Yüksek Tanımlı Transkraniyal Doğru Akım Stimülasyonu ile 3D Sayısallaştırıcı Kullanılarak Stimülasyon Yeri Tayini

Transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS), kortikal uyarılabilirliği kafa derisi üzerinde zayıf doğru akımlarla modüle eden noninvaziv bir tekniktir. Bu sağlıklı insanlarda nöral uyarılabilirlik ve davranış^arasındanedensellik kurmayı amaçlamaktadır 1^,2,3. Buna ek olarak, bir motor nörorehabilitasyon aracı olarak, tDCS yaygın Parkinson hastalığı, inme tedavisinde kullanılır, ve serebral palsi⁴. Mevcut kanıtlar geleneksel pad tabanlı tDCS nispeten daha büyük beyin^bölgesi5,6,⁷üzerinden akım akışı üretir göstermektedir. Yüksek tanımlı transkraniyal doğru akım stimülasyonu (HD-tDCS), merkezi halka elektrot dört dönüş elektrotlar⁸çevrili bir hedef kortikal bölge üzerinde oturan ile^,9, dört halka alanları circumscribing tarafından odak artar^5,10. Buna ek olarak, HD-tDCS tarafından indüklenen beynin uyarılabilirlik değişiklikleri önemli ölçüde daha büyük büyüklükleri ve geleneksel tDCS tarafından üretilen daha uzun sürelere sahip^7,11. Bu nedenle, HD-tDCS yaygın araştırma⁷kullanılır^,11.

Noninvaziv beyin stimülasyonu (NIBS) standart MNI ve Talairach sistemlerinde bir stimülasyon sitesi mevcut olduğundan emin olmak için özel yöntemler gerektirir¹². Nöronavigasyon transkraniyal uyaranlar ve insan beyni arasındaki etkileşimleri haritalama sağlayan bir tekniktir. Görselleştirme ve 3D görüntü verileri hassas stimülasyon için kullanılır. Hem tDCS ve HD-tDCS, kafa derisi üzerinde stimülasyon sitelerinin ortak bir değerlendirme genellikle EEG 10-20 sistemi^13,14. Bu ölçüm yaygın ilk aşamada fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS) için tDCS pedleri ve optode tutucuları yerleştirmek için kullanılır^13,14,15.

10-20 sistemi kullanırken kesin stimülasyon noktalarının belirlenmesi zor olabilir (örneğin, temporo-parietal kavşakta [TPJ]). Bunu çözmenin en iyi yolu manyetik rezonans görüntüleme (MRG) kullanarak katılımcılardan yapısal görüntüler elde etmek, daha sonra sayısallaştırma ürünleri¹⁵kullanarak yapısal görüntüleri hedef noktaları eşleştirerek tam sonda konumu elde etmektir. MRG iyi mekansal çözünürlük sağlar ama¹⁵,^16,17kullanmak pahalıdır. Ayrıca, bazı katılımcılar (örneğin, metal implantlar, klostrofobik insanlar, hamile kadınlar, vb) MRTarayıcılara tabi tutulamaz. Bu nedenle, yukarıda belirtilen sınırlamaları aşmak ve stimülasyon noktalarının belirlenmesinde doğruluğu artırmak için uygun ve verimli bir yol için güçlü bir ihtiyaç vardır.

Bu protokol, bu sınırlamaları aşmak için bir 3B sayısallaştırıcı kullanır. MRG ile karşılaştırıldığında, 3D sayısallaştırıcının temel avantajları düşük maliyetler, basit uygulama ve taşınabilirliktir. Bireylerin beş referans noktasını (yani Cz, Fpz, Oz, sol preauriküler nokta ve sağ preauriküler nokta) hedef stimülasyon noktalarının konum bilgileriyle birleştirir. Daha sonra, deneğin kafasında elektrotların 3Boyutlu bir konum üretir ve yapısal görüntü^12,15geniş veri ile uydurma onların kortikal konumlarını tahmin eder. Bu olasılıksal kayıt yöntemi, bir deneğin manyetik rezonans görüntülerini kaydetmeden MNI koordinat sisteminde transkraniyal haritalama verilerinin sunulmasını sağlar. Yaklaşım anatomik otomatik etiketler ve Brodmann alanları¹¹oluşturur.

