Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

التحفيز تحديد الموقع باستخدام التحويل الرقمي 3D مع عاليه الوضوح جمجمة التحفيز الحالي المباشر

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

يقدم هنا بروتوكول لتحقيق دقه اعلي في تحديد موقع التحفيز الجمع بين التحويل الرقمي 3D مع عاليه الوضوح جمجمة التحفيز الحالي المباشر.

Abstract

وفره من البيانات التصوير العصبي والتطور السريع للتعلم اله جعل من الممكن التحقيق في أنماط تنشيط الدماغ. ومع ذلك ، غالبا ما تترك الادله السببية لتنشيط منطقه الدماغ المؤدية إلى السلوك في عداد المفقودين. جمجمة التحفيز المباشر الحالي (tDCS) ، والتي يمكن ان تغير مؤقتا استثاره الدماغ القشرية والنشاط ، هو أداه عصبيه غير تدخليه تستخدم لدراسة العلاقات السببية في الدماغ البشري. عاليه الوضوح جمجمة التحفيز الحالي المباشر (HD-tDCS) هو تقنيه تحفيز الدماغ غير الغازية (NIBS) التي تنتج التيار أكثر البؤري مقارنه tDCS التقليدية. تقليديا ، تم تحديد موقع التحفيز تقريبا من خلال نظام تخطيط الدماغ 10-20 ، لان تحديد نقاط التحفيز الدقيقة يمكن ان يكون صعبا. يستخدم هذا البروتوكول التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد مع HD-tDCS لزيادة الدقة في تحديد نقاط التحفيز. ويتجلى هذا الأسلوب باستخدام التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد لتوطين أكثر دقه لنقاط التحفيز في التقاطع الأيمن الجداري (rTPJ).

Introduction

جمجمة التحفيز المباشر الحالي (tDCS) هو تقنيه غير الغازية التي ينظم استثاره القشرية مع التيارات المباشرة الضعيفة علي فروه الراس. هو يهدف ان يؤسس علاقة سببيه بين عصبيه استثاره وتصرف في يصح أناس1,2,3. الاضافه إلى ذلك ، كاداه لأعاده التاهيل الحركي ، يتم استخدام tDCS علي نطاق واسع في علاج مرض باركنسون ، والسكتة الدماغية ، والشلل المخي4. الادله الموجودة تشير إلى ان tdcs التقليدية القائمة علي وساده تنتج التدفق الحالي من خلال منطقه الدماغ أكبر نسبيا5,6,7. عاليه الوضوح جمجمة التحفيز الحالي المباشر (هد-tdcs) ، مع مركز القطب الكهربائي يجلس علي المنطقة القشرية المستهدفة محاطه بأربعه أقطاب العودة8،9، يزيد من الفوميه من خلال تحديد أربعه المناطق الدائري5،10. الاضافه إلى ذلك ، فان التغيرات في استثاره الدماغ التي يسببها HD-tDCS لها مقادير أكبر بكثير ومدد أطول من تلك التي ولدتها tDCS التقليدية7،11. ولذلك ، ويستخدم علي نطاق واسع HD-tDCS في البحوث7،11.

يتطلب تحفيز الدماغ غير التدخلي (NIBS) أساليب متخصصة لضمان وجود موقع تحفيز في أنظمه MNI و Talairach القياسية12. الملاحة العصبية هي التقنية التي تسمح لرسم الخرائط التفاعلات بين المحفزات جمجمة والدماغ البشري. يتم استخدام المرئيات وبيانات الصور ثلاثية الابعاد للتحفيز الدقيق. في كل من tdcs و HD-tdcs ، فان التقييم المشترك لمواقع التحفيز علي فروه الراس هو عاده نظام تخطيط الدماغ 10-2013،14. ويستخدم هذا القياس علي نطاق واسع لوضع منصات tdcs وأصحاب أوبتودي للعمل بالقرب من الاشعه تحت الحمراء الطيفية (فيرس) في المرحلة الاوليه13،14،15.

