Bu protokol, çalışma belleğindeki teta-frekans stimülasyonunu örnek olarak kullanarak, bilişsel görevler sırasında nöral salınımlar üzerindeki stimülasyon etkilerini incelemek için HD-tACS'yi EEG ile birleştirmek için pratik bir yaklaşım oluşturur.
Araştırma makalesi
Bu protokol, çalışma belleğindeki teta-frekans stimülasyonunu örnek olarak kullanarak, bilişsel görevler sırasında nöral salınımlar üzerindeki stimülasyon etkilerini incelemek için HD-tACS'yi EEG ile birleştirmek için pratik bir yaklaşım oluşturur.
Nöral salınımlar, çalışma belleği, dikkat ve algı dahil olmak üzere çeşitli bilişsel süreçlerin ayrılmaz bir parçasıdır. Transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS), beyin salınımları ve bilişsel işlevler arasındaki nedensel ilişkileri araştırmak için invazif olmayan bir araç olarak ortaya çıkmıştır. tACS, belirli frekansları hedefleyerek salınım aktivitesini modüle edebilir ve nöral ritimlerin bilişsel performanstaki rolüne dair içgörü sağlayabilir. tACS'nin salınım dinamikleri ve bilişsel süreçler üzerindeki etkisini anlamak için EEG gibi fizyolojik ölçümleri davranışsal verilerle birleştirmek esastır. Yüksek çözünürlüklü tACS (HD-tACS), stimülasyonun uzamsal hassasiyetini artırarak belirli kortikal alanların daha lokalize hedeflenmesini sağlar. Bu protokol, sol parietal korteksteki teta-frekans (4 Hz) salınımlarındaki değişiklikleri değerlendirmek için HD-tACS'yi EEG ile birleştirmek için bir yöntemi özetlemektedir. EEG kayıtları, teta aktivitesini incelemek için 2 geri çalışma belleği görevi sırasında stimülasyondan önce ve sonra alınır. Bu yaklaşım, ritmik beyin stimülasyonu yoluyla bilişsel modülasyonun altında yatan sinirsel mekanizmaları keşfetmek için güçlü bir araç sunar.
Transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS), beyne belirli frekanslarda veya 1,2 frekanslarının kombinasyonlarında zayıf sinüzoidal elektrik akımları ileten noninvaziv bir nöromodülasyon yöntemidir. Transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS), transkraniyal rastgele gürültü stimülasyonu (tRNS) ve transkraniyal darbeli akım stimülasyonu (tPCS)3'ü de içeren daha geniş transkraniyal elektriksel stimülasyon (tES) kategorisinin bir parçası olarak, tACS, endojen beyin ritimlerini modüle etme kapasitesi ile özellikle dikkate değerdir. Diğer tES modalitelerinden farklı olarak, tACS devam eden nöral salınımlarla senkronize olabilir, böylece hedeflenen frekanslardanöral salınımları sürükleyerek bilişsel işlevleri geliştirebilir veya eski haline getirebilir 1,4,5,6. Ayrıca, tACS, Alzheimer hastalığı7 olan hastalarda hafıza performansını iyileştirmek ve depresif semptomlarıhafifletmek 8 gibi çok çeşitli psikiyatrik bozuklukların tedavisi için potansiyel bir terapötik seçenek olarak kabul edilmektedir.
Geleneksel ped tabanlı tACS potansiyelini göstermiş olsa da, nispeten geniş akım dağılımı hassas hedeflemeyisınırlayabilir 9. Yüksek çözünürlüklü tACS (HD-tACS), merkezi bir elektrotun dört dönüş elektrodu ile çevrelendiği ve böylece akım akışını merkezi elektrot10,11,12'nin altında yoğunlaştırarak odağı arttırdığı 4×1 halka montajı ile bu sorunu ele alır. Bu montaj, geleneksel ped tabanlı tACS 13,14'e kıyasla daha fazla yoğunluk ve daha uzun süreler elde edebilir.
