Name: simultaneous transcranial alternating current stimulation and functional magnetic resonance imaging
Uploaded: 2017-06-05T14:00:00
Duration: 10 min 25 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging at JoVE.com

אנו מודים אילונה Pfahlert ו Britta Perl לעזרה טכנית במהלך ניסויים הדמיה תפקודית Severin Heumüller לקבלת תמיכה המחשב מעולה. עבודה זו נתמכה על ידי קרן הרמן ולילי שילינג והמרכז למיקרוסקופיה ננומטית ופיזיולוגיה מולקולרית של המוח (CNMPB).

לנהל את כל הניסויים בהתאם להנחיות הוועדה המוסדית. עבור כל המחקרים המוזכרים בכתב יד זה, כל ההליכים בוצעו על פי ההצהרה של הלסינקי ואושרה על ידי ועדת האתיקה המקומית של המרכז הרפואי האוניברסיטאי גטינגן. 1. גירוי והגדרת מחשב לפני הניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת Stimulator הערה: המאיץ המשמש לניסוי fMRI זה הוא מערכת תואמת לתהודה מגנטית (MR), המצוידת בקופסת מסנן פנימית MR-Safe, תיבת סינון חיצונית, נגדי בטיחות, כבלים מצמידים וחומרים בטוחים ל- MR. הוראות מסוימות מתייחסות ספציפית להוראות היצרן, ואלה עשויות להשתנות בעת שימוש בממריץ אחר, לכן הקפידו למלא אחר הוראות הציוד שסופקו על ידי היצרן, אשר עשויות להוות חריגות להתקנה זו. איור 1 א מראה את הממריץרכיבים המשמשים בהגדרה ניסיונית זו. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נווט בתפריט של המפעיל כדי לתכנת את הפרמטרים הניסיוניים הרצויים (עיין במדריך למשתמש לקבלת פרטים). לדוגמה, עבור תדר גירוי של 10 הרץ, תוכנית 10 מחזורים עבור הרמפה למעלה / למטה זמן של 1 s, 300 סינוסיאידלי מחזורים עבור 30 s של גירוי, כוח הנוכחי שווה ל 1000 μA, ואת מצב ההדק חוזרת, כפי שנעשה שלנו ניסויים אלא אם צוין אחרת. שמור את התוכנית כדי לטעון עבור כל פעם את הניסוי מופעל לאחר מכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את הגירוי מצגת המחשב ההדק פלט למריץ באמצעות כבל BNC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצב כבל רשת מקומית לא מגנטית, מסוכך (LAN) באמצעות צינור תדר רדיו (RF) של גלגל הצינור מתוך החלק הפנימי של חדר הסורק. כדי למנוע צימוד קיבולי מהדהד, ודא כי הכבל הוא ללא לולאות והניח לאורך הקיר של החדר, המוביל האחורי של מגנט לשעמם לאורך בצד ימין סורק המיטה מעקהG בתוך משעמם, המוביל את המיקום של תיבת המסנן הפנימי (ראה איור 1C ו הערה בטיחות בשלב 2.4 לגבי מיקום כבל). אבטח את הכבל עם הקלטת להציב לסירוגין לאורך זה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את תוכנית תמריצים חזותיים במחשב מצגת ייעודי כי הוא נפרד מהמחשב שליטה סורק. כפי שמתואר בתרשים 1C , חבר את מחשב המצגת ליציאת ההדק של הסורק באמצעות ממיר אופטי-לחשמל ולהתקן פלט ( כלומר , מקרן) המוצב בתוך מארז מוגן או מחוץ לחדר המגנט. השתמש במראות לא-מגנטיות כדי לכוון את ההקרנה אל מסך בתוך הסורק. </li></ol> 2. נושא ההגעה וההכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום המסך מגויסים נושאים עבור כל התוויות נגד סריקת MR ( למשל , לא שתלים מתכת, לא קלאוסטרופוביה, ספציפית ניסוי ספציפי תנאים מוקדמים) כמוגם עבור tACS ( למשל , היסטוריה של התקפים, כאבי ראש כרוניים, הריון) 26 , 27 . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר הנושא מגיע, להנחות את הנושא על הפרטים הניסוי fMRI ולתאר את החוויה לצפות ( למשל , גירוי חזותי, עקצוץ או phosphenes מ tACS, הוראות משימה מיוחדת). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום אלקטרודות על פי 10-20 מערכת EEG והכנת ממריץ. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מדידה קלטת, למדוד את המרחק על הראש של הנושא מן nasion כדי inion, וכן מן האוזן אל האוזן, מעל החלק העליון של הראש. הצומת של שני אורכים נותן את המיקום על הראש עבור CZ, על פי 10-20 מערכת EEG. סמן את הנקודה עבור Cz על הקרקפת באמצעות סמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כובע EEG ללא אלקטרודות על הראש של הנושא, עם CZ מיושר לציון על הקרקפת של הנושא, לקבוע את המיקום הרצוי של האלקטרודות לסמן אותם. לֹאה: חשוב שכל הניסויים ישתמשו באותה מערכת מיקום כדי להבטיח עקביות בכל הניסויים; 10-20 מערכת EEG, אשר נפוץ בניסויים גירוי transcranial, יש הנחיות ספציפיות כדי לשמור על מיקום אלקטרודה מדויק 26 , 28 . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת כריות אלכוהול וכותנה, לנקות את השיער ואת העור על ומסביב כתמים מסומנים על הקרקפת של הנושא; להסיר שמנים ומוצרי שיער. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מורחים קצת ג&#39;ל על האלקטרודות גומי ולחץ כל אלקטרודה בחוזקה על המקומות מסומנים ונקיים על הקרקפת של הנושא, הבטחת מגע מלא מן האלקטרודה כדי ג&#39;ל מוליך על הקרקפת עם עכבה מינימלית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות כבל מוגן LAN, לחבר את תיבות מסנן וכבלים בטוח MR כדי ממריץ ואלקטרודות גומי כפי שמתואר בתרשים 1A . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המאיץ ולבדוק את העכבה (עיין למשתמשידנית לפרטים). אם העכבה אינה מתחת ל- 20 kΩ, לחץ על האלקטרודות על הקרקפת או הוסף ג&#39;ל אלקטרודה לפי הצורך עד שתתקבל הנחיה עכבה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר עכבה מתחת 20 kΩ, לאפשר גירוי פלט הנוכחי למשך כמה שניות כדי להכיר את הנושא עם חוויה חושית. שאל את הנושא על תפיסה חושית במהלך בדיקה זו, כולל האם תחושת עקצוץ קיימת וניתן לעמוד בה, ואת היקף או מיקום של phosphenes במהלך גירוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב זה, הנושא מוכן לעבור למיטת הסורק. השארת כבל האלקטרודה מחובר לתוך האלקטרודות גומי בנושא, לנתק את המאיץ, כבל LAN חילוף, ואת תיבות מסנן החיצוני והפנימי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את תיבת הסינון החיצונית לכבל ה- LAN העובר דרך גל ההגה לסורק ה- MR, ומשאיר את כבל ה- LAN החשוף הקטן מחוץ למפנה הגלוי (ראה איור 1 ב &#39; ). חבר אתממריץ את תיבת הסינון החיצוני באמצעות כבל ממריץ ו לבדוק פעמיים כי המפעיל מחובר הפלט מצגת המחשב המצגת. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את הנושא בתוך הסורק של MR. הערה: איור 1C מציג את הגדרת tACS-fMRI המלאה במהלך הניסוי. זה קריטי כדי לסדר את הכבלים ואת תיבת מסנן פנימי כפי שצוין, עם כבל אלקטרודה מסודרים בזווית של כ 90 ° על המטוס של המיטה סורק ואת תיבת המסנן הפנימי נח על המיטה סורק מעקה בצד ימין של הסורק לְשַׁעֲמֵם. הזנחה לעשות זאת עלולה להזיק למעגל הבטיחות של כבל האלקטרודה; תצורה זו חלה על סלילי RF פתוחים וסגורים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הבטחת כי הנושא הוא ללא חומרים מגנטיים מוכן לניסוי MRI, להוביל את הנושא לחדר הסורק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תן אוזניים plugs להגנה על השמיעה לנושא, וכן להנחות את הנושא לשקרעל המיטה סורק, הצבת כריות סביב מתחת לראש ומתחת לרגליים לנוחות ולהקטין את התנועה. כאשר הנחת הכריות מאחורי הראש של הנושא, להקדיש תשומת לב מיוחדת להניח את כבל האלקטרודה שטוח במצב נוח כי הנושא לשכב על משך הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תן את הכדור אזעקה ואת MR- בטוח תיבת כפתור תגובה לנושא להחזיק כזה תנועה מינימלי נדרש ללחוץ על כפתור להגיב בניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את סליל ראש ה- RF על ראש הנושא עם מראה מחוברת כך שהנושא יכול לראות את מסך ההקרנה משתקף בכיוון הנכון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מאובטח באופן זמני את הקצה החופשי של כבל האלקטרודה מגיע מן האלקטרודות גומי למקום סליל הראש כך שהוא לא לתפוס כאשר המיטה זזה. איור 1D מראה את הנושא של הראש ממוקם בראש סליל עם כריות, מראה, כבל TACS במקום בלפני העברת המיטה לסליל הראש של המרכז לצורך הדמיה. תיבת הסינון מוצגת גם על המעקה של מיטת הסורק, כדוגמה למקום שבו היא צריכה לשבת ביחס לסליל הראש כאשר מיטת הסורק נמצאת במיקום המדידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את מיטת הסורק למצב מדידה. מן הקצה האחורי של סורק נשא, חבר את כבל האלקטרודה מן האלקטרודות גומי לתיבת המסנן הפנימי המתחבר כבל LAN, כפי שמתואר באיור 1C . כדי למנוע תנועה עודפת במהלך הסריקה, לאבטח את הכבלים ואת תיבת הסינון לאורך המיטה סורק מעקה בצד ימין של נשא עם קלטת שקיות חול. מקרן מקום המסך לתוך הקצה האחורי של הסורק נשא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את עכבה על הממריץ פעם נוספת כדי להבטיח כי כל החיבורים בין כבלים, תיבות מסנן, ואת ממריצים נעשים כראוי. </li></ol></li></ol> 3. MR סריקה וניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני תחילת הסריקה, בדוק כימצגת המחשב רושם כאשר הנושא דוחף לחצני התגובה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רכישת נתונים אנטומיים משוקללים ברזולוציה גבוהה T1 ( למשל , תלת מימדי טורבו מהיר זווית זריקה נמוכה, זמן הד (TE): 3.26 ms, זמן החזרה (TR): 2,250 ms, זמן היפוך: 900 ms, זווית Flip 9 °, רזולוציה איזוטרופית של 1 x 1 x 1 מ&quot;מ 3 ). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הרכישה, להתאים את הניגודיות ואת החלונות על MRI אנטומי לגובה נמוך וקיצוני כדי לזהות ויזואלית רעש במהלך סריקה שעלולים לנבוע ההתקנה מגרה. המשך זה ניטור חזותי של רעש במקביל עם רכישת תמונה פונקציונלית. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הניסוי במחשב המצגת, מוכן להתחיל עם ההדק סורק, ולהפעיל את הממריץ לחכות ההדק מצגת המחשב המצגת. השאירו את הממריץ על ומחובר לאורך הניסוי fMRI, כדי למנוע הבדלים יחס אות לרעש בין הזמן (tSNR) בין ממריץ22 תנאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל את סריקת ה- fMRI ( לדוגמה , הדמיה דו-מימדית T2 * -eded הד הדקו-הד הדמיה מישור, TE: 30 ms, TR: 2,000 ms, זווית Flip 70 °, 33 פרוסות של עובי 3 מ&quot;מ, אין פער בין פרוסות ב רזולוציה במישור של 3 x 3 מ&quot;מ 2 , 210 כרכים במשך שבע דקות של סריקה), אשר מפעילה את תחילת הניסוי במחשב המצגת. צג את התצוגה מגרה כדי להבטיח כי הנוכחי נשלח פעמים הרצוי לאורך כל הניסויים פועל. </li></ol> 4. ניסוי מסקנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שהניסוי פועל והסריקה הסתיימה, נתק את תיבת המסנן הפנימית מהכבל המחובר לאלקטרודות הגומי לפני הזזת מיטת הסורק, הסר את הנושא מהסורק והסר את האלקטרודות, והשאיר את הנושא חופשי לשטוף את השיער. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את המפעיל, וחבר אותו לטעינה. נקה את האלקטרודות גומי עם מים עבור nex שלהםT שימוש. </li></ol>

<ol>
	<li>Thut, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulating+brain+oscillations+to+drive+brain+function.">Modulating brain oscillations to drive brain function.</a> PLoS Biol. 12 (12), e1002032 (2014).</li><li>Joundi, R. A., Jenkinson, N., Brittain, J. S., Aziz, T. Z., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Driving+Oscillatory+Activity+in+the+Human+Cortex+Enhances+Motor+Performance.">Driving Oscillatory Activity in the Human Cortex Enhances Motor Performance.</a> Current Biology. 22 (5), 403-407 (2012).</li><li>Jausovec, N., Jausovec, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+working+memory+capacity+with+theta+transcranial+alternating+current+stimulation+(tACS).">Increasing working memory capacity with theta transcranial alternating current stimulation (tACS).</a> Biological Psychology. 96, 42-47 (2014).</li><li>Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+specific+modulation+of+human+somatosensory+cortex.">Frequency specific modulation of human somatosensory cortex.</a> Frontiers in Psychology. 2, (2011).</li><li>Laczo, B., Antal, A., Niebergall, R., Treue, S., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+alternating+stimulation+in+a+high+gamma+frequency+range+applied+over+V1+improves+contrast+perception+but+does+not+modulate+spatial+attention.">Transcranial alternating stimulation in a high gamma frequency range applied over V1 improves contrast perception but does not modulate spatial attention.</a> Brain stimulation. 5 (4), 484-491 (2012).</li><li>Cabral-Calderin, Y., Schmidt-Samoa, C., Wilke, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rhythmic+Gamma+Stimulation+Affects+Bistable+Perception.">Rhythmic Gamma Stimulation Affects Bistable Perception.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 27 (7), 1298-1307 (2015).</li><li>Kanai, R., Chaieb, L., Antal, A., Walsh, V., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency-dependent+electrical+stimulation+of+the+visual+cortex.">Frequency-dependent electrical stimulation of the visual cortex.</a> Curr Biol. 18 (23), 1839-1843 (2008).</li><li>Brittain, J. S., Probert-Smith, P., Aziz, T. Z., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tremor+Suppression+by+Rhythmic+Transcranial+Current+Stimulation.">Tremor Suppression by Rhythmic Transcranial Current Stimulation.</a> Current Biology. 23 (5), 436-440 (2013).