3D sayısallaştırıcı, yapısal görüntülerden elde edilen verilere dayanarak uzay koordinatlarını işaretlemek için kullanılan, ilk fNIRS araştırma optodların konumunu belirlemek için kullanılmıştır¹⁸. HD-tDCS kullananlar için, bir 3D sayısallaştırıcı EEG 10-20 sisteminin sonlu stimülasyon noktalarını kırar. Dört dönüş elektrodu ve orta elektrotuzak esnektir ve gerektiğinde ayarlanabilir. Bu protokol ile 3D sayısallaştırıcı kullanılarak, 10-20 sisteminin ötesinde olan rTPJ'nin koordinatları elde edildi. Ayrıca insan beyninin doğru temporo-parietal kavşak (rTPJ) hedefleme ve uyarıcı için prosedürler gösterilmiştir.

Protokol, Güneybatı Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu'nun yönergelerine uygundur.

1. Stimülasyon Yerinin Belirlenmesi

1. Literatürü gözden geçirin ve stimülasyon yerini onaylayın (burada, rTPJ)^19,20,21.

2. Elektrot Holding Kapağının Hazırlanması

NOT: Aşağıdaki adımlar Şekil 1'degösterilmiştir.

1. Gerekli tüm malzemelerin hazır olduğundan emin olun: 3D sayısallaştırıcı(Şekil 2),standart ölçüm bandı, işaretleme kalemi, başlık formu ve yüzme şapkası.
2. Başlığı baş forma koyun ve başlık üzerindeki noktaları işaretleyin.
   1. Vertex (Cz) yerelleştirin. Bunu yapmak için, ilk bir cilt belirteci¹³,^14,22kullanarak nasion ve inion arasındaki mesafenin orta noktasını işaretleyin. Daha sonra, pre-auriküler noktalar arasındaki mesafeyi ölçün ve orta noktayı işaretleyin. Her iki noktanın kesiştiği nokta Cz'dir.
   2. Merkezi elektrotun ve dönüş elektrotlarının yerini kontrol edin. Burada, stimülasyon rTPJ uygulandı. rTPJ kabaca CP6 ve P6 arasındaki orta noktaya karşılık gelir 10-10 EEG sistemi^19,20,21.
   3. CP6 ve P6^22,23,24,25bul . 10-10 sisteminin orantılı gereksinimlerine göre, kafa derisi üzerinde rTPJ yaklaşık konumunu bulmak ve kapak üzerinde işaretleyin.
   4. Dört dönüş elektrotunun yarıçapını¹¹,^14,26hedeflerine göre ayarlayın. Bu karardan sonra, kapak taki orta elektrot ve dönüş elektrot konumlarını işaretleyin.

