Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme Sırasında Uygulanan Nöronavigasyonlu Fokalize Transkraniyal Doğru Akım Stimülasyonu

Özet

Bu protokol, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) sırasında uygulanan odak, transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS) için nöronavigasyonlu elektrot yerleştirme yöntemini tanımlar.

Özet

Transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS), insan beyninin uyarılabilirliği ve plastisitesinin modülasyonuna izin veren invaziv olmayan bir beyin stimülasyon tekniğidir. Odaklanmış tDCS kurulumları, sınırlı beyin bölgelerine akım akışını sınırlamak için özel elektrot düzenlemeleri kullanır. Bununla birlikte, fokalize tDCS'nin etkinliği, kafa derisindeki elektrot konumlandırma hataları nedeniyle tehlikeye girebilir ve bu da tDCS için hedef beyin bölgelerine ulaşan mevcut dozun önemli ölçüde azalmasına neden olabilir. Yapısal manyetik rezonans görüntüleme (MRI) verilerinden elde edilen bireyin kafa ve beyin anatomisine dayalı nöronavigasyon tarafından yönlendirilen elektrot yerleşimi, konumlandırma doğruluğunu artırmak için uygun olabilir.

Bu protokol, fonksiyonel MRG (fMRI) sırasında eşzamanlı uygulama için uygun olan fokalize bir tDCS kurulumu için nöronavigasyonlu elektrot yerleştirme yöntemini açıklar. Ayrıca elektrot yerleşiminin doğruluğunu ölçüyoruz ve eşzamanlı bir tDCS-fMRI deneyinde elektrot kaymasını araştırıyoruz. Kritik adımlar, bireyin kafa ve beyin anatomisini dikkate alan mevcut modellemeye dayalı elektrot pozisyonlarının optimizasyonunu, kafa derisine nöronavigasyonlu elektrot yerleşiminin uygulanmasını ve fMRI sırasında optimize edilmiş ve fokal tDCS'nin uygulanmasını içerir.

Elektrot yerleşiminin bölgesel hassasiyeti, eşzamanlı bir tDCS-fMRI çalışması sırasında gerçek elektrot konumlarından sapmalarını belirlemek için Öklid normu (L² Nornu) kullanılarak ölçülür. Deney sırasında elektrotların herhangi bir potansiyel yer değiştirmesi (kayma), fMRI ediniminden önce ve sonra gerçek elektrot konumları karşılaştırılarak araştırılır. Ek olarak, nöronavigasyonlu tDCS'nin yerleştirme doğruluğunu, kafa derisi tabanlı bir hedefleme yaklaşımıyla (10-20 Elektroensefalografi (EEG) sistemi) elde edilenle doğrudan karşılaştırıyoruz. Bu analizler, kafa derisi bazlı elektrot yerleşimi ve 20 dakikalık bir tarama süresi boyunca ihmal edilebilir elektrot kayması ile karşılaştırıldığında nöronavigasyon için üstün yerleştirme doğruluğu göstermektedir.

Giriş

Transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS), deneysel ve klinik bağlamlarda biliş ve fizyolojik beyin fonksiyonlarının değiştirilmesine izin veren invaziv olmayan bir beyin stimülasyon tekniğidir ^1,2,3. tDCS'nin akut uygulaması, nöronal uyarılabilirlikte geçici değişikliklere neden olabilir ve yan etkiler stimülasyondan sonra dakikalar ila saatler arasında sürebilir ^4,5. Uygulanan akım, aksiyon potansiyellerini indüklemez, bunun yerine nöronun dinlenme membran potansiyelini geçici olarak ya de- ya da hiperpolarizasyona doğru kaydırır, bu da standart protokoller ^4,5,6 kullanılarak makroskopik düzeyde nöronal uyarılabilirliğin artmasına veya azalmasına neden olur. Ayrıca, tDCS'nin sinaptik plastisite etkileri ile ilgili olarak, hayvan ve insan çalışmaları, tDCS'nin uzun süreli potansiyel ve depresyon (LTP ve LTD) benzeri süreçleri indüklediğini göstermiştir ^4,5.