Beyin salınımları, nöronal toplulukların senkronize aktivitesini yansıtır ve çalışma belleği10,16 dahil olmak üzere çeşitli bilişsel süreçler15 için temeldir. Bununla birlikte, bu salınımların nedensel bir işlevsel rol oynayıp oynamadığı veya yalnızca bilişle ilişkili olup olmadığı açık bir soru olmaya devam etmektedir. Nedensel bir ilişkiyi daha da ortaya çıkarmak için araştırmacılar, salınım aktivitesini modüle etmek ve karşılık gelen davranış değişikliklerini gözlemlemek için tACS gibi beyin stimülasyon protokollerini uygulayabilirler1. Dış uyarımın bilişi nasıl etkilediğinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, yalnızca davranışsal performansın değil aynı zamanda EEG gibi fizyolojik ölçümlerin de incelenmesini gerektirir. EEG, araştırmacıların tACS kaynaklı sürüklenmenin nöral aktiviteyideğiştirip değiştirmediğini ve nasıl değiştirdiğini izlemesine olanak tanır 1,17.
tACS tarafından üretilen büyük artefaktlar, stimülasyon18,19 sırasında kaydedilen EEG sinyallerinin güvenilir bir şekilde analiz edilmesini zorlaştırdı. PCA 20, zamansal filtreleme21 ve hüzme oluşturma22 gibi tACS'nin neden olduğu artefaktları beyin aktivitesinden ayırmaya çalışan birçok araştırmacı olmasına rağmen, bu girişimlerin geçerliliği hala şüphelidir18. Stimülasyon sona erdikten sonra, nöral popülasyon yavaş yavaş temel durumuna geri döner ve bir sürüklenme yankısına yol açar. Bu sürüklenme yankıları, stimülasyondan sonra meydana geldikleri ve dolayısıyla tACS kaynaklı artefaktlardan arınmış oldukları için EEG kullanarak nöral sürüklenmeyi değerlendirmek için değerli bir fırsat sağlar. Bununla birlikte, sürüklenme yankılarının kısa süresi, EEG'de güvenilir nöral sürüklenme gözlemleme olasılığını azaltır. Bu nedenle, HD-tACS stimülasyonundan hemen sonra EEG'nin kaydedilmesine yönelik pratik bir yaklaşıma acilen ihtiyaç vardır.
Mevcut protokolün amacı, stimülasyonun etkilerini değerlendirmek için HD-tACS'nin yüksek kaliteli EEG ile nasıl birleştirileceğini göstermektir. Bu protokol, bir çalışma belleği 10-geri görevi içinde sol parietal bölgeyi hedefleyen 4 dakikalık bir HD-tACS stimülasyonundan (2Hz, teta salınımları) önce ve sonra EEG'yi kaydederek, araştırmacıların tACS kaynaklı artefaktlar olmadan stimülasyonun nörofizyolojik etkilerini değerlendirmesini sağlar. 2-geri görevi, bilginin hem manipülasyonunu hem de depolanmasını içeren çalışma belleğini değerlendirmek için yaygın olarak kullanılan bir paradigmadır23,24. 2-geri görev sırasında devreye girenler de dahil olmak üzere çalışma belleği süreçleri, frontal-parietal ağlardaki teta salınımlarıyla yakından bağlantılıdır. Bu, bu paradigmada 16,25,26'da teta-frekans stimülasyonunu hedeflemek için güçlü bir teorik gerekçe sağlar. EEG veri kalitesini sağlamak için, EEG elektrot empedansını 5 kΩ'un altında tutmanızı ve verileri standart elektriksel korumalı bir ortamda kaydetmenizi öneririz. Ana hatlarıyla belirtilen yöntemler, diğer stimülasyon hedefleri (örneğin, dorsolateral prefrontal korteks, DLPFC), diğer frekans bantları (örneğin, alfa salınımları) ve diğer bilişsel paradigmalar (örneğin, dikkat) için uyarlanabilir. Stimülasyonun etkinliği için kritik olan yoğunluk ve süre gibi stimülasyon parametreleri, spesifik araştırma hedeflerine göre belirlenebilir. Bu protokolün tACS-EEG entegrasyonunun daha geniş uygulamalarını kolaylaştıracağını ve nöral sürüklenme dinamiklerinin daha titiz bir şekilde araştırılmasını teşvik edeceğini umuyoruz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol, Southwest Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylandı ve kurumsal yönergelere uygun olarak yürütüldü. Bu protokol gösterimi, protokol prosedürlerini göstermek için sağlıklı bir yetişkin katılımcıdan (yaş = 25, kadın) alınan verileri sunar. Katılımcı, deneyden önce yazılı bilgilendirilmiş onam verdi. Kullanılan ekipmanlar Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. Stimülasyon parametrelerinin belirlenmesi
Çalışma belleği 16,25,26'nın altında yatan nöral salınımları araştıran önceki araştırmalara dayanarak, bu protokol için hedef bölge olarak 4 Hz'lik bir stimülasyon frekansı, 10 dakikalık stimülasyon süresi ve sol parietal bölge seçtik.
