גירוי זרם ישיר טרנס-גולגולתי ממוקד ממוקד הניתן במהלך הדמיית תהודה מגנטית תפקודית

Summary

פרוטוקול זה מתאר את השיטה של מיקום אלקטרודות נוירו-ניווטיות עבור גירוי זרם ישיר טרנס-גולגולתי (tDCS) הניתן במהלך דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI).

Abstract

גירוי זרם ישיר תוך גולגולתי (tDCS) היא טכניקה לא פולשנית לגירוי מוחי המאפשרת אפנון של ההתרגשות והפלסטיות של המוח האנושי. מערכי tDCS מוקדיים משתמשים בסידורי אלקטרודות ספציפיים כדי להגביל את זרימת הזרם לאזורי מוח מוגבלים. עם זאת, היעילות של tDCS מוקד יכולה להיפגע על ידי טעויות מיקום אלקטרודות על הקרקפת, וכתוצאה מכך הפחתה משמעותית של המינון הנוכחי מגיע לאזורי היעד במוח עבור tDCS. מיקום אלקטרודות מונחה על ידי ניווט עצבי המבוסס על האנטומיה של הראש והמוח של הפרט הנגזר מנתוני דימות תהודה מגנטית מבנית (MRI) עשוי להתאים לשיפור דיוק המיקום.

פרוטוקול זה מתאר את השיטה של מיקום אלקטרודות נוירו-ניווטיות עבור מערך tDCS מוקדי, המתאים למתן בו-זמני במהלך MRI תפקודי (fMRI). אנו גם מכמתים את הדיוק של מיקום האלקטרודות וחוקרים את סחף האלקטרודות בניסוי tDCS-fMRI מקביל. צעדים קריטיים כוללים אופטימיזציה של מיקומי אלקטרודות המבוססים על מודלים נוכחיים המתחשבים באנטומיה של הראש והמוח של הפרט, יישום מיקום אלקטרודות נוירונוויטציה על הקרקפת, ומתן tDCS אופטימלי וממוקד במהלך fMRI.

הדיוק האזורי של מיקום האלקטרודות מכומת באמצעות הנורמה האוקלידית (L² Norm) כדי לקבוע סטיות בפועל ממיקום האלקטרודות המיועדות במהלך מחקר tDCS-fMRI מקביל. כל תזוזה אפשרית של אלקטרודות (סחף) במהלך הניסוי נחקרת על ידי השוואת מיקומי אלקטרודות בפועל לפני ואחרי רכישת fMRI. בנוסף, אנו משווים ישירות את דיוק המיקום של tDCS עצבי לזה שהושג על ידי גישת מיקוד מבוססת קרקפת (מערכת 10-20 אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG). ניתוחים אלה הדגימו דיוק מיקום מעולה עבור ניווט עצבי בהשוואה למיקום אלקטרודות מבוסס קרקפת וסחף אלקטרודות זניח על פני תקופת סריקה של 20 דקות.

Introduction

גירוי זרם ישיר תוך גולגולתי (tDCS) היא טכניקה לא פולשנית לגירוי מוחי המאפשרת שינוי של קוגניציה ותפקודי מוח פיזיולוגיים בהקשרים ניסיוניים וקליניים ^1,2,3. מתן חריף של tDCS יכול לגרום לשינויים חולפים ברגישות העצבית, כאשר תופעות הלוואי נמשכות בין דקות לשעות לאחר הגירוי ^4,5. הזרם המופעל אינו משרה פוטנציאלי פעולה אלא מעביר באופן זמני את פוטנציאל קרום המנוחה של תא העצב לכיוון דה-פולריזציה או היפרפולריזציה, וכתוצאה מכך עוררות עצבית מוגברת או מופחתת ברמה המקרוסקופית באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים ^4,5,6. יתר על כן, בנוגע להשפעות הפלסטיות הסינפטית של tDCS, מחקרים בבעלי חיים ובבני אדם הראו כי tDCS גורם להגברה ארוכת טווח ולדיכאון (LTP ו- LTD^{) תהליכים דמויי 4,5}.