3. 3D Sayısallaştırıcı Ölçümü

1. 3D dijitalleştirici için ortamın metalsiz olmasını sağlamak için metal tarayıcı ile tarayın.
2. Kapağın öznenin kafasına yerleştirilmesi
   1. Bu referanslar (Cz, Fpz, Oz, sol preauriküler nokta ve sağ preauriküler nokta) kafa derisi konumu²²için uluslararası 10-10 sistemi ile hizalamak emin olun. Örneğin, tepe derisini (Cz) yerelleştirin ve kapağı öznenin kafasına yerleştirin ve kapağın Cz'sini nesnelere hizala.
3. 3D sayısallaştırıcı ekipmanı düzenleme
   1. 3D sayısallaştırıcıyı Evrensel Seri Veri Günü (USB) arabirimini kullanarak bilgisayara bağlayın ve sayısallaştırıcı yazılımın kullanılabilir ve hazır olduğundan emin olun²⁷.
   2. Kaynağı nesnenin önüne koyun ve sensörün elastik ipini başın etrafına sabitle. Daha da önemlisi, 3D sayısallaştırıcı ölçümü sırasında ne kaynağın ne de sensörün hareket ettiğinden emin olun.
      NOT: Kaynak, elektromanyetik dipol alanı yayıp getiren manyetik bir vericidir. Sensör, alanı algılayan bir alıcıdır.
   3. Bilgisayardaki sayısallaştırıcı yazılımı açın ve 3D sayısallaştırıcı sisteminin yazılımla iletişim kurduğundan emin olun.
   4. Kalemin doğruluğunu test edin. Cetvel üzerinde 10 cm uzunluğunda bulun ve kalemi kullanarak sırasıyla sıfır mezuniyet ve on mezuniyet kaydedin.
      NOT: 3B sayısallaştırıcının iki kayıt noktası arasındaki ölçüm mesafesi yakalanmalıdır. 3D izci okuma ile hata karşılaştırın.
   5. Yeni simgesini seçin ve yeni bir konu dosyası oluşturun. Sessions kutusunu seçin, ardından Başvuru.
      NOT: 3D sayısallaştırıcı kalem kullanılarak konunun referans konum verileri (Cz, inion, nasion, sol kulak, sağ kulak) yazılım istemlerine göre toplanır.
   6. FNIRS deneylerinin gereksinimini karşılamak için Verici, Dedektör ve Kanal seçeneklerini kullanın. Hatayı azaltmak için merkez elektrotve verici, dedektör ve kanal için dört dönüş elektrotunun konum verilerini toplayın. Beş elektrotun numaralandırıldığından ve sırayla yerelleştirildiğinden emin olun.
   7. Oluşturulan üç dosyayı kaydedin.

4. Veri Dönüştürme ve Mekansal Kayıt

1. MNI uzay²⁸içine gerçek koordinatkaydı elde etmek için NIRS-SPM içine üç dosya seçin. Affine, katılımcılardaki referans noktalarını ve beş elektrot noktasını MNI uzamındaki MRI veritabanına göre her girişteki karşılık gelen noktalara dönüştürür.
2. Verileri anatomik otomatik etiketlere ve Brodmann alanlarına kaydedin ve beş elektrot noktasının mekansal bilgilerini bunların her ikisine de kaydedin.
3. Elde edilen koordinatları ile önceki araştırmalarda stimülasyon koordinatları karşılaştırın^20,29.
4. Plastik kasanın kapağın içine rahatça gömülmüş olması için, kapakta işaretlenen beş noktaya hizalanmış küçük bir kesim yapın.

