経頭蓋直流電気刺激と同時機能的磁気共鳴画像
Summary
経頭蓋直流電流刺激（TDCは）は非侵襲的脳刺激法である。これは正常ヒト脳機能を調節するために、基礎研究および臨床の設定で使用されている。この記事では、TDCは効果の神経基盤を調べるために、TDCは同時機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の実装について説明します。
Abstract
経頭蓋直流刺激（TDCは）は微弱な電気皮質興奮性を操作するために頭皮に投与した電流と、結果的に、行動および脳機能を使用して非侵襲的脳刺激技術である。過去10年間では、多くの研究は、健常者と異なる患者集団の数の両方で、モータと認知課題時の行動性能の異なる措置TDCは、短期および長期的な効果に取り組んでいる。しかし、これまではほとんど大規模な脳のネットワークに関して、ヒトにおけるTDCは作用の神経基盤について知られている。この問題は、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）または脳波（EEG）のような脳機能イメージング技術とを組み合わせることによって、TDCは対処することができる。
具体的には、fMRIの、認知機能および運動機能の根底にある神経機構を調査するために最も広く使用されている脳のイメージング技術である。アプリケーションシートfMRIの中のTDCは上の脳全体にわたって高い空間分解能でTDCは行動的効果の基礎となる神経機構の解析が可能になる。この手法を用いた最近の研究では、行動の改善と関連していた刺激部位にタスク関連脳機能活動のと、より遠くの脳領域における刺激誘発変化を同定した。また、安静状態fMRIの中に投与TDCは、全脳の機能的結合の広範な変化の同定を可能にした。
この組み合わせプロトコルを使用して、将来の研究では、健康と病気の研究や臨床現場でのTDCは、よりターゲットを絞ったアプリケーションのための新しいオプションでのTDCは作用機序に新たな洞察が得られるはずです。現在の原稿がfMRIの中に投与TDCはの技術的な側面に焦点を当て、ステップ·バイ·ステップ方式でこの新規技術が記載されている。
Introduction
経頭蓋直流刺激（TDCは）は、皮質機能する二つの頭皮に固定された電極間に投影された微弱な電流（、典型的には1〜2 MA）を用いて変調される脳刺激の非侵襲的方法である。生理学的に、TDCは、それによって1皮質興奮性の変化を促進し、ナトリウム及びカルシウムチャネルの操作により標的皮質領域内のニューロンの静止膜電位（RMP）における極性依存性のシフトを誘発する。具体的には、陽極刺激（atDCS）が陰極刺激（ctDCS）は皮質興奮性2を削減しながら、神経細胞のRMPの脱分極を経由して皮質活動を増加させることが示されています。脳刺激の他のタイプと比較して（ 例えば、経頭蓋磁気刺激）の安全性は十分に確立されており、これまでに重篤な副作用があっても脆弱な集団3、図4に報告されていない。また、少なくともLO用（1ミリアンペアまで）の刺激強度WER、効果的なプラセボ（「偽」）刺激条件は、TDCはを実験的および臨床研究の設定で魅力的なツールをレンダリングする、刺激条件に参加者と研究者の効果的な盲目を可能に5が存在する。
多数の研究がこれまでに皮質興奮性におけるこれらの変化は、行動のモジュレーションをもたらし得ることを示している。モータシステムにおいて、一貫性のある極性依存効果はatDCSとctDCS両方に対して6,1報告されている。 ctDCSが頻繁に認知処理を生じなかったが、認知の研究では、認知機能を向上させatDCSを用いた研究の大半は、性能7に有益な効果を報告した。後者は認知6の基礎となる神経の処理リソースをより冗長性に よって説明されるかもしれない。 TDCは研究の大半は研究するクロスオーバーのデザインを採用している時間だけ1の短期間の現在の終了を長持ち刺激の即効性、。しかしながら、基礎となる神経機構技能習得8、すなわちタンパク質合成に対する刺激の影響を、繰り返しことが示唆されている。繰り返しTDCはセッションおよびこれらの改良の長期安定性は、健康な成人8-10に数ヶ月まで持続することが報告されていると組み合わされたとき実際に、モータまたは認知トレーニングの成功を向上させることができる。このような知見は、臨床状況におけるTDCはの使用への関心を引き起こしており、予備データは、それはまた、種々の臨床集団3における一次又は補助的治療法として有用であり得ることを示唆している。研究は、比較的多数のモータシステムにおけるTDCは神経生理学の影響に対処しつつ、しかし、少しは、健康および疾患における認知脳機能に対するTDCは効果の基礎となる神経機構についてはほとんど知られていない。TDCはの作用機序をよりよく理解するには、研究と臨床現場でのTDCは、よりターゲットを絞ったアプリケーションにとって必要な前提条件である。