במערכת המוטורית, אפנון של פוטנציאלים מעוררים מוטוריים (MEPs) מאפשר הערכה ישירה של ההשפעות הנוירופיזיולוגיות של tDCS על עוררות קליפת המוח המקומית⁷. עם זאת, גישה זו אינה יכולה לכמת את ההשפעות העצביות של tDCS על תפקודים קוגניטיביים מסדר גבוה יותר הנתמכים על ידי רשתות מוח תפקודיות בקנה מידה גדול⁸. ההשפעות על רשתות המוח יכולות להיחקר על ידי שילוב tDCS עם טכניקות הדמיה תפקודית מודרניות ^9,10. מבין אלה, דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI) הפך לגישה הנפוצה ביותר מכיוון שהוא מספק רזולוציה מרחבית מצוינת וזמנית מספקת כדי לחשוף את המנגנונים העצביים שבאמצעותם tDCS משפיע על פעילות המוח המקומית באתר הגירוי וברשתות עצביות בקנה מידה גדול 11,12,13,14.

עד כה, מחקרי fMRI-tDCS משולבים השתמשו בעיקר במה שמכונה מערכי tDCS קונבנציונליים, המשתמשים באלקטרודות גומי גדולות יחסית בין 25 ל-35 ס"מ² (5 x 5 ס"מ² ו-5 x 7 ס"מ²) המוחדרות לכיסי ספוג ספוגי מלח^15,16. מערכים אלה מקרינים את הזרם בין שתי אלקטרודות המחוברות בדרך כלל מעל (א) אזור מטרה במוח עבור tDCS ו-(ב) אלקטרודה חוזרת מעל אזורים במוח שאינם מטרה או אזורים חוץ-גולגולתיים (למשל, הכתף). התוצאה היא זרימת זרם נרחבת ברחבי המוח, המשפיעה על אזורים שאינם אזור המטרה, ובכך מסבכת הנחות סיבתיות ופרשנויות לגבי המקור העצבי של השפעות tDCS¹⁷.

מיקוד מרחבי מדויק יותר יכול להיות מושג על ידי tDCS¹⁸ מוקד. מערכים אלה משתמשים במערכים של אלקטרודות קטנות יותר המסודרות בסמיכות זו לזו או באמצעות קתודה בצורת טבעת הממוקמת סביב אנודה מרכזית כדי להגביל את זרימת הזרם לאזור המטרה^18,19. סימולציות מחשב של זרימת זרם חשמלי מצביעות על כך ש-tDCS ממוקד יכול לגרום לדיוק מרחבי גבוה יותר של זרימת הזרם לאזור המטרה מאשר מונטאז'ים קונבנציונליים²⁰. יתר על כן, מחקרים התנהגותיים הדגימו אפנון התנהגותי אזורי וספציפי למשימה באמצעות הגדרות מוקדיות 19,21,22. עם זאת, רק מחקרים מעטים השתמשו ב-tDCS ממוקד במהלך fMRI. מחקרים אלה הצליחו לבסס את ההיתכנות של גישה זו וסיפקו את הראיות הראשונות לאפנון עצבי ספציפי לאזור^19,23.

עם זאת, בגלל העברת זרם מדויקת מבחינה אזורית, הגדרות tDCS מוקדיות עשויות להיות רגישות יותר לשגיאות מיקום אלקטרודות על הקרקפת מאשר מונטאז'ים קונבנציונליים. לדוגמה, Seo et al. הראו כי שגיאות מיקום של 5 מ"מ במערך קליפת המוח המוטורית המוקדית הפחיתו את שיא הקיטוב הסומטי בידית היד בשיעור של עד 87%²⁴. יתר על כן, מחקר מידול חישובי שנערך לאחרונה הראה כי תזוזת אלקטרודות ממיקומים ייעודיים למוקד בהשוואה למערכים קונבנציונליים הביאה להפחתת מינון נוכחית משמעותית באזורי היעד עבור tDCS, בטווח שבין 26% ל -43% ²⁵%. לפיכך, נקבע כי מחקרים עתידיים צריכים לכלול באופן שגרתי שיטות מתאימות לשיפור מיקום האלקטרודות ולאימות מיקום האלקטרודות לפני ואחרי fMRI⁵.