5. Stimülasyon

1. Katılımcının HD-tDCS^1,3 için kontrendikasyon (yani nörolojik veya psikiyatrik bozukluk öyküsü) olmadığından ve çalışmadan önce yazılı bilgilendirilmiş onay verdiğinden (HD-tDCS stimülasyonu dahil) emin olun.
2. Cihaz kurulumu için gerekli tüm malzemelerin mevcut olduğundan emin olun (Şekil 3). Cihazı yayınlanan literatürde ayrıntılı olarak yükleyin¹⁴. Kısa bir açıklama aşağıda verilmiştir.
   1. Pilleri törleyin ve şarj olup olmadıklarını kontrol edin.
   2. Geleneksel tDCS ve 4x1 Stimülasyon Adaptörü bağlayın.
   3. Beş Ag/AgCI sinterlenmiş halka elektrotunun kablolarını 4x1 adaptör çıkış kablosundaki eşleşen alıcılara bağlayın.
   4. Tüm malzemelerin doğru bağlanalı olup olmadığını kontrol edin.
3. Katılımcının başını ölçün ve kapağı başın üzerine yerleştirin.
   1. Yüzme başlığına beş plastik HD kovanları gömün.
   2. Konunun Cz, Fpz ve Oz yerelleştirmek^13,14. Kafa derisi konumları²²için uluslararası 10-10 sistemi ile hizalamak için kapak üzerinde referans ayarlayın. Kapak pozisyona girdiğinde, hareket etmediğinden emin olun.
   3. 3D sayısallaştırıcı kullanarak uyarılmış beyin alanlarının konum verilerini toplayın. Oluşturulan verilere göre karşılık gelen ayarlamaları yapın.
4. Kafa derisi yüzeyini elektriksel iletken jelile kaplayın. İlk olarak, kafa derisi maruz kalana kadar, plastik bir şırınga ucunu kullanarak plastik kasa nın açılması ile dikkatle saç ayırın. Daha sonra, kafa derisi yüzeyinde plastik kasa açılış yoluyla elektriksel iletken jel ile maruz kafa derisi kapağı.
5. tDCS aygıtının parametrelerini ayarlayın: kalite değeri, uyarıcı süresi, yoğunluk ve durum ayarı.
   1. 4x1 Çok Kanallı Stimülasyon Adaptörü'nu açın.
   2. Varsayılan ayar SCANolduğundan emin olun , hangi elektrotlar tarayarak ekran penceresinde bir anda bir elektrot empedans gösterir^14,30,31. Burada empedans "kalite değeri" olarak tanımlanır. 1,5'in altındaki değerler yeterli^kaliteyigösterir 14^,30,31. Bu durumda, değerler 1'den daha düşüktü.
      NOT: Empedans değeri bu limitleri aşarsa, plastik kasanın kapağını yüksek empedansla açın ve istenilen empedans değerini elde etmek için saç ve elektrotayarlayını ayarlayın.
   3. "MODE SELECT" butonuna basın ve empedans değerleri kabul edildikten sonra "SCAN" dan "PASS" tuşuna basın.
   4. "POLARITY" düğmesine basarak orta anodu veya orta katodu seçin. "CENTRAL ANODE" varsayılan ayardır.
   5. Geleneksel tDCS aygıtındaki ayarları uyarıcı süresi (dk), yoğunluk (mA) ve sahte durum ayarını içerecek şekilde ayarlayın. Bu olguda anodal aktif stimülasyon 1.5 mA, stimülasyon ise 20 dk idi. Daha sonra , tam akıma geçmek için "RELAX" koluna itin.
   6. Her şey ayarlandıktan sonra, uyarımı başlatın. "START" düğmesine bastığında DC yoğunluğu hedef akıma ulaşılınceye kadar artacaktır. Zamanlayıcı daha sonra kalan zamanı gösterir.
      NOT: Bazı katılımcılar DC yoğunluğunun arttığı dönemlerde rahatsız hissedebilirler. Bu gibi durumlarda , akım "RELAX" kolu aşağı çekerek birkaç saniye için biraz azalmış olabilir. Daha sonra dolly çubuğunu yavaş yavaş katılımcılar ın tekrar rahat hissettiğinde tam akıma doğru itin.

6. Stimülasyon sonrası

1. Stimülasyon sona erdiğinde, gücü kapatmadan önce akımı sıfıra ayarlamak için kolu yavaşça çevirin. Aksi takdirde, katılımcılar doğrudan güç kapatırken batma hissi veya baş dönmesi algılayabilir.
2. Stimülasyondan sonra plastik kapağı açın ve Ag/AgCI sinterlenmiş halka elektrotlarını kasadan çıkarın.
3. Yüzme kapağını çıkarın ve malzemeleri temizleyin. Katılımcılara saçlarını temizleyecek araçlar sağlayın.
4. Katılımcılardan her stimülasyon seansından sonra bir anket doldurmalarını isteyin (örneğin, HD-tDCS'den sonra taramanın olumsuz etkilerini ölçmek için, beyin stimülasyonuna katılımcı toleransı, vb.; bkz. Ek Dosya).

Sunulan yöntemler kullanılarak rTPJ'nin koordinatları belirlendi ve bu da 10-20 sisteminin ötesinde uyarım noktaları gerektiriyordu. İlk olarak, baş formunun çevresi gerçek kafaya benzer olmalıdır. Burada, baş formunun inion nasion uzunluğu ~ 36 cm, ve bilateral preauriküler arasındaki uzunluğu ~ 37 cm oldu.

Elektrot kapağının üretilmesi için atılan adımlar 10-20 sisteminin ölçüm konumlarını yönlendirir. Burada Nz, Iz, Cz, Fpz, Oz, Pz, T8, T7, C4, P8, O2, P4, C6, P6 ve CP6 belirlendi. RTPJ'nin yaklaşık konumu (CP6 ve P6 arasındaki orta nokta hakkında) kafa derisinde bulundu. Merkezi ve periferik elektrotlar arasındaki mesafe deneysel hedeflere göre ayarlanmalıdır. Önceki araştırmalar 3.5-7.5 cm11,14,30arasında değişen yarıçap değerleri elde etti. Farklı yarıçap değerleri ile DC yoğunluğu ve stimülasyon süresi farklı elektrik alanı mukavemetleri oluşturabilir. Bu protokolde tüm geri dönüş elektrotları ile merkezi aktif elektrot arasındaki mesafe 3,5 cm'ye sabitlendi.

