使用具有高清晰度颅内直接电流刺激的 3D 数字化仪确定刺激位置
Summary
这里介绍的是一个协议，以实现更高的精度，在确定刺激位置结合3D数字化仪与高清颅内直流刺激。
Abstract
丰富的神经成像数据和机器学习的快速发展使得研究大脑激活模式成为可能。然而，导致行为的大脑区域激活的因果证据往往缺失。颅内直接电流刺激（tDCS），可以暂时改变大脑皮质兴奋性和活性，是一种非侵入性的神经生理学工具，用于研究人脑中的因果关系。与传统的tDCS相比，高清晰度颅内直流刺激（HD-tDCS）是一种非侵入性脑刺激（NIBS）技术，产生更多的焦电流。传统上，刺激位置是通过10-20脑电图系统大致确定的，因为确定精确的刺激点可能很困难。该协议使用带有 HD-tDCS 的 3D 数字化仪来提高确定刺激点的精度。使用 3D 数字化仪演示了该方法，以便更准确地定位右侧节拍-端点 （rTPJ） 中的刺激点。
Introduction
颅内直流刺激（tDCS）是一种非侵入性技术，可调节头皮上弱直流的皮质兴奋性。它的目的是确定神经兴奋性与健康人的行为之间的因果关系1，2，3。此外，作为一种运动神经修复工具，tDCS广泛用于治疗帕金森病、中风和脑瘫4。现有证据表明，传统的基于垫的tDCS通过一个相对较大的大脑区域5，6，7产生电流。高清晰度颅内直流刺激（HD-tDCS），中心环电极位于目标皮质区域上，由四个返回电极8、9包围，通过四环区域5、10增加焦距。此外，HD-tDCS引起的大脑兴奋性变化比传统的tDCS7、11产生的变化幅度更大，持续时间更长。因此，HD-tDCS在研究7、11中得到了广泛的应用。
非侵入性脑刺激（NIBS）需要专门的方法，以确保一个刺激位点存在于标准的MNI和Talairach系统12。神经导航是一种技术，允许映射颅内刺激和人脑之间的相互作用。其可视化和3D图像数据用于精确刺激。在tDCS和HD-tDCS中，头皮上刺激部位的常见评估通常是EEG 10-20系统13，14。该测量广泛用于在初始阶段13、14、15中放置tDCS垫片和光片支架，用于功能性近红外光谱（fNIRS）。
在使用 10-20 系统时确定精确的刺激点可能很困难（例如，在节拍-波天交点 [TPJ]中）。解决这个问题的最好办法是使用磁共振成像（MRI）从参与者那里获得结构图像，然后通过使用数字化产品15将目标点与其结构图像进行匹配，从而获得精确的探针位置。MRI提供了良好的空间分辨率，但使用15，16，17是昂贵的。此外，一些参与者（例如，那些植入金属的人、幽闭恐惧症患者、孕妇等）不能接受MRI扫描仪。因此，非常需要一种方便、有效的方法来克服上述限制，提高确定刺激点的准确性。
该协议使用 3D 数字化仪来克服这些限制。与 MRI 相比，3D 数字化仪的主要优点是成本低、应用简单和便携性。它将个人的五个参考点（即Cz、Fpz、Oz、左前视点和右前视点）与目标刺激点的位置信息相结合。然后，它在受试者的头部产生电极的3D位置，并通过配合结构图像12、15中的大量数据来估计其皮质位置。这种概率配准方法能够在MNI坐标系中显示颅内映射数据，而无需记录主体的磁共振图像。该方法产生解剖自动标签和布罗德曼区域11。
3D数字化仪，用于根据结构图像的数据标记空间坐标，首先用于确定fNIRS研究中光子的位置。对于使用 HD-tDCS 的用户，3D 数字化仪可打破 EEG 10-20 系统的有限刺激点。四个回归电极和中心电极的距离是灵活的，可以根据需要进行调整。当使用3D数字化仪与该协议时，获得rTPJ的坐标，这超出了10-20系统。还显示了靶向和刺激人脑右节拍-腹腔结 （rTPJ） 的程序。
Protocol
Representative Results
Discussion
与传统tDCS相比，HD-tDCS增加了刺激的焦距。典型的刺激位点通常基于10-20脑电图系统。然而，确定这个系统以外的精确刺激点可能很困难。本文将 3D 数字化仪与 HD-tDCS 相结合，以确定 10-20 系统以外的刺激点。在这种情况下，必须明确定义制作和使用电极盖的步骤和预防措施。
一般来说，靶刺激区的位置来源于以往脑成像研究的结果，可以得到刺激区域在10-20国际系统或MNI坐标…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究得到了国家自然科学基金（31972906）、重庆海外归国学者创业与创新计划（cx2017049）、中央高校基础研究基金（SWU1809003）、开放中国科学院心理研究所心理健康重点实验室研究基金（KLMH2019K05）、重庆研究生研究创新项目（CYS19117）和合作创新研究计划基金北京师范大学基础教育质量评估中心（2016-06-014-BZK01、SCSM-2016A2-15003和JCXQ-C-LA-1）。我们要感谢奥蒂尔·图雷尔教授对本手稿初稿的建议。
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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