במחקר הנוכחי, אנו מתארים את השיטה של מיקום אלקטרודות נוירו-ניווטיות עבור מערך מוקד 3 x 1 tDCS חדשני תואם fMRI (כלומר, שלוש קתודות בודדות המסודרות במעגל סביב אנודה מרכזית אחת), אשר נמצאת כעת בשימוש בקונסורציום מחקר משותף במימון הקרן הגרמנית למדע (יחידת המחקר DFG 5429, https://www.memoslap.de). המאגד חוקר השפעות התנהגותיות ועצביות של tDCS ממוקד על למידה וזיכרון ומנבא תגובת גירוי בארבעה תחומים תפקודיים (כלומר, תפקודים חזותיים-מרחביים, שפה, מוטוריים וניהוליים). נתוני MRI משוקללי T1 ו-T2 מבניים של משתתפי המחקר נרכשים במהלך סריקה בסיסית. נתונים אלה משמשים להדמיות זרימת זרם אינדיבידואליות²⁶ כדי לקבוע את מיקומי הקרקפת של אלקטרודות הממקסמות את זרימת הזרם לאזור היעד בקרב משתתפי מחקר בודדים. לדוגמה, פרוטוקול זה יתאר מיקוד נוירו-ניווטי של מיקומי אלקטרודות שנקבעו בנפרד המרוכזים מעל קליפת המוח הקדם-מצחית הגבית-צדית הימנית (rDLPFC) אצל משתתף אחד.

סעיף התוצאות המייצגות מבוסס על נתוני הדמיה מבנית שנרכשו לפני ואחרי tDCS-fMRI במקביל בשלושה תת-פרויקטים של יחידת המחקר. מחקרים אלה התמקדו בקליפת המוח העורפית-טמפורלית הימנית (rOTC), בקליפת המוח הרקתית-קודקודית השמאלית (lTPC) וב-rDLPFC. הנתונים נרכשו במחלקה לנוירולוגיה של האוניברסיטה לרפואה גרייפסוואלד. באמצעות נתונים אלה, שאפנו להשיג שתי מטרות עיקריות: (1) לכמת את הדיוק המרחבי של מיקום אלקטרודות נוירונווט על ידי השוואת מיקומי אלקטרודות "מיועדים" לעומת מיקומים "ממשיים" שנקבעו אמפירית²⁵, ו-(2) לחקור את מידת תזוזת האלקטרודות במהלך מפגשי fMRI (כלומר, סחף אלקטרודות). גורמים אלה חיוניים לשיפור הדיוק והאמינות של השפעות tDCS במחקרי tDCS-fMRI מקבילים²⁷. בנוסף, דיוק המיקוד של tDCS מנווט עצבי מושווה לזה של גישה מבוססת קרקפת באמצעות נתונים ממחקר tDCS-fMRI קודם בקבוצה²⁵ שלנו.

Protocol

כל ההליכים הניסיוניים המוצגים בפרוטוקול זה נבדקו ואושרו על ידי ועדת האתיקה של האוניברסיטה לרפואה גרייפסוואלד. כל המשתתפים נתנו הסכמה מדעת לפני הכללת המחקר והעניקו אישור לפרסם את הנתונים שלהם באופן אנונימי.

1. סינון התוויות נגד ושיקולים כלליים

1. לפני ההרשמה למחקר, סנן בקפידה את המשתתפים עבור MRI²⁸ ו- tDCS²⁹ התוויות נגד (למשל, קוצבי לב, קלסטרופוביה, היסטוריה של התקפים, מיגרנה, מחלות עור בקרקפת [למשל, פסוריאזיס / אקזמה]) באמצעות שאלונים מתאימים.
2. להסביר למשתתפים את מטרות המחקר ואת כל ההליכים המתוכננים ולקבל הסכמה מדעת בכתב בהתאם לדרישות המקומיות.
3. בצע נהלים כלליים לשיפור הדיווח והשחזור של ניסויי tDCS-fMRI בו-זמניים ובדוק תוצרי הדמיה פוטנציאליים המושרים על ידי ציוד הזרם ו/או tDCS כפי שהומלץ על-ידי רשימת התיוג של ContES³⁰.
4. השתמש בשיטות מתאימות כדי להעריך את עיוורון המשתתפים והחוקר ^31,32 ואת ההשפעות השליליות האפשריות של tDCS²⁹.

