Method Article

Transkraniyal Alternatif Akım Uyarım sırasında Eşzamanlı Elektroensefalografi Kayıt (TAC)

DOI:

10.3791/53527

⸱

January 22nd, 2016

 , 
1Division of Systems Neuroscience of Psychopathology, Translational Research Center, University Hospital of Psychiatry, University of Bern, 2Japan Science and Technology Agency, PRESTO

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu yazıda eş zamanlı bir transkraniyal alternatif akım stimülasyonu ve EEG deneyinin nasıl kurulacağını açıklıyoruz.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Salınımlı beyin aktivitelerinin, beyin ağları boyunca iletim etkinliğindeki ritmik değişikliklerin temelini yansıttığı düşünülür ve bilişsel nöral süreçleri bütünleştirdiği varsayılır. Transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS), salınımlı beyin aktivitesinin belirli frekansları ile bilişsel süreçler arasındaki nedensel bağlantıyı aydınlatma vaadinde bulunur. tACS sırasında eşzamanlı elektroensefalografi (EEG) kaydı, tACS'nin anlık nörofizyolojik etkilerini doğrudan keşfetme fırsatı sunacaktır. Bununla birlikte, tACS sırasında EEG sinyallerini ölçmek önemsiz değildir, çünkü tACS EEG verilerinde büyük bir artefakt oluşturur. Burada eşzamanlı tACS-EEG deneylerinin nasıl kurulacağını açıklıyoruz. tACS uygulanırken başarılı EEG kaydı için gerekli iki husus vurgulanmıştır. İlk olarak, tACS ve EEG elektrotlarının sızan EEG jeli yoluyla köprülenmesi, EEG amplifikatörünü hemen doyurur. Jel ile köprülemeyi önlemek için, EEG jelinin viskozitesi en önemli parametredir. EEG jeli, köprülenmeyi önlemek için viskoz olmalı, ancak aynı zamanda tACS elektrodu ile kafa derisi arasında temas oluşturmak için yeterince sıvı olmalıdır. İkincisi, tACS artefaktının büyük genliği nedeniyle, yüksek çözünürlüklü analog-dijital (A/D) dönüştürücüye sahip bir EEG sistemi kullanmayı düşünmek önemlidir. Özellikle, tACS artefaktının büyüklüğü, 1 mA tACS uygulandığında bir stimülasyon elektrodunun yakınında 100 mV'u aşabilir. A/D dönüştürücünün çözünürlüğü, stimülasyon bölgesinin çevresinden gelen iyi kaliteli EEG verilerini ölçmek için önemlidir. Prosedürler ve teknik hususlar için bu yönergeleri izleyerek, tACS sırasında başarılı eşzamanlı EEG kaydı gerçekleştirilecektir.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Beyindeki elektrik akımlarının dışı ritmik dinamikleri bir yüzyıl 1,2 gözlenmiştir. Bu çoğu zaman verilerin spesifik olmayan gürültü olarak düşünülen için olsa da, bugün beyne 3,4,5,6,7,8,9 bilgi işlem bir ana rol oynadığı düşünülmektedir. Osilatör beyin aktivitesi ve bilişsel süreçlerin belirli frekansları arasındaki nedensel bağın anlayışımız doğrudan salınım aktivitesinin 8,10 modüle yaklaşımları çeşitli müdahale geliştirilmesi yoluyla son on yılda ilerlemiştir. Geçerli stimülasyon (TAC) alternatif Transkranial beyindeki 10 ritmik aktivitesini modüle böyle bir umut vaat eden bir yaklaşımdır. TACS 11, 12, zayıf dönüşümlü olarak (sinüzoidal) akımları uygulanır ve bir frekans-spesifik bir şekilde serebral korteks uyarılabilirliğini modüle eden bir invazif olmayan beyin stimülasyonu yöntem olup,/ sup> 13, 14, 15. Beyindeki ritmik aktivitenin rolünü incelemek için gelecek vaat eden bir tekniktir olurken, TACS nörofizyolojik mekanizmalar hala zor bulunmaktadır. Çeşitli çalışmalarda yüksek düzey bilişsel süreçler 23,24,25,26,27, 28 tarihinde algısal 11,13,16,17,18 tarihinde TACS etkilerini ve motor fonksiyonlarını 19,20,21,22 yanı sıra etkileri olduğu bildirilmiştir . Uyarıldıktan sonra beyin salınımlarının sürüklenmesine için nörofizyolojik kanıtlar EEG 13, 14, 15 kullanılarak sunulmuştur. Stimülasyon 12, 13, 22 sırasında TACS bir etkisi insanlarda nörofizyolojik kanıtlar az sayıda rapor bulunmamaktadır. Beyin dış pertürbasyonuna son derece sağlam olduğu gibi, böyle çevrimiçi kanıt TACS hemen nörofizyolojik etkilerini anlamak için çok önemlidir.