Motor sistemde, motor uyarılmış potansiyellerin (MEP'ler) modülasyonu, tDCS'nin lokal kortikal uyarılabilirlik üzerindeki nörofizyolojik etkilerinin doğrudan değerlendirilmesine izin verir⁷. Bununla birlikte, bu yaklaşım, tDCS'nin büyük ölçekli işlevsel beyin ağları tarafından desteklenen üst düzey bilişsel işlevler üzerindeki sinirsel etkilerini ölçemez⁸. Beyin ağları üzerindeki etkileri, tDCS'nin modern fonksiyonel görüntüleme teknikleriyle birleştirilmesiyle araştırılabilir ^9,10. Bunlar arasında, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) en sık kullanılan yaklaşım haline gelmiştir, çünkü tDCS'nin stimülasyon bölgesindeki yerel beyin aktivitesini ve büyük ölçekli sinir ağlarını etkilediği nöral mekanizmaları ortaya çıkarmak için mükemmel uzamsal ve yeterli zamansal çözünürlük sağlar 11,12,13,14.

Şimdiye kadar, kombine fMRI-tDCS çalışmaları esas olarak, tuzlu suya batırılmış sünger ceplere yerleştirilmiş 25 ila 35^cm2 (5 x 5 cm² ve 5 x 7 cm²) arasında nispeten büyük kauçuk elektrotlar kullanan geleneksel tDCS kurulumlarını kullanmıştır^15,16. Bu kurulumlar, tipik olarak (a) tDCS için bir hedef beyin bölgesi ve (b) hedef olmayan beyin bölgeleri veya ekstrakraniyal alanlar (örneğin omuz) üzerine bir dönüş elektrodu üzerine bağlanan iki elektrot arasındaki akımı yansıtır. Bu, beyinde yaygın akım akışı ile sonuçlanır, hedef bölge dışındaki bölgeleri etkiler, böylece tDCS etkilerinin nöral kökeni hakkındaki nedensel varsayımları ve yorumları^{karmaşıklaştırır 17}.

Odaklanmış tDCS¹⁸ ile daha hassas uzamsal hedefleme elde edilebilir. Bu kurulumlar, hedef bölgeye^18,19 giden akım akışını sınırlamak için birbirine yakın olarak veya bir merkez anot etrafına yerleştirilmiş halka şeklinde bir katot kullanarak düzenlenmiş daha küçük elektrot dizileri kullanır. Elektrik akımı akışının bilgisayar simülasyonları, odaklanmış tDCS'nin, hedef bölgeye giden akım akışının geleneksel montajlardan daha yüksek uzamsal hassasiyetine neden olabileceğini düşündürmektedir²⁰. Ayrıca, davranışsal çalışmalar, odaklanmış kurulumlar kullanılarak bölgesel ve göreve özgü davranışsal modülasyonu göstermiştir 19,21,22. Bununla birlikte, sadece birkaç çalışma fMRI sırasında fokalize tDCS kullanmıştır. Bu çalışmalar, bu yaklaşımın uygulanabilirliğini ortaya koyabilmiş ve bölgeye özgü nöral modülasyon için ilk kanıtları sağlamıştır^19,23.

Bununla birlikte, bölgesel olarak hassas akım iletimi nedeniyle, odaklanmış tDCS kurulumları, kafa derisindeki elektrot konumlandırma hatalarına geleneksel montajlardan daha hassas olabilir. Örneğin, Seo ve ark. fokalize bir motor korteks kurulumunda 5 mm'lik konumlandırma hatalarının el topuzundaki tepe somatik polarizasyonunu %87'ye kadar azalttığını ^{göstermiştir24}. Ayrıca, yakın zamanda yapılan bir hesaplamalı modelleme çalışması, konvansiyonel kurulumlara kıyasla fokal için amaçlanan konumlardan elektrot yer değiştirmesinin, tDCS için hedef bölgelerde %26 ila %43 arasında değişen önemli akım dozu azalmalarına yol açtığını ^{göstermiştir25}. Bu nedenle, gelecekteki çalışmaların rutin olarak elektrot konumlandırmasının iyileştirilmesi ve fMRI⁵ öncesi ve sonrası elektrot konumlandırmasının doğrulanması için uygun yöntemleri içermesi gerektiği sonucuna varılmıştır.

Bu çalışmada, şu anda Alman Bilim Vakfı (DFG Araştırma Birimi 5429) tarafından finanse edilen işbirlikçi bir araştırma konsorsiyumunda kullanılmakta olan yeni bir fMRI uyumlu fokal 3 x 1 tDCS kurulumu (yani, tek bir merkez anot etrafında bir daire şeklinde düzenlenmiş üç ayrı katot) için nöronavigasyonlu elektrot konumlandırma yöntemini açıklıyoruz. https://www.memoslap.de). Konsorsiyum, odaklanmış tDCS'nin öğrenme ve hafıza üzerindeki davranışsal ve sinirsel etkilerini ve dört işlevsel alanda (görsel-uzamsal, dil, motor ve yürütücü işlevler) stimülasyon tepkisinin öngörücülerini araştırır. Çalışma katılımcılarının yapısal T1 ve T2 ağırlıklı MRG verileri, temel tarama sırasında elde edilir. Bu veriler, bireysel çalışma katılımcılarında hedef bölgeye akım akışını en üst düzeye çıkaran elektrotların kafa derisi konumlarını belirlemek için kişiselleştirilmiş akım akışı simülasyonları²⁶ için kullanılır. Örnek olarak, bu protokol, bir katılımcıda sağ dorsolateral prefrontal korteks (rDLPFC) üzerinde merkezlenmiş bireysel olarak belirlenmiş elektrot pozisyonlarının nöronavigasyonlu hedeflemesini tanımlayacaktır.

Temsili sonuçlar bölümü, Araştırma Birimi'nin üç alt projesinde eş zamanlı tDCS-fMRI'dan önce ve sonra elde edilen yapısal görüntüleme verilerine dayanmaktadır. Bu çalışmalar sağ oksipitotemporal korteks (rOTC), sol temporo-parietal korteks (lTPC) ve rDLPFC'yi hedef aldı. Veriler, Greifswald Üniversitesi Tıp Fakültesi Nöroloji Anabilim Dalı'nda elde edildi. Bu verileri kullanarak, iki ana hedefe ulaşmayı amaçladık: (1) "amaçlanan" ve ampirik olarak belirlenen "gerçek" elektrot pozisyonlarını²⁵ karşılaştırarak nöronavigasyonlu elektrot yerleşiminin uzamsal hassasiyetini ölçmek ve (2) fMRI oturumları boyunca elektrot yer değiştirme derecesini araştırmak (yani, elektrot kayması). Bu faktörler, eşzamanlı tDCS-fMRI çalışmalarında tDCS etkilerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini artırmak için çok önemlidir²⁷. Ek olarak, nöronavigasyonlu tDCS'nin hedefleme doğruluğu, grubumuz^25'in önceki bir tDCS-fMRI çalışmasından elde edilen veriler kullanılarak kafa derisi tabanlı bir yaklaşımınkiyle karşılaştırılır.

Protokol

Bu protokolde sunulan tüm deneysel prosedürler Greifswald Üniversitesi Tıp Fakültesi etik kurulu tarafından gözden geçirilmiş ve onaylanmıştır. Tüm katılımcılar, çalışmaya dahil edilmeden önce bilgilendirilmiş onam verdiler ve verilerinin anonim olarak yayınlanması için izin verdiler.

1. Kontrendikasyonların taranması ve genel hususlar

1. Çalışmaya kaydolmadan önce, katılımcıları MRI²⁸ ve tDCS²⁹ kontrendikasyonları için dikkatlice tarayın (ör., kalp pilleri, klostrofobi, nöbet öyküsü, migren, kafa derisindeki cilt hastalığı [ör., sedef hastalığı / egzama]) uygun anketler kullanarak.
2. Çalışma hedeflerini ve planlanan tüm prosedürleri katılımcılara açıklayın ve yerel gerekliliklere göre yazılı bilgilendirilmiş onam alın.
3. Eşzamanlı tDCS-fMRI deneylerinin raporlanmasını ve tekrarlanabilirliğini iyileştirmek için genel prosedürleri izleyin ve ContES kontrol listesi³⁰ tarafından önerildiği gibi mevcut ve/veya tDCS ekipmanı tarafından indüklenen potansiyel görüntüleme artefaktlarını test edin.
4. Katılımcı ve araştırmacı körlemesi^31,32 ve tDCS^29'un potansiyel olumsuz etkilerini değerlendirmek için uygun yöntemleri kullanın.

2. Temel MRI taraması ve kişiselleştirilmiş akım modellemesi

1. Güvenlik kontrollerini tamamladıktan sonra (örneğin, katılımcıdan madeni para, kolye, piercing vb. gibi metal nesnelerin çıkarılması), katılımcıyı tarayıcı odasına yönlendirin ve onu MRG muayene masasına rahatça yerleştirin. Kafa bobininin üst kısmını takın ve katılımcıyı üreticinin özelliklerine göre MRI tarayıcısının deliğinin içine hareket ettirin.
   NOT: 3 kanallı baş/boyun şim bobini ile donatılmış bir 64T tarayıcı kullandık.
2. Ana Menü | Sınav | Hasta Kayıt ve gerekli alanları doldurun. Program Seçimi'ne gidin ve planlanan görüntüleme protokolünü toplayın ve seçin. Hasta yönü'ne tıklayın ve önce baş, Sırtüstü pozisyon seçeneğini seçin. Muayene bölgesi ve yanallık açılır menüsünden beyin'i seçin ve ardından muayene menüsüne gitmek için Muayene'ye tıklayın.
3. T1 ve T2 ağırlıklı MRI dizilerini elde etmek için önceden tanımlanmış tarama protokolünün ekrandaki talimatlarını (görüş alanını ayarlama vb.) izleyin. Gerekirse tarayıcı stajyer iletişim sistemi aracılığıyla katılımcıyla etkileşim kurun.
   NOT: Kişiselleştirilmiş akım modellemesi için T1 ve T2 ağırlıklı görüntüler gereklidir. T1 ağırlıklı görüntü, katılımcıların kafa derisindeki elektrotların planlanan ve optimize edilmiş konumlarını belirlemek için nöronavigasyon için de gereklidir.
4. Kişiselleştirilmiş akım modellemesi yapmak için komut dosyasını ve temel MRI taraması sırasında elde edilen yapısal görüntüleme verilerini https://github.com/memoslap/Greifswald kullanın (örneğin, SimNIBS²⁶ kullanarak). Katılımcının yapısal T1 ve T2 ağırlıklı görüntülerinden oluşturulan sonlu elemanlar yöntemini ve bireyselleştirilmiş tetrahedral kafa ağlarını uygulamak için Readme.md dosyasındaki adımları izleyin (http://simnibs.org)26,33,34 CHARM aracı ³⁵ tDCS elektrotlarının rDLPFC üzerine yerleştirilmesi için optimize edilmiş hedef konumları belirlemek üzere tepe elektrik alanını belirlemek için kafa rekonstrüksiyonu için. Bu protokol için kullanılan prosedürün sonucunun bir örneği için Şekil 1'e bakın.
   NOT: Nöronavigasyonlu hedefleme için kafa derisi koordinatlarının tanımlanması için alternatif yöntemler mümkündür ve çalışmaya özgü prosedürlere bağlıdır.

3. Nöronavigasyon

1. Hazırlık adımları
   1. Neuronavigation kontrol bilgisayarını ve izleme sistemini açın.
   2. Montaj adımları: Nöronavigasyon için gerekli tüm ekipmanı bir araya getirin (Şekil 2; nöronavigasyon kurulumuna genel bir bakış için Ek Şekil S1'e bakın). Şekil 2'deki ekipman (1) bir konu izleyici, (2) tornavida, (3) altıgen çubuk, (4) gözlük ve (5) işaretçiden oluşur. Montajı tamamlamak için aşağıdaki talimatları izleyin.
      1. Konu izleyicinin altındaki vidayı tornavidayla gevşetin.
      2. Altıgen çubuğun uzun tarafını konu izleyiciye monte edilmiş somuna yerleştirin ve vidayı sıkın.
      3. Gözlüğün sol tarafındaki vidayı gevşetin (gözlükler sanki içinden bakıyormuş gibi konumlandırılmış durumda).
      4. Altıgen çubuğun karşı tarafını gözlüğün sol tarafına monte edilmiş somuna yerleştirin ve gözlüğün vidasını sıkın.
         NOT: Konu izleyiciyi gözlüğün sol veya sağ tarafına takma seçeneğiniz vardır. Bu seçim, katılımcının konumuna göre nöronavigasyon sisteminin kamerasının konumuna (işaretçiyi ve konu izleyiciyi tanıması gereken) göre hedef alana bağlıdır. Mevcut örnekte, izleyici sol tarafa takılmıştır, böylece izlemeyi yapan kişi izleyici ile kamera arasında durmaz.
   3. Adım 2.3'te elde edilen ilgili katılımcının yapısal T1 ağırlıklı (örneğin, bir Nörogörüntüleme Bilişim Teknolojisi Girişimi (NIfTI) dosyası olarak) aktarın. nöronavigasyon sisteminin kontrol bilgisayarına.
   4. Nöronavigasyon yazılımını açın ve Yeni Boş Proje'yi seçin.
   5. Katılımcının T1 ağırlıklı görüntüsünü yükleyin ve projeyi kaydet'i seçerek projeyi kaydedin.
   6. 3D kafa rekonstrüksiyonunu başlatmak için, uygulamanın ana penceresindeki Rekonstrüksiyonlar bölümüne gidin. Yeni'ye tıklayın... | Cilt, başka bir pencere açacaktır. İlgili düğmeye basarak cildi yeniden yapılandırın. Kafa rekonstrüksiyonunda bozulmalar gözlenirse cilt/hava eşiğini ayarlayın.
      NOT: Tüm kafanın doğru şekilde yeniden yapılandırılıp yapılandırılmadığının kontrol edilmesi önerilir. Burun ve kulakların iyi bir şekilde yeniden yapılandırılması, bir sonraki adımda açıklanan yer işaretlerini tespit etmek için önemlidir.
   7. Beş yer işaretini yapılandırın: nasion, sol ve sağ burun delikleri ve sol ve sağ preauriküler çukurlar (LPA ve RPA). Bunlar, katılımcıyı uygulamanın ana penceresinin Yer İşaretleri bölümüne kaydetmek için gereklidir (ayrıntılar için Ek Şekil S2'ye bakın).
   8. Anot konumunun x, y ve z koordinatlarını girerek (adım 2.4'te açıklanan kişiselleştirilmiş akım akışı simülasyonları tarafından sağlanır) Hedefler bölümünde rDLPFC için elektrot konumunu yapılandırın, Yeni ekle'ye tıklayın ve elektrot konumunun adı olarak Anot yazın. Üç dönüş elektrotu için prosedürü tekrarlayın.
2. Elektrot pozisyonlarının nöronavigasyonlu tanımlanması
   1. Katılımcıyı izleme kamerasına bakan bir sandalyeye rahatça yerleştirin. Konu izleyici takılıyken gözlüğü takmasını isteyin.
   2. Katılımcılara tüm nöronavigasyon prosedürü boyunca gözlüklere dokunmamalarını söyleyin. Bu, yer işaretlerinin kesin bir şekilde kaydedilmesi ve elektrot konumlarının doğrulanması için çok önemlidir.
   3. Oturumlar sekmesine gidin ve sol köşeden Yeni açılır menüsünden Çevrimiçi Oturum'u seçin. Polaris sekmesini seçin ve konu izleyiciyi ve işaretçiyi kamera görüş alanına taşıyarak görünürlüğünü doğrulayın. İlgili kırmızı çarpılar Araçlar panelindeki (uygulama penceresinin sol tarafı) yeşil onay işaretlerine dönüştüğünde her iki cihaz da doğru şekilde tanınır.
   4. Önceden tanımlanmış beş yer işaretini kaydetmek için Kayıt bölümünü seçin. Sensörler kameraya bakacak şekilde işaretçiyi katılımcının kafasına dik olarak yerleştirerek ilgili yer işaretini bulun. Ardından, konumu onaylamak için nöronavigasyon sisteminin ayak pedalına basın. Her yer işaretinin adının önünde yeşil bir onay işareti göründüğünden emin olun.
   5. Doğrulama bölümüne gidin ve işaretçinin ucunu kayıtlı yer işaretlerinin üzerine getirerek yer işaretlerini doğrulayın ve iki mesafe indeksini kontrol edin; İlk indeks, artı işareti (sanal işaretçi ucu) ile kayıtlı yer işareti arasındaki mesafeyi gösterir, ikinci indeks, artı işareti ile yeniden yapılandırılmış cilt arasındaki mesafeyi gösterir.
      NOT: Nöronavigasyon sisteminin varsayılan parametrelerini kullanırken, 5 mm'nin altındaki indeksler, doğrulama adımını geçmek için yeterli hassasiyeti gösterir. Bu, birçok deneysel bağlam için kabul edilebilir. Bununla birlikte, bu protokolde kullanılan optimize edilmiş odak kurulumu nedeniyle, elektrotların doğrulanması yalnızca amaçlanan koordinatlardan sapma 1 mm'den azsa kabul edilir (bkz. Şekil 3).
   6. İmleci katılımcının kafa derisinin üzerine getirin ve nöronavigasyon monitöründe yeniden yapılandırılmış kafa derisinin artı işaretlerini kontrol edin. Artı işareti, yeniden yapılandırılmış kafa derisine nüfuz etmeden veya üzerinde bir boşluk oluşturmadan aynı hizada kalırsa, bir sonraki adımı atlamak tavsiye edilmese de kabul edilebilir.
   7. En solda, en sağda, en üstte, en arkada ve en önde konumlar dahil olmak üzere uç nokta konumlarının etrafındaki ek noktaları örnekleyin. Bunu yapmak için, her konum için iyileştirme yer işaretleri panelindeki Ekle düğmesini tıklatın. Ardından, işaretçiyi başın hedef yüzeyine yerleştirin, işaretçinin ucunun kafa derisine hafifçe temas ettiğinden emin olun ve konumu kaydetmek için pedala basın. Artı işareti ile yeniden yapılandırılmış cilt arasındaki mesafe mümkün olduğunca düşük olana kadar bu işlemi tekrarlayın.
      NOT: Farklı nöronavigasyon sistemleri bu sürece atıfta bulunmak için farklı terminoloji kullanabilir (örneğin, yüzey kaydı).
   8. Gerçekleştir bölümünü seçin ve merkez anotun konumunu bulmak için işaretçiyi DLPFC'nin yaklaşık konumuna getirin (Şekil 1D'de verilen koordinatlara göre). İşaretçiyi hareket ettirirken, aynı anda ekranı gözlemleyin. İşaretçinin ucu ekrandaki yeşil artı işaretinin merkeziyle hizalandığında elektrotların konumlarını işaretleyin.
   9. Katılımcının saçını kafa derisindeki ilgili alandan uzaklaştırın ve pozisyonları bir cilt kalemi/kalemi ile işaretleyin
   . Üç katotun pozisyonları için işlemi tekrarlayın (bkz. Şekil 1D).
   10. tDCS-fMRI sırasında kafa derisindeki fiziksel hisleri azaltmak için elektrotların amaçlanan pozisyonlarına az miktarda topikal anestezik krem uygulayın.
       NOT: Kremin uygulanması ile tDCS'nin başlatılması arasında en az 20 dakika geçtiğinden emin olun.

4. tDCS-fMRI

1. Eşzamanlı tDCS-fMRI için hazırlık
   1. Çok kanallı doğru akım (DC) stimülatörü ile odak 3 x 1 tDCS hazırlayın.
   2. Çok kanallı DC stimülatörü³⁶ normal (pilsiz) modda kullanın. Gelişmiş sinyal-gürültü oranı ve görüntüleme artefaktlarını azaltmak için stimülatörün elektrik fişini tarayıcıyla aynı anahtarlı uzatma kablosuna takın (ayrıca üreticinin teknik özelliklerindeki notlara da bakın).
   3. Gerekli tüm stimülasyonla ilgili malzemelerin mevcut ve temiz olduğundan emin olun (Şekil 4). Kauçuk elektrotların ve 3D şablonların önceki deneysel oturumlardan herhangi bir macun içermemesine özellikle dikkat edin.
      NOT: Bu projede kullanılan kurulum, Araştırma Biriminin özel gereksinimlerini karşılamak için DC stimülatörünün üreticisi ile işbirliği içinde geliştirilen özelleştirilmiş elektrotlar ve filtre kutuları kullanır (bkz. Şekil 4A). Bununla birlikte, standart MRG uyumlu bileşenler de kullanılabilir.
      1. Elektrotları kafa derisine takmadan önce iletken elektrot macunu uygulamasını standartlaştırmak için 3D baskılı (termoplastik) bir elektrot macunu doldurma yardımcısı kullanın (Şekil 4A (9),B).
      2. Elektrotları kafa derisine yerleştirmek için 3D baskılı (termoplastik) bir ara parça kullanın ve fMRI-tDCS seansları sırasında anot ile katotlar arasındaki mesafelerin korunduğundan emin olun (Şekil 4A (10),C).
         NOT: 3D özelleştirilmiş şablonlara aşağıdaki bağlantı kullanılarak erişilebilir: https://github.com/memoslap/Material
   4. DC stimülatörünü kurmak için DC stimülatörünü dış kutuya bağlayın (dış kutu kablosunu ve adaptörü kullanarak). İç kutu kablosunu iç ve dış kutuya bağlayın (bkz. Şekil 4).
   5. focal-tDCS 3x1 kurulumunun tüm elektrotlarının yüzeyine 1 mm iletken macun eşit şekilde uygulayın. Macun kalınlığını standartlaştırmak için elektrot doldurma yardımcısını kullanın. Elektrotun sadece yüzeyini macunla kaplayın ve ilave macunları çıkarın.
   6. DC stimülatörünü ve Panel PC'yi açın (verilen sırayla). Masaüstündeki DC-Stimulator MC simgesine çift tıklayın. Seçilen dizi kurulumu açılır menüsünde gerekli stimülasyon dizisini seçin. Stimülatörü elektrik yükü olmadan kalibre etmek için stimülatörü kalibre et düğmesine tıklayın (yani, katılımcı stimülatöre bağlı değil).
      DİKKAT: Katılımcı kalibrasyon sırasında stimülatöre bağlanırsa, elektrik akımı ağrılı hislere neden olabilir.
   7. Katılımcıyı MRI tarayıcı odasının dışındaki DC stimülatörünün yanına rahatça yerleştirin.
   8. tDCS-fMRI seansı sırasında elektrotları yerinde tutmak için EEG başlığının en uygun boyutunu seçmek için alından (kaşların hemen üstünden) başın arkasındaki oksipital kemiğe kadar katılımcının başının en geniş kısmını belirleyin.
   9. Katotların merkez anot etrafında eşit aralıklarla yerleştirilmesini sağlamak için elektrotları ara parçaya yerleştirin ve elektrotları belirlenen ve işaretlenmiş kafa derisi konumlarının üzerine takın.
   10. tDCS-fMRI sırasında elektrotları yerinde tutmak için plastik ekler olmadan en uygun boyutta EEG kapağını kullanın.
       NOT: Kapak yerine takılıyken elektrotların yer değiştirmediğinden emin olun.
   11. Empedans kontrolü yapmak için elektrot kablolarının uçlarını DC stimülatörünün iç kutusuna bağlayın. Seçilen dizi kurulumu açılır menüsünde gerekli stimülasyon dizisini seçin. DC stimülatöründeki empedans kontrol düğmesine basarak empedans kontrolünü başlatın. MR modunun işaretli olduğundan emin olun.
   12. Stimülatör arayüzündeki ilgili düğmeye basarak Empedans Kontrolünü gerçekleştirin; empedans ≤25 kΩ ise, bir sonraki adıma geçin (4.1.13). Herhangi bir elektrot için empedans daha yüksekse, elektrotları kafa derisine yumuşak bir şekilde bastırın, kapağı sıkın ve iletken macunun ısınmasına izin verin. Gerekirse, daha fazla macun uygulayın.
   13. İç kutuyu dış kutudan ayırın ve dış kutuyu tarayıcının dalga kılavuzuna yerleştirin.
   14. İç kutuya ve bağlı elektrot kablolarına tutunarak katılımcıyı tarayıcı odasına yönlendirin.
       NOT: Herhangi bir zamanda, kablolar üzerinde elektrotun yer değiştirmesine neden olabilecek herhangi bir gerilim olmamasına büyük özen gösterin.
