이 작품은 독일 Forschungsgemeinschaft에서 교부금에 의해 지원되었다 (AF : 379-8/1, 379-10/1, 379-11/1 및 DFG-EXC-257, UL 기준 : 423/1-1), Bundesministerium 모피 Bildung 싶게 Forschung (AF : FKZ0315673A 및 01GY1144, AF 및 MM : 01EO0801), 독일 학술 교류처 (AF : DAAD-54391829), Go8 호주 - 독일 공동 연구 협력 제도 (DC : 2011001430), 그 밖의-크로네는 Fresenius 재단 (AF : 2009-141, RL : 2011-119) 및 호주 연구위원회 (DC : ARC FT100100976, MM : ARC FT120100608). 우리는 편집 지원 케이트 Riggall 감사합니다.

1. 금기 및 특별 고려 사항 <ol><li> 철저하게 MRI의 금기 사항 (예를 들면 페이스 메이커, 공포증 등) 참가자를 선별하고 필요한 경우 제외. MRI 스캐너를 작동 임상 또는 연구 기관에서 표준 설문을 획득. 스캐너 방에 들어갈 때 항상 표준 안전 절차를 준수하십시오. </li><li> 철저하게 tDCS에 대한 금기를위한 참가자를 화면. 이들은 MRI에 대한 금기와 겹칠 수 있습니다. 예를 들어 Villamar에서 등. 20을 참조하십시오. </li><li> 지역의 안전과 윤리 규정에 대한 운영 시설에 문의하고, 필요한 권한을 얻을 수 있습니다. 종래 (신호 대 잡음비 (17, 18)에 tDCS의 영향을 테스트하여 예) 실제 실험의 시작에 자극 전류 또는 tDCS 장비에 의해 유발 전위 촬상 아티팩트를 테스트. </li></ol> 2. FMRI 설정, 실험 설계, 재료 주 : MRI 스캐너 내부 tDCS의 사용은 특별한 장비가 필요합니다. 특히, 특정 MRI-호환 케이블, 필터 상자, 전극과 피험자의 머리에 전극을 연결하는 스트랩이 필요합니다. 2 (A) 표준 tDCS 장비를 보여주고 MRI와 함께 사용 (B) 구성 요소 그림. 후자의 성분은 MRI 중에 방출 된 무선 주파수의 펄스에 의한 전극 하에서 가열의 가능성을 막기 위해 필요하다. 또, 고주파 촬상 아티팩트 tDCS 장치에 의해 유도 될 수있다. 모두 외부와 스캐너 방의 내부에 위치 필터 박스, 저항기 및 전용 MRI 호환 도전성 고무 전극 탑재 케이블을 통해 방지 할 수있다. <ol><li> 의 fMRI 실험에 대한 일반 실험 설정 및 시퀀스를 수행합니다. 두 연구의 목적에 따라 달라집니다. 참고 : 아래의 프로토콜이 시험편입니다이 실험에 FIC,하지만 다른 실험 상황의 숫자에 적용 할 수정 될 수있다. </li><li> 스캐너 내부의 의미 범주의 시각적 인 표현을 포함하는 언어 작업에 설치된 자극 프레 젠 테이션 소프트웨어와 데스크톱 컴퓨터를 사용합니다. 컴퓨터 및 미러 시스템에 연결된 프로젝터를 통해 스캐너의 내부 화면에 이러한 자극을 제시한다. </li><li> 명백한 언어 적 응답의 전송을 위해 MRI 호환 마이크를 사용합니다. 5 분 작업 결석 RS-순서와 명백한 의미의 단어 생성 작업 : tDCS 동안 두 기능 시퀀스를 획득. 참고 : 실험 장치의 추가적인 세부 사항을, fMRI를 시퀀스 및 자극은 이전에 상세히 14, 15에 기술 된도 1은 실험을 도시한다. </li><li> 두 기능 검사의 전체 기간을 커버하는 20 분 1 ㎃의 일정한 직류 전류를 전달하기 위해 tDCS 장치, 프로그램에게 장치를 설정하려면짧은 휴식 및 검사 (14, 15) 사이에있는 지시 사항에 대한 시간을 포함하여의. 자극이 충분히 충전되어 있는지 확인합니다; 그렇지 않으면 실험 기간 동안 종료 될 수 있습니다. </li><li> 필요한 모든 자료는 (그림 2)를 사용할 수 있는지 확인하십시오. </li></ol> 3. tDCS 설정은 외부와 스캐너의 내부 (개략도 그림 3 참조) <ol><li> 고주파 필터 (RF) 튜브 (스캐너 외부에서 케이블을 삽입 할 수있는 MRI 스캐너의 무선 주파수 차폐물 즉 침투 점) 부근에 외부 필터 박스를 배치. 자극 케이블을 사용하여 외부 상자에 자극을 연결합니다. 내부 및 외부 필터 상자가 혼합되지 않아야합니다. 참고 : 그림 4a는 스캐너의 외부 tDCS 셋업을 보여줍니다. 외부 상자는 명확하게 그림 (b)에 표시됩니다. </li><li> 여관을 연결하는 데 필요한 케이블의 길이를 측정상자 케이블을 사용하여 외부 상자와 ER은 (스캐너 방에 케이블의 위치에 관한 다음의 점을 참조). 스캐너의 외부에서 RF 튜브에 상자 케이블을 삽입하고 외부 필터 상자 (그림 4A)를 연결합니다. </li><li> 스캐너 구멍 (그림 5)의 후 단부 내부에 내부 필터 상자를 놓고; 장소에 보관하는 접착 테이프를 사용합니다. 내부 필터 상자 상자 케이블을 연결하고 이러한 RF 가열을 유도 할 수 있으므로 케이블의 루프를 방지. 참고 : 케이블이 스캐너 방의 벽과 정렬 및 접착 테이프 (그림 3)을 첨부해야한다. </li></ol> 스캐너에있는 참가자의 4. 참가자 준비 및 위치 <ol><li> 기존의 tDCS 셋업과 마찬가지로, 등,, 헤어 스프레이 바디 로션을 제거하기 위해, 어떤 기존의 병변에 대한 참가자의 피부를 검사 떨어져 머리를 이동, 알코올 깨끗한 피부. 전극 (12) 아래 피부 전도도 &lt;를 향상시키기&gt; 21 일 저녁을 먹다. </li><li> 식염수로 스폰지 포켓 담가 (참가자과 전극 위치의 일반적인 고려 사항에 대해 다 실바 (21)를 참조) 주머니에 MRI 호환 전극을 삽입합니다. </li><li> 마크 전극에는 강자성 흔적을 (예를 들어, 아이 라이너를 사용하지 않는) 잎없는 펜을 사용하여 피험자의 머리에 위치. 10-20 EEG 시스템을 이용하여 양극에 대한 타겟 위치를 결정한다 (여기서는 IFG, 5 × 7cm이 남아 있음) (14, 15). 이렇게하려면, (a)는 T3-F3의 교회법 및 F7-C3와 F7-F3 사이의 (b)는 중간 점을 찾습니다. 목표 위치가 라인 접속점 (a)과의 중심에있다 (b). 장소 음극 (10 × 10cm 2) 오른쪽 supraorbital 위치에 (전극 배치의 자세한 내용은 Meinzer 등. 14, 15 참조). 고무 밴드를 사용하여 머리에 전극을 부착합니다. </li><li> 스캐너 뒤에 참가자를 안내하고 내부 filt을 가진 전극 케이블을 연결어 상자. 동시에 자극의 오른쪽 상단과 왼쪽 하단 버튼을 눌러 자극 테스트 임피던스를 켭니다. 임피던스 한계에 도달하는 경우, 자극이 자동으로 중단됩니다. 이 경우, 전극이 다시 두피와 접촉, 깨끗한 피부가 있는지 여부를 확인하거나 스폰지가 너무 건조 될 경우 더 많은 생리 식염수를 적용하고 모든 케이블이 끊어진 경우 다음 확인. 참고 : 임피던스 때문에 자극과 전극 사이에 별도의 케이블 및 필터 상자 기존의 셋업에 비해 일반적으로 더 높다. </li><li> (최종 안전 점검 후) 스캐너 방으로 참가자를 안내합니다. 스캐너 갠트리의 참가자를 배치하고 전극 아직 정확한 위치에 있는지 확인하십시오. 헤드 코일을 닫습니다. 전극 케이블 헤드 코일의 왼쪽 하단 부분을 통해 공급 (그림 6 참조) 또는 제조업체의 권장 사항에 따라해야한다. </li><li> 스캐너 구멍으로 참가자를 이동합니다. 케이블 않도록해야합니다에스 갠트리에 잡아 (이 단계에서 케이블의 가능한 보안 위치에 대한 그림 6 참조) 손상되지. 참가자 장치 내부의 최종 위치에 도달 할 때, 스캐너의 후단에서 전극 케이블 도달 해 이너 필터 박스에 연결한다. 참가자에 긴급 버튼을 통해 손 스캐너 확보합니다. </li></ol> 5. 자극 시작 <ol><li> 스캔 세션의 시작에 대해 참가자에게 알려 스캐너 인터콤을 사용합니다. 구조 지역화 스캔 (스캐너에 참가자의 머리 위치를 결정하고 이후의 구조와 기능 검사의 계획을 허용하기 위해) 검색 콘솔을 사용하여 시작합니다. 고주파 유물에 대한 지역화 스캔 검사 : 취득 기간 종료 후 지역화 스캔을 두 번 클릭하고 마우스 오른쪽 버튼을 누른 채 왼쪽 마우스 오른쪽을 이동하여 지멘스 트리오 (명암을 조절, 예를도 7A를 참조하십시오및 (b)). </li><li> 자극이 시작됩니다 주제로 의사 소통을 스캐너 인터콤을 사용하고 그 / 그녀가 짧은 시간 동안 두피에 따끔 거림의 감각을 느낄 수있다. 첫 번째 기능 검사에 대한 지침을 반복합니다. 이 예에서, 스캔 (5 분)의 기간 동안 폐쇄 눈을 유지하기 위해 참가자를 지시 가능한 조금 이동하고, 특히 아무것도 생각합니다. 확인하는 프로젝터의 전원을 끈 RS-스캔하는 동안 시각적 인 자극을 피하기 위해 (스캐너 구멍 내부 화면은 검은 색입니다.) </li><li> 자극을 시작 전에 수동으로 첫 번째 기능 검사 (RS-스캔)의 시작에 약 1 ~ 2 분. RS-시퀀스를로드하는 스캐너 콘솔을 사용합니다. 열 RS-시퀀스를 두 번 클릭 뷰 필드 (FOV), 뇌 전체를 커버하고 전후방 접합면에 약 정렬 할 위치를 조정합니다. (STAR​​T 스캔 버튼을 사용하여) 첫 번째 스캔을 시작합니다. </li><li> 실험을하는 동안 임피던스를 모니터링합니다. 참고 : 만약 특급eriment는 이중 맹검 모드 (참가자 및 연구원이 자극에 눈 멀게)에서 실시되고, 두 번째 연구는 임피던스를 모니터링 할 필요가있다. </li><li> RS-시퀀스가 실행되는 동안, 스캔 사이에 필요한 시간을 줄이기 위해, 상기와 스캐너 콘솔을 사용하여, (언어 후속 작업을 위해) 제 2 기능 이미징 시퀀스를로드하고 FOV를 조정한다. RS-시퀀스의 종료 후, 언어, 작업하는 동안 실험 자극의 시각적 표시를 허용하는 프로젝터의 전원을 켭니다. 프리젠 테이션 소프트웨어 아이콘 및 부하 언어 패러다임을 두 번 클릭합니다. 작업 관련의 fMRI 패러다임에 대한 지시 사항을 반복 작업을 14, 15으로 시작하는 스캐너 인터콤을 사용합니다. </li><li> 자극 /의 fMRI 실험 종료 후, 계획된 구조 검사를 계속합니다. 스캔 세션이 끝날 때까지 전극 케이블을 분리하지 마십시오. </li><li> 실험의 끝에, 참가자를 이동하기 전에 내부 필터 박스로부터 전극 케이블을 분리스캐너 구멍의. 스캐너에서 참가자를 제거 머리 코일을 분리하고 앉아서 조심스럽게 전극을 제거 할 참가자를 부탁드립니다. </li></ol>

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저자가 공개하는 게 없다.

동시의 fMRI와 tDCS의 결합 된 응용 프로그램은 높은 공간 해상도를 13 ~ 19로 전체 뇌에서 자극의 즉각적인 효과의 신경 토대를 해명 가능성 보여 주었다. 미래에, 이러한 연구는 후자의 기술의 우수한 시간 해상도를 악용, 결합 EEG-tDCS의 연구에 의해 보완 될 수있다. 또한, intrascanner 자극은 두피에 전극의 정확한 위치의 확인 (예 : T-강조 영상을 사용하여, 그림 10 참조) 할 ?...

경 두개 직류 자극 (tDCS)는 대뇌 피질의 기능이 두 개의 두피 부착 된 전극 사이에 돌출 된 약한 전류 (일반적으로 1-2mA)에 의해 변조되는 두뇌 자극의 비 침습적 인 방법입니다. 생리 학적으로, tDCS함으로써 대뇌 피질의 흥분 1의 변화를 촉진, 나트륨과 칼슘 채널의 조작을 통해 대상 피질 영역 내 신경 세포의 휴식 막 잠재력 (RMP)의 극성에 의존하는 변화를 유도한다. 특히, anodal 자극 (atDCS는) cathodal 자극 (ctDCS)는 대뇌 피질의 흥분이 감소하면서 신경 RMP의 탈분극을 통해 대뇌 피질의 활동을 증가 표시되었습니다. 뇌 자극의 다른 유형에 비해 (예 경 두개 자기 자극) 안전성은 잘 확립되어 있으며, 따라서 훨씬 더 심각한 부작용도 취약한 인구 3, 4에보고되었다. 또한, 적어도 LO에 대한WER 자극 강도 (최대 1mA), 효과가 위약 ( &quot;사기&quot;) 자극 조건은 tDCS에게 실험 및 임상 연구 설정에서 매력적인 도구를 렌더링, 자극 조건에 참가자와 수사관의 효과적인 맹검을 허용, 5 존재합니다. 많은 연구는 지금까지 대뇌 피질의 흥분에서 이러한 변화는 행동 변조 될 수 있다는 것을 보여 주었다. 모터 시스템에서 일관성 극성 의존 효과는 atDCS 및 ctDCS 모두 1, 6을보고되었습니다. ctDCS 자주 장애인지 적 처리가 발생하지 않았지만인지 연구에서인지 기능을 향상시키기 위해 atDCS 고용 연구의 대부분은, 성능 7에 유익한 효과를보고했다. 후자인지 6 근본적인 신경 처리 자원의 큰 리던던시에 의해 설명 될 수있다. tDCS 연구의 대부분은 공부 크로스 오버 디자인을 사용했다단지 시간 1의 짧은 기간에 대한 현재의 종료를 오래 버틸 자극의 즉각적인 효과. 그러나, 신경기구 내부 스킬 습득 8 즉 단백질 합성의 자극의 영향을 반복한다고 제안되었다. 반복 tDCS 세션과 이러한 개선의 장기 안정성은 건강한 성인 8 ~ 10에서 몇 달까지 지속하는 것으로보고되었습니다와 결합 될 때 실제로, 모터 또는인지 적 교육의 성공은 향상 될 수있다. 이러한 연구 결과는 또한 임상 상황 및 예비 자료에 tDCS의 사용에 대한 관심을 촉발했다은 다양한 임상 인구 3 차 또는 보조 치료 방법으로 도움이 될 수 있다는 것을 제안합니다. 연구의 상대적으로 많은 수의 모터 시스템에 tDCS의 신경 생리 학적 효과를 언급하면​​서 그러나, 약간은 건강과 질병의인지 뇌 기능에 tDCS 효과의 기본 신경 메커니즘에 대해 잘 알려져 있습니다.tDCS의 작용 모드의 더 나은 이해는 연구와 임상 설정에서 tDCS의 표적으로 한 응용 프로그램을위한 필요 조건이다. 이 문제는 뇌파 (EEG) 또는 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) 같은 뇌 기능 영상 기법으로 tDCS를 결합하여 해결할 수 있습니다. 인지와 모터 기능의 기초가되는 신경 메커니즘을 조사 연구의 대부분은 fMRI를 11 사용하도록 선택했습니다. 특히,의 fMRI는인지와 모터 기능 11을 기본 신경 메커니즘을 조사하기 위해 가장 널리 사용되는 뇌 영상 기법이다. tDCS의 동시 응용 프로그램과 결합 될 때 또한,의 fMRI는 EEG에 비해 뇌 전체에 걸쳐 높은 공간 해상도로 행동 tDCS의 효과의 기초가되는 신경 메커니즘의 검사 (결합 tDCS-EEG의 최근 대한 설명이 Schestatsky 등. 12 참조) 할 수 있습니다. 본 원고는 일에 대해 설명합니다동시의 fMRI 동안 tDCS의 전자 겸용. 이 새로운 기술은 성공적으로 모터와인지 기능 13-19의 tDCS에 의한 변조의 기초가되는 신경 메커니즘을 연구하는 데 사용되었습니다. 앞으로이 결합 된 프로토콜은 건강과 질병에 tDCS의 행동의 메커니즘에 새로운 통찰력을 얻을 것입니다. 이 기술로 평가되는 것과 같이 큰 규모의 신경 네트워크에 tDCS의 영향을 이해하는 것은 연구와 임상 설정에서 tDCS의 표적으로 한 응용 프로그램을위한 기반을 마련 할 수 있습니다. 원고가 특정 하드웨어 요구 사항에 중점, 기술의 구현 및 안전을 고려하여, 행동 tDCS 실험과 동시의 fMRI 동안 tDCS의 겸용의 차이점에 초점을 맞출 것이다. 예를 들어, 작업 결석 휴식 상태 (RS)의 fMRI시와 언어 작업 14, 15w 동안 왼쪽 하부 전두엽 이랑 (IFG)에 투여 tDCS의 단일 세션다른 많은 응용 프로그램이 16, 19이 가능하지만 병이 설명 될 수있다. 실험 설계, 참가자 성과의 fMRI 데이터 분석 절차의 세부 사항은 일본어 14,15 공보에 상세히 설명하고, 본 논문의 범위를 벗어난다되었다. 또한,이 연구에서, 추가의 fMRI가 참여 가짜 tDCS가 (자세한 내용은 &quot;대표 결과&quot;참조) 인수 atDCS 세션의 결과에 비해 것을 검사합니다. 이 세션은 자극이 종래 스캔 세션 (상세도 1 참조)의 시작에 중단 한 것을 제외하고, 본 원고에 기재된 것과 동일 하였다. 본 과정을 성공적으로 고급 이미지 (샤리 의과 대학, 베를린, 독일)의 베를린 센터에서 3 테슬라 지멘스 트리오 MRI 스캐너에 구현되어 있으며, 원칙적으로 다른 스캐너뿐만 아니라 13에 적용해야한다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="662">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DC-Stimulator Plus</td>
			<td style="width:147px;">NeuroConn, Illmenau, Germany</td>
			<td align="right" style="width:133px;">21</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:216px;">Hardware extension DC-Stimulator MR (2 MRI compatible rubber electrodes, electrode and box cable and inner filter box; outer filter box and stimulator cable)</td>
			<td style="width:147px;">NeuroConn, Illmenau, Germany</td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">2 sponge pads for rubber electrodes (7x5 and 10x10 ccm)</td>
			<td style="width:147px;">NeuroConn, Illmenau, Germany</td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Rubber head band</td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NaCL solution</td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Measurement tape</td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td>To determine electrode position using the EEG 10-20 system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pen</td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td>Used during electrode positioning</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

transcranial direct current stimulation and simultaneous  functional magnetic resonance imaging

경 두개 직류 자극 (tDCS)은 약한 전기 대뇌 피질의 흥분을 조작하는 두피 관리 전류와, 결과적으로, 행동과 뇌 기능을 사용하는 비 침습적 인 뇌 자극 기술이다. 지난 10 년 동안 수많은 연구는 건강한 개인에 서로 다른 환자 집단의 숫자에 모두 모터와인지 행동 작업 동안 성능의 다른 조치에 tDCS의 단기 및 장기 효과를 다루었 다. 그러나 지금까지, 약간은 대규모 뇌 네트워크에 관한 인간의 tDCS 액션의 신경 토대에 대한 알려져있다. 이 문제는 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) 또는 뇌파 (EEG)와 같은 기능적 뇌 영상 기법 tDCS를 결합하여 해결할 수 있습니다. 특히,의 fMRI는인지와 모터의 기능을 밑에 신경 메커니즘을 조사하기 위해 가장 널리 사용되는 뇌 영상 기법이다. 입학 원서fMRI를하는 동안 tDCS의에 뇌 전체에 걸쳐 높은 공간 해상도로 행동 tDCS의 효과의 기초가되는 신경 메커니즘을 분석 할 수 있습니다. 이 기술을 사용하는 최근 연구는 행동 개선과 연관된 자극 현장에서 작업 관련 기능적 뇌 활동도 더 멀리 뇌 영역에서 자극 유도 변화를 확인했다. 또한, 휴식 상태의 fMRI 동안 관리 tDCS는 전체 뇌 기능 연결성에있는 대폭적인 변경의 식별을 허용했다. 이 결합 된 프로토콜을 사용하여 미래 연구는 건강과 질병 연구 및 임상 설정에서 tDCS의 표적으로 한 응용 프로그램을위한 새로운 옵션 tDCS의 행동의 메커니즘에 새로운 통찰력을 얻을해야합니다. 본 원고는 fMRI를하는 동안 관리 tDCS의 기술적 인 측면에 초점을 맞춘, 단계별 방식으로이 소설의 기술에 대해 설명합니다.

기능성 MRI는 모터 또는인지 기능의 기본 신경 메커니즘을 해결하기 위해 가장 널리 사용되는 기능적인 이미징 기술이다. 보다 최근의 fMRI는 피질 활성 및 연결성에 tDCS 효과를 평가하기 위해 사용되었다. 그러나, 이러한 연구의 대부분은 스캐너의 외부 tDCS를 관리하고 (즉, 스캔하기 전에 22, 23 tDCS를 관리) 자극의 오프라인 효과를 평가했다. 단지 몇 가지 연구는 지금까지 다른 혈액?...

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Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

경 두개 직류 자극 (tDCS)는 비 침습적 인 뇌 자극 기술이다. 성공적으로 인간의 뇌 기능을 조절하는 기초 연구 및 임상에서 사용되고있다. 이 문서는 tDCS 효과의 신경 기초를 조사하기 위해, tDCS의 구현과 동시에 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)에 대해 설명합니다.

경 두개 직류 자극과 동시에 기능성 자기 공명 영상

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

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Research

JoVE Journal

Behavior

21.5K 조회수.  University of Queensland.  경 두개 직류 자극 (tDCS)는 비 침습적 인 뇌 자극 기술이다. 성공적으로 인간의 뇌 기능을 조절하는 기초 연구 및 임상에서 사용되고있다. 이 문서는 tDCS 효과의 신경 기초를 조사하기 위해, tDCS의 구현과 동시에 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)에 대해 설명합니다. 

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Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and molecular approaches allow the investigation of either different stimuli on few neurons, or one stimulus in large parts of the brain, blood oxygenation level dependent (BOLD) functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) allows combining both advantages, i.e. compare the neural activation induced by different stimuli in the entire brain at once. fMRI in songbirds is challenging because of the small size of their brains and because their bones and especially their skull comprise numerous air cavities, inducing important susceptibility artifacts. Gradient-echo (GE) BOLD fMRI has been successfully applied to songbirds 1-5 (for a review, see 6). These studies focused on the primary and secondary auditory brain areas, which are regions free of susceptibility artifacts. However, because processes of interest may occur beyond these regions, whole brain BOLD fMRI is required using an MRI sequence less susceptible to these artifacts. This can be achieved by using spin-echo (SE) BOLD fMRI 7,8 . In this article, we describe how to use this technique in zebra finches (Taeniopygia guttata), which are small songbirds with a bodyweight of 15-25 g extensively studied in behavioral neurosciences of birdsong. The main topic of fMRI studies on songbirds is song perception and song learning. The auditory nature of the stimuli combined with the weak BOLD sensitivity of SE (compared to GE) based fMRI sequences makes the implementation of this technique very challenging.

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

This article shows an optimized procedure for imaging of the neural substrates of auditory stimulation in the songbird brain using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). It describes the preparation of the sound stimuli, the positioning of the subject and the acquisition and subsequent analysis of the fMRI data.

명금의 청각 자극 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

연구

행동분석학

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

동시 fMRI를하는 동안 고품질 EEG 데이터를 얻기위한 가장 좋은 현재의 관행

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric currents through the scalp. This constant electric current induces shifts in neuronal membrane excitability, resulting in secondary changes in cortical activity. Although tDCS has most of its neuromodulatory effects on the underlying cortex, tDCS effects can also be observed in distant neural networks. Therefore, concomitant EEG monitoring of the effects of tDCS can provide valuable information on the mechanisms of tDCS. In addition, EEG findings can be an important surrogate marker for the effects of tDCS and thus can be used to optimize its parameters. This combined EEG-tDCS system can also be used for preventive treatment of neurological conditions characterized by abnormal peaks of cortical excitability, such as seizures. Such a system would be the basis of a non-invasive closed-loop device. In this article, we present a novel device that is capable of utilizing tDCS and EEG simultaneously. For that, we describe in a step-by-step fashion the main procedures of the application of this device using schematic figures, tables and video demonstrations. Additionally, we provide a literature review on clinical uses of tDCS and its cortical effects measured by EEG techniques.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive brain stimulation technique that has shown initial therapeutic effects in several neurological conditions. The main mechanism underlying these therapeutic effects is the modulation of cortical excitability. Therefore, online monitoring of cortical excitability would help guide stimulation parameters and optimize its therapeutic effects. In the present article we review the use of a novel device that combines simultaneous tDCS and EEG monitoring in real time.

경 두개 직류 자극하는 동안 동시 EEG 모니터링

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. Researchers have used single-pulse and repetitive TMS to stimulate the lip representation in the motor cortex. The excitability of the lip motor representation can be investigated by applying single TMS pulses over this cortical area and recording TMS-induced motor evoked potentials (MEPs) via electrodes attached to the lip muscles (electromyography; EMG). Larger MEPs reflect increased cortical excitability. Studies have shown that excitability increases during listening to speech as well as during&#160;viewing speech-related movements. TMS can be used also to disrupt the lip motor representation. A 15-min train of low-frequency sub-threshold repetitive stimulation has been shown to suppress motor excitability for a further 15-20 min. This TMS-induced disruption of the motor lip representation impairs subsequent performance in demanding speech perception tasks and modulates auditory-cortex responses to speech sounds. These findings are consistent with the suggestion that the motor cortex contributes to speech perception. This article describes how to localize the lip representation in the motor cortex and how to define the appropriate stimulation intensity for carrying out both single-pulse and repetitive TMS experiments.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception.&#160; This article describes how to record motor evoked potentials (MEPs) from the lip muscles and how to disrupt the motor lip representation using repetitive TMS.

경 두개 자기 자극 립 운동 피질을 자극

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily disrupt information processing in a brain region, generating a short-lived &#8220;virtual lesion.&#8221; Stimulation that interferes with task performance indicates that the affected brain region is necessary to perform the task normally. In other words, unlike neuroimaging methods such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) that indicate correlations between brain and behavior, TMS can be used to demonstrate causal brain-behavior relations. Furthermore, by varying the duration and onset of the virtual lesion, TMS can also reveal the time course of normal processing. As a result, TMS has become an important tool in cognitive neuroscience. Advantages of the technique over lesion-deficit studies include better spatial-temporal precision of the disruption effect, the ability to use participants as their own control subjects, and the accessibility of participants. Limitations include concurrent auditory and somatosensory stimulation that may influence task performance, limited access to structures more than a few centimeters from the surface of the scalp, and the relatively large space of free parameters that need to be optimized in order for the experiment to work. Experimental designs that give careful consideration to appropriate control conditions help to address these concerns. This article illustrates these issues with TMS results that investigate the spatial and temporal contributions of the left supramarginal gyrus (SMG) to reading.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a technique for non-invasively disrupting neural information processing and measuring its effect on behavior. When TMS interferes with a task, it indicates that the stimulated brain region is necessary for normal task performance, allowing one to systematically relate brain regions to cognitive functions.

원인이되는 뇌 - 행동의 관계와 자신의 시간 과정을 조사하기위한 경 두개 자기 자극

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum

Numerous studies have emerged recently that demonstrate the possibility of modulating, and in some cases enhancing, cognitive processes by exciting brain regions involved in working memory and attention using transcranial electrical brain stimulation. Some researchers now believe the cerebellum supports cognition, possibly via a remote neuromodulatory effect on the prefrontal cortex. This paper describes a procedure for investigating a role for the cerebellum in cognition using transcranial direct current stimulation (tDCS), and a selection of information-processing tasks of varying task difficulty, which have previously been shown to involve working memory, attention and cerebellar functioning. One task is called the Paced Auditory Serial Addition Task (PASAT) and the other a novel variant of this task called the Paced Auditory Serial Subtraction Task (PASST). A verb generation task and its two controls (noun and verb reading) were also investigated. All five tasks were performed by three separate groups of participants, before and after the modulation of cortico-cerebellar connectivity using anodal, cathodal or sham tDCS over the right cerebellar cortex. The procedure demonstrates how performance (accuracy, verbal response latency and variability) could be selectively improved after cathodal stimulation, but only during tasks that the participants rated as difficult, and not easy. Performance was unchanged by anodal or sham stimulation. These findings demonstrate a role for the cerebellum in cognition, whereby activity in the left prefrontal cortex is likely dis-inhibited by cathodal tDCS over the right cerebellar cortex. Transcranial brain stimulation is growing in popularity in various labs and clinics. However, the after-effects of tDCS are inconsistent between individuals and not always polarity-specific, and may even be task- or load-specific, all of which requires further study. Future efforts might also be guided towards neuro-enhancement in cerebellar patients presenting with cognitive impairment once a better understanding of brain stimulation mechanisms has emerged.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) over the cerebellum exerts a remote effect on the prefrontal cortex, which can modulate cognition and performance. This was demonstrated using two information-processing tasks of varying complexity, whereby only cathodal tDCS improved performance when the task was difficult, but not easy.

소 뇌의 경 두개 직류 자극을 사용하여 변조인지

Numerous studies have emerged recently that demonstrate the possibility of modulating, and in some cases enhancing, cognitive processes by exciting brain ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential therapeutic effects. Brain excitability is non-invasively modulated by rTMS, and rTMS to the language areas has proved its potential effects on treatment of aphasia. In our protocol, we aim to artificially induce virtual aphasia in healthy subjects by inhibiting Brodmann area 44 and 45 using neuronavigational TMS (nTMS), and F3 of the International 10-20 EEG system for conventional TMS (cTMS). To measure the degree of aphasia, changes in reaction time to a picture naming task pre- and post-stimulation are measured and compare the delay in reaction time between nTMS and cTMS. Accuracy of the two TMS stimulation methods is compared by averaging the Talairach coordinates of the target and the actual stimulation. Consistency of stimulation is demonstrated by the error range from the target. The purpose of this study is to demonstrate use of nTMS and to describe the benefits and limitations of the nTMS compared to those of cTMS.

This study is designed to test the hypothesis that neuronavigational system-guided transcranial magnetic stimulation has higher accuracy for targeting the intended target as demonstrated by eliciting a greater degree of virtual aphasia in healthy subjects, measured by delay in reaction time to picture naming.

실어증에 대한 Neuronavigation 유도 반복 경 두개 자기 자극

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to integrate cognitive neural processes. Transcranial alternating current stimulation (tACS) holds the promise to elucidate the causal link between specific frequencies of oscillatory brain activity and cognitive processes. Simultaneous electroencephalography (EEG) recording during tACS would offer an opportunity to directly explore immediate neurophysiological effects of tACS. However, it is not trivial to measure EEG signals during tACS, as tACS creates a huge artifact in EEG data. Here we explain how to set up concurrent tACS-EEG experiments. Two necessary considerations for successful EEG recording while applying tACS are highlighted. First, bridging of the tACS and EEG electrodes via leaking EEG gel immediately saturates the EEG amplifier. To avoid bridging via gel, the viscosity of the EEG gel is the most important parameter. The EEG gel must be viscous to avoid bridging, but at the same time sufficiently fluid to create contact between the tACS electrode and the scalp. Second, due to the large amplitude of the tACS artifact, it is important to consider using an EEG system with a high resolution analog-to-digital (A/D) converter. In particular, the magnitude of the tACS artifact can exceed 100 mV at the vicinity of a stimulation electrode when 1 mA tACS is applied. The resolution of the A/D converter is of importance to measure good quality EEG data from the vicinity of the stimulation site. By following these guidelines for the procedures and technical considerations, successful concurrent EEG recording during tACS will be realized.

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation tACS

In this article we explain how to set up a concurrent transcranial alternating current stimulation and EEG experiment.

경 두개 교류 자극하는 동안 동시 뇌파 기록 (TACS)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to ...

Treating Clinical Depression with Repetitive Deep Transcranial Magnetic Stimulation Using the Brainsway H1-coil

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses electromagnetic coils to stimulate areas of the brain non-invasively. Deep transcranial magnetic stimulation (dTMS) with the Brainsway H1-coil system specifically is a type of rTMS indicated for treating patients with major depressive disorder (MDD) who are resistant to medication. The unique H1-coil design of this device is able to stimulate neuronal pathways that lie deeper in the targeted brain areas than those reached by conventional rTMS coils. dTMS is considered to be low-risk and well tolerated, making it a viable treatment option for people who have not responded to medication or psychotherapy trials for their depression.
Randomized, sham-control studies have demonstrated that dTMS produces significantly greater improvement in depressive symptoms than sham dTMS treatment in patients with major depression that has not responded to antidepressant medication. In this paper, we will review the methodology for treating major depression with dTMS using an H1-coil.

Here we present a protocol outlining the methodology for treatment of Major Depressive Disorder using the deep Transcranial Magnetic Stimulation (dTMS) system.

Brainsway H1-코일을 사용하여 반복 깊은 경 두개 자기 자극과 임상 우울증 치료

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses ...

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, which is unlike the protocols used for human subjects. We report a successful application of rTMS to the unilateral hemisphere of rat brain. The rTMS was delivered with a low-frequency (1 Hz), high-frequency (20 Hz), or sham stimulation protocol to one side of the brain by using a small 25-mm figure-8 coil. We placed the center of the coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulated the coil 45&#176; to the ground to minimize a potential direct effect of rTMS on the contralateral cortex. We also used an in-house water cooling system to enable repetitive magnetic stimulation for more than 20 min, even at a 20-Hz stimulation frequency. Increases in the transcriptions of immediate early genes (Arc, Junb, and Egr2) were greater after rTMS than after sham stimulation. After 5 consecutive days of 20-min 1-Hz rTMS, bdnf mRNA expression was significantly higher in stimulated cortex than in contralateral side. The model presented herein will elucidate the molecular mechanisms of rTMS by allowing analysis of the inter-hemispheric difference in its effect.

We applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the unilateral hemisphere of rat brain, by placing a 25-mm figure-8 coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulating the coil by 45&#176;. An in-house water cooling system was used for rTMS for more than 20 min.

쥐 뇌의 일방적 인 북반구에 반복 경 두개 자기 자극

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, ...