Electroencephalography (EEG), yüksek temporal çözünürlük ile beyindeki elektrofizyolojik aktiviteyi yakalayan endojen ve sürüklenen osilatör nöral aktivitelerini incelemek için ideal bir seçimdir. Son Helfrich tarafından yapılan çalışmalar ve arkadaşları TACS online nörofizyolojik etkilerini rapor, ancak TACS sırasında EEG ölçümü aynı anda nedeniyle belirgin TACS eser 12, 13 zor olduğu kanıtlanmıştır. Başarılı eşzamanlı TACS-EEG deneyler için, kaliteli EEG verilerini kaydetmek güncel makalenin odak noktası olan bir önemli yönü, ve aynı zamanda TACS artefakt kaldırmak için ön-işleme yöntemi de önemlidir. Laboratuvarda, biz EEG verileri 29 den TACS eserin çıkarılması için izin kendi ön-işleme boru hattı geliştirmekteyiz. Burada başarılı stimülasyon alanı ve Başarılı kayıt için önemli teknik düşüncelerden EEG sinyallerini kayıt nasıl anlatacağız.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Etik bildirimi: İnsan denekleri Prosedürler Bern Kantonu etik kurulu tarafından onaylandı (KEK-BE 007/14).

Not: Şekil 1 montajı, hem de TACS elektrot tasarımını göstermektedir (aynı zamanda Tartışma) ve EEG kap. Bu kafa derisi üzerine takılı TACS elektrodu tutmaya elastik bir malzemenin (Şekil 1D) yapılmış bir EEG kap kullanır.

1. Montajları

Not: temsilcisi sonuçları aşağıdaki TACS elektrot montages elde edilir.

  1. Montaj 1: Yer sol dorsolateral prefrontal korteks (DLPFK) (F3 elektrot) ve sol posterior parietal korteks (PPC) (P3 elektrot) (Şekil 1A) de kafa derisi üzerinde her iki elektrot.
  2. Montaj 2: Yer biri TACS sol DLPFC (F3 elektrot) de kafa derisi üzerinde elektrot ve sol omuz (Şekil 1B) başka TACS elektrot yerleştirin.
  3. Montaj3: Sıra biri TACS sol PPC (P3 elektrot) de kafa derisi üzerinde elektrot ve sol omuz (Şekil 1C) başka TACS elektrot yerleştirin.

TACS Elektrotlar 2. Hazırlık

  1. Referans TACS elektrot omzuna (Montaj 2 ve 3) alınacaktır, bu ilk yapmak.
    1. Omuz elektrot yerleştirmeden önce, EEG ve elektrokardiyografi için aşındırıcı cilt hazırlama jeli ile cildinizi hazırlayın. Cilt hazırlama jeli ile hafifçe cildi fırçalayın bir gazlı bez kullanın.
    2. TACS elektrot üzerinde EEG jel sürün ve omzuna elektrot yerleştirin.
    3. Yapışkan bant ile omuz elektrot sabitleyin.
  2. EEG kap koyun. Elektrot konumlandırma 30 uluslararası 10-20 sistemine göre kapağın konumunu ayarlayın ve EEG kap çene kayışı sabitleyin.
  3. Mark TACS elektrot kafa derisi üzerinde yerleştirilmiş olacak nerede göstermek için noktalar. Bir su kullanıntabanlı kırmızı kalem, kalem rengi malzemesinin yalıtım etkisi azalır öncelikle çünkü, ikincisi, kolayca uzakta su ile yıkanabilir.
  4. Kalem nedeniyle jel ekleme çok sıkı (Şekil 1D) olduğu için EEG kap deliklere, işaretlenmesi için kafa derisi ulaşan olmayan bir sorun varsa, örneğin, bir pamuklu çubukla ahşap sapı tahta bir sopa kullanın .
    1. Iyice sopa ucu Boya ve saç derisini işaretlemek için bu ipucunu kullanın.
    2. EEG kapağını çıkarın ve işaretleme başarılı olup olmadığını kontrol edin. Gerekirse kolayca sonradan lekeli olabilir, böylece, işaretleme doldurun.
  5. Katılımcının saç uzunluğuna bağlı olarak, aşağıdaki adımları (2.5.1-2.5.4) gerçekleştirin. Katılımcı (yaklaşık 10 santimetre kadar) kısa saçlı varsa, (o da böyle korku kilitleri gibi bazı saç, imkansız TACS elektrotların uygulama yapmak unutulmamalıdır), aşağıdaki adımları atlayın. Katılımcı daha hai varsar:
    1. Kafa derisi üzerinde kırmızı nokta ile işaretlenmiş olan merkezi TACS elektrot yerleştirin. Hiçbir EEG jel şu anda TACS elektrot üzerinde koymak gerektiğini unutmayın.
    2. TACS elektrodun iç halka içindeki tüm saç geçirin.
    3. Kablo bağıyla dışarı dişli saçları bağlayın. TACS elektrodun etrafında o saça dikkat kablo bağlayıcı tarafından TACS elektrodu ile bağlıdır almaz.
    4. Saç bağlı edildikten sonra, TACS elektrodu çıkarın.
  6. Kafa derisi TACS elektrot EEG jel uygulayın.
    1. Jel uygulamadan önce, stimülatörü kafa derisi ve omuz TACS elektrotları bağlamak, ancak henüz stimülatörü açmazlar. TACS elektrot üzerine EEG jel ince bir tabaka sürün. Jel bir seyrek bir uygulama çok önemlidir.
    2. Dikkatle geri kafasına TACS elektrot yerleştirin.
      1. Katılımcı uzun saçları varsa, için onsuz geri TACS elektrodun iç delikten bağlı saç iplikTACS elektrot üzerinde EEG jel uching.
      2. TACS elektrot yerleştirerek ederken, kafa derisi TACS elektrodun ortasında tutuluyor kırmızı işarete yakın ilgi. TACS elektrot kafa derisi üzerinde yerleştirildikten sonra, konumunu artık değiştirilebilir.
      3. TACS elektrot yerleştirildi edildikten sonra saç kablo bağlayıcı çıkarın.
    3. Stimülatördeki açın ve empedans monitör. Dikkatle TACS elektrot üzerinde bazı baskı yaparken, nokta işaretleme kırmızı daima TACS elektrodun ortasında tutulur çok yakın ilgi.
    4. Dikkatle TACS elektrot kenarları kaldırın ve değil TACS elektrot ve saç (Şekil 2) arasında, saç altında biraz daha EEG jel uygulayın. Katılımcı saçlı (tartışma) bir sürü varsa, bu özellikle önemlidir.
    5. Empedans stabil kohm 10 altına kadar TACS elektrot üzerinde baskı devam edin. Empedans MonitörTACS stimulator.Carefully tarafından TACS elektrot her zaman seyrek gerekirse ek EEG jel ekleyin, ama.
      Not: TACS uyarıcısı tarafından izlenen TACS elektrodun empedans her elektrot için ayrı empedans değeri bilgi veren değil dezavantajı vardır TACS elektrotlar arasında ölçülür. EEG amplifikatör sistemine bağlı olarak, aynı zamanda bu yolla TACS elektrot empedansını ölçmek ve daha sonra ayrı ayrı her elektrot için empedansını ölçmek mümkün mümkün olabilir.
    6. TACS elektrodun kaçan herhangi jel dikkat ve pamuklu çubukla fazla EEG jel çıkarın.

