Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना और एक साथ फंक्शनल मैग्नेटिक रेसोनेंस इमेजिंग
Summary
Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान (tDCS) उत्तेजना एक noninvasive मस्तिष्क प्रोत्साहन तकनीक है. यह सफलतापूर्वक मानव में मस्तिष्क समारोह मिलाना बुनियादी अनुसंधान और नैदानिक सेटिंग में इस्तेमाल किया गया है. यह लेख tDCS प्रभाव के तंत्रिका आधार की जांच करने के लिए, tDCS के कार्यान्वयन और एक साथ कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) का वर्णन करता है.
Abstract
Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान (tDCS) उत्तेजना कमजोर बिजली cortical excitability में हेरफेर करने की खोपड़ी को दिलाई धाराओं और इसके परिणामस्वरूप, व्यवहार और मस्तिष्क समारोह का उपयोग करता है कि एक noninvasive मस्तिष्क प्रोत्साहन तकनीक है. पिछले दशक में, कई अध्ययनों से स्वस्थ व्यक्तियों में और विभिन्न रोगी आबादी की संख्या में दोनों, मोटर और संज्ञानात्मक कार्यों के दौरान व्यवहार प्रदर्शन के विभिन्न उपायों पर tDCS के अल्पकालिक और दीर्घकालिक प्रभाव को संबोधित किया है. अब तक, तथापि, थोड़ा बड़े पैमाने पर नेटवर्क मस्तिष्क के संबंध में मानव में tDCS कार्रवाई के तंत्रिका आधार के बारे में जाना जाता है. यह समस्या कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) या (ईईजी) की तरह कार्यात्मक ब्रेन इमेजिंग तकनीक के साथ tDCS संयोजन के द्वारा संबोधित किया जा सकता है.
विशेष रूप से, fMRI अनुभूति और मोटर कार्यों अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की जांच करने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल ब्रेन इमेजिंग तकनीक है. ApplicatifMRI दौरान tDCS की पर पूरे मस्तिष्क भर में उच्च स्थानिक संकल्प के साथ व्यवहार tDCS प्रभाव अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र के विश्लेषण की अनुमति देता है. इस तकनीक का उपयोग हाल के अध्ययनों से व्यवहार में सुधार के साथ जुड़े थे, जो उत्तेजना स्थल पर कार्य से संबंधित कार्यात्मक मस्तिष्क की गतिविधियों में और भी अधिक दूर मस्तिष्क क्षेत्रों में उत्तेजना प्रेरित परिवर्तन की पहचान की. इसके अलावा, आराम कर राज्य fMRI दौरान प्रशासित tDCS पूरे दिमाग कार्यात्मक कनेक्टिविटी में व्यापक परिवर्तन की पहचान की अनुमति दी.
इस संयुक्त प्रोटोकॉल का उपयोग भविष्य के अध्ययन के लिए स्वास्थ्य और रोग और अनुसंधान और नैदानिक सेटिंग में tDCS का अधिक लक्षित आवेदन के लिए नए विकल्पों में tDCS कार्रवाई के तंत्र में नई अंतर्दृष्टि उपज चाहिए. वर्तमान पांडुलिपि fMRI दौरान प्रशासित tDCS के तकनीकी पहलुओं पर ध्यान देने के साथ, एक कदम दर कदम फैशन में इस उपन्यास तकनीक का वर्णन है.
Introduction
Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान (tDCS) उत्तेजना cortical कामकाज दो खोपड़ी-चिपका इलेक्ट्रोड के बीच प्रक्षेपित एक कमजोर विद्युत धारा (आमतौर पर 1-2 मा) के माध्यम से संग्राहक है जिसमें मस्तिष्क की उत्तेजना की एक noninvasive विधि है. Physiologically, tDCS जिससे cortical excitability 1 में परिवर्तन को बढ़ावा देने, सोडियम और कैल्शियम चैनल के हेरफेर के माध्यम से लक्षित cortical क्षेत्र के भीतर neuronal आराम झिल्ली क्षमता (आरएमपी) में एक ध्रुवता निर्भर बदलाव लाती है. विशेष रूप से, anodal उत्तेजना (atDCS) cathodal उत्तेजना (ctDCS) cortical excitability 2 कम कर देता है, जबकि neuronal आरएमपी के विध्रुवण के माध्यम से cortical गतिविधि बढ़ाने के लिए दिखाया गया है. मस्तिष्क प्रोत्साहन के अन्य प्रकार की तुलना में (जैसे transcranial चुंबकीय उत्तेजना) सुरक्षा अच्छी तरह से स्थापित किया गया है और इस प्रकार अब तक कोई गंभीर साइड इफेक्ट भी कमजोर आबादी 3, 4 में सूचित किया गया है. इसके अलावा, कम से कम लो के लिएwer उत्तेजना तीव्रता (अप करने के लिए 1 एमए), एक प्रभावी placebo ("दिखावा") उत्तेजना हालत tDCS प्रायोगिक और नैदानिक अनुसंधान सेटिंग में एक आकर्षक उपकरण प्रतिपादन, उत्तेजना की स्थिति के लिए प्रतिभागियों और जांचकर्ताओं के प्रभावी चकाचौंध की अनुमति, 5 मौजूद है.
