在功能磁共振成像期间进行神经导航聚焦经颅直流电刺激

我们描述了一种用于局灶性 tDCS 的神经导航电极放置新方法，该方法考虑了个体参与者的头部解剖结构。我们想了解与传统放置方法相比，tDCS 电极的神经导航放置是否会导致卓越的放置精度，以及这些卓越的精度是否会改善刺激的行为和神经效应。tDCS 实验中最大的挑战之一是确保以最有效的电流输送方式将电极准确放置在每个研究参与者的头皮上。

因此，研究人员必须确保电极的准确放置并验证电位位移。在 fMRI 期间。首先，我们的方法使用每个研究参与者的电流的真实电流模拟来优化头皮上的电极位置。

其次，我们使用神经导航电极放置来确保电极连接到头皮上单独优化的位置。第三，我们确认了每次 fMRI 会话前后相对于预期目标区域的电极放置的准确性。通过提高优化电极在头皮上的放置精度，我们确保 tDCS 的效果对每个研究参与者都得到最大化。

未来，我们计划使用更新的导航 tDCS 来系统研究刺激改善人脑功能的新机制。这项研究将为 tDCS 如何调节健康和疾病中的大脑功能提供基本见解。它还将有助于在未来根据参与者和患者的特点最大限度地提高 tDCS 效果。

首先，组装神经导航所需的所有设备。打开神经导航软件，然后选择 New Empty Project （新建空项目）。加载参与者的 T1 加权图像并保存工程。

要启动 3D 头部重建，请导航到重建部分，然后单击 New Reconstruction and Skin 打开一个新窗口，然后按 Compute Skin （计算皮肤）。配置 5 个标志点，包括鼻孔、左右鼻孔和左右耳前坑。使用目标部分中阳极的 X、Y 和 Z 坐标配置右背外侧前额叶皮层的电极位置。

单击 Add new，然后命名阳极。将参与者舒适地放在面向跟踪摄像头的椅子上，并指示他们在连接了被摄体跟踪器的情况下戴上大脚杯。然后转到 会话 选项卡，并从新的下拉菜单中选择 在线会话。

选择 Polaris 选项卡以验证主体跟踪器和指针在摄像机视野中的可见性，确保两个设备都被识别。选择注册部分以在 5 个预定义的地标处注册。将指针垂直于颅骨放置，使传感器面向相机，然后踩下脚踏板以确认位置。

将指针置于已注册的地标上后，导航到验证部分并验证地标。接下来，在 refinement landmarks 面板中，单击每个位置的 add 按钮。将指针放在头部表面，然后踩下踏板以记录其他特征点。

然后选择 perform 部分并将指针移动到背外侧前额叶皮层的大致位置。当指针与屏幕上的绿色十字线中心对齐时，标记电极位置。将参与者的头发从相应的头皮区域移开，并使用皮肤记号笔或笔标记电极位置。

在标记的位置涂抹少量局部麻醉霜，以减少 tDCS fMRI 期间的身体感觉。将电源插头插入与扫描仪相同的电源板，以在正常模式下使用多通道直流刺激器。然后使用外箱电缆和适配器将其连接到外箱。

接下来，在焦点 tDCS 设置中的所有电极表面上均匀涂抹一毫米的导电凝胶，并使用电极填充辅助剂标准化凝胶厚度。打开 DC 刺激器，然后打开平板电脑。双击 DC 刺激器 MC 图标并选择相关的序列设置，然后校准刺激器以在没有连接参与者的情况下执行校准。将参与者舒适地放置在 MRI 扫描仪室外的直流刺激器附近，并测量参与者头部最宽的部分，即从前额到枕骨的周长。

然后放置电极、垫片以确保阴极围绕中心阳极的间距相等，并将它们连接到标记的头皮位置。使用最佳尺寸的 EEG 帽（不含塑料嵌件）来固定电极。将外盒连接到直流刺激器的内盒以执行阻抗检查。

要进行阻抗检查，请按下刺激器接口上的相应按钮。然后断开内箱与外箱的连接，将外箱插入扫描仪的波导中。接下来，让参与者坐在 MRI 检查台上，将内盒重新连接到插入波导中的外盒。

然后将参与者仰卧在 MRI 检查台上，头部处于开放的头部线圈中。在连接上部并将其锁定到位之前，将电极电缆穿过磁头线圈的下部。将内框放在 MRI 检查台上参与者旁边，然后将它们移动到扫描仪孔中。

离开扫描仪室，并通过通信接口通知参与者即将进行的程序。在扫描仪面板 PC 上，导航到主菜单，然后是检查和患者登记。填写必填字段后，转到 Program choice 并选择计划的成像方案。

单击患者方向并选择 Head First Supine 位置。从检查和偏侧性下拉菜单中选择大脑，然后单击检查以继续。告诉参与者将进行两次 10 分钟的静息态 fMRI 扫描，并指示他们在整个扫描期间将目光保持在注视十字架上。

要启动 tDCS，请按下平板电脑上的启动刺激按钮。单击 Release start trigger 按钮，在开始功能成像序列之前以 10 秒的斜坡开始刺激。在功能扫描和刺激期之后，当电极仍连接到参与者的头部时进行第二次 PET 扫描。完成 MRI 会话后，断开电极电缆与外盒的连接并关闭直流刺激器。

将参与者从扫描仪孔中移出，并从参与者的头部取下盖子和电极。在 fMRI 之前和 fMRI 之后都发现预期电极位置和实际电极位置之间存在显着偏差。FMRI 前后之间的电极位移最小，平均漂移为负 0.08 毫米。

在预期的实际 fMRI 前和实际后 fMRI 电极定位阶段，右枕颞叶皮层、左颞顶叶皮层和右背外侧前额叶皮层之间的电极放置精度没有显着的区域特异性差异。