この問題は、脳波（EEG）または機能的磁気共鳴画像法（fMRI）のような脳機能イメージング技術とを組み合わせることによって、TDCは対処することができる。認知と運動機能の基礎となる神経機構を調査した研究の大半は、fMRIの11を採用することを選択しました。具体的には、fMRIの、認知機能および運動機能11の基礎となる神経機構を研究するために最も広く使用されている脳のイメージング技術である。 TDCはの同時アプリケーションと組み合わせることでさらに、fMRIのは、脳波に比べて脳全体にわたる高い空間分解能での行動TDCは効果の基礎となる神経機構（組み合わせTDCは、脳波の最近の説明については、Schestatsky らを参照してください。12）の検査を可能にする。現在の原稿が目について説明します同時fMRIの中のTDCはのEを併用する。この新しい技術は正常に運動と認知機能13〜19のTDCは誘発される変調方式の基礎となる神経機構を研究するために使用されています。将来的には、この組み合わせプロトコルは、健康と病気におけるTDCは作用機序に新たな洞察が得られます。この手法で評価されるような大規模ニューラルネットワーク上のTDCはの影響を理解することは、研究と臨床現場でのTDCは、よりターゲットを絞ったアプリケーションのための基礎を築くことがあります。
原稿は、特定のハードウェア要件に重点を置いて、技術の実装、および安全性を考慮して、行動TDCは実験と同時fMRIの中のTDCはを併用することとの違いに焦点を当てます。例として、タスク不在安静状態（RS）fMRIの中に、言語タスク14、15ワットの間、左下前頭回（IFG）に投与されたTDCは、単一のセッション他の多くのアプリケーションが19、16可能であるが、病気について説明する。実験計画は、参加者特性およびfMRIのデータ解析手順の詳細は、元の刊行物14,15に詳細に記載し、本論文の範囲を超えているされている。さらに、これらの研究では、追加のfMRIのは、関係シャムTDCはは（詳細については、「代表的な結果」を参照）を取得し、atDCSセッションの結果と比較したことをスキャンします。このセッションでは、刺激は（詳細については図1を参照）前のスキャンセッションの開始を中止したことを除いて、本原稿に記載のものと同一であった。現在の手順が正常に進んイメージング（シャリテ大学医学部、ベルリン、ドイツ）ベルリンセンターで3テスラシーメンストリオMRIスキャナで実装されており、原理的には他のスキャナだけでなく、13に適用可能であるべきである。
Protocol
Representative Results
Discussion
同時fMRIを持つTDCはを組み合わせたアプリケーションは、高い空間分解能13〜19で、脳全体にわたる刺激の即効性の神経的基盤を解明するための可能性を示している。将来的には、このような研究は、後者の技術の優れた時間分解能を利用するために、結合されたEEG-TDCは研究によって補完することができる。また、刺激intrascanner頭皮上の電極の正確な位置の確認ができます（ 例えば…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
（：; 379-11/1、379-10/1およびDFG-EXC-257、ULによる379-8/1：423/1-1 AF）、Bundesministerium毛皮は、この作品は、ドイツ学術振興からの補助金によって支えられてBildungウントForschung（AF：FKZ0315673Aと01GY1144、AFとMM：01EO0801）、ドイツ学術交流会（AF：DAAD-54391829）、Go8オーストラリア – ドイツ共同研究協力制度（DC：2011001430）、エルス·クローネフレゼニウス財団（AF：2009から141; RL：2011から119）とオーストラリア研究評議会（DC：アークFT100100976; MM：ARC FT120100608）。私たちは社説援助ケイトRiggallに感謝します。
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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