Fpz, Cz, Oz, T8 ve C4 gibi yüzme şapkasındaki birçok önemli referans noktası tutuldu. Kafa derisi üzerinde Vertex stimülasyon önce tespit edildi, ve bu kapak cz noktası tam olarak Vertex ile hizalanır önemlidir. Kapak pozisyona girdiğinde, kapak hareket etmemelidir. Bir .mat dosyası ve sayısallaştırmadan sonra iki .csv dosyası elde edildi (yani, sub01_origin.csv, referansın koordinat bilgilerini içeren [konu numarası 01]), sub01_others.csv ise hedeflenen beş dosyanın koordinat bilgilerini içeriyordu. noktaları [konu numarası 01 ile)].

Veri dönüştürme ve mekansal kayıttan sonra üç .txt dosyası elde edildi. Sayısallaştırıcı yazılımda, fNIRS deneylerinin gereksinimlerini karşılamak için verici, dedektör (alıcı) ve kanal seçenekleri vardır. Vericinin, dedektörün veya kanalın koordinat verileri aynı olmalıdır. Ancak, laboratuvar personeli becerileri, kalem tutma hareketi vb. nedeniyle küçük işletim hataları oluşabilir.

NIRS-SPM tek başına kayıt işlevini kullanarak, mekansal kayıt işlevi MNI koordinatları oluşturur. Tablo 1'deki ilk satırdaki sayılar sayısallaştırıcıdaki sırayı temsil ediyor. Bu protokolde, beş numaradan elde edilen veriler merkez elektrot hakkındaki konum bilgisidir. Brodmann bölgelerinde (BA) anatomik etiket ve numarası elde edildi. Her satırdan sonraki sayı çakışma yüzdesini gösterir. Anatomik otomatik etiketlerde (AAL) anatomik etiket ve çakışma yüzdesi elde edildi. Ölçüm hatalarını azaltmak için, beş elektrotun son MNI koordinatlarından üç veri noktasının ortalama değeri hesaplanmıştır. AAL ve BA gelince, değer serebral korteks ile örtüşme yüzdesi temsil eder. Tüm olasılıklar nihai verilerle birleştirilmiştir (Tablo 1).

MNI koordinatları, AAL ve BA'dan alınan verilere göre, değer ve hedef değer arasındaki fark çok büyükse, yüzme kapağı, bölüm 2-411,14,30,31bölümlerinde açıklandığı gibi X, Y, Z ve hedef değerin gerçek değerlerinin göreli konumuna ayarlanmalıdır.

Şekil 1: Tutucu elektrot kapağını oluşturmak için adımlar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: 3D sayısallaştırıcı. 3D sayısallaştırıcı, 3B sayısallaştırma için uygun maliyetli bir çözümdür. Bu bir çift sensör hareket izci olduğunu. Kaynak, elektromanyetik dipol alanı yayıp, manyetik bir vericidir. Sensör, alanı algılayan bir alıcıdır. Kalem, X, Y ve Z veri noktalarının doğru bir şekilde belirlenmesini sağlar. Denetim kutusu bilgisayara bağlanır ve veri aktarımı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Stimülasyon için gerekli malzemeler. Bu malzemeler arasında tDCS cihazı, 4x1 Çok Kanallı Stimülasyon Adaptörü, dört adet 9 V pil, beş Ag/AgCI sodyum halka elektrot, beş ADET HD plastik kasa ve kapakları, elektriksel iletken jel, şırınga, standart bant ölçüsü ve yüzme kapağı bulunmaktadır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 1: Beyin bölgesindeki stimülasyonların lokalizasyonu. Bu tabloyu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklayın).

Ek Dosya. Bu dosyayı görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklatın).

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.