3. EEG Cap Montaj

  1. TACS elektrotların empedansı 10 k eşiğinin altına ulaştıktan sonra, tekrar EEG kapağını monte edin. O scal konumunu taşımak için, aksi takdirde kolay olduğundan, EEG kap malzemesi elastik, özellikle çok nazikçe ve dikkatli EEG kap koyunBu adımı sırasında p TACS elektrot.
    Not: TACS elektrotun kayması TACS elektrodun altında EEG jel dışarı yayılır ve EEG elektrotları ile köprü EEG jel neden olur. Bu da TACS elektrot hareket neden olur ki, bu sonradan rebound neden olabilir, güçle elastik kapağı aşağı çekmek için önemli değildir.
  2. EEG kap kayışı sabitleyin.

EEG Elektrotlar 4. Hazırlık

  1. Kafa derisi ve EEG elektrotları arasındaki teması oluşturmak için EEG elektrotları uygun viskozite EEG jel (tartışma ayrıntılı olarak anlatıldığı gibi) uygulayın. Zemin ve referans EEG elektrotları ile başlayın. Sonra TACS elektrodun ortasında ve çevresinde bulunan elektrotlara geçin. Sonra kalan elektrotlar (Tartışma) devam ediyor.
  2. TACS elektrodu çevreleyen EEG elektrotları için, uzak TACS elektrottan bir yönde iğne ucu işaret ile jel enjekte edilir. Yavaşça aşağı itmek EEJel elektrotlar altından kaçmak değil ki G elektrotlar, jel uygularken.
  3. Şekil 3 'de gösterildiği gibi, EEG elektrotlar ve kafa derisi arasındaki teması geliştirmek için tahta bir çubuk kullanın. Bu katılımcının kafa derisi kazımak ve ayrıca bu amaç için etkili değildir gibi, bu amaç için iğne ucu kullanmayın.
    1. Kafa derisi doğru sopayla jel aşağı doğru itin ve çok yavaşça dönen bir hareketi ile sopa üst derisini ovmak. Sopa Yandan hareketleri elektrodun altında jel yaymak gibi, dik TACS elektrot yakın çevresinde bulunan elektrotların saçlı deriye sopa açısını tutmaya çalışın. Gerekirse biraz daha EEG jel uygulayın ve daha sonra empedans geliştirmek için tahta sopa kullanın.
  4. Sızıntı jel (Şekil 4) üzerinden köprüleme önlemek için, EEG elektrotları empedansını düşürmek için jel uygulayarak ile tutumlu olmakTACS elektrodun hemen yakınında. Bunun yerine, daha fazla jel eklemeden düşünmeden önce, çok yalnız tahta sopa kullanarak mümkün olduğunca empedansı düşürmeye çalışın.
  5. Bir kez iyi empedans dikkatle böylece EEG elektrodu ile arasındaki teması istikrara yardımcı dışarı iğne çekerken yavaşça jel uygulayın, insert ve iğne ucu derisini dokunuyor kadar iğne aşağı getirmek, ahşap sopa ile elde edilmiştir kafa derisi.
  6. Bu gürültüyü ve sinyal bozulmasını azaltır olarak optimal veriler için 5 kohm altında EEG elektrot empedansları hedefleyin.
  7. Empedanslar uygun seviyeye indirdi edildikten sonra, TAC elektrodun nedeniyle jel sızıntı çevreleyen EEG elektrotları arasında herhangi bir köprü oluşturuldu testi belirler.
    1. Deneysel çıkarların bir yoğunluk ile, kısa sinüzoidal stimülasyon uygulayın (örneğin, 1 mA tepe-tepe).
      Not: nedeniyle bazı sistemlerde (malzemelerin tabloya bakınız) sınırlamaları nedeniyle, nOnline köprü kontrol etmek mümkün ot, ancak uyarımı uygulayarak ve daha sonra EEG amplifikatör herhangi bir kanal doygun hale olmadığını kontrol yoluyla.
    2. Herhangi bir kanal uyarıcı olurken, doymuş olup olmadığına bakın.
      Not: As, temsili sonuçlarından belirgin TACS ve EEG elektrotları arasındaki jel sızıntı yoluyla köprü EEG amplifikatör bu kanala doyurur neden bu elektrotlar kayıt verilerini ekarte edecek. Bu yerleştikten sonra jel sızıntı yoluyla köprüleme geri almak için mümkün değildir. Tek seçenek deneyi kesmek olduğunu.
  8. Kontrol empedansları kez daha. Ardından kaydetmeye başlayın.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Örnekler iki farklı kayıtları (Şekil 5) elde edilen başarısız ve başarılı eşzamanlı TACS-EEG ölçümleri gösterilmektedir. İki TACS elektrotlar kafa derisi (F3 ve P3 elektrotlar) ve TACS yoğunluğuna yerleştirildi (peak-to-peak) 0.9 mA idi. İlk örnekte, F3 EEG elektrot jeli üzerinden ön TACS elektrot ile köprülü edildi (aşağıdaki tartışma boyunca "köprü" bahsederken, biz TACS ve EEG arasında bir temas oluşturarak EEG jel doğrudan bir bağlantı oluşumunu göstermek unutmayın Elektrotlar). TACS sırasında F3 kanalı ve EEG sinyalleri (Şekil 5A) kaydedilmiş olamazdı hemen doyurur köprüleme. İkinci örnekte, EEG sinyalleri başarıyla uygulayan TACS (Şekil 5B) iken kaydedildi.