2. סריקת MRI בסיסית ומידול זרם אישי

1. לאחר השלמת בדיקות הבטיחות (כלומר, הוצאת חפצי מתכת מהמשתתף, כגון מטבעות, שרשראות, פירסינג וכו'), יש להנחות את המשתתף לחדר הסורק ולמקם אותו בנוחות על שולחן בדיקת ה-MRI. חבר את החלק העליון של סליל הראש והזז את המשתתף בתוך הבור של סורק ה- MRI בהתאם למפרט היצרן.
   הערה: השתמשנו בסורק 3T המצויד בסליל ראש / צוואר 64 ערוצים.
2. רשום את המשתתף החדש באמצעות ממשק הסורק על ידי לחיצה על תפריט ראשי | בחינה | רישום מטופל ומילוי השדות הנדרשים. עבור אל Program Choice ואסוף ובחר את פרוטוקול ההדמיה המתוכנן. לחץ על כיוון המטופל ובחר את הראש תחילה, אפשרות מיקום שכיבה . מהתפריט הנפתח אזור בדיקה ורוחביות , בחר מוח ולאחר מכן לחץ על בדיקה כדי להגיע לתפריט הבדיקה.
3. פעלו בהתאם להוראות שעל המסך של פרוטוקול הסריקה המוגדר מראש (כגון התאמת שדה הראייה וכו') כדי לקבל רצפי MRI משוקללים מסוג T1 ו-T2. אינטראקציה עם המשתתף באמצעות מערכת התקשורת המתמחים סורק במידת הצורך.
   הערה: תמונות משוקללות T1 ו- T2 נדרשות למידול נוכחי מותאם אישית. התמונה המשוקללת T1 נדרשת גם לניווט עצבי כדי לזהות את המיקומים המתוכננים והאופטימליים של אלקטרודות על הקרקפת של המשתתפים.
4. השתמש בסקריפט ב- https://github.com/memoslap/Greifswald ובנתוני הדמיה מבנית שנרכשו במהלך סריקת MRI הבסיסית כדי לבצע מידול זרם אינדיבידואלי (למשל, באמצעות SimNIBS²⁶). בצע את השלבים בקובץ Readme.md כדי להחיל את שיטת האלמנטים הסופיים ואת רשתות הראש הטטרהדרליות האינדיבידואליות שנוצרו מהתמונות המשוקללות T1 ו- T2 המבניות של המשתתף (http://simnibs.org)26,33,34 כלי CHARM³⁵ לשחזור ראש כדי לקבוע את שיא השדה החשמלי כדי לקבוע מיקומי מטרה ממוטבים למיקום אלקטרודות tDCS מעל rDLPFC. ראו איור 1 כדוגמה לתוצאות ההליך המשמש לפרוטוקול זה.
   הערה: שיטות חלופיות לזיהוי קואורדינטות קרקפת עבור מיקוד ניווט עצבי אפשריות ותלויות בהליכים ספציפיים למחקר.