</li><li>Sabel, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+alternating+current+stimulation+improves+vision+in+optic+neuropathy.">Non-invasive alternating current stimulation improves vision in optic neuropathy.</a> Restorative Neurology and Neuroscience. 29 (6), 493-505 (2011).</li><li>Fedorov, A., Chibisova, Y., Gall, C., Sabel, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-Invasive+Alternating+Current+Stimulation+Induces+Recovery+From+Stroke.">Non-Invasive Alternating Current Stimulation Induces Recovery From Stroke.</a> Brain Injury. 26 (4-5), 634 (2012).</li><li>Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-Intensity+Electrical+Stimulation+Affects+Network+Dynamics+by+Modulating+Population+Rate+and+Spike+Timing.">Low-Intensity Electrical Stimulation Affects Network Dynamics by Modulating Population Rate and Spike Timing.</a> Journal of Neuroscience. 30 (45), 15067-15079 (2010).</li><li>Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+weak+transcranial+alternating+current+stimulation+on+brain+activity-a+review+of+known+mechanisms+from+animal+studies.">Effects of weak transcranial alternating current stimulation on brain activity-a review of known mechanisms from animal studies.</a> Front Hum Neurosci. 7, 687 (2013).</li><li>Herrmann, C. S., Rach, S., Neuling, T., Struber, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+alternating+current+stimulation:+a+review+of+the+underlying+mechanisms+and+modulation+of+cognitive+processes.">Transcranial alternating current stimulation: a review of the underlying mechanisms and modulation of cognitive processes.</a> Front Hum Neurosci. 7, 279 (2013).</li><li>Alagapan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+Cortical+Oscillations+by+Low-Frequency+Direct+Cortical+Stimulation+Is+State-Dependent.">Modulation of Cortical Oscillations by Low-Frequency Direct Cortical Stimulation Is State-Dependent.</a> PLoS Biol. 14 (3), e1002424 (2016).</li><li>Helfrich, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entrainment+of+brain+oscillations+by+transcranial+alternating+current+stimulation.">Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation.</a> Curr Biol. 24 (3), 333-339 (2014).</li><li>Neuling, T., Zaehle, T., Herrmann, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+recording+of+EEG+and+transcranial+electric+stimulation.">Simultaneous recording of EEG and transcranial electric stimulation.</a> International Journal of Psychophysiology. 77 (3), 312 (2010).</li><li>Zaehle, T., Rach, S., Herrmann, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+alternating+current+stimulation+enhances+individual+alpha+activity+in+human+EEG.">Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG.</a> PLoS One. 5 (11), e13766 (2010).</li><li>Neuling, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Friends,+not+foes:+Magnetoencephalography+as+a+tool+to+uncover+brain+dynamics+during+transcranial+alternating+current+stimulation.">Friends, not foes: Magnetoencephalography as a tool to uncover brain dynamics during transcranial alternating current stimulation.</a> Neuroimage. 118, 406-413 (2015).</li><li>Ruhnau, P., Keitel, C., Lithari, C., Weisz, N., Neuling, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flicker-Driven+Responses+in+Visual+Cortex+Change+during+Matched-Frequency+Transcranial+Alternating+Current+Stimulation.">Flicker-Driven Responses in Visual Cortex Change during Matched-Frequency Transcranial Alternating Current Stimulation.</a> Front Hum Neurosci. 10, 184 (2016).</li><li>Witkowski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+entrained+brain+oscillations+during+transcranial+alternating+current+stimulation+(tACS).">Mapping entrained brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS).</a> Neuroimage. , 89-98 (2016).</li><li>Alekseichuk, I., Diers, K., Paulus, W., Antal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+electrical+stimulation+of+the+occipital+cortex+during+visual+perception+modifies+the+magnitude+of+BOLD+activity:+A+combined+tES-fMRI+approach.">Transcranial electrical stimulation of the occipital cortex during visual perception modifies the magnitude of BOLD activity: A combined tES-fMRI approach.</a> Neuroimage. , 110-117 (2016).</li><li>Cabral-Calderin, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+alternating+current+stimulation+affects+the+BOLD+signal+in+a+frequency+and+task-dependent+manner.">Transcranial alternating current stimulation affects the BOLD signal in a frequency and task-dependent manner.</a> Hum Brain Mapp. 37 (1), 94-121 (2016).</li><li>Cabral-Calderin, Y., Williams, K. A., Opitz, A., Dechent, P., Wilke, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+alternating+current+stimulation+modulates+spontaneous+low+frequency+fluctuations+as+measured+with+fMRI.">Transcranial alternating current stimulation modulates spontaneous low frequency fluctuations as measured with fMRI.</a> Neuroimage. 141, 88-107 (2016).</li><li>Vosskuhl, J., Huster, R. J., Herrmann, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BOLD+signal+effects+of+transcranial+alternating+current+stimulation+(tACS)+in+the+alpha+range:+A+concurrent+tACS-fMRI+study.">BOLD signal effects of transcranial alternating current stimulation (tACS) in the alpha range: A concurrent tACS-fMRI study.</a> Neuroimage. 140, 118-125 (2016).</li><li>Krause, B., Cohen Kadosh, ., R, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Not+all+brains+are+created+equal:+the+relevance+of+individual+differences+in+responsiveness+to+transcranial+electrical+stimulation.">Not all brains are created equal: the relevance of individual differences in responsiveness to transcranial electrical stimulation.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 8 (25), (2014).