تحديد نقاط التحفيز الدقيقة عند استخدام نظام 10-20 يمكن ان يكون صعبا (علي سبيل المثال ، في تقاطع temporo-باريميتال [TPJ]). أفضل طريقه لحل هذا هو الحصول علي الصور الهيكلية من المشاركين باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، ثم الحصول علي موقف التحقيق الدقيق عن طريق مطابقه النقاط المستهدفة لصورهم الهيكلية باستخدام المنتجات رقم الرقمي15. التصوير بالرنين المغناطيسي يوفر دقه المكانية جيده ولكنها مكلفه لاستخدام15،16،17. وعلاوة علي ذلك ، لا يمكن إخضاع بعض المشاركين (مثل الأشخاص الذين يزرعون المعادن ، والخانق ، والنساء الحوامل ، وما إلى ذلك) لماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي. ولذلك ، هناك حاجه ماسه لطريقه مريحه وفعاله للتغلب علي القيود المذكورة أعلاه وزيادة الدقة في تحديد نقاط التحفيز.

يستخدم هذا البروتوكول التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد للتغلب علي هذه القيود. بالمقارنة مع التصوير بالرنين المغناطيسي ، والمزايا الرئيسية من التحويل الرقمي 3D هي تكاليف منخفضه ، وتطبيق بسيط ، وقابليه. وهو يجمع بين خمس نقاط مرجعيه (اي تشيكوسلوفاكيا ، Fpz ، Oz ، النقطة اليسرى فوق الترقوة ، والنقطة اليمني التي تسبق الترقوة) للافراد الذين لديهم معلومات عن موقع نقاط التحفيز المستهدفة. ثم ، فانه ينتج موقف 3d من الأقطاب الكهربائية علي راس الموضوع ويقدر مواقعها القشرية من خلال تركيب مع البيانات الضخمة من الصورة الهيكلية12،15. تتيح طريقه التسجيل الاحتمالية هذه عرض بيانات تعيين الجمجمة في نظام إحداثيات MNI دون تسجيل صور الرنين المغناطيسي للموضوع. النهج يولد التسميات التلقائي التشريحية والمناطق برودمان11.

وقد استخدم المحول الرقمي ثلاثي الابعاد ، المستخدم لوضع علامة علي إحداثيات الفضاء استنادا إلى البيانات المستمدة من الصور الهيكلية ، لأول مره لتحديد موقف الأوبتوديس في بحوث الشركة18. بالنسبة لأولئك الذين يستخدمون HD-tDCS ، فان المحول الرقمي ثلاثي الابعاد يكسر نقاط التحفيز المحدودة لنظام تخطيط الدماغ 10-20. المسافة من الأقطاب الكهربائية العودة الاربعه ومركز القطب مرنه ويمكن تعديلها حسب الحاجة. عند استخدام التحويل الرقمي 3D مع هذا البروتوكول ، تم الحصول علي إحداثيات rTPJ ، والذي هو ابعد من نظام 10-20. كما تظهر الإجراءات الخاصة باستهداف وتحفيز مفترق الطرق الأيمن الجداري (rTPJ) من الدماغ البشري.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ويستوفي البروتوكول المبادئ التوجيهية لمجلس المراجعة المؤسسية لجامعه ساوث ويست.

1. تحديد موقع التحفيز

  1. مراجعه الأدبيات وتاكيد موقع التحفيز (هنا ، rtpj)19،20،21.

2. اعداد القطب القابضة كاب

ملاحظه: يتم عرض الخطوات التالية في الشكل 1.

  1. تاكد من ان جميع المواد اللازمة متاحه بسهوله: التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد (الشكل 2) ، وشريط القياس القياسي ، وقلم التاشير ، والشكل الراسي ، وغطاء السباحة.
  2. ضع الغطاء علي الراس وحدد النقاط علي الغطاء.
    1. تعريب القمه (Cz). للقيام بذلك ، أولا بمناسبه منتصف المسافة بين ناسيونال برهارد و نظيف inion باستخدام علامة الجلد13،14،22. ثم قم بقياس المسافة بين النقاط التي تسبق الترقوة وحدد نقطه الوسط. النقطة التي تتقاطع فيها النقطتان هي تشيكوسلوفاكيا.
    2. تحقق من موقع القطب المركزي والأقطاب الكهربائية العودة. هنا ، تم تطبيق التحفيز علي rTPJ. ال [ربسغ] يماثل تقريبا إلى النقطة وسط بين CP6 و [ست] في ال 10-10 [مخ] نظامه19,20,21.
    3. العثور علي CP6 والرؤساء الستة22،23،24،25. وفقا للمتطلبات النسبية للنظام 10-10 ، حدد موقع تقريبي لل rTPJ علي فروه الراس ووضع علامة عليه علي الغطاء.
    4. ضبط نصف قطر الأقطاب الكهربائية الاربعه العائدة استنادا إلى الأهداف11و14و26. بعد هذا القرار ، بمناسبه القطب مركز والعودة المواقع القطب علي الغطاء.