3. ניווט עצבי

1. שלבי הכנה
   1. הפעל את מחשב הבקרה Neuronavigation ואת מערכת המעקב.
   2. שלבי הרכבה: הרכיבו את כל הציוד הדרוש לניווט עצבי (איור 2; לסקירה כללית של מערך הניווט העצבי, ראו איור משלים S1). הציוד באיור 2 מורכב מ-(1) עוקב נושאים, (2) מברג, (3) מוט משושה, (4) משקפי מגן ו-(5) מצביע. בצע את ההוראות הבאות כדי להשלים את ההרכבה.
      1. שחררו את הבורג מתחת למעקב הנושא בעזרת המברג.
      2. הכנס את הצד הארוך יותר של מוט המשושה לתוך האגוז המורכב על עוקב הנושא והדק את הבורג.
      3. שחררו את הבורג בצד שמאל של משקפי המגן (כאשר משקפי המגן ממוקמים כאילו מסתכלים דרכם).
      4. הכנס את הצד הנגדי של מוט המשושה לתוך האגוז המותקן בצד שמאל של משקפי המגן והדק את בורג משקפי המגן.
         הערה: יש לך אפשרות להתקין את מעקב הנושא בצד שמאל או ימין של משקפי המגן. בחירה זו תלויה באזור היעד ביחס למיקום המצלמה של מערכת הניווט העצבי (שחייבת לזהות את המצביע ואת עוקב הנושא) ביחס למיקום המשתתף. בדוגמה הנוכחית, הגשש מחובר בצד שמאל כך שהאדם המבצע את המעקב אינו עומד בין הגשש למצלמה.
   3. העבר את T1-משוקלל מבני (למשל, כקובץ Neuroimaging Informatics Technology Initiative (NIfTI) של המשתתף המתאים שהתקבל בשלב 2.3. למחשב הבקרה של מערכת הניווט העצבי.
   4. פתח את תוכנת הניווט העצבי ובחר פרויקט ריק חדש.
   5. טען את התמונה המשוקללת T1 של המשתתף ושמור את הפרוייקט על-ידי בחירה באפשרות שמור פרוייקט.
   6. כדי ליזום את שחזור ראש 3D, עבור אל סעיף שחזורים בחלון הראשי של היישום. לחץ על חדש... | עור, שיפתח חלון נוסף. לשחזר את העור על ידי לחיצה על הכפתור המתאים. יש לכוונן את סף העור/האוויר אם נצפים עיוותים בשחזור הראש.
      הערה: מומלץ לבדוק אם כל הראש משוחזר כראוי. שחזור טוב של האף והאוזניים חשוב כדי לזהות את ציוני הדרך המתוארים בשלב הבא.
   7. הגדר חמישה ציוני דרך: נזיון, נחיריים שמאליים וימניים, ובורות פראוריקולריים שמאליים וימניים (LPA ו- RPA). אלה נדרשים לרשום את המשתתף בסעיף ציוני דרך בחלון הראשי של האפליקציה (לפרטים, ראה תרשים משלים S2).
   8. הגדר את מיקום האלקטרודה עבור rDLPFC במקטע מטרות על ידי הכנסת קואורדינטות x, y ו- z של מיקום האנודה (שסופקו על ידי סימולציות זרימת זרם אינדיבידואליות המתוארות בשלב 2.4), לחץ על הוסף חדש והקלד אנודה כשם מיקום האלקטרודה. חזור על ההליך עבור שלוש האלקטרודות החוזרות.
2. זיהוי עצבי של מיקומי אלקטרודות
   1. מקם את המשתתף בנוחות על כיסא מול מצלמת המעקב. בקש ממנו להרכיב את משקפי המגן עם מעקב הנושא מחובר.
   2. הנחו את המשתתפים לא לגעת במשקפי המגן במהלך כל הליך הניווט העצבי. זה חיוני לרישום מדויק של ציוני הדרך ותיקוף של מיקומי האלקטרודות.
   3. עבור אל הכרטיסיה הפעלות ומהפינה הימנית, בחר הפעלה מקוונת מהתפריט הנפתח חדש . בחרו בכרטיסייה Polaris ואמתו את הניראות של מעקב אחר נושא הצילום והמצביע על-ידי העברתם לשדה הראייה של המצלמה. שני ההתקנים מזוהים כהלכה כאשר הצלבים האדומים המתאימים משתנים לסימני הביקורת הירוקים בחלונית Tools (בצד שמאל של חלון היישום).
   4. בחר את המקטע רישום כדי לרשום את חמשת ציוני הדרך המוגדרים מראש. מצא את נקודת הציון המתאימה על ידי הצבת המצביע בניצב לראש המשתתף כאשר החיישנים מצביעים על המצלמה. לאחר מכן, לחץ על דוושת הרגל של מערכת הניווט העצבי כדי לאשר את המיקום. ודא שסימן ביקורת ירוק מוצג לפני השם של כל ציון דרך.
   5. נווט אל מקטע האימות ואמת את ציוני הדרך על ידי הצבת קצה המצביע על ציוני הדרך הרשומים ובדוק את שני מדדי המרחק; האינדקס הראשון מציג את המרחק בין הכוונת (קצה מצביע וירטואלי) לבין ציון הדרך הרשום, האינדקס השני מציג את המרחק בין הכוונת לבין העור המשוחזר.
      הערה: בעת שימוש בפרמטרי ברירת המחדל של מערכת הניווט העצבי, מדדים מתחת ל-5 מ"מ מצביעים על דיוק מספיק כדי לעבור את שלב האימות. זה מקובל בהקשרים ניסיוניים רבים. עם זאת, בגלל הגדרת המוקד הממוטבת המשמשת בפרוטוקול זה, אימות האלקטרודות מתקבל רק אם הסטייה מהקואורדינטות המיועדות קטנה מ-1 מ"מ (ראה איור 3).
   6. העבירו את המצביע מעל הקרקפת של המשתתפים ובדקו את הכוונת של הקרקפת המשוחזרת על צג הניווט העצבי. אם הכוונת נשארת מיושרת עם הקרקפת המשוחזרת מבלי לחדור אליה או ליצור רווח מעליה, מקובל, אם כי לא מומלץ, לדלג על השלב הבא.
   7. דגמו נקודות נוספות סביב מיקומי נקודות קיצון, כולל המיקום השמאלי ביותר, הימני ביותר, העליון ביותר, האחורי ביותר והמיקום הקדמי ביותר. לשם כך, לחצו על הלחצן 'הוסף' בחלונית 'ציוני דרך ממקדים' לכל מיקום. לאחר מכן, מקם את המצביע על משטח המטרה של הראש, ודא שקצה המצביע נוגע בעדינות בקרקפת, ולחץ על הדוושה כדי לרשום את המיקום. חזור על תהליך זה עד שהמרחק בין הכוונת לעור המשוחזר נמוך ככל האפשר.
      הערה: מערכות ניווט עצבי שונות עשויות להשתמש במינוח שונה כדי להתייחס לתהליך זה (למשל, רישום פני השטח).
   8. בחר באזור Perform והזז את המצביע למיקום המשוער של DLPFC כדי למצוא את מיקום האנודה המרכזית (בהתבסס על הקואורדינטות המופיעות באיור 1D). תוך כדי הזזת המצביע, התבונן במסך בו-זמנית. סמן את מיקומי האלקטרודות כאשר קצה המצביע מיושר עם מרכז הכוונת הירוקה על המסך.
   9. הרחיקו את שיער המתאמן מהאזור המתאים בקרקפת וסמנו את המיקומים בטוש/עט לעור
   . חזרו על התהליך עבור המיקומים של שלוש הקתודה (ראו איור 1D).
   10. יש למרוח כמות קטנה של קרם הרדמה מקומי במיקומים המיועדים של האלקטרודות כדי להפחית את התחושות הפיזיות על הקרקפת במהלך tDCS-fMRI.
       הערה: יש להקפיד על מעבר של 20 דקות לפחות בין מריחת הקרם להתחלת השימוש ב-tDCS.