कई अध्ययनों से अब तक cortical excitability में इन परिवर्तनों व्यवहार modulations में हो सकता है कि पता चला है. मोटर प्रणाली में, लगातार ध्रुवता निर्भर प्रभाव atDCS और ctDCS दोनों के लिए 1, 6 सूचित किया गया है. CtDCS अक्सर ख़राब संज्ञानात्मक प्रसंस्करण में परिणाम नहीं था, जबकि संज्ञानात्मक अध्ययन में, संज्ञानात्मक कार्यों को बढ़ाने के लिए atDCS कार्यरत है कि अध्ययन के बहुमत, प्रदर्शन 7 पर लाभकारी प्रभाव की सूचना दी. उत्तरार्द्ध अनुभूति 6 अंतर्निहित तंत्रिका प्रसंस्करण संसाधनों का अधिक से अधिक अतिरेक से समझाया जा सकता है. tDCS पढ़ाई के बहुमत का अध्ययन करने के पार से अधिक डिजाइन कार्यरत हैकेवल समय 1 का संक्षिप्त अवधि के लिए वर्तमान की समाप्ति खत्म जो उत्तेजना का तत्काल प्रभाव,. हालांकि, यह तंत्रिका तंत्र अंतर्निहित कौशल अधिग्रहण 8 यानी प्रोटीन संश्लेषण पर उत्तेजना प्रभावों, दोहराया कि सुझाव दिया गया है. दोहराया tDCS सत्र और इन सुधारों की दीर्घकालिक स्थिरता स्वस्थ वयस्कों 8-10 में कई महीनों के लिए पिछले करने के लिए सूचित किया गया है के साथ संयुक्त दरअसल, जब मोटर या संज्ञानात्मक प्रशिक्षण सफलता बढ़ाया जा सकता है. इस तरह के निष्कर्ष भी नैदानिक संदर्भों और प्रारंभिक आंकड़ों में tDCS के उपयोग में एक ब्याज छिड़ यह भी विभिन्न नैदानिक आबादी 3 में एक प्राथमिक या सहायक उपचार दृष्टिकोण के रूप में उपयोगी हो सकता है. अध्ययन की एक अपेक्षाकृत बड़ी संख्या में मोटर प्रणाली में tDCS का neurophysiological प्रभाव को संबोधित करते हुए हालांकि, थोड़ा स्वास्थ्य और रोग में संज्ञानात्मक मस्तिष्क कार्यों पर tDCS प्रभाव की अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र के बारे में जाना जाता है.TDCS की कार्रवाई की विधा का एक बेहतर समझ अनुसंधान और नैदानिक सेटिंग में tDCS का अधिक लक्षित अनुप्रयोगों के लिए एक आवश्यक शर्त है.
इस मुद्दे (ईईजी) या कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) जैसे कार्यात्मक ब्रेन इमेजिंग तकनीक के साथ tDCS संयोजन के द्वारा संबोधित किया जा सकता है. अनुभूति और मोटर कार्यों अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की जांच के अध्ययन के बहुमत fMRI 11 को रोजगार के लिए चुना है. विशेष रूप से, fMRI अनुभूति और मोटर कार्यों 11 अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की जांच करने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल ब्रेन इमेजिंग तकनीक है. TDCS की समवर्ती आवेदन के साथ संयुक्त इसके अलावा, जब fMRI ईईजी की तुलना में पूरे मस्तिष्क भर में उच्च स्थानिक संकल्प के साथ व्यवहार tDCS प्रभाव अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की परीक्षा (संयुक्त tDCS ईईजी की हाल वर्णन के लिए Schestatsky एट अल. 12 देखें) की अनुमति देता है. वर्तमान पांडुलिपि वीं का वर्णनएक साथ fMRI दौरान tDCS का ई संयुक्त उपयोग. इस उपन्यास तकनीक को सफलतापूर्वक मोटर और संज्ञानात्मक कार्यों को 13-19 के tDCS प्रेरित modulations अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है. भविष्य में, इस संयुक्त प्रोटोकॉल स्वास्थ्य और रोग में tDCS कार्रवाई के तंत्र में नई अंतर्दृष्टि निकलेगा. इस तकनीक के साथ मूल्यांकन के रूप में बड़े पैमाने पर तंत्रिका नेटवर्क पर tDCS के प्रभाव को समझना अनुसंधान और नैदानिक सेटिंग में tDCS का अधिक लक्षित आवेदन के लिए नींव रखना कर सकते हैं.