3. قياس التحويل الرقمي 3D

  1. المسح الضوئي مع الماسح الضوئي المعدنية للتاكد من ان البيئة لجهاز التحويل الرقمي 3D خاليه من المعادن.
  2. وضع الغطاء علي راس الموضوع
    1. تاكد من ان المراجع (تشيكوسلوفاكيا ، Fpz ، Oz ، اليسار نقطه فوق الترقوة ، والنقطة اليمني الجبهي) علي الغطاء محاذاة مع نظام 10-10 الدولي لفروه الراس الموقع22. علي سبيل المثال ، تعريب الذروة (تشيكوسلوفاكيا) علي فروه الراس ووضع الغطاء علي رئيس الموضوع ، ومحاذاة تشيكوسلوفاكيا الغطاء إلى المواضيع.
  3. ترتيب معدات التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد
    1. قم بتوصيل المحول الرقمي ثلاثي الابعاد بالكمبيوتر باستخدام واجهه الناقل التسلسلي العالمي (USB) وتاكد من ان برنامج التحويل الرقمي متوفر وجاهز27.
    2. ضع المصدر امام الموضوع واربط الحبل المرن لجهاز الاستشعار حول الراس. الأهم من ذلك ، تاكد من ان لا المصدر ولا الاستشعار يتحرك اثناء قياس التحويل الرقمي 3D.
      ملاحظه: المصدر هو الإرسال المغناطيسي الذي تنبعث منه حقل ثنائي القطب الكهرومغناطيسي. المستشعر هو جهاز استقبال يكتشف الحقل.
    3. افتح برنامج التقاط الرقمي علي الكمبيوتر وتاكد من ان نظام التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد يتصل بالبرنامج.
    4. اختبر دقه القلم. العثور علي طول 10 سم علي المسطرة وتسجيل التخرج صفر وعشره التخرج ، علي التوالي ، وذلك باستخدام القلم.
      ملاحظه: يجب التقاط مسافة القياس بين نقطتي التسجيل لجهاز التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد. قارن الخطا مع القراءة من تعقب 3D.
    5. حدد الرمز الجديد وقم بإنشاء ملف موضوع جديد. حدد مربع جلسات العمل ، ثم المرجع.
      ملاحظه: باستخدام قلم التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد ، يتم جمع بيانات الموضع المرجعي (Cz ، inion ، nasion ، الاذن اليسرى ، الاذن اليمني) للموضوع وفقا لمطالبات البرنامج.
    6. لتلبيه متطلبات التجارب التي تقوم بها الوكالة ، استخدم خيارات المرسل والكاشف والقناة . جمع بيانات الموقف من القطب المركزي وأربعه أقطاب العودة 3x لجهاز الإرسال ، كاشف ، وقناه ، من أجل الحد من الخطا. تاكد من ان يتم ترقيم خمسه أقطاب وتعريب بدوره.
    7. حفظ الملفات الثلاثة التي تم إنشاؤها.

4. تحويل البيانات والتسجيل المكاني

  1. حدد الملفات الثلاثة في NIRS-SPM لتحقيق الإحداثيات الحقيقية التسجيل في MNI الفضاء28. Affine تحويل النقاط المرجعية وخمس نقاط القطب في المشاركين إلى النقاط المقابلة في كل إدخال وفقا لقاعده بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي في الفضاء MNI.
  2. تسجيل البيانات إلى التسميات التلقائي التشريحية ومناطق برودمان وتسجيل المعلومات المكانية من نقاط القطب الكهربائي الخمسة لكل من هذه.
  3. قارنت الإحداثيات التنشيط في بحث سابقه مع ال ينال إحداثيات20,29.
  4. جعل قطع صغيره محاذاة إلى خمس نقاط ملحوظ علي الغطاء ، بحيث يتم تضمين غلاف من البلاستيك بشكل مريح في الغطاء.