   15. Katılımcıdan MRI muayene masasına oturmasını ve iç kutuyu dış kutuya (tarayıcının dalga kılavuzuna yerleştirilen) yeniden bağlamasını isteyin.
   16. Katılımcıyı, başı açık kafa bobinine yerleştirilecek şekilde MRI muayene masasına sırtüstü pozisyonda rahatça yerleştirin. Başın her iki yanında şişirilebilir yastıklar ve sabitlemek için başın üstünde ekstra bir yastık kullanın.
       NOT: Köpük yastıklar yerleştirildiğinde elektrotun yer değiştirmesini önlemek için köpük yastıkların yanlarında şişirilebilir yastıklar tercih edilir.
   17. Kafa bobininin üst kısmını takmadan ve yerine kilitlemeden önce elektrot kablolarını kafa bobininin alt kısmından geçirin.
   18. İç kutuyu MRI inceleme masasındaki katılımcının yanına yerleştirin ve katılımcıyı tarayıcı deliğine taşıyın.
   19. Tarayıcı odasından çıkın ve her yapısal ve işlevsel görüntüleme sekansından önce ve ayrıca tarayıcı içindeki ikinci empedans kontrolünden önce tarayıcının iletişim arayüzü aracılığıyla katılımcıyı yaklaşan prosedürler hakkında bilgilendirin.
2. Eşzamanlı tDCS-fMRI
   1. Tarayıcı Panel PC'de, Ana Menü | Sınav | Hasta Kayıt ve gerekli gerekli alanları doldurun. Program Seçimi'ne gidin ve planlanan görüntüleme protokolünü toplayın ve seçin. Hasta yönü'ne tıklayın ve önce baş, Sırtüstü pozisyon seçeneğini seçin. Muayene bölgesi ve lateralite açılır menüsünden beyni'ni seçin ve muayene menüsüne gitmek için Muayene'ye tıklayın.
   2. Planlanan taramaları (fMRI öncesi, Radyal Edinim ile Noktasal Kodlama Süresi azaltma (PETRA), fMRI, fMRI sonrası, PETRA sonrası) bu protokolün aşağıdaki adımlarında gösterilen sırayla almak için ekrandaki talimatları izleyin.
      1. Katılımcının kafasındaki elektrot konumlarının doğrulanmasına izin veren bir PETRA taraması edinin.
      2. Katılımcıya, 10 dakikalık iki dinlenme durumu fMRI taramasının yapılacağını ve tarama süresinin tamamı boyunca (2 x 10 dakika) bakışlarını bir sabitleme haçında (bir projektör ve kafa bobinine monte edilmiş aynalar aracılığıyla görüntülenir) tutması gerektiğini bildirin.
      3. Panel PC üzerindeki init stimülasyon düğmesine basarak tDCS stimülasyonunu başlatın. Fonksiyonel görüntüleme sekanslarına başlamadan önce stimülasyonu 10 s'lik bir artışla başlatmak için serbest bırakma başlatma tetik düğmesine tıklayın. tDCS'yi 2 mA ile 20 dakika boyunca uygulayın.
         NOT: Farklı rampa periyotlarına veya stimülasyon yoğunluklarına veya sürelerine sahip diğer stimülasyon protokolleri mümkündür.
      4. Fonksiyonel taramaların ve stimülasyon süresinin sona ermesinden sonra, elektrotlar hala katılımcının kafasına takılıyken ikinci bir PETRA taraması yapın.
         NOT: fMRI öncesi PETRA taraması ile karşılaştırıldığında, bu, tDCS-fMRI deneyi boyunca potansiyel elektrot hareketinin (yani kayma) belirlenmesine izin verir.
   3. MRI oturumunun tamamlanmasının ardından, elektrot kablolarını dış kutudan ayırın ve DC stimülatörünü kapatın, katılımcıyı tarayıcı deliğinden çıkarın, katılımcının kafasından kapağı çıkarın ve elektrotları çıkarın.
   4. Katılımcının kafa derisini, stimülasyonun neden olduğu potansiyel cilt kızarıklığı açısından inceleyin. Elektrotların yerleştirildiği katılımcının kafa derisini temizleyin.
   5. Deneyin sonunda, katılımcıdan tDCS yan etkileri²⁹ ve kör edici^31,32 anketlerini doldurmasını isteyin.

Sonuçlar

43 sağlıklı genç katılımcıdan (20 erkek / 23 kadın, 24.74 ± 5.50 yaş) elde edilen veriler dahil edildi. Katılımcılar dört adede kadar fMRI seansını tamamladılar. Elektrotların nöronavigasyonlu yerleştirilmesi her fMRI seansından önce yapıldı. Toplamda, merkez anotların fMRI öncesi ve sonrası pozisyonlarını temsil eden 338 veri seti veri analizlerine dahil edildi.

Elektrotların amaçlanan pozisyonlarını belirleme...

Tartışmalar

Yöntemin kritik adımları, olası değişiklikleri ve sorun giderme
Elektrotların doğru konumlandırılması, tDCS deneylerinde çok önemli bir teknik faktördür ve amaçlanan kafa derisi konumlarından sapmalar veya elektrot kayması, amaçlanan hedef beyin bölgelerine akım akışını etkileyebilir^42,43. Bu, özellikle odaklanmış tDCS için geçerlidir, çünkü uygulanan akımın bölgesel özgül...

Malzemeler

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