TACS eserin büyüklüğü mekansal dağılımını değerlendirmek,TACS eserin büyüklüğü üç konu alınan başarılı kayıt sırasında hesaplandı. TACS DLPFC (F3 elektrot) veya PPC (P3 elektrot) ya da uygulandı. TACS yoğunluğu mA (tepe-tepe) .Bu gözlendi TACS dışlayıcı peak-tepe büyüklüğü ters EEG ve TACS elektrot arasındaki mesafe ile ilişkili olduğunu (Şekil 6A ve 6B) 0.9 idi. Buna ek olarak, TACS elektrot ilgili EEG referans elektrot konumu da EEG kanalları üzerinden TACS eserin büyüklüğü dağılımını etkilemiştir (Şekil 6A ve 6B). Büyüklüğü TACS elektrodun ortasında EEG elektrotta 100 mV kadar ulaşabilir ise TACS eserin büyüklüğü, stimülasyon sitesinden daha uzaktaki EEG elektrotları 10 mV arasında değişmektedir. Çevresinde de TACS mevcut yoğunluğu ve eserler büyüklüğü arasındaki ilişkiTACS elektrot da (Şekil 7) incelendi. Bu doğrusal ilişki sergiledi ve TACS akım şiddeti mA 'den fazla 1,6 iken kayıt gerilim aralığını doymuş.

figure-results-1
Montaj Şekil 1. İllüstrasyon. (A) Montaj saçlı deri (F3 ve P3) üzerine yerleştirilmiş iki TACS elektrotlar ile. Ipsilateral omuz yerleştirilen kafa derisi üzerine yerleştirilen tek TACS elektrot (F3) ve bir referans TACS elektrodu ile (B) Montaj. (C) Montaj kafa derisi (P3) üzerine yerleştirilmiş bir TACS elektrot ve bir referans elektrodu ile TACS ipsilateral omuz yerleştirilmiştir. (D) Bir elastik EEG kapağı kapağın altında yer kafa derisi TACS elektrot tutar. Bu rakamın büyük halini görmek için tıklayınız.

figure-results-2
Bir TACS elektrodun altında ek EEG jel Şekil 2. Doğru bir uygulama. Ek EEG jel kafa derisi bağlantı homojenliğini arttırmak için TACS elektrodun altında uygulanacak. Ek jel saç ve saçlı deri (mavi ok) arasına uygulanmalıdır ve TACS elektrot ve saç arasındaki teması artırmak için. Değil, bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-3
Kafa derisine EEG elektrotları bağlantısını iyileştirilmesi Şekil 3. (A). Bir şırınga kullanılarak EEG elektrotları için EEG jeli uygulayın. T kullaniğne ip sonra dikkatlice yerleştirin ve iğne ucu derisini dokunuyor kadar iğne aşağı getirmek, EEG elektrotun altındaki saç uzak fırçalayın. Kafa derisi ve EEG elektrot arasında bir bağlantı oluşturmak için, dışarı iğne çekerken jel uygulayın. (B) tahta bir sopa (örneğin, bir pamuklu çubuk veya benzeri ahşap sapı) ayrıca EEG elektrotları ve kafa derisi arasındaki teması artırmak için kullanın. Kafa derisi doğru sopayla jel aşağı doğru itin ve çok yavaşça dönen bir hareketi ile sopa üst derisini ovmak. Sopa Yandan hareketleri elektrodun altında jel yaymak gibi, dik TACS elektrot yakın çevresinde bulunan elektrotların saçlı deriye sopa açısını tutmaya çalışın. Gerekirse biraz daha EEG jel uygulayın ve daha sonra empedans geliştirmek için tahta sopa kullanın. TACS elektrot yakın çevresinde bulunan elektrotlar için fo daha jel uygulayarak ile temkinli olmak da önemlidirtemas iyileştirilmesi amacını r. Aksine mümkün olduğunca temas tahta sopa kullanarak geliştirmeye çalışın. Son olarak, bir kez iyi empedans ahşap sopa ile elde edilmiştir, EEG elektrot ve kafa derisi arasındaki teması stabilize etmek için bazı ek jel ekleyin. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-4
Şekil TACS ve EEG elektrotları arasında doğrudan temas oluşturarak EEG jel sızıntı 4. Örnek. TACS ve EEG elektrot arasında doğrudan temas oluşturur EEG jel, sızıntı, görülmektedir. TACS ve EEG elektrotlar arasındaki bu gibi Köprü TACS elektrot civarında TACS elektrot veya EEG elektrodu altında EEG jel aşırı miktarda eklenmesi ile, örneğin, oluşturulabilirveya elektrot taşınıyor TACS tarafından. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-5
Şekil 5. TACS jel üzerinden köprüleme yoluyla EEG amplifikatör doyurur. CPZ referans iki farklı kayıtları, Ham veriler DLPFC (F3 elektrot) ve PCC (P3 elektrot) yerleştirilen kafa derisi TACS elektrotlarla montaj sırasında. (A) bir elektrot F3 kaydedilen sinyal bağlı F3 EEG elektrod ve TACS elektrot arasındaki EEG jel sızıntı ile köprü değin doyurulur. (B) İşaretler başarıyla elektrotlar kaydedilir. F3 elektrotta TACS eserin büyüklüğü 50'den fazla mV aşıyor. Görüntülemek için tıklayınızBu rakamın büyük bir versiyonu.

