Détermination de l'emplacement de la stimulation à l'aide d'un numériseur 3D avec stimulation à courant direct transcrânien haute définition
Summary
Présenté ici est un protocole pour atteindre une plus grande précision dans la détermination de l’emplacement de stimulation combinant un numériseur 3D avec la stimulation transcrânienne de courant transcrânien de haute définition.
Abstract
L’abondance des données de neuroimagerie et le développement rapide de l’apprentissage automatique ont permis d’étudier les modèles d’activation du cerveau. Cependant, l’évidence causale de l’activation de secteur de cerveau menant à un comportement est souvent laissée manquante. La stimulation transcrânienne du courant direct (TDCS), qui peut temporairement altérer l’excitabilité et l’activité corticales du cerveau, est un outil neurophysiologique non invasif utilisé pour étudier les relations causales dans le cerveau humain. La stimulation transcrânienne de courant direct de haute définition (HD-tDCS) est une technique non invasive de stimulation de cerveau (NIBS) qui produit un courant plus focal comparé au tDCS conventionnel. Traditionnellement, l’emplacement de stimulation a été grossièrement déterminé par le système 10-20 EEG, parce que la détermination des points de stimulation précis peut être difficile. Ce protocole utilise un numériseur 3D avec HD-tDCS pour augmenter la précision dans la détermination des points de stimulation. La méthode est démontrée à l’aide d’un numériseur 3D pour une localisation plus précise des points de stimulation dans la jonction temporo-pariétale droite (rTPJ).
Introduction
La stimulation transcrânienne de courant direct (tDCS) est une technique non invasive qui module l’excitabilité corticale avec les courants directs faibles au-dessus du cuir chevelu. Il vise à établir la causalité entre l’excitabilité neuronale et le comportement chez les humains en bonne santé1,2,3. En outre, comme un outil de neuroréhabilitation motrice, tDCS est largement utilisé dans le traitement de la maladie de Parkinson, accident vasculaire cérébral, et la paralysie cérébrale4. Les preuves existantes suggèrent que le tDCS traditionnel basé sur le pad produit le flux de courant par une région relativement plus grande de cerveau5,6,7. Stimulation transcrânienne de courant transcrânien haute définition (HD-tDCS), avec l’électrode d’anneau central se reposant au-dessus d’une région corticale cible entourée de quatre électrodes de retour8,9, augmente la focalité en circonscrivant quatre secteurs d’anneau5,10. En outre, les changements dans l’excitabilité du cerveau induits par HD-tDCS ont des grandeurs significativement plus grandes et des durées plus longues que celles générées par tDCS traditionnel7,11. Par conséquent, HD-tDCS est largement utilisé dans la recherche7,11.
La stimulation cérébrale non invasive (NIBS) nécessite des méthodes spécialisées pour s’assurer qu’un site de stimulation est présent dans les systèmes standard de l’INM et de Talairach12. La neuronavigation est une technique qui permet de cartographier les interactions entre les stimuli transcrâniens et le cerveau humain. Sa visualisation et ses données d’image 3D sont utilisées pour une stimulation précise. Dans les deux tDCS et HD-tDCS, une évaluation commune des sites de stimulation sur le cuir chevelu est généralement le système EEG 10-2013,14. Cette mesure est largement utilisée pour placer les tampons tDCS et les supports d’optode pour la spectroscopie infrarouge proche fonctionnelle (fNIRS) dans l’étape initiale13,14,15.
Il peut être difficile de déterminer les points de stimulation précis lors de l’utilisation du système 10-20 (p. ex., dans la jonction temporo-pariétale [TPJ]). La meilleure façon de résoudre ce problème est d’obtenir des images structurelles des participants à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique (IRM), puis d’obtenir la position exacte de la sonde en faisant correspondre les points cibles à leurs images structurelles à l’aide de produits de numérisation15. MRI fournit une bonne résolution spatiale, mais est coûteux à utiliser15,16,17. De plus, certains participants (p. ex., ceux qui ont des implants métalliques, des personnes claustrophobes, des femmes enceintes, etc.) ne peuvent pas être soumis à des IRM. Par conséquent, il y a un fort besoin d’un moyen pratique et efficace de surmonter les limitations mentionnées ci-dessus et d’augmenter la précision dans la détermination des points de stimulation.
Ce protocole utilise un numériseur 3D pour surmonter ces limitations. Par rapport à l’IRM, les principaux avantages d’un numériseur 3D sont les coûts faibles, l’application simple et la portabilité. Il combine cinq points de référence (c.-à-d. Cz, Fpz, Oz, point préauriculaire gauche, et point préauriculaire droit) des individus avec des informations de localisation des points de stimulation cibles. Ensuite, il produit une position 3D d’électrodes sur la tête du sujet et estime leurs positions corticales en s’adaptant aux vastes données de l’image structurelle12,15. Cette méthode d’enregistrement probabiliste permet la présentation de données de cartographie transcrânienne dans le système de coordonnées de l’INM sans enregistrer les images de résonance magnétique d’un sujet. L’approche génère des étiquettes automatiques anatomiques et des zones Brodmann11.
Le numériseur 3D, utilisé pour marquer les coordonnées spatiales en fonction des données provenant d’images structurelles, a d’abord été utilisé pour déterminer la position des optodes dans la recherche fNIRS18. Pour ceux qui utilisent HD-tDCS, un numériseur 3D brise les points de stimulation finie du système EEG 10-20. La distance des quatre électrodes de retour et de l’électrode centrale est flexible et peut être ajustée au besoin. Lors de l’utilisation du numériseur 3D avec ce protocole, les coordonnées du rTPJ ont été obtenues, ce qui est au-delà du système 10-20. Sont également montrés les procédures pour cibler et stimuler la jonction temporo-pariétale droite (rTPJ) du cerveau humain.
Protocol
Representative Results
Discussion
Par rapport au TDCS traditionnel, HD-tDCS augmente la focalité de la stimulation. Les sites typiques de stimulation sont souvent basés sur le système 10-20 EEG. Cependant, il peut être difficile de déterminer les points de stimulation précis au-delà de ce système. Cet article combine un numériseur 3D avec HD-tDCS pour déterminer les points de stimulation au-delà du système 10-20. Il est important de définir clairement les étapes et les précautions pour faire et utiliser le bouchon d’électrode dans de tels…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude a été soutenue par la National Natural Science Foundation of China (31972906), Entrepreneurship and Innovation Program for Chongqing Overseas Returned Scholars (cx2017049), Fundamental Research Funds for Central Universities (SWU1809003), Open Fonds de recherche du Key Laboratory of Mental Health, Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences (KLMH2019K05), Research Innovation Projects of Graduate Student in Chongqing (CYS19117), and the Research Program Funds of the Collaborative Innovation Centre d’évaluation vers la qualité de l’éducation de base à l’Université normale de Beijing (2016-06-014-BZK01, SCSM-2016A2-15003, et JCXQ-C-LA-1). Nous tenons à remercier le professeur Ofir Turel pour ses suggestions sur la première ébauche de ce manuscrit.
Materials
| 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 |
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