</li><li>DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrode+positioning+and+montage+in+transcranial+direct+current+stimulation.">Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation.</a> J Vis Exp. (51), (2011).</li><li>Nitsche, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safety+criteria+for+transcranial+direct+current+stimulation+(tDCS)+in+humans.">Safety criteria for transcranial direct current stimulation (tDCS) in humans.</a> Clinical Neurophysiology. 114 (11), 2220-2222 (2003).</li><li>Poeppl, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connectivity+and+functional+profiling+of+abnormal+brain+structures+in+pedophilia.">Connectivity and functional profiling of abnormal brain structures in pedophilia.</a> Hum Brain Mapp. 36 (6), 2374-2386 (2015).</li><li>Cabral-Calderin, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+Alternating+Current+Stimulation+Affects+the+BOLD+Signal+in+a+Frequency+and+Task-dependent+Manner.">Transcranial Alternating Current Stimulation Affects the BOLD Signal in a Frequency and Task-dependent Manner.</a> Human Brain Mapping. 37 (1), 94-121 (2016).</li><li>Antal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+artifacts+induced+by+electrical+stimulation+during+conventional+fMRI+of+the+brain.">Imaging artifacts induced by electrical stimulation during conventional fMRI of the brain.</a> Neuroimage. 85 (Pt 3), 1040-1047 (2014).</li><li>Turi, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Both+the+cutaneous+sensation+and+phosphene+perception+are+modulated+in+a+frequency-specific+manner+during+transcranial+alternating+current+stimulation.">Both the cutaneous sensation and phosphene perception are modulated in a frequency-specific manner during transcranial alternating current stimulation.</a> Restor Neurol Neurosci. 31 (3), 275-285 (2013).</li><li>Kanai, R., Paulus, W., Walsh, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+alternating+current+stimulation+(tACS)+modulates+cortical+excitability+as+assessed+by+TMS-induced+phosphene+thresholds.">Transcranial alternating current stimulation (tACS) modulates cortical excitability as assessed by TMS-induced phosphene thresholds.</a> Clinical Neurophysiology. 121 (9), 1551-1554 (2010).</li><li>Schutter, D. J., Hortensius, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+origin+of+phosphenes+to+transcranial+alternating+current+stimulation.">Retinal origin of phosphenes to transcranial alternating current stimulation.</a> Clinical Neurophysiology. 121 (7), 1080-1084 (2010).</li><li>Witkowski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+entrained+brain+oscillations+during+transcranial+alternating+current+stimulation+(tACS).">Mapping entrained brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS).</a> Neuroimage. , (2015).</li><li>Vossen, A., Gross, J., Thut, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alpha+Power+Increase+After+Transcranial+Alternating+Current+Stimulation+at+Alpha+Frequency+(alpha-tACS)+Reflects+Plastic+Changes+Rather+Than+Entrainment.">Alpha Power Increase After Transcranial Alternating Current Stimulation at Alpha Frequency (alpha-tACS) Reflects Plastic Changes Rather Than Entrainment.</a> Brain Stimul. 8 (3), 499-508 (2015).</li><li>Alekseichuk, I., Diers, K., Paulus, W., Antal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+electrical+stimulation+of+the+occipital+cortex+during+visual+perception+modifies+the+magnitude+of+BOLD+activity:+A+combined+tES-fMRI+approach.">Transcranial electrical stimulation of the occipital cortex during visual perception modifies the magnitude of BOLD activity: A combined tES-fMRI approach.</a> Neuroimage. , (2015).</li></ol>

למחברים אין מה לחשוף.

כאן, יש לנו תיאר את ההליך עבור הגדרת ניסוי tACS-fMRI סימולטני וביצוע באמצעות מערכת תואם tACS MR. כמה צעדים בהליך זה דורשים תשומת לב מיוחדת, במיוחד ביחס להגדרת הנושא. למנגנון ולהגדרות התואמות ל- MR, המשמשים בניסוי זה, יש עכבה מינימלית של כ -12 KΩ עם הכבלים, תיבות הסינון והאלקטרודות בלבד, והיצרן ממליץ על עכבה מינימלית של 20 kΩ עם אלקטרודות המחוברות לנושא; דרישה זו תלויה המוצר מגרה היצרן. כאשר החלת אלקטרודות לנושא, אם עכבה גבוהה מדי, כמה צעדים ניתן לנקוט כדי להפחית את הערך הזה מלבד לחיצה על האלקטרודות. לדוגמה, ייתכן שיהיה קל יותר לכסות תחילה את המיקומים המסומנים ונקיים על הקרקפת עם ג&#39;ל אלקטרודה, כולל השיער, לפני לחיצה על האלקטרודה על הקרקפת. זה יבטיח התפשטות הנוכחי על פני חומר שאינו מוליך; למרות זאת,יש להיזהר להגביל את הכיסוי אלקטרודה ג&#39;ל על אותו שטח משטח כמו האלקטרודות כדי להפיץ הנוכחי הנוכחי לאזור הרצוי של גירוי. תשומת לב מיוחדת זו אם האלקטרודות קרובים זה לזה, כי shunting הנוכחי בין האלקטרודות עלולה להתרחש באמצעות מגע עודף אלקטרודה. אם האלקטרודה היא על הגב של הראש שבו הנושא יהיה להטיל ישירות על זה, טיפול מיוחד יש לנקוט כדי להניח כריות מאחורי הראש כך הנושא לא יגדל לא נוח כמו הניסוי נמשך; אי נוחות זו לא יכולה להיות בעיה בתחילה עבור הנושא, אולם הניסיון מראה כי הכאב עולה עולה עם הזמן. בנוסף, כמו בכל הניסויים fMRI, ההצעה הנושא מציג בלבול בעייתי, ולכן חשוב לנושא נוח עם כל הכבלים ואת האלקטרודות במקום. ההיבט החשוב ביותר של ההתקנה לשקול את הרעש הפוטנציאלי הציגלסביבת MR שיכולה לגרום לתמונות ולעינויים. לפני הניסוי, זה נבון כדי לבדוק את התמונה artifacts עם כל ההתקנה tACS במקום. כדור רפאים רגיל יכול לשמש, אבטחת אלקטרודות עם ג&#39;ל אלקטרודה. חשוב לספק דרך כלשהי עבור הנוכחי לנסוע בין אלקטרודות, אשר ניתן להשיג על ידי יישום כמות נדיבה של ג&#39;ל אלקטרודה בנתיב מאחד אלקטרודה אחת לאחרת. הפעל את הניסוי כולו, כמתוכנן עבור הנושא, כולל וריאציות פרמטרים כגון תדירות וזרם. במהלך הפעלת הסריקה, התאמת הניגודיות והחלון לקיצוניות במציג התמונות במחשב בקרת הסורק של MR מאפשרת זיהוי חזותי קל יותר של רעש. כאשר ניטור חזותית לרעש לפני הניסוי ובמהלכו, הרעש עלול להתרחש כקפיצים בתמונה בעוצמה גבוהה, דפוסי שבו האות לא צריך להיות נמדד, או משתנה בעוצמה לאורך זמן, כדוגמאות. רכישת נתונים fMRI עם excitatio RFN הדופק כבוי נותן מידע על רעש הסביבה סורק