figure-results-6
Şekil 6. EEG kanalları üzerinden TACS eserler büyüklüğü. TACS eserler Tepe-tepeye büyüklükleri üç konu (mV) karşısında ortalama. Veri CPZ referans ham veriler vardır. (A), bir sol DLPFC (F3 elektrot) yerleştirilen kafa derisi TACS elektrod ve sol omuz (Montage 2, Şekil 1B) üzerine yerleştirilen diğer TACS elektrot ile montaj sırasında TACS dışlayıcı büyüklüğü. (B) sol omuz üzerine yerleştirilmiş tek sol PPC (P3 elektrot) yerleştirilir TACS elektrot ve diğer TACS elektrod ile montaj sırasında TACS dışlayıcı büyüklüğü (Montage 3, Şekil 1C). (C) EEG kanal yerleri. Kırmızı: stimülasyon sitenin altında kanal mavi: stimülasyon sitenin yakınında kanalları, Ref (kalın siyah): Referans elektrodu (CPZ). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-7
Şekil 7. TACS eserin büyüklüğü doğrusal stimülasyon yoğunluğu ile ilişkilidir. TACS dışlayıcı (mV) Tepe-tepeye büyüklüğünü kanalı F3 az bir konudan diğerine. 0.5 ila 2 mA yeğinlikler, 0,1 mA kademelerinde uygulanmıştır. Veri CPZ referans ham veriler vardır. Tek sol DLPFC (F3 elektrot) yerleştirilen kafa derisi TACS elektrod ve sol omuz (Montage 2, Şekil 1B) üzerine yerleştirilen diğer TACS elektrodu ile montaj. Veri 0,5 1,6 mA yoğunluğu aralığı içinde uyarma yoğunluğu uygulanır ve TACS artefakt büyüklüğü arasında mükemmel bir doğrusal bir ilişki gösterir. Gerilim çözünürlük 150 mV ayarlanır, ancak actua oldul maksimum kazanım aralığı sinyali doymuş ötesinde 161,6 mV idi. Kesikli çizgi geriliminin maksimum aralığını işaretler. Ortaya çıkan eser büyüklükleri fazla 161,6 mV idi 1.7 mA ve daha yüksek, uyarılmasının yoğunlukları ile, F3 kanalı doymuş. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Prosedürler kurmak için eşzamanlı TACS-EEG deneyleri burada açıklanmıştır. Şimdi ilk iki hususlar başarılı eşzamanlı TACS-EEG kayıtları için hayati önem taşımaktadır hangi TACS-EEG kayıtları, kurulumu için düşüncelerini tartışmak açın.

Jel üzerinden köprüleme TACS-EEG elektrot kaçınmak

Hemen köprü EEG amplifikatör ilgili kanalını doyurur gibi, sızıntı EEG jel ile EEG ve TACS elektrotlar arasında köprü önlemek için çok önemlidir. Bu nedenle, EEG jelin viskozitesi başarılı TACS-EEG kayıt için çok önemli bir parametredir. Asla bir sıvı EEG jel riskleri bitişik EEG elektrotları ile TACS elektrot ve köprüden dışarı kaçan gibi bir sıvı EEG jel kullanın. Aynı zamanda, çok viskoz EEG jel saç nüfuz edecek ve empedansını azaltmak için, deriyi nemlendirme bir dezavantajı vardır. TACS elektrotun yakın EEG elektrotlar için, daha viskoz bir jel olabilir btek empedansı düşürmek için bir tahta sopa kullanarak e kullanılır. TACS ve kalan EEG elektrotları için, EEG jeli (hala akışkan olsa) biraz daha az viskoz kullanın. Jel Bu tür alt empedansları için daha az çaba gerektirir. O TACS elektrodun altında kazımak için zor olduğu gibi, burada biraz daha az viskoz jel kullanmak daha iyidir.