4. tDCS-fMRI

1. הכנה ל-tDCS-fMRI במקביל
   1. הכן מוקד 3 x 1 tDCS עם מגרה זרם ישר רב ערוצי (DC).
   2. השתמש בממריץ DC^{הרב-ערוצי 36} במצב רגיל (ללא סוללה). הכנס את תקע החשמל של הסטימולטור לאותו מפצל חשמל כמו הסורק לקבלת יחס אות לרעש משופר והפחתת תוצרי הדמיה (ראה גם הערות ממפרטי היצרן).
   3. ודאו שכל החומרים הדרושים הקשורים לגירוי זמינים ונקיים (איור 4). יש להקפיד במיוחד שאלקטרודות הגומי ותבניות התלת-ממד לא יכילו כל הדבקה ממפגשי ניסוי קודמים.
      הערה: ההתקנה המשמשת בפרויקט זה משתמשת באלקטרודות ותיבות סינון מותאמות אישית שפותחו בשיתוף פעולה עם יצרן ממריץ DC כדי לעמוד בדרישות הספציפיות של יחידת המחקר (ראה איור 4A). עם זאת, ניתן להשתמש גם ברכיבים תואמי MRI סטנדרטיים.
      1. השתמשו בכלי עזר למילוי אלקטרודות (תרמופלסטי) המודפס בתלת-ממד כדי לתקנן את היישום של משחת אלקטרודות מוליכה לפני חיבור האלקטרודות לקרקפת (איור 4A (9),B).
      2. השתמשו בספייסר (תרמופלסטי) מודפס בתלת-ממד כדי למקם את האלקטרודות על הקרקפת ולוודא שהמרחקים בין האנודה לקתודה נשמרים במהלך מפגשי fMRI-tDCS (איור 4A (10),C).
         הערה: ניתן לגשת לתבניות המותאמות אישית בתלת-ממד באמצעות הקישור הבא: https://github.com/memoslap/Material
   4. כדי להגדיר את מגרה DC, חבר את ממריץ DC לתיבה החיצונית (באמצעות כבל התיבה החיצונית ומתאם). חבר את כבל הקופסה הפנימית לתיבה הפנימית והחיצונית (ראה איור 4).
   5. יש למרוח 1 מ"מ של הדבקה מוליכה באופן שווה על פני כל האלקטרודות של מערך focus-tDCS 3x1. השתמש בעזר מילוי האלקטרודה כדי לתקנן את עובי ההדבקה. מכסים רק את פני השטח של האלקטרודה עם הדבק ולהסיר כל הדבק נוסף.
   6. הפעל את ממריץ DC ואת מחשב הלוח (בסדר הנתון). לחץ פעמיים על סמל DC-Stimulator MC בשולחן העבודה. בחר את רצף הגירוי הדרוש בתפריט הנפתח של הגדרת הרצף שנבחר . לחץ על כפתור כיול המגרה כדי לכייל את הממריץ ללא עומס חשמלי (כלומר, המשתתף אינו מחובר למגרה).
      זהירות: אם המשתתף מחובר למגרה בזמן הכיול, הזרם החשמלי עלול לגרום לתחושות כואבות.
   7. מקם את המשתתף בנוחות ליד מגרה DC מחוץ לחדר סורק MRI.
   8. קבע את החלק הרחב ביותר של ראש המשתתף, מהמצח (ממש מעל הגבות) ועד עצם העורפית בחלק האחורי של הראש, כדי לבחור את הגודל האופטימלי של כובע EEG כדי לשמור על האלקטרודות במקומן במהלך מפגש tDCS-fMRI.
   9. הניחו את האלקטרודות בספייסר כדי להבטיח ריווח שווה של הקתודה סביב האנודה המרכזית וחברו את האלקטרודות מעל מיקומי הקרקפת המזוהים והמסומנים.
   10. השתמש במכסה EEG בגודל אופטימלי ללא תוספות פלסטיק כדי לשמור על האלקטרודות במקומן במהלך tDCS-fMRI.
       הערה: ודא שהאלקטרודות אינן נעקרות ממקומן בזמן שהמכסה מונח במקומו.
   11. חבר את מוליכי כבלי האלקטרודות לקופסה הפנימית של מגרה DC כדי לבצע בדיקת עכבה. בחר את רצף הגירוי הדרוש בתפריט הנפתח של הגדרת הרצף שנבחר . התחל את בדיקת העכבה על ידי לחיצה על לחצן בדיקת העכבה במגרה DC. ודא שמצב MR מסומן.
   12. בצע את בדיקת העכבה על ידי לחיצה על הלחצן המתאים בממשק הגירוי; אם העכבה היא ≤25 kΩ, עבור לשלב הבא (4.1.13). אם העכבה גבוהה יותר עבור אלקטרודה כלשהי, לחצו ברכות את האלקטרודות לקרקפת, הדקו את המכסה ואפשרו לעיסה המוליכה להתחמם. במידת הצורך, יש למרוח הדבק נוסף.