5-التحفيز

  1. تاكد من ان المشارك ليس لديه موانع (اي تاريخ الاضطرابات العصبية أو العقلية) ل HD-tdcs1,3 وانها قدمت موافقه خطيه مستنيرة قبل الدراسة (بما في ذلك التحفيز HD-tdcs).
  2. لتثبيت الجهاز ، تاكد من ان جميع المواد اللازمة متوفرة (الشكل 3). تثبيت الجهاز كما هو مفصل في المؤلفات المنشورة14. ويرد أدناه وصف موجز لذلك.
    1. قم بتثبيت البطاريات وتاكد من انها مشحونة.
    2. توصيل tDCS التقليدية ومحول التحفيز 4x1.
    3. توصيل الكابلات من خمسه Ag/AgCI متكلس الأقطاب الكهربائية إلى أجهزه الاستقبال مطابقه علي كابل إخراج محول 4x1.
    4. تحقق من ان كافة المواد متصلة بشكل صحيح.
  3. قياس رئيس المشارك ووضع الغطاء علي الراس.
    1. تضمين الاغلفه البلاستيكية الخمسة عاليه الدقة في غطاء السباحة.
    2. تعريب التشيكوسلوفاكيا ، fpz ، و Oz من الموضوع13،14. ضبط المرجع علي الغطاء لمحاذاة مع النظام 10-10 الدولي لمواقع فروه الراس22. بمجرد ان يكون الغطاء في موضعه ، تاكد من انه لا يتحرك.
    3. جمع بيانات الموقف من مناطق الدماغ المحفزة باستخدام التحويل الرقمي 3D. قم باجراء التعديلات المقابلة وفقا للبيانات التي تم إنشاؤها.
  4. تغطيه سطح فروه الراس مع هلام موصله كهربائيا. أولا ، افصل الشعر بعناية من خلال فتح الغلاف البلاستيكي باستخدام نهاية حقنه بلاستيكية ، حتى يتم تعريض فروه الراس. ثم ، تغطيه فروه الراس المكشوفة مع هلام موصله كهربائيا من خلال فتح غلاف من البلاستيك علي سطح فروه الراس.
  5. قم بتعيين معلمات الجهاز tDCS: قيمه الجودة ، ومده التحفيز ، والكثافة ، واعداد الحالة.
    1. قم بتشغيل محول التحفيز المتعدد القناات 4x1.
    2. تاكد من ان الاعداد الافتراضي هو المسح الضوئي، والذي يظهر معاوقه قطب واحد في وقت ما في نافذه العرض عن طريق مسح الأقطاب الكهربائية14،30،31. هنا ، يوصف المقاومة بأنها "قيمه الجودة". القيم أدناه 1.5 تشير إلى جوده كافيه14,30,31. في هذه الحالة ، كانت القيم اقل من 1.
      ملاحظه: إذا تجاوزت قيمه المقاومة هذه الحدود المطلوبة ، افتح غطاء الغلاف البلاستيكي بمقاومه عاليه واضبط الشعر والقطب الكهربي للحصول علي قيمه المقاومة المطلوبة.
    3. اضغط علي زر "وضع تحديد" والتبديل من "المسح الضوئي" إلى "تمرير" ، بعد قيم معاوقه مقبوله.
    4. حدد القطب المركزي أو مركز الكاثود عن طريق الضغط علي زر "قطبيه". "الآنود المركزي" هو الاعداد الافتراضي.
    5. اضبط الإعدادات علي جهاز tDCS التقليدي لتضمين مده التحفيز (الحد الأدنى) والكثافة (مللي أمبير) واعداد الحالة الصورية. في هذه الحالة ، كان التحفيز النشط الدالة 1.5 mA ، واستمرت التحفيز 20 دقيقه. المقبل ، ودفع "الاسترخاء" رافعه للتبديل إلى التيار الكامل.
    6. مره واحده يتم تعيين كل شيء ، والبدء في التحفيز. اضغط علي زر "أبدا" ، وكثافة DC سوف ترتفع حتى يتم الوصول إلى الهدف الحالي. سيظهر المؤقت بعد ذلك الوقت المتبقي.
      ملاحظه: قد يشعر بعض المشاركين بعدم الارتياح خلال فترات زيادة كثافة التيار المستمر. في مثل هذه الحالات ، قد ينخفض التيار باعتدال قليلا لبضع ثوان عن طريق سحب أسفل "الاسترخاء" رافعه. ثم ، دفع شريط دوللي إلى التيار الكامل ، تدريجيا ، عندما يشعر المشاركون بالراحة مره أخرى.

