Stimolazione della posizione Determinazione utilizzando un digitalizzatore 3D con stimolazione a corrente diretta transcranica ad alta definizione
Summary
Presentato qui è un protocollo per ottenere una maggiore precisione nella determinazione della posizione di stimolazione che combina un digitalizzatore 3D con stimolazione ad alta definizione della corrente diretta transcranica.
Abstract
L’abbondanza di dati di neuroimaging e il rapido sviluppo dell’apprendimento automatico hanno reso possibile l’analisi dei modelli di attivazione del cervello. Tuttavia, prova causale di attivazione dell’area cerebrale che porta a un comportamento è spesso lasciato mancante. La stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS), che può alterare temporaneamente l’eccitabilità e l’attività corticale del cervello, è uno strumento neurofisiologico non invasivo utilizzato per studiare le relazioni causali nel cervello umano. La stimolazione a corrente diretta transcranica ad alta definizione (HD-tDCS) è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva (NIBS) che produce una corrente più focale rispetto al tDCS convenzionale. Tradizionalmente, la posizione di stimolazione è stata determinata approssimativamente attraverso il sistema EEG 10-20, perché determinare punti di stimolazione precisi può essere difficile. Questo protocollo utilizza un digitalizzatore 3D con HD-tDCS per aumentare la precisione nella determinazione dei punti di stimolazione. Il metodo è dimostrato utilizzando un digitalizzatore 3D per una localizzazione più accurata dei punti di stimolazione nella giunzione temporo-parietale destra (rTPJ).
Introduction
La stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS) è una tecnica non invasiva che modula l’eccitabilità corticale con deboli correnti dirette sul cuoio capelluto. Ha lo scopo di stabilire la causalità tra eccitabilità neurale e comportamento in esseri umani sani1,2,3. Inoltre, come strumento di neuroriabilitazione motoria, tDCS è ampiamente utilizzato nel trattamento del morbo di Parkinson, ictus, e paralisi cerebrale4. Le evidenze esistenti suggeriscono che il tDCS tradizionale basato su pad produce un flusso di corrente attraverso una regione cerebrale relativamente più grande5,6,7. Stimolazione a corrente diretta transcranica ad alta definizione (HD-tDCS), con l’elettrodo dell’anello centrale seduto su una regione corticale bersaglio circondata da quattro elettrodi di ritorno8,9, aumenta la focalità circoscrivendo quattro aree ad anello5,10. Inoltre, i cambiamenti nell’eccitabilità del cervello indotti dalla MH-tDCS hanno dimensioni significativamente maggiori e durate più lunghe rispetto a quelle generate dai tradizionali tDCS7,11. Pertanto, HD-tDCS è ampiamente utilizzato nella ricerca7,11.
La stimolazione cerebrale non invasiva (NIBS) richiede metodi specializzati per garantire la presenza di un sito di stimolazione nei sistemi MNI e Talairach standard12. La neuronavigazione è una tecnica che consente di mappare le interazioni tra gli stimoli transcranici e il cervello umano. La sua visualizzazione e i dati immagine 3D vengono utilizzati per una stimolazione precisa. Sia in tDCS che in HD-tDCS, una valutazione comune dei siti di stimolazione sul cuoio capelluto è in genere il sistema EEG 10-2013,14. Questa misura è ampiamente utilizzata per posizionare i tamponi tDCS e i supporti optode per la spettroscopia funzionale vicino all’infrarosso (fNIRS) nella fase iniziale13,14,15.
Determinare i punti di stimolazione precisi quando si utilizza il sistema 10-20 può essere difficile (ad esempio, nella giunzione temporo-parietale [TPJ]). Il modo migliore per risolvere questo problema è quello di ottenere immagini strutturali dai partecipanti utilizzando la risonanza magnetica (MRI), quindi ottenere l’esatta posizione della sonda abbinando i punti di destinazione alle loro immagini strutturali utilizzando prodotti di digitalizzazione15. La RM fornisce una buona risoluzione spaziale, ma è costoso da usare15,16,17. Inoltre, alcuni partecipanti (ad esempio, quelli con impianti metallici, persone claustrofobiche, donne incinte, ecc.) non possono essere sottoposti a scanner MRI. Pertanto, c’è una forte necessità di un modo conveniente ed efficiente per superare i limiti di cui sopra e aumentare la precisione nel determinare i punti di stimolazione.
Questo protocollo utilizza un digitalizzatore 3D per superare queste limitazioni. Rispetto alla risonanza magnetica, i principali vantaggi di un digitalizzatore 3D sono i costi bassi, la semplice applicazione e la portabilità. Combina cinque punti di riferimento (ad esempio, Cz, Fpz, Oz, punto preauricolare sinistro e punto preauricolare destro) di individui con informazioni sulla posizione dei punti di stimolazione bersaglio. Quindi, produce una posizione 3D di elettrodi sulla testa del soggetto e stima le loro posizioni corticali adattandosi ai vasti dati dell’immagine strutturale12,15. Questo metodo di registrazione probabilistica consente la presentazione dei dati di mappatura transcranica nel sistema di coordinate MNI senza registrare le immagini di risonanza magnetica di un soggetto. L’approccio genera etichette anatomiche automatiche e aree Brodmann11.
Il digitalizzatore 3D, utilizzato per contrassegnare le coordinate dello spazio in base ai dati delle immagini strutturali, è stato utilizzato per la prima volta per determinare la posizione delle optodi nella ricerca fNIRS18. Per coloro che utilizzano HD-tDCS, un digitalizzatore 3D rompe i punti di stimolazione finiti del sistema EEG 10-20. La distanza dei quattro elettrodi di ritorno e dell’elettrodo centrale è flessibile e può essere regolata in base alle esigenze. Quando si utilizza il digitalizzatore 3D con questo protocollo, sono state ottenute le coordinate del rTPJ, che è oltre il sistema 10-20. Sono mostrate anche le procedure per indirizzare e stimolare la giusta giunzione temporo-parietale (rTPJ) del cervello umano.
Protocol
Representative Results
Discussion
Rispetto al tDCS tradizionale, HD-tDCS aumenta la focalità della stimolazione. I tipici siti di stimolazione sono spesso basati sul sistema EEG 10-20. Tuttavia, determinare i punti di stimolazione precisi al di là di questo sistema può essere difficile. Questo documento combina un digitalizzatore 3D con HD-tDCS per determinare i punti di stimolazione oltre il sistema 10-20. È importante definire chiaramente i passi e le precauzioni per la realizzazione e l’utilizzo del tappo dell’elettrodo in tali casi.
<p class=…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (31972906), Entrepreneurship and Innovation Program for Chongqing Overseas Returned Scholars (cx2017049), National Research Funds for Central Universities (SWU1809003), Open Research Fund of the Key Laboratory of Mental Health, Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences (KLMH2019K05), Research Innovation Projects of Graduate Student in Chongqing (CYS19117) e i Fondi del Programma di Ricerca dell’Innovazione Collaborativa Centro di valutazione per la qualità dell’istruzione di base presso l’Università Normale di Pechino (2016-06-014-B-K01, SCSM-2016A2-15003 e JCXQ-C-LA-1). Ringraziamo il professor Ofir Turel per i suoi suggerimenti sulla prima bozza di questo manoscritto.
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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