   13. נתק את התיבה הפנימית מהקופסה החיצונית והכנס את התיבה החיצונית למדריך הגל של הסורק.
   14. יש להנחות את המשתתף לחדר הסורק תוך אחיזה בקופסה הפנימית וכבלי האלקטרודות המחוברים.
       הערה: בכל עת, יש להקפיד מאוד שלא יהיה מתח על הכבלים, מה שעלול לגרום לתזוזה של האלקטרודות.
   15. בקשו מהמשתתפים לשבת על שולחן בדיקת ה-MRI ולחבר מחדש את הקופסה הפנימית לקופסה החיצונית (המוכנסת למדריך הגל של הסורק).
   16. הניחו את המשתתף בנוחות במצב שכיבה על שולחן בדיקת MRI, כאשר הראש ממוקם בסליל הראש הפתוח. השתמשו בכריות מתנפחות משני צידי הראש ובכרית נוספת בחלק העליון של הראש כדי לייצב אותו.
       הערה: כריות מתנפחות עדיפות בצדדים על פני כריות קצף כדי למנוע תזוזה של אלקטרודות בעת החדרת כריות הקצף.
   17. העבירו את כבלי האלקטרודות דרך החלק התחתון של סליל הראש לפני חיבור החלק העליון של סליל הראש ונעילתו במקומו.
   18. מקמו את הקופסה הפנימית ליד המשתתף על שולחן בדיקת ה-MRI והעבירו את המשתתף לבור הסורק.
   19. צא מחדר הסורק ועדכן את המשתתף על ההליכים הקרובים באמצעות ממשק התקשורת של הסורק לפני כל רצף הדמיה מבני ופונקציונלי, וכן לפני בדיקת העכבה השנייה בתוך הסורק.
2. tDCS-fMRI בו-זמני
   1. בלוח הסורק PC, רשום את המשתתף החדש על-ידי לחיצה על תפריט ראשי | בחינה | רישום מטופל ומילוי השדות הנדרשים. עבור אל Program Choice ואסוף ובחר את פרוטוקול ההדמיה המתוכנן. לחץ על כיוון המטופל ובחר את הראש תחילה, אפשרות מיקום שכיבה . מהתפריט הנפתח אזור בדיקה ורוחביות , בחר מוח ולחץ על בדיקה כדי להגיע לתפריט הבדיקה.
   2. בצע את ההוראות שעל המסך כדי להשיג את הסריקות המתוכננות (pre-fMRI Pointwise Encoding Time reduction with Radial Acquisition (PETRA), fMRI, post-fMRI PETRA) לפי הסדר המוצג בשלבים הבאים של פרוטוקול זה.
      1. רכשו סריקת PETRA המאפשרת אימות של מיקומי האלקטרודות על ראשו של המשתתף.
      2. יידעו את המשתתפים כי יבוצעו שתי סריקות fMRI במצב מנוחה של 10 דקות וכי עליו לשמור על מבטו על צלב קיבוע (מוצג באמצעות מקרן ומראות המותקנות על סליל הראש) למשך כל תקופת הסריקה (2 x 10 דקות).
      3. התחל את גירוי tDCS על-ידי לחיצה על לחצן גירוי init במחשב הצג. לחץ על לחצן ההפעלה-טריגר של השחרור כדי להתחיל את הגירוי עם עלייה של 10 שניות לפני תחילת רצפי ההדמיה הפונקציונליים. ניהול tDCS במשך 20 דקות עם 2 mA.
         הערה: פרוטוקולי גירוי אחרים עם תקופות השתוללות שונות או עוצמות גירוי או משכי זמן שונים אפשריים.
      4. לאחר סיום הסריקות הפונקציונליות ותקופת הגירוי, בצעו סריקת PETRA שנייה כאשר האלקטרודות עדיין מחוברות לראשו של המשתתף.
         הערה: בהשוואה לסריקת PETRA טרום-fMRI, הדבר מאפשר לקבוע תנועת אלקטרודות פוטנציאלית על פני ניסוי tDCS-fMRI (כלומר, סחף).
   3. בסיום סשן ה-MRI, נתקו את כבלי האלקטרודות מהקופסה החיצונית וכבו את מגרה DC, הוציאו את המשתתף מבור הסורק, הסירו את הפקק מראשו של המשתתף והסירו את האלקטרודות.
   4. בדקו את הקרקפת של המשתתף לאיתור אדמומיות פוטנציאלית בעור הנגרמת על ידי הגירוי. נקו את הקרקפת של המתאמן במקום שבו הונחו האלקטרודות.
   5. בסוף הניסוי, בקשו מהמשתתפים למלא את תופעות הלוואי של tDCS^{29 ו-31,32} שאלונים מסנוורים.