6. ما بعد التحفيز

  1. عندما ينتهي التحفيز ، أدر الرافعة ببطء لضبط التيار إلى الصفر قبل إيقاف تشغيل الطاقة. والا ، قد ينظر المشاركون إلى الإحساس بالوخز أو الدوخة عند إيقاف تشغيل الطاقة مباشره.
  2. بعد التحفيز ، افتح الغطاء البلاستيكي وأزل أقطاب الحلقة المتكلسة Ag/AgCI من الغلاف.
  3. أزاله غطاء السباحة وتنظيف المواد. تزويد المشاركين باداات لتنظيف شعرهم.
  4. اطلب من المشاركين ملء استبيان بعد كل جلسة تحفيز ، إذا لزم الأمر (علي سبيل المثال ، لقياس الآثار السلبية للفحص التالي لدقه الوضوح العالي ، وتحمل المشاركين لتحفيز الدماغ ، وما إلى ذلك ؛ انظر الملف التكميلي).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

باستخدام الأساليب المقدمة ، تم تحديد إحداثيات rTPJ ، والتي تتطلب نقاط التحفيز خارج نظام 10-20. أولا ، يجب ان يكون محيط الشكل الراسي مشابها للراس الفعلي. هنا ، كان طول ناسيونال برهارد إلى نظيف inion من الشكل الراسي ~ 36 سم ، والطول بين الثنائي الجبهي كان ~ 37 سم.

الخطوات اللازمة لإنتاج غطاء القطب دليل المواقف قياس نظام 10-20. هنا ، Nz ، Iz ، تشيكوسلوفاكيا ، Fpz ، Oz ، Pz ، T8 ، T7 ، C4 ، P8 ، O2 ، P4 ، C6 ، سته ، و CP6 تم تحديدها. تم العثور علي الموقع التقريبي لل RTPJ (حول نقطه الوسط بين CP6 و سته) علي فروه الراس. وينبغي تعديل المسافة بين الأقطاب الكهربائية المركزية والطرفية استنادا إلى الأهداف التجريبية. البحوث السابقة التي حصلت علي قيم نصف قطرها تتراوح بين 3.5 – 7.5 سم11,14,30. مع قيم نصف قطرها مختلفه ، وكثافة DC ومده التحفيز قد تولد نقاط قوه مختلفه المجال الكهربائي. في هذا البروتوكول ، تم إصلاح المسافة بين جميع أقطاب العودة والقطب الكهربائي النشط المركزي إلى 3.5 سم.

تم الاحتفاظ بالعديد من النقاط المرجعية الهامه علي غطاء السباحة ، بما في ذلك Fpz و Cz و Oz و T8 و C4. كان الذروة علي فروه الراس الموجودة قبل التحفيز ، وانه من المهم ان نقطه تشيكوسلوفاكيا علي الغطاء بالبالضبط محاذاة مع القمه. مره واحده في الحد الأقصى في الموقف ، يجب ان لا تتحرك الغطاء. تم الحصول علي ملف واحد. حصيره وملفين .csv بعد التحويل الرقمي (اي ، sub01_origin ، والتي تضمنت معلومات الإحداثيات للمرجع [مع رقم الموضوع 01]) ، في حين تضمن sub01_others المعلومات الاحداثيه الخاصة بالخمسة المستهدفة نقاط [مع رقم الموضوع 01)].