2. Stimülasyon öncesi EEG kaydı
Temel EEG verileri, katılımcılar bir çalışma belleği 2-geri görevini tamamlarken kaydedildi. Deneyden önce katılımcının kafa derisi temizlendi. Tüm EEG elektrotları plastik bir şırınga kullanılarak iletken jel ile dolduruldu. Spesifik olarak, saçı elektrot açıklıklarından ayırmak için şırınga ucu kullanıldı ve elektrot ile kafa derisi arasında doğrudan teması sağlamak için jel enjekte edildi. Kafa derisi, her elektrotun empedansı 5 kΩ'un altına düşene kadar şırınga ucuyla hafifçe ovuldu. Bu protokolde kullanılan EEG beyin başlığı 10-20 sistemine göre düzenlenmiş 64 elektrot içeriyordu. Elektrot empedansı, yazılım arayüzündeki Empedans seçeneğine tıklanarak izlendi (Şekil 1). EEG kaydının yüksek kalitesini sağlamak için empedans görüntüleme aralığı 0-5 kΩ olarak ayarlandı. Empedans değerleri turuncu veya yeşil olarak gösterilen elektrotlar 5 kΩ'un altında olarak yorumlandı. Tüm elektrotlar arasındaki empedansın 5 kΩ'un altında olduğu doğrulandıktan sonra, katılımcı 2-geri görevi gerçekleştirirken yazılımda Başlat düğmesine basılarak EEG kaydı başlatıldı (Şekil 2). EEG sinyalleri de görev sırasında görüntülendi (Şekil 2). Protokolümüzdeki 2-geri görevin prosedürü Şekil 3'te gösterilmiştir.
3. Stimülasyon için hazırlık
Katılımcılar ilk olarak tES için nörolojik veya psikiyatrik bozukluk öyküsü olmadığını doğrulamak için değerlendirildi. Katılımcının kafa derisi stimülasyondan önce tekrar temizlendi. Gerekli tüm malzemeler önceden hazırlanmıştır (Şekil 4). Ekipman aşağıdaki şekilde monte edildi27: Piller takıldı ve tamamen şarj olduğu onaylandı. Giriş kablosu, 2 kanallı tES stimülatörünü 4×1 çok kanallı stimülasyon arayüzüne bağlamak için kullanıldı. Çıkış kablosu daha sonra 4×1 arayüzüne bağlandı ve çıkış kablosuna beş Ag/AgCl elektrodu bağlandı (Şekil 5).
Tüm cihaz bağlantıları tamamlandıktan sonra 2 kanallı tES stimülatörü ve 4×1 arayüz sistemi açıldı. EEG beyin kapağındaki belirli elektrot bölgelerine (P3, CP3, P1, PO3, P5) beş plastik yüksek çözünürlüklü (HD) kılıf gömüldü ve kapak daha sonra katılımcının kafasına yerleştirildi (Şekil 6).
HD kılıfın açıklığından kafa derisi yüzeyine elektriksel olarak iletken bir jel uygulandı. Bir şırınganın ucu kullanılarak saç, kafa derisini ortaya çıkaracak şekilde ayrıldı ve iletken jel doğrudan açıkta kalan bölgeye uygulandı. Daha sonra HD muhafazalara beş elektrot yerleştirildi ve elektrot No.5, halka şeklindeki konfigürasyonun (yani P3) merkezine yerleştirildi. Kalan dört elektrot, bitişik bölgelerde merkezi elektrotun etrafına yerleştirildi (yani, P1, PO3, P5 ve CP3; Şekil 6). Benzer şekilde, tüm EEG elektrotları iletken jel ile dolduruldu ve empedanslarının 5 kΩ'un altında olduğu doğrulandı (Şekil 1).
4. Stimülasyon
Stimülasyonu başlatmadan önce, stimülatördeki varsayılan modun "SCAN" olarak ayarlandığı onaylandı. Bu modda, sistem her elektrotun empedansını ayrı ayrı gösterdi (Şekil 7). Her elektrotun empedans değeri, 4×1 arayüzündeki ilgili numaralı düğmelere basılarak görüntülendi. 1.5'in altındaki empedans değerleri, kabul edilebilir kaliteyi 27,28 gösterdi. Herhangi bir empedans değeri bu eşiği aşarsa, istenen empedans değerini elde etmek için kapak açılarak ve kafa derisi bir şırınganın ucuyla fırçalanarak ilgili plastik kasa ayarlandı.
2 kanallı tES stimülatöründe akım dalga formu, süre ve yoğunluk dahil olmak üzere stimülasyon parametreleri ayarlandı (Şekil 7). İlgili parametreleri ayarlamak için dört düğme kullanıldı. Sahte durumu açmak veya kapatmak için bir joystick kullanıldı. Bu protokolde, stimülasyon 10 dakika boyunca 2 mA ve 4 Hz alternatif akım dalga formunda verildi. Ardından, "RELAX" seviyesi tam akıma geçirildi. Stimülatör modu daha sonra MODE SELECT düğmesi kullanılarak SCAN'den PASS'a değiştirildi. Stimülasyon polaritesi (merkez anot veya merkez katot) POLARITY düğmesine basılarak seçildi.
