using 4x1-ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): immediate and delayed analgesic effects of cathodal and anodal stimulation. The Journal of Pain. 14 (4), 371-383 (2013).
  31. Borckardt, J. J., et al. A pilot study of the tolerability and effects of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) on pain perception. The Journal of Pain. 13 (2), 112-120 (2012).

Tags

न्यूरोसाइंस इश्यू 154 न्यूरोसाइंस नॉनइनवेसिव ब्रेन स्टिमुलेशन एचडी-टीडीसी 3डी डिजिटाइजर स्थानिक पंजीकरण आरटीपीजे
उच्च परिभाषा ट्रांसक्रैनियल डायरेक्ट करंट उत्तेजना के साथ 3डी डिजिटाइज़र का उपयोग करके उत्तेजना स्थान निर्धारण
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chen, W., Chen, R., He, Q.… More

Chen, W., Chen, R., He, Q. Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation. J. Vis. Exp. (154), e60263, doi:10.3791/60263 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter