機能的磁気共鳴画像法中に投与される神経ナビゲートされた焦点化経頭蓋直流刺激

個々の参加者の頭部の解剖学的構造を考慮した焦点 tDCS のニューロナビゲーション電極配置の新しい方法について説明します。私たちは、tDCS電極のニューロナビゲーション配置が従来の配置方法と比較して優れた配置精度をもたらすかどうか、そしてこれらの優れた精度が刺激の行動的および神経的効果を改善するかどうかを理解したいと考えています。tDCS実験の最大の課題の1つは、電流供給が最も効果的である方法で、各研究参加者の頭皮に電極を正確に配置することです。

したがって、研究者は電極の正確な配置を確保し、潜在的な変位を確認する必要があります。fMRI中。まず、私たちのアプローチは、各研究参加者の電流の流れの現実的な電流シミュレーションを使用して、頭皮上の電極位置を最適化します。

次に、ニューロナビゲーション電極配置を使用して、電極が頭皮の個別に最適化された位置に取り付けられていることを確認します。そして第三に、各fMRIセッションの前後に、目的のターゲット領域に対する電極配置の精度を確認します。頭皮上の最適な電極位置の配置精度を向上させることにより、各研究参加者のtDCSの効果が最大化されるようにします。

将来的には、新しいナビゲーションtDCSを使用して、刺激が人間の脳機能を改善する新しいメカニズムを体系的に調査する予定です。この研究は、tDCSが健康と疾患の両方で脳機能をどのように調節するかについての基本的な洞察を提供します。また、将来的には参加者や患者の特性に基づいてtDCSの効果を最大化するのにも役立ちます。

まず、ニューロナビゲーションに必要なすべての機器を組み立てます。ニューロナビゲーションソフトウェアを開き、[新しい空のプロジェクト]を選択します。参加者の T1 ウェイト画像を読み込み、プロジェクトを保存します。

3D頭部の再構築を開始するには、再構築セクションに移動し、[新しい再構築とスキン]をクリックして新しいウィンドウを開き、[スキンの計算]を押します。鼻孔、左右の鼻孔、左右の耳前ピットを含む5つのランドマークを構成します。右背側外側前頭前野の電極位置を、ターゲットセクションのアノードのX、Y、およびZ座標で構成します。

「新規追加」をクリックし、アノードに名前を付けます。参加者をトラッキングカメラに面した椅子に快適に座らせ、被写体トラッカーを取り付けた状態でゴブルを装着するように指示します。次に、[セッション]タブに移動し、新しいドロップダウンメニューから[オンラインセッション]を選択します。

[Polaris] タブを選択して、被写体トラッカーとカメラの視野内のポインターの可視性を確認し、両方のデバイスが認識されていることを確認します。登録セクションを選択して、事前定義された5つのランドマークに登録します。センサーをカメラに向けてポインターを頭蓋骨に対して垂直に置き、フットペダルを押して位置を確認します。

検証セクションに移動し、登録済みのランドマークにポインターを置いた後、ランドマークを検証します。次に、絞り込みランドマークパネルで、各位置の追加ボタンをクリックします。ポインターを頭の表面に置き、ペダルを踏んで追加のランドマークを登録します。

次に、パフォーマンスセクションを選択し、ポインターを背側外側前頭前皮質のおおよその位置に移動します。ポインタが画面上の緑色の十字線の中心に揃ったときに、電極の位置をマークします。参加者の髪を対応する頭皮領域から離し、スキンマーカーまたはペンを使用して電極の位置に印を付けます。

マークされた位置に少量の局所麻酔クリームを塗布して、tDCS fMRI中の身体感覚を軽減します。電源プラグをスキャナーと同じ電源タップに挿入して、マルチチャネルDCスティミュレーターを通常モードで使用できます。次に、外箱ケーブルとアダプターを使用して外箱に接続します。

次に、焦点tDCSセットアップのすべての電極の表面に1mmの導電性ゲルを均一に塗布し、電極充填補助剤を使用してゲルの厚さを標準化します。DCスティミュレーターの電源を入れ、次にパネルPCの電源を入れます。DCスティミュレータMCアイコンをダブルクリックし、関連するシーケンス設定を選択してから、スティミュレータをキャリブレーションして、参加者が接続せずにキャリブレーションを実行します。参加者をMRIスキャナールームの外にあるDC刺激装置の近くに快適に配置し、参加者の頭の最も広い部分、つまり額から後頭骨までの円周を測定します。

次に、電極、スペーサーを配置して、中央のアノードの周りにカソードの間隔が等しいことを確認し、マークされた頭皮の位置に取り付けます。電極を固定するために、プラスチックインサートのない最適なサイズのEEGキャップを使用してください。外箱をDC刺激装置の内箱に接続して、インピーダンスチェックを行います。

インピーダンスチェックを行うには、スティミュレータインターフェースのそれぞれのボタンを押します。次に、内箱を外箱から外し、外箱をスキャナーの導波管に挿入します。次に、参加者にMRI検査台に座ってもらい、ウェーブガイドに挿入された外箱に内箱を再接続し直します。

次に、参加者を仰臥位にしてMRI検査台に置き、頭を開いたヘッドコイルに入れます。電極ケーブルをヘッドコイルの下部に通してから、上部を取り付けて所定の位置にロックします。MRI検査台の参加者の隣にインナーボックスを配置し、スキャナーボアに移動します。

スキャナールームを出て、通信インターフェースを介して参加者に今後の手順を通知します。スキャナーパネルPCで、メインメニューに移動し、続いて検査と患者登録に移動します。必須フィールドに入力したら、プログラムの選択に移動し、計画されたイメージングプロトコルを選択します。

患者の向きをクリックし、ヘッドファースト仰臥位を選択します。検査領域と横方向のドロップダウンメニューから、脳を選択し、検査をクリックして続行します。参加者に 10 分間の安静状態の fMRI スキャンが 2 回行われることを通知し、スキャン期間中ずっと固定十字を見つめ続けるように指示します。

tDCSを開始するには、パネルPCの刺激開始ボタンを押します。Release start triggerボタンをクリックすると、機能的なイメージングシーケンスを開始する前に、10秒間のランプアップで刺激が開始されます。機能スキャンと刺激期間の後、電極が参加者の頭に取り付けられたままで 2 回目の PET スキャンを取得します。MRIセッションが終了したら、電極ケーブルを外箱から外し、DC刺激装置の電源を切ります。

参加者をスキャナーの穴から移動し、参加者の頭からキャップと電極を取り外します。意図した電極位置と実際の電極位置との間には、fMRI前とfMRI後の両方で有意なずれが見られました。FMRIセッションの前後の電極変位は最小限で、平均ドリフトはマイナス0.08ミリメートルでした。

意図した実際のfMRI前および実際のfMRI後頭前野の電極配置段階では、右後頭側頭皮質、左側頭頂葉皮質、および右背側外側前頭前野の間で、電極配置精度に有意な領域特異的な差は見られませんでした。