במהלך סריקה ללא רכישת אות התמונה בפועל (ראה איור 2 ). מבחן רעש זה יכול להיעשות בכל הפעלה סריקה. אם יש וריאציות ברעש, לבדוק כי כל הכבלים שלמים מחוברים היטב את המאיץ, אלקטרודות, תיבות מסנן. כבלים לא צריך לשבת בלולאות. רעש או עיוות יכול לנבוע כבלים שבורים, אלקטרודות עם מזהמים מתכת בגומי (למרות נמכרים כמו MR תואם), וקשרים פגומים, בין אפשרויות אחרות. המפעיל הוא מונע על ידי הסוללה כדי למזער רעש חשמלי ההתקנה; לוודא שהוא טעון במלואו לפני כל ניסוי וכי הוא נשאר על מחובר לאורך הניסוי. TSNR בתמונות תפקודית יקטן סביב 5% עם מגרה מחובר, עם זאת, הערכים צריכים להיות יציבים על פני תנאי גירוי 22 . בדיקות גירוי חשמלי תוך-גולמי סימולטני - fMRI oC cavavers הראו כי אין חפצים הקשורים לסירוגין גירוי הנוכחי, אשר יתרון לעומת גירוי הנוכחי הנוכחי 30 . תיאורטית, חוסר זה יכול להיות מוסבר על ידי זרם נטו של אפס בזמן התמונה נרכש 30 . עם זאת, עבור כמה ניסויים שנערכו במעבדה שלנו, זמן הרכישה או TR הוא לא מספר של תדר גירוי. לאחר ביצוע בדיקות הרעש הנזכרות בפרוטוקול זה ובדיקת תמונות עבור חפצים, אשר לא היו גלויים, אנו למסקנה כי כל הבדל הנוכחי נטו מאפס הוא קטן וזניח מדי כדי לגרום חפצים. נקודה קריטית נוספת עבור ניסויים מוצלחים היא כי המצגת המחשב מקבל את ההדק המוצא של הסורק וכי המפעיל מקבל את ההדק מהמחשב המצגת. לפני הניסוי, תוכנית עיצוב גירוי חזותי ועיתוי באמצעות thE הרצוי תוכנה. תוכנית זו חייבת להשתמש מפעילה כדי לסנכרן את ההצגה גירוי חזותי עם סורק MR ו ממריץ; זה ייזום עם ההדק כי הוא פלט מן הסורק MR וגם שולח הפלט מפעילה את ממריץ בזמן הגירוי הרצוי. דרך קלה לבדוק את ההדק התקשורת במהלך ההתקנה היא להשתמש אוסצילוסקופ המצורפת עם כבל BNC כדי להפעיל את הסורק פלט כמו גם את המצגת המחשב פלט. בתצורה שלנו, סורק MR יציג את ההדק (עבור כל נפח פונקציונלי שנרכש, והמחשב מציג את האות כמקור מתוכנת המצגת. הניתוח של ניסוי מתוכנן היטב נשען בצורה קריטית על גירוי מתוזמן כראוי. חלק מהשלבים של ניסוי זה עשויים להיות מותאמים לפי הצורך עבור דרישות המעבדה. לדוגמה, הגדרה זו מתארת ​​באמצעות מקרן ומראות עבור מצגת ויזואלית חזותית, אולם הגירוי החזותי ouהתקן tput יכול להיות משקפי מגן של גביש נוזלי, או צג MR-Safe, שנבחר על סמך העדפות וניסויי מעבדה או מגבלות. כמו כן, פרמטרים MRI סריקה צריך להיות מותאם לניסוי. ראוי לציין כי יש להקדיש תשומת לב לבחירה המתאימה של בקרת הניסוי עבור TACS, אם כי תשובה פשוטה אינה קיימת. גירוי דמה קצר של 30 שניות יכול לחקות את somatosensation הנגרמת על ידי tACS כי פוחתת בסופו של דבר עם גירוי ממושך; עם זאת, כמה מחקרים מראים כי אפילו תקופות קצרות של גירוי יכול לגרום entrainment נדנוד 12 . עוד שליטה אפשרית שיכולה לשמש עבור tACS היא לעורר באמצעות תדר לא יעיל, או, במילים אחרות, תדר שונה מאחד עניין. היוצא מן הכלל כאן יהיה כי סומאטוסנסציה ותפיסת phosphene להשתנות בהתאם לתדר גירוי 31 . לבסוף, לגבי חוויות סובייקטיביות של גירויאופטית, phosphenes tACS-Induced להשתנות על פני אנשים, ולכן על מנת ללכוד בצורה הטובה ביותר השתנות הנושא, לשקול באמצעות מערכת דירוג מפורט תפיסת phosphene, ולבלות קצת זמן עם הנושא המתאר את התכונות השונות של phosphhenes ( למשל , מיקום, אינטנסיביות) כי יכול להיווצר כך שהנושא יוכל להעריך את ניסיונו במהלך הגירוי 32 , 33 . התוצאות המייצגות המוצגות כאן מראות כי השפעות TACS הן תלות נוכחית, תלות תלות, ושהאפנון אינו מוגבל לאזורים שמתחת לאלקטרודות, אלא מרחיב לאזורים רחוקים, הקשורים מבחינה תפקודית. מגבלה אחת של טכניקה זו היא הפתרון הזמני של fMRI כמו גם של התגובה BOLD. רכישת הנתונים ואת התגובה ההמודינמית הם לא הכי מהר כמו תדר גירוי או פעילות חשמלית של המוח, כך אינטראקציות ישירות עם תדירותהשפעות ספציפיות של tACS לא ניתן למדוד. עם זאת, לאור העובדה כי החלק הגדול ביותר של הספרות המדעית של השפעות TACS הוא של מחקרים התנהגותיים, וכי TACS ללא ספק משפיע על מערכת עצבית שלמה, מסובך, ברור כי סימולטני tACS-fMRI ניסויים יש הרבה מה להציע עבור ליידע אותנו על ההשפעות tACS ב המוח. EEG ו- MEG מציעים תובנות לגבי רמת ההחלטות הזמניות המתאימות לאלה של הפעילות העצבית. עם זאת, EEG ו MEG סובלים ברזולוציה מרחבית ומגבלות עומק קליפת המוח או טכניקות חישוב אינטנסיבית מקורית חישובית. תדירות גירוי וחפצים הרמוניים מעל אותות המוח של עניין נרשם על תדרים אותו עוד יותר לסבך ניתוחי EEG ו MEG. דרכים חדשות לעקיפת הבעיה הוחלו על מנת להתמודד עם חלק מהאתגרים הללו. Helfrich et al. השתמשו בטכניקה חדשה כדי להסיר את החפץ tACS מנתוני EEG באמצעות חיסור תבנית artifact וניתוח רכיב עיקרי 15 </sUp&gt;. הם הראו כי 10 TZS TACS להחיל parieto-occipitally מגביר פעילות אלפא בקורטקס הקודקודי ואת העורקים ומעורר סינכרון במתנדים קליפת המוח מתפקד תדרים אינטנסיביים דומים. Witkowski ועמיתיו ליישם TACS מווסתת משרעת ויצרו בהצלחה מפות MEG מבוססי קליפת המוח של תנודות המוח מוטבעים 34 . במטרה ליישם את TACS במחקר על מנת להבין טוב יותר את תפקוד המוח הנורמלי והנורמלי, ובסופו של דבר קלינית לצורך אבחון או טיפול, יש לשלב את ה- tACS בנפרד עם EEG, MEG ו- fMRI כדי להשלים את שיטות העבודה המומלצות להשפעות הרצויות ספציפיות הניתנות להתאמה במיוחד ליחידים. כאשר פרקטיקות כאלה מבוססות, ניתן לבצע חקירות יעילות כדי להבין טוב יותר את תפקוד תנודות עצביות ( למשל , הגדרת תפקידים תפקודיים ויחסים של תדרים שונים) ואופנן עם tACS (למשל, אם המנגנון מתרחש דרך entrement או שינויים פלסטיק 35 ). בהתחשב בכיוונים עתידיים, ההגדרה המתוארת כאן מותאמת לניסויי fMRI הלומדים תפיסה או קוגניציה, כפי שמראה מבנה המבנה של תנועה המתואר כאן ואחרים. קברל-קלדרין ועמיתיו הראו כי הפעלה באזורים של קליפת המוח הקבוצתית תלויה בתפקוד של תדר ו- TACS בניסוי וידאו לעומת ניסוי הקשה על האצבע 22 . במחקר ה- FMRI של TACS-resting-state, החוקרים הראו השפעות תלויות של TACS על קישוריות תפקודית פנימית ורשתות המדינה. Vosskuhl et al . משולב tACS ו fMRI להראות ירידה BOLD במהלך משימה ערנות חזותית על גירוי תדר אלפא הפרט 24 . אלכסיכוק ועמיתיו הראו כי תוצאות מיידיות של 10 HZ tACS לווסת את האות BOLD במהלך תפיסה חזותית של טבעות משובצות ו טריזים, המציין שינוי במטבוליזם העצבי של משימה תפיסה פסיבית 36 . מחקרים אלה מציבים את הבמה למחקרים מסוג tACS-fMRI בו זמנית כדי לחקור מנגנונים פונקציונליים ברמות רבות, החל בחילוף החומרים ועד קוגניציה. בשלב מוקדם זה של השימוש ב- tACS למחקר טרנסלציוני, יש פוטנציאל רב לניסויים סימולטניים של TACS-fMRI כדי להוסיף להבנה הן את טכניקת הגירוי והן את תרומת התנודות לתפקודים קוגניטיביים.

Transcranial לסירוגין גירוי הנוכחי (tACS) היא טכניקה גירוי המוח noninvasive עם הבטחה לחקר תנודות עצביים תפקודים מוחיים תדר ספציפיים אצל אנשים בריאים, כמו גם ללמוד ולסנן תנודות באוכלוסיות קליניות 1 . באמצעות שני אלקטרודות מוליכות או יותר להציב על הקרקפת, זרם נמוך (1-2 mA שיא לפסגה) גלי סינוסואליים מוחלים על המוח בתדר הרצוי לקיים אינטראקציה עם תנודות עצביים מתמשכים. מחקרי TACS מדדו את התפקודים ההתנהגותיים או הקוגניטיביים של תדרים ותפקידים ספציפיים, כולל, אך לא רק, תפקוד מוטורי 2 , ביצועי זיכרון עבודה 3 , סומטוסנסציה 4 ותפיסה חזותית 5 , 6 , 7 . החלת זרם חילופין באופן לא פולשני גרמה גם לתפקודשיפור בחולים נוירולוגיים, כגון הפחתת רעידות בחולי פרקינסון 8 , שיפור ראייה בנוירופתיה אופטית 9 ושיעור משופר של דיבור, חושיות והתאוששות מוטורית לאחר שבץ 10 . למרות מספר גדל והולך של מחקרים המשתמשים ב- tACS למחקרים ועדויות על הפוטנציאל הטיפולי שלו במסגרות קליניות, השפעות הטכניקה הזו אינן מאופיינות במלואן, ומנגנוניםיהן אינם מובנים לחלוטין. סימולציות ומחקרים בבעלי חיים יכולים לספק תובנות לגבי ההשפעות של גירוי הנוכחי לסירוגין ברמת הרשת הסלולרית או העצבית בתנאים מבוקרים 11 , 12 , אך בהתחשב בתלות המדינה של טכניקות גירוי יעילות 13 , 14 , מחקרים כאלה אינם חושפים את כל התמונה . שילוב tACS עם טכניקות הדמייהכמו אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) 15 , 16 , 17 , magnetoencephalography (MEG) 18 , 19 , 20 , או הדמיה בתהודה מגנטית תפקודית (fMRI) 21 , 22 , 23 , 24 יכולים להודיע ​​על אפנון ברמת המערכות של תפקוד המוח. עם זאת, כל שילוב מגיע עם אתגרים טכנולוגיים, בעיקר בשל חפצים המושרים גירוי במדידת תדרים של עניין 15 . למרות הרזולוציה הזמנית של fMRI לא יכול להתאים EEG או MEG מדידות, הכיסוי המרחבי שלה ברזולוציה באזורי המוח קליפת המוח ו subcortical הוא מעולה. לאחרונה, במחקר משולב tACS-fMRI, הראינו כי ההשפעות של tACS על רמת חמצון הדם d(BOLD) נמדד עם fMRI הן תדירות ומשימה ספציפית, וכי גירוי לא בהכרח להפעיל את האפקט הגדול ביותר שלה ישירות מתחת האלקטרודות, אבל באזורים רחוקים יותר מן האלקטרודות 22 . במחקר הבא, בחנו את ההשפעה של מיקום האלקטרודה TACS ואת התדירות על הפונקציה ברשת באמצעות משרעת של תנודות בתדר נמוך וקישוריות תפקודית מנוחה, כולל שימוש זרעי המתאם של האזורים הממריצים ישירות, כפי שנגזר צפיפות הנוכחית נושא סימולציות. באופן בולט במחקר זה, גירוי אלפא (10 הרץ) וגמא (40 הרץ) לעיתים קרובות עוררו השפעות הפוכות בקישוריות הרשת או באפנון האזורי 23 . בנוסף, רשת מצב המנוחה שהושפעה ביותר הייתה רשת השליטה הקדמית-קדמית. מחקרים אלה מדגישים את הפוטנציאל לשימוש fMRI כדי לקבוע פרמטרים אופטימליים עבור sti יעיל, מבוקרMulation. כמו כן, הם תורמים ראיות כי, מלבד פרמטרים מבוקרים, כגון מצב המשימה ועיתוי, תדר גירוי, עמדות אלקטרודה, ישנם גורמים ספציפיים הנושא המשפיעים על ההצלחה של tACS. דוגמאות למאפיינים של נושאים המתורגמים כמשתנים בלתי נשלטים במיטוב הפרמטרים של גירוי הם קישוריות תפקודית פנימית, תדר שיא תנודה אנדוגני ( למשל , תדר אלפא בודד) וגולגולת ועובי של העור 25 . בהתחשב בגוף הנוכחי של הספרות הנוגעת ל- tACS, נדרשים מחקרים נוספים המשלבים tACS עם מדידות עצביות כגון הדמייה מוחלטת כדי לקבוע נהלים מקיפים לגבי טכניקות גירוי מוח אפקטיביות. להלן, אנו מתארים הגדרה בטוחה ואמינה עבור ניסויים החלים tACS בו זמנית עם fMRI של משימה חזותית, עם דגש על היבטים של ההתקנה והביצוע כי התשואה מסונכרן בהצלחה tACS עם רכישת חפץ ללא תשלום של נתוני fMRI.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>None</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC-Stimulator MR</td>
			<td>NeuroConn, Ilmenau, Germany</td>
			<td></td>
			<td>includes: inner filter box, outer filter box, MR-safe electrode and stimulator cables (1 each), stimulator, 2 surface electrodes, and one shielded LAN cable; NOTE: This manuscript describes tACS-fMRI setup with NeuroConn&#39;s MR-safe stimulator, but such a stimulator from another manufacturer would be acceptable, with adaptations made based on manufacturer specifications.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 tesla Tim Trio MR scanner</td>
			<td>Siemens, Erlangen, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>presentation computer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>presentation software (e.g., Matlab)</td>
			<td>The Mathworks, Natick, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>shielded LAN cable</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>projector</td>
			<td>InFocus Corporation, Wilsonville, USA</td>
			<td>IN-5108</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ten20 Electrode Paste</td>
			<td>Weaver and Co., Aurora, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG cap - EASYCAP 32-channel system</td>
			<td>Brain Products GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tape measure</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>marker</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pillows</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>button response box</td>
			<td>Current Designs, Philadelphia, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>isopropyl alcohol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cotton pads</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR-safe sand bags</td>
			<td>Siemens, Erlangen, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR-safe mirrors</td>
			<td>Siemens, Erlangen, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR-safe screen</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>can be built in local machine shop to fit site-specific parameters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-A-Rsoft ear plugs</td>
			<td>3M, Bracknell, UK</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simultaneous transcranial alternating current stimulation and functional magnetic resonance imaging

Transcranial לסירוגין גירוי הנוכחי (tACS) הוא כלי מבטיח לחקר לא פולשנית של תנודות במוח. TACS מעסיקה גירוי תדר ספציפי של המוח האנושי דרך הנוכחי מוחל על הקרקפת עם אלקטרודות פני השטח. רוב הידע הנוכחי של הטכניקה מבוסס על מחקרים התנהגותיים; ולכן, שילוב השיטה עם הדמיה מוחית מחזיקה פוטנציאל להבין טוב יותר את מנגנוני tACS. בגלל חשמל רגישות artifacts, שילוב tACS עם הדמיה מוחית יכול להיות מאתגר, עם זאת, אחת הדמיה מוחית הטכניקה כי הוא מתאים במיוחד להיות מיושם בו זמנית עם tACS הוא פונקציונלי תהודה מגנטית (fMRI). במעבדה שלנו, יש לנו בהצלחה tACS בשילוב עם מדידות fMRI בו זמנית כדי להראות כי ההשפעות tACS הם המדינה, הנוכחי, תדר תלוי, וכי אפנון של פעילות המוח אינו מוגבל לאזור ישירות מתחת האלקטרודות. מאמר זה מתאר קבוצה בטוחה ואמינהעבור יישום tACS בו זמנית עם fMRI מחקרים חזותיים המשימה, אשר יכול להשאיל להבנת תפקוד המוח מתנדנד כמו גם את ההשפעות של tACS על המוח.

איור 2 ואיור 3 מראים תמונות נציג שנרכשו עבור בדיקות רעש ציוד ברוחב ובנושא אנושי, בהתאמה. בכל שורה, איור 2 ואיור 3 מראים נציג פרוסות ציריות מתוך נפח שנרכש או מחושב המפה, שכותרתו מעל השורה. התמונה הימנית ביותר בכל שורה היא ייצוג sagittal של נפח המקביל או מחושב המפה, המציין מיקומים צירית ציר עם קווים כחולים. מלבד השורה הראשונה, אשר מדגים מיקום האלקטרודה בלבן, נפח הוא שכב על תמונה T1 משוקלל בכל דמות. שימו לב כי אין עיוות או נשירה האות מן האלקטרודות בתמונות T1 משוקלל. השורה השנייה באיור 2 מציגה נתוני MRI פונקציונליים מייצגים שנרכשו עם הגדרת TACS במקום ופנתהעַל. ברוח רפאים באיור 2 , שים לב יש כמה נשירה אות עיוות בשל האלקטרודות, עם זאת, שורה 2 של איור 3 מראה כי עיוותים אלה לא להאריך מעבר הקרקפת בנושא. שורות שלוש וארבע של איור 2 מראות מדידות רעש בנפח, אשר נרכשים באמצעות אותם פרמטרים כמו נתוני fMRI, אך ללא דופק עירור הדופק. התמונות מציגות את רמת הרעש בחדר הסורק ובחומרה של MR במהלך הסריקה. שורה 3 היא מדידה רעש עם tACS כבוי, ואת השורה ארבע הוא אחד עם tACS ב. בשורה החמישית והשישית של איור 2 הם מפות tSNR עבור פועל תפקודית עם ההתקנה tACS ואת ממריץ את on and on, בהתאמה. TSNR מפות מחושב מתוך נתונים שנרכשו על הנושא האנושי מופיעים באיור 3 שורות 3, עם tACS כבוי, וארבע, עם tACS ב. שימו לב שאין הבדל ניכרבעוצמה בעת השוואה בין תנאי גירוי. כפי שהראינו במחקר קודם, הציוד tACS מייצר ירידה של 5% ב tSNR בתמונות לעומת אלה שנרכשו ללא הגדרת tACS, אולם tSNR צריך להישאר יציב על פני גירוי לסירוגין התנאים 22 . איור 4 מייצג סדרה של תמונות המדגימה נשירה אות שיכול להתרחש כאשר שאינם תואמים MR- אלקטרודות משמשים. פרוסות מתוך נפח fMRI רכשה של נושא עם אלקטרודות שעלולות להיות כמה זיהומים מתכת להראות נשירה האות מתחת האלקטרודה הניח בערך על קליפת המוח העיקרי, כפי שצוין עם עיגולים אדומים. איור 5 מציג תוצאות של ניסוי בדיקות ההשפעות של הכוח הנוכחי של 16 הרץ CZ-OZ tACS על האות BOLD בנושאים שרק t<html> לשאול הוא קיבוע לחצות מרכזי. במהלך הניסוי, 12 שניות תקופות של tACS היו interleaved עם תקופות לא גירוי המשתנים בין 24 - 32 שניות. בסדר pseudorized, tACS יושמה עם כוח הנוכחי הנוכחי (500 μA, 750 μA, 1000 μA, 1,500 μA) בכל אחד ארבעה ריצות. איור 5A מראה ממוצעים הקשורים לאירוע של האות BOLD עבור אשכולות משמעותיים מבחינה סטטיסטית, עם השפעה גוברת על האות BOLD עם כוח הנוכחי גדל. בנוסף, איור 5B מראה הנוכחי כוח ספציפי מפות T- ציון המדגים ספציפיות אזורית של השפעות כמו גם הגדלת אפקט מרחבי עם כוח הנוכחי גדל. ראוי גם לציין כי פעילות BOLD באזורים חזיתיים השתנתה באופן משמעותי, מראה כי אפנון לא תמיד ישירות מתחת האלקטרודות. לפרטים, ראה Cabral-Calderin ועמיתיו 22 . תרשים 6 מציג תוצאות מייצגות של ניסוי הבוחן את תלות התלות של השפעות ה- TACS במהלך תפישה חזותית.