2 kanallı tES stimülatörü üzerindeki START düğmesine basılarak stimülasyon başlatıldı. Akım yoğunluğu, hedef yoğunluğa ulaşılana kadar kademeli olarak arttı. Zamanlayıcı kalan stimülasyon süresini gösterdi. Katılımcı mevcut artış sırasında rahatsızlık hissederse, "RELAX" kolu kullanılarak yoğunluk biraz azaltılabilir. Katılımcı kendini tekrar rahat hissettiğinde, tam akım yoğunluğuna devam etmek için "RELAX" kolu kademeli olarak ileri itildi. Gerekirse, "İPTAL" düğmesi kullanılarak stimülasyon her an sonlandırılabilir.
5. Stimülasyon sonrası EEG kaydı
Stimülasyonun ardından, plastik HD kılıfları ve stimülasyon elektrotları EEG beyin kapağından çıkarıldı. Daha önce P3, CP3, P1, PO3 ve P5 pozisyonlarından çıkarılan EEG elektrotları orijinal yerlerine yeniden yerleştirildi. Her elektrot, 10-20 sistem düzenini takip ederek kapaktaki belirlenmiş delikten nazikçe sokuldu ve alttaki kafa derisi ile hizalanarak sabitlendi. Saç derisi ile doğrudan teması sağlamak için saçı açıklıktan ayırmak için plastik bir şırınganın ucu kullanıldı ve aynı şırınga kullanılarak her elektrota iletken jel uygulandı. Daha sonra her bir EEG elektrodunun empedansı kontrol edildi ve stimülasyon sonrası EEG kaydı başlatılmadan önce 5 kΩ'un altında olduğu doğrulandı.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
EEG verileri zaman alanında (örneğin, olayla ilgili potansiyeller), frekans alanında (örneğin, spektral analiz) veya zaman-frekans alanında (örneğin, zaman-frekans analizi) analiz edilebilir. Bu durumda, stimülasyonla ilişkili salınım aktivitesindeki değişiklikleri incelemek için zaman-frekans analizi kullanıldı. Temsili bir denekten stimülasyon öncesi ve sonrası elde edilen EEG verileri, MATLAB'daki EEGLAB araç kutusu kullanılarak önceden işlendi. Ön işleme adımları aşağıdakileri içeriy...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS), belirli beyin ritimlerini modüle etmek için noninvaziv bir yaklaşım sunar. Mükemmel çözünürlüğü nedeniyle EEG, hem spontan hem de harici olarak sürüklenen nöral salınımları incelemek için çok uygundur. tACS'yi EEG ile birleştirmek, beynin işlevini ve yapısını araştırmak ve tACS etkilerinin altında yatan nöral mekanizmaları daha fazla araştırmak için multimodal bir yaklaşım sağlar. Bu nedenle, bu protokol HD-tACS'yi EEG ile entegre etmek ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (31972906), Merkezi Üniversiteler için Temel Araştırma Fonları (SWU2209235), Southwest Üniversitesi İnovasyon Araştırması 2035 Pilot Planı (SWUPilotPlan006), Devlet Anahtar Bilişsel Sinirbilim ve Öğrenme Laboratuvarı Açık Araştırma Fonu (CNLZD2102) ve Southwest Üniversitesi Lisansüstü Araştırma İnovasyon Projesi (SWUS24034).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| EEG Beyin Kapsülü | BEYIN ÜRÜNLERI | BC-64-X42-UAMW-56 | 10-20 sistemine dayalı 64 kanal |
| 4&akut; 1 HD-tES | Soterix tıbbi | 4&akut; 1-C3A | Soterix 4× 1 HD-tDCS / HD-tES adaptörü, herhangi bir 2 kanallı Soterix Medical tDCS stimulyatorunu HD-tDCS / tES cihazına dönüştürür. 4× 1 HD-tES adaptörü bağımsız bir uyarıcı değildir ve uyarım sırasında herhangi bir akım üretmez. Bunun yerine, 4× 1 HD-tES adaptörü, 2 kanallı bir cihaz tarafından üretilen akımı akıllıca bir şekilde böler ve yönlendirir, böylece onu HD-tES (HD-tDCS, HD-tACS, HD-tRNS, HD-tPCS, HD-tODCS) dönüştürür. |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste