Besluttsomhet ved stimulering av posisjon ved hjelp av en 3D-digitaliseringsenhet med High-Definition Transkraniell direkte strøm stimulering

Summary

Presentert her er en protokoll for å oppnå høyere nøyaktighet i fastsettelse av stimulering plassering kombinere en 3D-digitalisering med HD-Transkraniell direkte strøm stimulering.

Abstract

Overflod av neuroimaging data og rask utvikling av maskinlæring har gjort det mulig å undersøke hjernens aktiverings mønstre. Imidlertid, årsaksspor av hjerne område aktivisering leder å en opptreden er ofte igjen savner. Transkraniell direkte strøm stimulering (tDCS), som midlertidig kan endre hjernens kortikale excitability og aktivitet, er et ikke-invasiv nevrofysiologiske verktøy som brukes til å studere årsaksforhold i den menneskelige hjernen. High-Definition Transkraniell direkte strøm stimulering (HD-tDCS) er en ikke-invasiv hjerne stimulering (NIBS)-teknikk som produserer en mer fokal strøm sammenlignet med konvensjonelle tDCS. Tradisjonelt har stimulering plasseringen er grovt bestemt gjennom 10-20 EEG systemet, fordi bestemme presise stimulering poeng kan være vanskelig. Denne protokollen bruker 3D-digitalisering med HD-tDCS for å øke nøyaktigheten i fastsettelsen av stimulering av punkter. Metoden er demonstrert ved hjelp av en 3D-digitalisering for mer nøyaktig lokalisering av stimulering punkter i høyre temporo-parietal Junction (rTPJ).

Introduction

Transkraniell direkte strøm stimulering (tDCS) er en ikke-invasiv teknikk som modulerer kortikale excitability med svake direktestrømmer over hodebunnen. Formålet er å etablere årsakssammenheng mellom neural excitability og atferd hos friske mennesker^1,2,3. I tillegg, som en motor Neurorehabilitation verktøy, tDCS er mye brukt i behandlingen av Parkinsons sykdom, hjerneslag, og cerebral parese⁴. Eksisterende bevis tyder på at tradisjonelle pad-baserte tDCS produserer strøm strømme gjennom en relativt større Brain region^5,6,7. High-Definition Transkraniell direkte strøm stimulering (HD-tDCS), med senter ring elektroden som sitter over et mål kortikale område omgitt av fire retur elektroder^8,9, øker focality med omskreven fire ring områder^5,10. I tillegg, endringer i excitability av hjernen indusert av HS-tDCS har betydelig større magnitudes og lengre varighet enn de som genereres av tradisjonelle tDCS^7,11. Derfor er HD-tDCS mye brukt i forskning^7,11.

Ikke-invasiv hjerne stimulering (NIBS) krever spesialiserte metoder for å sikre at en stimulering nettstedet er til stede i standard MNI og Talairach systemer¹². Neuronavigation er en teknikk som gjør det mulig for kartlegging interaksjoner mellom Transkraniell stimuli og den menneskelige hjerne. Dens visualisering og 3D-bildedata brukes for presis stimulering. I både tDCS og HD-tDCS, en felles vurdering av stimulering nettsteder i hodebunnen er vanligvis EEG 10-20 system^13,14. Denne målingen er mye brukt for å plassere tDCS pads og optode holdere for funksjonell nær infrarød spektroskopi (fNIRS) i den innledende fasen^13,14,15.

Det kan være vanskelig å fastslå de presise stimulering punktene ved bruk av 10-20-systemet (f.eks. i temporo-parietal-krysset [TPJ]). Den beste måten å løse dette på er å få strukturelle bilder fra deltakerne ved hjelp av magnetisk resonans imaging (MRI), og deretter få nøyaktig sonde posisjon ved å matche målet peker til sine strukturelle bilder ved hjelp digitalisering produkter¹⁵. Mr gir god romlig oppløsning, men er dyrt å bruke^15,16,17. Videre kan noen deltakere (f.eks. de med metallimplantater, klaustrofobiske personer, gravide kvinner osv.) ikke utsettes for MRI-skannere. Derfor er det et sterkt behov for en praktisk og effektiv måte å overvinne de ovennevnte begrensningene og øke nøyaktigheten i fastsettelsen av stimulering poeng.

Denne protokollen bruker en digitalisering av 3D for å overkomme disse begrensningene. Sammenlignet med MRI er de viktigste fordelene med 3D-digitalisering lave kostnader, enkel påføring og bærbarhet. Det kombinerer fem referansepunkter (dvs. cz, Fpz, Oz, venstre preauricular punkt, og høyre preauricular punkt) av individer med stedsinformasjon for målet stimulering poeng. Deretter produserer den en 3D-posisjon av elektroder på emnet hode og anslår deres kortikale posisjoner ved montering med store data fra strukturelle bildet^12,15. Denne sannsynlighetsbasert registreringsmetoden gjør det mulig å presentere Transkraniell tilordningsdata i MNI koordinatsystem uten å ta opp et motiv magnetiske resonans bilder. Tilnærmingen genererer anatomiske automatiske etiketter og Brodmann områder¹¹.

3D-digitalisering, som brukes til å markere plass koordinater basert på data fra strukturelle bilder, ble først brukt til å bestemme plasseringen av optodes i fNIRS forskning¹⁸. For de som bruker HD-tDCS, en 3D-digitalisering bryter den endelige stimulering poeng av EEG 10-20 systemet. Avstanden til de fire retur elektrodene og senter elektroden er fleksibel og kan justeres etter behov. Når du bruker 3D-digitalisering med denne protokollen, ble koordinatene til rTPJ innhentet, som er utenfor 10-20-systemet. Også vist er prosedyrene for målretting og stimulere høyre temporo-parietal Junction (rTPJ) av den menneskelige hjerne.

Protocol

Protokollen oppfyller retningslinjene for den institusjonelle gjennomgang Board of Southwest University. 1. fastsettelse av stimulering location Review litteraturen og bekrefte stimulering location (her, rTPJ)19,20,21. 2. fremstilling av elektrode holde lokket Merk: følgende trinn vises i figur…

Representative Results

Ved hjelp av metodene presentert, koordinater for rTPJ ble bestemt, noe som krever stimulering poeng utover 10-20 systemet. For det første bør omkretsen av headform være lik den faktiske hodet. Her var lengden på nasion til inion av headform ~ 36 cm, og lengden mellom den bilaterale preauricular var ~ 37 cm. Trinnene for å produsere elektrode lokket veileder måle posisjonene til 10-20-systemet. Her, NZ, iz, cz, Fpz, Oz, PZ, T8, T7, C4, P8, O2, P4, C6, P6, og CP6 ble bestemt. Den omtrentl…

Discussion

Sammenlignet med tradisjonelle tDCS, øker HD-tDCS focality av stimulering. Typiske områder av stimulering er ofte basert på 10-20 EEG systemet. Det kan imidlertid være vanskelig å bestemme de presise stimulering punktene utover dette systemet. Dette papiret kombinerer en 3D-digitalisering med HD-tDCS for å fastslå stimulering av punkter utover 10-20-systemet. Det er viktig å tydelig definere trinnene og forholdsregler for å lage og bruke elektrode lokket i slike tilfeller.

Generelt er…

Materials

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