पांडुलिपि एक विशिष्ट हार्डवेयर जरूरतों पर जोर दिया, तकनीक के कार्यान्वयन, और सुरक्षा कारणों से, व्यवहार tDCS प्रयोगों और एक साथ fMRI दौरान tDCS के संयुक्त उपयोग के बीच मतभेद पर ध्यान दिया जाएगा. एक उदाहरण के रूप में कार्य अनुपस्थित आराम राज्य (राज्यसभा) fMRI के दौरान और एक भाषा कार्य 14, 15 डब्ल्यू दौरान बाएं अवर ललाट गाइरस (IFG) को दिलाई tDCS का एक सत्रकई अन्य अनुप्रयोगों 16, 19 संभव हो रहे हैं, हालांकि बीमार, वर्णित किया. प्रयोगात्मक डिजाइन, प्रतिभागी विशेषताओं और fMRI डेटा विश्लेषण प्रक्रियाओं का विवरण मूल प्रकाशनों 14,15 में विस्तार से वर्णित है और वर्तमान पांडुलिपि के दायरे से बाहर किया गया है. इसके अलावा, इन अध्ययनों में, एक अतिरिक्त fMRI शामिल दिखावा tDCS (विवरण के लिए "प्रतिनिधि परिणाम" देखें) का अधिग्रहण कर लिया और atDCS सत्र के परिणामों की तुलना में था कि स्कैन. इस सत्र उत्तेजना पहले स्कैनिंग सत्र (विवरण के लिए देखें चित्र 1) के शुरू करने के लिए बंद किया गया था, सिवाय इसके कि वर्तमान पांडुलिपि में वर्णित एक के समान था. वर्तमान प्रक्रिया को सफलतापूर्वक उन्नत इमेजिंग (चरित विश्वविद्यालय के मेडिसिन, बर्लिन, जर्मनी) के लिए बर्लिन केन्द्र में एक 3 टेस्ला सीमेंस तीनों एमआरआई स्कैनर में लागू किया गया है, और सिद्धांत में अन्य स्कैनर के रूप में अच्छी तरह से 13 के लिए लागू किया जाना चाहिए.
Protocol
Representative Results
Discussion
एक साथ fMRI साथ tDCS के संयुक्त आवेदन उच्च स्थानिक संकल्प 13-19 के साथ पूरे मस्तिष्क भर में उत्तेजना का तत्काल प्रभाव के तंत्रिका आधार elucidating के लिए संभावित दिखाया गया है. भविष्य में, इस तरह के अध्ययन उत्तरार्…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम ड्यूश Forschungsgemeinschaft से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था (वायुसेना: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 और DFG-उड़ानों-257, उल द्वारा: 423/1-1), Bundesministerium फर Bildung und Forschung (वायुसेना: FKZ0315673A और 01GY1144, वायुसेना और एम.एम.: 01EO0801), जर्मन शैक्षणिक विनिमय सेवा (वायुसेना: DAAD-54391829), Go8 ऑस्ट्रेलिया – जर्मनी संयुक्त अनुसंधान सहयोग योजना (डीसी: 2011001430), वरना-क्रोनर फ्रेसेनियस Stiftung (वायुसेना: 2009-141, आर एल: 2011-119) और ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद (डीसी: एआरसी FT100100976, एम एम: एआरसी FT120100608). हम संपादकीय सहायता के लिए केट Riggall धन्यवाद.
Materials
| DC-Stimulator Plus | NeuroConn, Illmenau, Germany | 21 | |
| Hardware extension DC-Stimulator MR (2 MRI compatible rubber electrodes, electrode and box cable and inner filter box; outer filter box and stimulator cable) | NeuroConn, Illmenau, Germany | ||
| 2 sponge pads for rubber electrodes (7×5 and 10×10 ccm) | NeuroConn, Illmenau, Germany | ||
| Rubber head band | |||
| NaCL solution | |||
| Measurement tape | To determine electrode position using the EEG 10-20 system | ||
| Pen | Used during electrode positioning |
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