TACS eser büyüklüklerinin ile başa çıkmak

İkinci konu 0.9 mA mevcut stimülasyon yoğunluğu sırasında stimülasyon yerinde EEG de mV stimülasyon alanından uzak elektrotlar 10 den, 100'den fazla mV arasında değişen, TACS dışlayıcı büyük büyüklüğünü ele almaktır (Şekil 6) . Şekil 7 stimülasyon şiddetleri arasındaki doğrusal ilişkiyi göstermektedir ve stimülasyon (kanal F3) yerinde eserin çıkan büyüklüğü (0,5 mA tepe-tepe 2.0). İlk tedbir hem EEG ve TACS elektrotların düşük empedansı tutmaktır. YetersizTACS elektrot ve kafa derisi arasındaki temas EEG verilerinin TACS dışlayıcı büyük amplitüdlerini oluşturur ve ek olarak elektronik akım homojen olmayan olma eğiliminde olur başvurdu. İkincisi, tek bir EEG sisteminin A / D dönüştürücüsü çözünürlük düzeyini dikkate almak gerekiyor. 24 bit A / D dönüştürücü teorik 0.1 mV / bit çözünürlük ile 1.68 V bir dizi kapak olabilir. TACS eserin (Şekil 6) aralığını kapsayacak şekilde çok düşük - Buna karşılık, 0.1 mV / bit çözünürlükte 16 bit A / D dönüştürücü 6.5 mV gerilim aralığını kapsayacak. Bu nedenle gerilim kayıt çözünürlüğü indirilmesi gerekmektedir. 16 bit sistem ile stimülasyon yerinde 100'e mV eser büyüklüklerinin karşılamak için, gerilim kayıt çözünürlüğü teorik 1.53 mV / bit yukarıda indirilmesi gerekir. Nedeniyle büyütülen doygunluk uyarılması sitesinden civarından EEG sinyallerini kayıt olamazdı 16 bit sistem ile aslında son eşzamanlı TACS-EEG çalışmaları ifier bile çözünürlük 0.5 mV düşürüldü zaman / 12,13 ısırdı.

Elektrot empedansı azaltılması için Hususlar

Nedeni ilk TACS elektrodun ortasında ya da çevresinde bulunan EEG elektrotları empedanlarından üzerinde çalışmaya başlamak için, bu EEG elektrotları köprülemeyi önlemek için bazı hasta ve dikkatli çalışma gerektirir olmasıdır. Bu elektrotlar ile başlayarak, uygulamalı jel gerekirse daha fazla EEG jel uygulamadan düşünmeden önce, kafa derisi yağlamak için biraz zaman olmuştur kadar beklemek zaman vardır. Katılımcı saç bir yeri vardır eğer özellikle kafa derisi üzerinde konulmuş bir kez ek jel TACS elektrodun altında uygulanmalıdır. İyi empedans bu adımı olmadan elde edilebilir - - ama TACS elektrot yüzeyine boyunca kafa derisi ile düzgün bir bağlantı elde etmek için bir neden sadece empedansını azaltmak için değil.

Tasarım ve montaj hususlar

EEG elektrodu yerleştirilebilir için ntent "> Şekil 1, TACS elektrotların montajını göstermektedir. derisi TACS elektrot / elektrot halka şeklindeki tasarımı ve dikdörtgen omuz TACS elektrot gösterilmiştir. derisi TACS elektrot şekli sağlar uyarılmış alanının orta. simit şeklinde bir tasarıma bir avantajı, uyarılmış alan sinyalini kayıt etmek için izin vermektedir. İkinci olarak, aynı zamanda, kolay değişmez TACS elektrodun pozisyonu tutmak için yapar. stimülasyon alanına bağlı olarak, TACS elektrotun diğer bazı şekli daha uygun olacaktır. EEG elektrotları arasına bir siteden kaydederken dikdörtgen TACS elektrot şekli daha uygundur.

Bu TACS elektrot şekil ve konum aslında uyarılmış olan bölgede aynı değil, ama biraz olması 31 kaymıştır olabilir uyarılmalıdır. Geçerli f TACS elektrotların konumunu, modelleme karar verirkenilgi bölgeyi hedeflemek için elektrotların en iyi pozisyonunu tahmin etmek her zaman düşük şiddetle tavsiye edilir.

Mevcut kurulum büyük ölçekli ağlara ritmik aktivitesinin modülasyonu için uygundur. Daha fokal uyarımı çeşitli şekillerde 13, 32, 33, 34 elde edilebilir. İlk olarak, TAC elektrodun boyutunu azaltmak. Nitsche ve arkadaşları 3,5 cm 2 elektrot TEKMER 32 motor korteksin heyecanlanma modüle göstermiştir. İkinci bir yaklaşım, bir uyarım elektrot dört referans elektrotlar ile çevrilidir yüksek çözünürlüklü yapılandırması 13,33,34, istismar etmektir. Yüksek çözünürlüklü düzenlemenin başka bir avantajı, geleneksel lastik elektrotlar EEG elektrotları ve 64 EEG elektrotları yerleştirmek için uzay sınırı beri EEG elektrotları yoğunluğu, cari kurulumunda uygulamak mümkün değildir artmış olmasıdır. Inci ikenyüksek uzaysal özgüllük için ese değişiklikler farklı kurulum prosedürleri gerektiren, burada açıklanan teknik konular hala geçerli.

Bu protokolde EEG elektrot konumlandırma 30 uluslararası 10-20 sistemine göre TACS elektrotlar yerleştirin. Bir uyarım yerin Whileindividual optimizasyonu uyarılması sitesi EEG kayıt sitelerine göre değişir olduğu gibi, deneyde bireyler arasında stimülasyon konumunu değişen zaman karşılaştırma için bir sorun teşkil olabilir, alternatif olacaktır. MEG hüzme şekillendirme ile mekansal filtreleme yöntemleri TACS sitenin bağımsız beyin aktivitesini tahmin sağlar gibi manyetoensefalografinin (MEG) ve TAC son zamanlarda gösterdiği kombine kullanımı, Neuling ve arkadaşları 35 tarafından, bu sorunu ve TACS eser ile ilgili sorunların üstesinden olabilir.

Montaj ile ilgili olarak, iki kutuplu montages extracephali ile örneğin, burada açıklanmaktadırKafa derisi (Şekil 1A) üzerinde yer alan iki elektrot referans elektrot (Şekil 1B ve 1C) ve bir tek kutuplu montaj, yani, c konum (Nasseri ve ark., 36, elektrot montajlanmasında daha sınıflandırmaları bakınız). Bir kutuplu montaj kullanmanın avantajı çalışması için hiçbir ilgi ek sefalik stimülasyon kaçınma olduğunu. Bir monopolar montaj seçerken birincil kaygısı hayati beyin sapı fonksiyonlarının modüle potansiyel riski ile beyin sapı da dahil olmak üzere subkortikal yapılarda olsa akım vardır. Referans elektrot Hem extracephalic ve ipsilateral omuz yerleştirme TEKMER 37,38 1 mA yoğunluğu için beyin sapı fonksiyonlarının modüle değil onaylandıktan (örneğin, kalp hızı değişkenliği, solunum hızı ve kan basıncı). Tek kutuplu bir montaj deney tasarımına bağlı olarak büyük avantajlar gibi, kapsamlı test etmek için bir ihtiyaç vardıryüksek uyarım şiddetleri ve farklı monopolar montages sırasında hayati beyin sapı fonksiyonları üzerine etkisi yanı sıra, TEKMER ve TAC arasındaki etkisini karşılaştırmak için.

Bu yüksek çözünürlüklü yapılandırması ilgi ek sefalik stimülasyon bipolar montaj sorunu önlemek için başka bir çözüm olduğunu unutmayın. Dört referans elektrotlar ile çevrili tek stimülasyon elektrot ile yüksek çözünürlüklü yapılandırması dört çevreleyen elektrotların altında merkez elektrot ve düşük akım yoğunluğu altında yüksek akım yoğunluğu yol açar. Stimülasyon etkisi akımı yoğunluğuna bağlıdır, bu iki elektrot konfigürasyonu 39 arasında iki yönlü modülasyon aksine yüksek çözünürlüklü yapılandırma için merkez elektrot altında tek yönlü bir modülasyon anlamına gelmektedir.

TAC tarafından uyarılan Görsel flicker algı ta yerleştirerek stimülasyon yoğunluğu için önemli bir sınırlayıcı faktörTACS retina uyarılması nedeniyle frontal lob CS elektrot. Özellikle, beta-band frekans TACS bile TACS 11 düşük yoğunlukta görsel titremeyi neden olur. 6 Hz'de bizim deneyim 0.9 mA DLPFK (F3 elektrot) üzerine (peak-to-peak) stimülasyon görsel titremesi hissi en aza indirmek için uygun bir yoğunluk seviyesidir.

Deney tasarımına bağlı olarak, bu (bu fonksiyon kullanılan Stimülatördeki için varsa) harici bir cihaza sahip stimülatörü kontrol etmek gerekebilir. Biz stimülatörü kontrol ve EEG amplifikatör tetikler göndermek (malzemelerin tablosunda daha donanım ve yazılım özelliklerine bakın) bir dalga analog çıkış kartını kullanın. (Malzeme Tablo) Burada kullanılan uyarıcısı durumunda, uzaktan kumanda ile akım çıkışının gürültü seviyesi gömülü stimülatörü arayüzü ile daha yüksektir. Dolayısıyla uzaktan kumanda seçeneği stimülatörü seçilmelidirSadece deneysel tasarım tarafından isteniyorsa.

EEG kanalları Giderme doygunluğu

Biz EEG amplifikatör ilgili kanalını doyurur EEG jel sonuçlarını sızıntı yoluyla TACS ve EEG elektrotları arasında köprü olduğunu göstermiştir ve bu elektrotlar (Şekil 5A) dan kayıt verilerini dışladı var. EEG kanalı doygunluk diğer nedenleri vardır. Bunun nedenlerinden biri amplifikatör kazancı çok dar ve gerilim kayıt çözünürlüğü göre ayarlanır edilmediğini olabilir. Bu durumda, gerilim kayıt çözünürlüğü TACS dışlayıcı büyüklük aralığını kapsamak için indirilmesi gerekmektedir. Bir başka neden kayıt sitesi stimülasyon sitesine çok yakın olmasıdır. Bu durumda, hatta çok kaba gerilim kayıt çözünürlüğü hala dışlayıcı yelpazeyi kapsamaktadır olmayabilir. Kayıt uzağa stimülasyon sitesinden yer olmalıdır.