تم الحصول علي ثلاثه ملفات .txt بعد تحويل البيانات والتسجيل المكاني. في برنامج التحويل الرقمي ، وهناك جهاز الإرسال ، كاشف (المتلقي) ، وخيارات القناة للوفاء بمتطلبات التجارب التي تقوم بها الوكالة. يجب ان تكون بيانات الإحداثيات الخاصة بجهاز الإرسال أو الكاشف أو القناة هي نفسها. ومع ذلك ، قد تحدث أخطاء التشغيل الصغيرة ، بسبب مهارات الموظفين في المختبر ، لفته عقد القلم ، الخ.

باستخدام وظيفة التسجيل المستقل NIRS-SPM ، تقوم وظيفة التسجيل المكاني بإنشاء إحداثيات MNI. تمثل الأرقام في السطر الأول في الجدول 1 الترتيب في التحويل الرقمي. في هذا البروتوكول ، البيانات من رقم خمسه هي معلومات الموقف حول القطب الأوسط. وفي مناطق برودمان (BA) ، تم الحصول علي التسمية التشريحية وعددها. يشير الرقم بعد كل سطر إلى النسبة المئوية للتداخل. وفي التسميات اليه التشريحية (AAL) ، تم الحصول علي التسمية التشريحية والنسبة المئوية للتداخل. ولتقليل أخطاء القياس ، تم حساب متوسط قيمه ثلاث نقاط بيانات من الإحداثيات النهائية للأقطاب الكهربائية الخمسة. اما بالنسبة لل AAL ومكتبه الاسكندريه ، فان القيمة تمثل نسبه من التداخل مع القشرة المخية. وأدمجت جميع الإمكانيات في البيانات النهائية (الجدول 1).

وفقا للبيانات من إحداثيات mni ، AAL ، و BA ، إذا كان الفرق بين القيمة والقيمة المستهدفة كبيره جدا ، يجب تعديل غطاء السباحة إلى الموضع النسبي للقيم الفعلية ل X ، Y ، Z ، والقيمة المستهدفة ، كما هو موضح في الأقسام 2 – 411،14،30،31.

Figure 1
الشكل 1: خطوات لإنشاء غطاء القطب الكهربائي القابضة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد. التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد هو حل فعال من حيث التكلفة للرقمنه ثلاثية الابعاد. بل هو تعقب الحركة الاستشعار المزدوج. المصدر هو الإرسال المغناطيسي الذي تنبعث منه حقل ثنائي القطب الكهرومغناطيسي. المستشعر هو جهاز استقبال يكتشف الحقل. يسمح القلم بالاشاره الدقيقة لنقاط البيانات X و Y و Z. يتصل مربع التحكم بالكمبيوتر ونقل البيانات. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: المواد اللازمة للتحفيز. وتشمل هذه المواد جهاز tDCS ، محول التحفيز المتعدد القناات 4x1 ، أربع بطاريات 9 فولت ، خمسه أقطاب الصوديوم Ag/AgCI ، خمسه أغلفه من البلاستيك عاليه الدقة والقبعات الخاصة بهم ، هلام موصل كهربائيا ، حقنه ، مقياس الشريط القياسي ، وقبعة السباحة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1: توطين المحفزات في منطقه الدماغ. الرجاء انقر هنا لعرض هذا الجدول (انقر بزر الماوس الأيمن للتحميل).

ملف تكميلي. الرجاء انقر هنا لعرض هذا الملف (انقر بزر الماوس الأيمن للتحميل).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

بالمقارنة مع tDCS التقليدية ، HD-tDCS يزيد من focality التحفيز. وغالبا ما تستند المواقع النموذجية للتحفيز علي نظام تخطيط الدماغ 10-20. ومع ذلك ، يمكن ان يكون تحديد نقاط التحفيز الدقيقة خارج هذا النظام صعبا. هذه الورقة يجمع بين التحويل الرقمي 3D مع HD-tDCS لتحديد نقاط التحفيز خارج نظام 10-20. من المهم ان تحدد بوضوح الخطوات والاحتياطات اللازمة لصنع واستخدام غطاء القطب في مثل هذه الحالات.

