高精細経頭蓋直流刺激を用いた3Dデジタイザーを用いた刺激位置決定
Summary
ここでは、高精細経頭蓋直流刺激と3Dデジタイザを組み合わせた刺激位置の決定において、より高い精度を達成するためのプロトコルである。
Abstract
神経イメージングデータの豊富さと機械学習の急速な発達により、脳の活性化パターンを調べすることが可能になりました。しかしながら、行動につながる脳領域活性化の因果証拠はしばしば行方不明のままである。脳皮質興奮性および活性を一時的に変化させることができる経頭蓋直流刺激(tDCS)は、人間の脳における因果関係を研究するために用いられる非侵襲的な神経生理学的ツールである。高精細経頭蓋直流刺激(HD-tDCS)は、従来のtDCSに比べてより焦点電流を生み出す非侵襲的な脳刺激(NIBS)技術です。従来、刺激位置は10-20脳波システムを介してほぼ決定されてきたが、正確な刺激点を決定することは困難な場合がある。このプロトコルは、HD-tDCSを備えた3Dデジタイザを使用して、刺激点の決定精度を高めます。この方法は、右側顎頭頂接合部(rTPJ)における刺激点のより正確な局在化のために、3Dデジタイザを使用して実証されています。
Introduction
経頭蓋直流刺激(tDCS)は、頭皮上の弱い直流で皮質興奮を調節する非侵襲的な技術である。健康なヒト1、2、3における神経興奮性と行動との因果関係を確立することを目的としている。また、運動神経リハビリテーションツールとして、tDCSはパーキンソン病、脳卒中、脳性麻痺4の治療に広く用いられている。既存の証拠は、従来のパッドベースのtDCSが比較的大きな脳領域5、6、7を通して電流を生成することを示唆している。高精細経頭直流刺激(HD-tDCS)は、中心環電極が4つの戻り電極8、9で囲まれた標的皮質領域上に位置するとともに、4つの環領域5、10を周回させることにより焦点性を高める。さらに、HD-tDCSによって誘導される脳の興奮性の変化は、従来のtDCS7、11によって生成されるものよりも有意に大きな大きさおよび長い持続時間を有する。したがって、HD-tDCSは研究7、11で広く使用されている。
非侵襲的脳刺激(NIBS)は、刺激部位が標準MNIおよびタレアッハシステム12に存在することを保証するための特別な方法を必要とする。ニューロナビゲーションは、経頭蓋刺激と人間の脳との間の相互作用をマッピングすることを可能にする技術です。その視覚化および3D画像データは精密な刺激のために使用される。tDCSおよびHD-tDCSの両方において、頭皮上の刺激部位の一般的な評価は、典型的には脳波10-20システム13、14である。この測定は、初期段階13、14、15における機能的近赤外分光法(fNIRS)用のtDCSパッドおよび光線ホルダを配置するために広く使用されている。
10-20系を使用する際の正確な刺激点の決定は困難な場合がある(例えば、テンポロ頭頂接合部[TPJ])。これを解決する最善の方法は、磁気共鳴画像法(MRI)を用いて参加者から構造画像を取得し、その後、デジタル化製品15を用いて目標点を構造画像に一致させることによって正確なプローブ位置を得る。MRIは良好な空間分解能を提供しますが、15、16、17を使用するには高価です。さらに、一部の参加者(例えば、金属インプラントを持つもの、閉所恐怖症の人々、妊婦など)はMRIスキャナを受けることができません。そのため、上記の制限を克服し、刺激点を決定する精度を高めるための便利で効率的な方法が強く求められます。
このプロトコルは、これらの制限を克服するために3Dデジタイザを使用します。MRI と比較すると、3D デジタイザの主な利点は、低コスト、シンプルなアプリケーション、および移植性です。これは、個人の5つの基準点(すなわち、Cz、Fpz、Oz、左前序語点、および右前序球点)と標的刺激点の位置情報を組み合わせたものです。そして、被験者の頭部に電極の3D位置を作り出し、構造画像12、15からの膨大なデータに適合させることにより皮質位置を推定する。この確率的登録方法により、被験者の磁気共鳴画像を記録することなく、MNI座標系で経頭蓋マッピングデータを提示することができます。このアプローチは、解剖学的自動ラベルとブロッドマン領域11を生成します。
3Dデジタイザは、構造画像からのデータに基づいて空間座標をマークするために使用され、fNIRS研究18におけるオプトードの位置を決定するために最初に使用された。HD-tDCSを使用する人のために、3Dデジタイザーは脳波10-20システムの有限刺激点を壊す。4つのリターン電極と中心電極の距離は柔軟性があり、必要に応じて調整することができます。このプロトコルで3Dデジタイザを使用すると、10-20システムを超えるrTPJの座標が得られました。また、人間の脳の右側頭頂接合部(rTPJ)を標的化し、刺激するための手順も示されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
従来のtDCSと比較して、HD-tDCSは刺激の焦点を増加させます。刺激の典型的な部位は、多くの場合、10-20脳波システムに基づいています。しかし、このシステムを超える正確な刺激点を決定することは困難な場合があります。本論文では、3DデジタイザとHD-tDCSを組み合わせて、10~20システムを超える刺激点を決定します。このような場合には、電極キャップを作り、使用するための手順と予防措?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、中国国立自然科学財団(31972906)、重慶海外帰国学者のための起業家精神とイノベーションプログラム(cx2017049)、中央大学基礎研究基金(SWU1809003)によって支援されました。中国科学院心理学研究所(KLMH2019K05)、重慶大学院生研究イノベーションプロジェクト(CYS19117)、共同イノベーション研究プログラム研究基金研究基金北京師範大学基礎教育品質評価センター(2016-06-014-BZK01、SCSM-2016A2-15003、JCXQ-C-LA-1)。この原稿の初期の草稿に関する彼の提案に対するオフィル・トゥレル教授の提案に感謝します。
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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