Geçerli protokol kapsamlı eşzamanlı TACS-EEG deneyler için ayarları ve teknik hususlar göstermektedir. Yöntemler TACS sırasında kaliteli kayıt için TACS artefakt ve protokolleri kaldırmak ile TACS gerçekten beyin aktivitesi, ritmik dinamiklerin en belirgin özelliği anlayışımıza olması hız umut verici bir yöntem olacaktır.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak herhangi bir mali çıkarı yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu proje Japonya Bilim ve Teknoloji Ajansı (JST) PRESTO programı tarafından desteklenmiştir.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
< tACS için güçlü > Stimülatör: < / güçlü> Eldith DC-Stimülatör artıNeuroConn GmbH, AlmanyaUzaktan giriş için, bu özelliğin etkinleştirildiği bir model sipariş ettiğinizden emin olun
Tetikleyici göndermek için Analog Çıkış kartı: < / güçlü> Statik ve Dalga Biçimi Analog Çıkış kartı, model NI PCI-6723National Instruments, ABD13 bit, 32 kanal.
Matlab ve veri toplama araç kutusu>The MathWorks, Inc., ABDMATLAB için mevcut olan 'Veri toplama araç kutusu', çeşitli üreticiler tarafından üretilen analog çıkış kartı gibi veri toplama donanımını kontrol etmek için işlevler sağlar.
EEG sistemi: eegosports, 32 kanallı waveguard EEG başlığı ileANT neuro, Hollanda
tACS elektrotlarıNeuroConn GmbH, Almanya305090-05            305050Malzemeler: iletken kauçuk elektrotlar.
Kafa derisi elektrotlarının boyutları: Dış & Oslash;: 60 mm, İç & Oslash; :25 mm (Parça # 305090-05) Orijinal boyutundan kesilmiş & Oslash; 75mm
Omuz elektrodunun boyutları:
50 x 50 mm (Parça # 305050)
EEG jeliInselspital, Bern, İsviçre Cildiovalayan, elektrotla temasını iyileştiren aşındırıcılar (yani pomza< / güçlü>) içeren elektrot macunu.
EEG ve elektrokardiyografi için aşındırıcı cilt hazırlama jeli< / güçlü>: NuprepWeaver and Company, ABD
güçlü>Pamuklu çubuklar, ahşap saplı< / güçlü>Salzmann MEDICO, İsviçreBoyutlar:
150 x 1,5 mm; ahşap sap & Oslash; 2,2 mm
< güçlü > Yapışkan bant: < / güçlü> LeukofixBNS medikal GmbH, Almanya 04.107.12
<

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Berger, P. D. H. On the electroencephalogram of humans. Arch Psychiatr Nervenkr. 87 (1), 527-570 (1929).
  2. Finger, S. Origins of Neuroscience: A History of Explorations Into Brain Function. , Oxford University Press. New York. (2001).
  3. Engel, A. K., Fries, P., Singer, W. Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing. Nat Rev Neurosci. 2 (10), 704-716 (2001).
  4. 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).
  5. Fries, P. A mechanism for cognitive dynamics: neuronal communication through neuronal coherence. Trends Cogn Sci. 9 (10), 474-480 (2005).
  6. Canolty, R. T., Knight, R. T. The functional role of cross-frequency coupling. Trends Cogn Sci. 14 (11), 506-515 (2010).
  7. Fell, J., Axmacher, N. The role of phase synchronization in memory processes. Nat Rev Neurosci. 12 (2), 105-118 (2011).
  8. Thut, G., Miniussi, C., Gross, J. The functional importance of rhythmic activity in the brain. Curr Biol. 22 (16), R658-R663 (2012).
  9. Buzsáki, G., Draguhn, A. Neuronal oscillations in cortical networks. Science. 304 (5679), 1926-1929 (2004).
  10. Paulus, W. Transcranial electrical stimulation (tES - tDCS; tRNS, tACS) methods. Neuropsychol Rehabil. 21 (5), 602-617 (2011).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Helfrich, R. F., et al. Selective modulation of interhemispheric functional connectivity by HD-tACS shapes perception. PLoS Biol. 12 (12), e1002031(2014).
  14. Zaehle, T., Rach, S., Herrmann, C. S. Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG. PloS One. 5 (11), e13766(2010).
  15. 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).
  16. Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2, 13(2011).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Santarnecchi, E., et al. Frequency-dependent enhancement of fluid intelligence induced by transcranial oscillatory potentials. Curr Biol. 23 (15), 1449-1453 (2013).
  24. 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).
  25. Jaušovec, N., Jaušovec, K. Increasing working memory capacity with theta transcranial alternating current stimulation (tACS). Biol Psychol. 96, 42-47 (2014).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Jasper, H. H. The ten twenty electrode system of the international federation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 10, 371-375 (1958).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. Nasseri, P., Nitsche, M. A., Ekhtiari, H. A framework for categorizing electrode montages in transcranial direct current stimulation. Front Hum Neurosci. 9, 54(2015).
  37. 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).
  38. Santarnecchi, E., et al. Time Course of Corticospinal Excitability and Autonomic Function Interplay during and Following Monopolar tDCS. Front Psychiatry. 5, 86(2014).
  39. 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Transcranial Alternating Current StimulationEEG RecordingtACS EEGEEG Gel ViscosityAnalog to Digital ConverterElectrode PlacementImpedance MeasurementSignal SaturationNeurophysiological EffectsBrain Oscillations

Related Articles