Yüksek Tanımlı Transkraniyal Doğru Akım Stimülasyonu ile 3D Sayısallaştırıcı Kullanılarak Stimülasyon Yeri Tayini
December 20th, 2019
Burada sunulan yüksek tanımlı transkraniyal doğru akım stimülasyonu ile bir 3D sayısallaştırıcı birleştirerek stimülasyon yeri belirlenmesinde daha yüksek doğruluk elde etmek için bir protokoldür.
Bu yöntem transkraniyal doğru akım stimülasyon elektrot yerleşiminin sınırlamalarını aşmak için 10-10 sistemi kullanır, yöntemin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini artırır. Bu tekniğin başlıca avantajları düşük maliyet, basit uygulama ve taşınabilirlik vardır. Bu yöntem diğer teknikler ile kullanılmak üzere uygundur, örneğin, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi, ilgi belirli beyin bölgelerinin yerini doğrulamak için.
Eğer 10-10 sisteminin orantılı gereksinimi aşina iseniz bu teknik çok basittir. Prosedürü gösteren Chenyu Lv, bir lisansüstü öğrenci olacaktır. Bir elektrot tutma kapağı hazırlamak için, baş formu üzerine bir yüzme şapkası yerleştirin ve nasion ve inion arasındaki mesafeyi ölçün.
Tepe noktasını yerelleştirmek için, nasion ve inion arasındaki mesafenin orta noktasını işaretlemek ve preauriküler noktalar arasındaki mesafeyi ölçmek için bir deri belirteci kullanın. Preauriküler noktaların orta noktasını işaretleyin. Her iki orta noktanın kesiştiği nokta tepe noktasıdır.
10-10 sistemine göre, CP6 ve P6'yı bulun ve bu noktaların kesiştiği, kafa derisi üzerindeki doğru temporoparietal kavşak olarak adlandırılan uygun orta noktasını işaretleyin. Daha sonra dört dönüş elektrotunun yarıçapını hedeflere göre ayarlayın. Ve merkezi işaretleyin ve kapaktaki elektrot konumlarını döndürün.
3B sayısallaştırıcı ölçümü elde etmek için, 3B dijitalleştirme ortamının metalsiz olduğunu doğrulamak için metal bir tarayıcı kullanın. Yüzme kapağını deneğin kafasına yerleştirin ve kapağı kafa derisi konumu için uluslararası 10-10 sistemiyle hizalamak için kapaktaki referans işaretlerini kullanarak. Kapak yerindeyken, 3B dijitalleştiriciyi bilgisayara bağlamak için bir USB arabirimi kullanın ve dijitalleştirici yazılımın kullanılabilir ve hazır olduğunu onaylayın.
Kaynağı nesnenin önüne yerleştirin ve sensörün elastik ipini nesnenin başının etrafına bağlayın. Sayısallaştırıcı yazılımda, 3D sayısallaştırıcı sisteminin yazılımla iletişim kurduğunu onaylayın ve kalemin doğruluğunu doğrulamak için sıfır ve on mezuniyeti kaydetmek için kalemi ve 10 santimetrelik cetvel uzunluğunu kullanın. Yazılımda, iki kayıt noktası arasındaki mesafeyi görüntüleyin.
Daha sonra referans noktaları, orta elektrotlar ve dört dönüş elektrotlarının konum verilerini toplayın. İşlevsel yakın kızılötesi spektroskopi deneylerinin gereksinimini karşılamak için verici dedektörü ve kanal seçeneklerini seçin ve kaydedin. Stimülasyon başlatmak için, cihaza tam şarjlı piller yükleyin ve konvansiyonel transkraniyal doğru akım stimülasyon cihazını ve dördümüzü bir uyarım adaptörüyle bağlayın.
Beş gümüş-gümüş klorür merkezli halka elektrotlarının kablolarını dört teki eşleşen alıcılara bir adaptör çıkış kablosuile bağlayın. Ve deneğin başını ölçün. Plastik cihaz kapağını nesnenin kafasına yerleştirin ve yüzme başlığına beş plastik yüksek tanımlı kovanı yerleştirin.