תוצאות

נכללו נתונים של 43 משתתפים צעירים בריאים (20 גברים / 23 נשים, בגילאי 24.74 ± 5.50 שנים). המשתתפים השלימו עד ארבעה מפגשי fMRI. מיקום נוירונולוגי של אלקטרודות בוצע לפני כל מפגש fMRI. בסך הכל, 338 מערכי נתונים המייצגים את מיקומי האנודות במרכז לפני ואחרי fMRI נכללו בניתוחי הנתונים.

Discussion

שלבים קריטיים, שינויים אפשריים ופתרון בעיות של השיטה
מיקום מדויק של אלקטרודות הוא גורם טכני מכריע בניסויי tDCS, וסטיות ממיקומי הקרקפת המיועדים או מנדידת האלקטרודות יכולות להשפיע על זרימת הזרם לאזורי המטרה במוח^{המיועדים 42,43}. זה רל...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Brainsight neuronavigation system	Brainsight; Rogue Research Inc., Montréal, Canada
CR-5 Pro high temp 3D printer	CREALITY, Shenzhen, China
DC-STIMULATOR MC	NeuroConn GmbH, Ilmenau, Germany	https://www.neurocaregroup.com/technology/dc-stimulator-mc
EMLA Cream 5%	Aspen, Dublin, Ireland
MAGNETOM Vida 3T, syngo_MR_XA50 software	Siemens Healthineers AG, Forchheim, Germany
Polaris camera	Polaris Vicra; Northern Digital Inc., Waterloo, Canada
Ten20 conductive EEG paste	Weaver and Company, Aurora, USA
TPU 3D printer filament	SUNLU International, Hong-Kong, China
Example of alternatives
Ingenia 3.0T (MR-scanner)	Phillips, Amsterdam, Netherlands
Localite TMS Navigator (Neuronavigation equipment)	Localite, Bonn, Germany
Neural Navigator (Neuronavigation equipment)	Soterix, New Jersey, USA
PEBA 3D printer filament	Kimya, Nantes, France
PLA 3D printer filament	Filamentworld, Neu-Ulm, Deutschland
StarStim (Stimulator)	Neuroelectrics, Barcelona, Spain