بشكل عام ، يتم اشتقاق موقع مناطق التحفيز المستهدفة من نتائج دراسات التصوير الدماغي السابقة ، ويمكن الحصول علي موقع مناطق التحفيز علي 10-20 النظام الدولي أو إحداثيات MNI. الخطوات اللازمة لإنشاء دليل غطاء القطب لقياس المواقف من نظام 10-20 هي حاسمه. ومن المهم ان المرجع علي الغطاء يتوافق مع النظام 10-20 الدولي لمواقع فروه الراس عند وضع الغطاء علي الراس. بمجرد بدء تشغيل جهاز التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد ، لا يجب نقل المصدر والمستشعر ، أو سيؤدي ذلك إلى انحراف البيانات.

في البرنامج ، والنقاط المرجعية هي علي فروه الراس وليس علي الغطاء ، الا إذا كانت جميع النقاط المرجعية من فروه الراس والغطاء مطابقه. إذا كان الخطا بين النتائج المقاسه والقيم المستهدفة خارج النطاق المقبول ، يجب تعديل موضع النقاط المميزة بشكل طفيف. بعد التعديل ، وينبغي بعد ذلك اجراء القياسات مره أخرى. مره واحده المستخدمين اضغط علي زر "وضع تحديد" والتبديل من "المسح الضوئي" إلى "تمرير" ، وسوف تبدا الحالية يمر من جهاز tDCS التقليدية من خلال الأقطاب في محول التحفيز المتعدد القناات 4x1.

ويوفر الغطاء الكهربائي لتسجيل الصورة الكهربية المعيارية مواضع ثابته من المجسات. ومع ذلك ، يمكن ان يكون تحديد نقاط التحفيز الدقيقة خارج هذا النظام صعبا. ويمكن تحديد مواقع الأقطاب الكهربائية خارج نظام 10-20 باستخدام البروتوكول الموصوف ، فضلا عن إحداثيات نقاط التحفيز. وينبغي ان يستند اعداد نصف القطر إلى الأهداف التجريبية. باستخدام الطريقة الموصوفة هنا ، يمكن تعديل نصف قطر الأقطاب الكهربائية الاربعه والقطب المركزي بمرونة.

هناك العديد من حزم برامج التحويل الرقمي (علي سبيل المثال ، برنامج العصف البرمجي لمهمة القوات الخاصة بالقوات الخاصة ؛ هنا ، تم استخدام البرنامج Vpen)15. وتؤكد مختلف حزم برامج جمع البيانات علي وظائف مختلفه وينبغي اختيارها وفقا لسؤال البحث. محيط الراس يختلف بين الافراد; التالي ، باستخدام نفس الغطاء يمكن ان تنتج أخطاء. ومع ذلك ، فان الغطاء الكهربي المعياري لتسجيل الصورة الكهربائية يعاني أيضا من هذه المشكلة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgments

وقد دعمت هذه الدراسة المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (31972906) ، وبرنامج ريادة الاعمال والابتكار للعلماء العائدين إلى تشونغتشينغ في الخارج (cx2017049) ، وصناديق البحوث الاساسيه للجامعات المركزية (SWU1809003) ، مفتوحة صندوق بحوث المختبر الرئيسي للصحة العقلية ، معهد علم النفس ، الاكاديميه الصينية للعلوم (KLMH2019K05) ، مشاريع الابتكار البحثي لطالب الدراسات العليا في تشونغتشينغ (CYS19117) ، وأموال برنامج البحوث للابتكار التعاوني مركز التقييم نحو جوده التعليم الأساسي في جامعه بكين العادية (2016-06-014-BZK01 ، SCSM-2016A2-15003 ، والشركة الاردنيه للتعليم-C-LA-1). ونود ان نشكر البروفيسور اوفير توريل علي اقتراحاته بشان المسودة الاولي لهذه المخطوطة.

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

العلوم العصبية ، الإصدار 154 ، الأعصاب ، تحفيز الدماغ غير التدخلية ، HD-tDCS ، التحويل الرقمي ثلاثي الابعاد ، التسجيل المكاني ، rTPJ
التحفيز تحديد الموقع باستخدام التحويل الرقمي 3D مع عاليه الوضوح جمجمة التحفيز الحالي المباشر
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