Konunun tepe noktası FPZ ve OZ'u bulun ve kafa derisi konumları için uluslararası 10-10 sistemiyle hizaya uyacak şekilde kapaktaki referansı ayarlayın. Kapak yerinde olduğunda, uyarılmış beyin alanlarının konum verilerini toplamak için 3D sayısallaştırıcıyı kullanın. Daha sonra, kafa derisi maruz kalana kadar, plastik kasanın açılması yla saçı dikkatlice ayırmak için plastik bir şırınganın ucunu kullanın ve açıkta kalan deriyi elektriksel iletken jelle kaplayın.
Cihazda, dört lüçok kanallı stimülasyon adaptörü ile açın ve kalite değerini ayarlayın. Varsayılan ayarın tarayıp ayarlı olduğunu onaylayın ve mod seç düğmesine basın. Geçmek için taramadan geçin ve orta anod veya katot seçmek için polarite düğmesine basın.
Konvansiyonel transkraniyal doğru akım stimülasyon cihazının ayarlarını uyarıcı süresi, yoğunluk ve sahte durum ayarını içerecek şekilde ayarlayın ve tam akıma geçmek için gevşeme koluna itin. Her şey ayarlandıktan sonra, uyarımı başlatmak için başlat düğmesine basın. D.C.yoğunluk hedef akımına ulaşılına kadar artacaktır ve zamanlayıcı kalan süreyi gösterir.
Stimülasyonun sonunda, gücü kapatmadan önce akımı sıfıra ayarlamak için kolu yavaşça çevirin. Plastik kapağı açın, gümüş veya gümüş klorür sinterlenmiş halka elektrotlarını kasadan çıkarın ve yüzme kapağını çıkarın. Daha sonra aletleri temizleyin ve deneğe saçlarını temizleyecek malzemeler sağlayın.
Yakın kızılötesi spektroskopi istatistiksel parametrik haritalama bağımsız kayıt fonksiyonu kullanarak, mekansal kayıt fonksiyonu MNI koordinatları oluşturur. Ölçüm hatalarını azaltmak için, beş elektrotun son MNI koordinatlarından üç veri noktasının ortalama değeri hesaplanmıştır. Broadman bölgelerinde anatomik etiket ve numarası elde edilir.
Her satırdan sonraki sayı çakışma yüzdesini gösterir. Anatomik otomatik etiketlerde anatomik etiket ve çakışma yüzdesi elde edilir. Broadman alanları ve anatomik otomatik etiketler için, değer serebral korteks ile örtüşme yüzdesini temsil eder.
3B sayısallaştırıcı ölçümü sırasında ne kaynağın ne de sensörün hareket ettiğinden emin olmak önemlidir. Bu prosedür düşünce lokalizasyonları veya beynin işlevini incelemek için gerekli diğer yerelleştirmeler için kullanılabilir. Bu teknik aynı zamanda hassas konumlandırma için kişiselleştirilmiş beyin stimülasyonu nda da kullanılabilir.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Genel Bakış
Bu makale, stimülasyon yeri belirleme doğruluğunu artırmak için bir 3D dijitalizer ile yüksek çözünürlüklü transkraniyal doğru akım stimülasyonunu (tDCS) birleştiren bir protokolü sunar. Yöntem, 10-10 elektrot yerleşim sistemini entegre ederek tekrarlanabilirliği artırır ve fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi gibi diğer tekniklerle kullanım için uygunluğu iyileştirir.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Nörosimulasyon
- Elektrofizyoloji
Arka Plan
- Transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS) çoğunlukla elektrot yerleşim doğruluğu ile sınırlıdır.
- Yüksek çözünürlüklü tDCS, beyin stimülasyon tekniklerinin mekansal hedeflemesini iyileştirebilir.
- 3D dijitalleştirme, standart bir sisteme dayalı olarak elektrotların hassas lokalizasyonunu sağlar.
- Bu yöntem, fonksiyonel görüntüleme teknikleriyle entegrasyon yoluyla tamamlayıcı veriler sağlayabilir.
Çalışmanın Amacı
- tDCS'de elektrot yerleşiminin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini artırmak.
- Beyin stimülasyon lokalizasyonu için uygun maliyetli, taşınabilir bir çözüm sağlamak.
- Araştırma ve terapötik amaçlar için hassas beyin stimülasyonunu kolaylaştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Çalışma, stimülasyon yerlerini kesin olarak belirlemek için tDCS ile birleşik olarak bir 3D dijitalizer sistemi kullanır.
- Belirli beyin bölgelerini tanımlamak için 10-10 elektrot yerleşim sistemini kullanır.
- Adımlar, bir elektrot başlığının hazırlanmasını, anatomik işaretlerin lokalizasyonunu ve konum verilerinin kaydedilmesini içerir.
- Elektrot yerleşiminin doğruluğu onaylandıktan sonra yapılandırılmış bir tDCS cihazı kullanılarak stimülasyon başlatılır.
Ana Sonuçlar
- Protokol, stimülasyon yerlerinin hassas tanımlanmasını sağlayarak müdahalelerin doğruluğunu artırır.
- 3D dijitalleştirmenin kullanımı, elektrot yerleşimiyle ilişkili ölçüm hatalarını en aza indirir.
- Sonuçlar, beyin stimülasyon uygulamaları için gelişmiş mekansal çözünürlük gösterir.
- Yöntem, serebral korteks bölgeleriyle sistematik üst üste gelen ölçümlerle doğrulanır.
Sonuçlar
- Bu çalışma, elektrot yerleşim doğruluğunu artırarak tDCS etkinliğini iyileştirmek için yeni bir yaklaşımı gösterir.
- 3D dijitalleştirme teknolojisiyle entegrasyon, kişiselleştirilmiş beyin stimülasyon stratejilerinin geliştirilmesine katkıda bulunur.
- Genel olarak, yöntem araştırmada nöronal mekanizmaların anlaşılması ve manipülasyonu için önemli etkilere sahiptir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Accurate targeting of brain regions is critical for establishing causal links between neural activity and behavior in neuroscience research. This protocol enhances the precision of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) by integrating 3D digitization with the 10-10 electrode placement system, improving reproducibility and reducing variability in stimulation targeting. The approach supports mechanistic de-risking in target validation by enabling more reliable interrogation of cortical excitability and its behavioral consequences.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables precise interrogation of specific cortical targets such as the right temporo-parietal junction to test causal roles in cognitive functions.
- Operational Value: Improves reproducibility of stimulation targeting across experiments, reducing noise in behavioral readouts.
- Predictive Value: Increases confidence that observed behavioral changes are due to intended neuromodulation rather than off-target effects.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides a standardized, quantifiable method for electrode placement that can be integrated with functional readouts like fNIRS.
- Operational Value: Supports assay standardization by minimizing variability in stimulation location across users and sessions.
- Scalability: The low-cost, portable setup allows for deployment across multiple lab sites or testing environments.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Enables consistent targeting of human-relevant cortical regions, supporting cross-species extrapolation of neuromodulation effects.
- Mechanistic De-risking: Reduces ambiguity in target engagement, strengthening the causal inference chain from stimulation to behavioral outcome.
- Predictive Confidence: Enhances reliability of preclinical models used to screen neuromodulatory interventions.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery biology workflow by improving the precision of neuromodulation tools used to validate targets and pathways before lead identification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling accurate, repeatable stimulation of defined cortical areas to assess causal contributions to behavior.
- Assay Readiness: Generates quantifiable spatial data (e.g., MNI coordinates, Brodmann area overlap) that can be correlated with functional imaging or behavioral outputs.
- Analytics: Produces standardized electrode position metrics that allow comparison across conditions, subjects, or experimental batches.
- Translational Research: Facilitates alignment with imaging biomarkers by enabling precise co-registration of stimulation sites with functional data.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform capability for any study requiring precise, repeatable neuromodulation targeting.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by improving spatial precision and reducing off-target stimulation effects.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization of neuromodulation procedures across users and sites.
- Strategic Value: Supports better go/no-go decisions in target validation by reducing biological noise from inaccurate stimulation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of targets based on more reliable causal evidence from neuromodulation studies.
Implementation Considerations
- Requires familiarity with the 10-10 electrode placement system and anatomical landmark identification.
- Dependent on access to a 3D digitizer system and compatible software for spatial data capture.
- Necessitates a metal-free environment to ensure accurate digitizer measurements.
- Requires training to properly align the electrode cap with reference points and maintain sensor stability during recording.
- Limited to external scalp targets; cannot directly stimulate deep brain structures without computational modeling.