הנבדקים דיווחו על הכיוון הנתפס של כדור מסתובב ביסטיבל. באותו זמן, tACS יושם עם אלקטרודות הממוקמות ב- CZ וב- Oz באחת משלוש תדרים של גירוי (10 הרץ, 60 הרץ או 80 הרץ) בכל אחת משלוש פגישות נפרדות: איור 6 א מדגים את תזמון הניסוי במצגת חזותית ובתקופות tACS בין בלוקים של קיבוע צלב מרכזי.המצב TACS ואת השפעת תדר אינטראקציה מפות אשכול post-hoc בדיקות להראות השפעות ספציפיות תדר בקורטקס הקודקוד, עם ירידה של 10 הרץ tACS ו 60 הרץ הגדלת האות ( איור 6 ב ) איור 6.C מראה T- ניקוד מפות של אפקטים ספציפיים של 60 הרץ tACS הרחבת מעבר לקליפה הקודקודית לכלול חלק occipiהטל והאזורי הקדמי. לקבלת פרטים על ניסוי וניתוח, ראה Cabral-Calderin, et al. 22 . <img alt="איור 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig1.jpg" /> איור 1: הגדרת TACS בסורק. ( א ) הגדרת TACS עם כל האלמנטים הדרושים. הגירוי והכבלים מחוברים מחוץ לחדר המוגן על ידי MR. כמו כן מוצגים כובע EEG, קלטת מדידה, ג&#39;ל מוליך המשמש מיקום אלקטרודה. ( ב ) תיבת סינון חיצוני וממריץ ממוקם מחוץ לחדר סורק. כבל ה- LAN (אינו גלוי בתרשים) מגיע מחדר הסורק דרך הצינור של גל-גל ומתחבר לתיבת הסינון החיצונית, עם כבל LAN קטן שנחשף מחוץ לחדר הסורק ככל האפשר. הממריץ צריך להיות מחובר לתיבת הסינון החיצונית, כמו גם את המצגת המחשב כבל ההדק. ( ג )סביבת סורק עם התקנה ניסיונית. תיאור של ההתקנה tACS, כולל המחשב המצגת, מחשב סורק פלט ההדק, ואת המקרן. ( D ) מיקום עבור הניסוי. אלמנטים חשובים כוללים כריות, מיקום כבל, מראה המראה, ואת סליל הראש. תיבת מסנן ממוקם על מעקה המיטה סורק כדוגמה המיקום בתוך נשא. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig2.jpg" /> איור 2: הערכת איכות MR תמונות שנרכשו מפנטום. שורה 1: ברזולוציה גבוהה תמונה אנטומית T1 משוקלל פרוסות צירית עם עמדותיהם המצוין על ידי קווים כחולים על פרוסת sagittal ימינה (לראות גם בכל שורה הבאה). על המטוס sagittal, עמדות אלקטרודה הם ממחישים<html> מדורג לבן. שורה 2: T2 * משוקלל הד פרוסות תמונה מישורית, עם חצים מגנטה המציין נשירה אות עיוות בשל אלקטרודות ו / או ג&#39;ל אלקטרודה. על המטוס sagittal, המיקום של נפח המקביל מוצג שכבת (ראה גם בכל שורה הבאה). שורה 3: רעש פרוסות תמונה שנרכשו עם פרמטרים ניסיוניים fMRI ולא דופק עירור RF בזמן ההתקנה TACS נמצא במקום מופעלת, אבל לא מגרה. שורה 4: לא- RF עירור התמונה רכשה עם ההתקנה tACS במקום וממריץ על וממריץ ב 16 הרץ. שורה 5: TSNR מפה מחושב מנתונים שנרכשו עם ההתקנה tACS במקום והופעל, אבל לא מגרה. שורה 6: TSNR המפה מחושב מנתונים שנרכשו עם ההתקנה tACS במקום ו מגרה ב 16 הרץ. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <html> איור 3 &quot;class =&quot; xfigimg &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 55866 / 55866fig3.jpg &quot;/&gt; איור 3: הערכת איכות MR תמונות שנרכשו של נושא. שורה 1: ברזולוציה גבוהה תמונה אנטומית פרוסות צירית עם עמדות שלהם מצוין על ידי קווים כחולים על פרוסת sagittal ימינה (כפי שניתן לראות בכל שורה). עמדות אלקטרודה מאוירים לבן על נוף sagittal. שורה 2: T2 * משוקלל הד פרוסות תמונה מישורית לא מראה נשירה האות בשל אלקטרודות ו / או ג&#39;ל אלקטרודה. על המטוס sagittal, המיקום של נפח המקביל מוצג שכבת (ראה גם בכל שורה הבאה). שורה 3: TSNR המפה מחושב מנתונים שנרכשו עם ההתקנה tACS במקום מופעלת, אבל לא מגרה. שורה 4: TSNR המפה מחושב מנתונים שנרכשו עם ההתקנה tACS במקום ו מגרה ב 16 הרץ. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> S = = &quot;jove_content&quot; עבור: keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig4.jpg" /> איור 4: נשירה אות בשל אלקטרודה מזוהמת. פרוסות מתוך נפח fMRI רכשה של נושא באמצעות אלקטרודה מזוהמת להציב בערך את הידית של הקורטקס המוטורי. עיגולים אדומים מציינים אזורים מתחת לאלקטרודה עם נשירה אות. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig5.jpg" /> איור 5: השפעת חוזק הנוכחי על tACS אפנון של האות BOLD. ( A ) F- ציון מפות מציג את ההשפעה העיקרית של כוח הנוכחי על ההשפעה של 16 הרץ tACS. השפעה מרכזית משמעותית של הכוח הנוכחי ב RANOVA חד כיווני [בתוך<html> גורם: כוח הנוכחי (500, 750, 1,000, 1,500 μA)] ניכר. המגרשים מראים את משך הזמן הממוצע הקשור לאירוע של האות BOLD עבור תקופות tACS על כל כוח הנוכחי. אזורים מוצלים מציינים שגיאת תקן של הממוצע בין נושאים. MedialFG = gyrus חזיתית המדיאלי, IPS = sulcus intraparietal, IFG = gyrus נחותים, PRC = gyrus precral, L = שמאל, R = ימין, * אשכול לא תוקן עבור השוואות מרובות. ( B ) T- ציון מפות מציג שינויים פעילות BOLD במהלך 16 הרץ tACS עבור כל כוח הנוכחי. לא נמצאה השפעה משמעותית עם 500 μA tACS. LH = חצי כדור שמאל. RH = האונה הימנית. תמונה זו השתנתה מ Cabral-Calderin et al. 29 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> Img &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 55866 / 55866fig6.jpg &quot;/&gt; איור 6: השפעת tACS על האות Bold בתפיסה חזותית משימה. ( א ) ייצוג סכמטי של הניסוי. תמריצים חזותיים ו tACS יושמו בעיצוב בלוק, עם 30 שניות on-off tACS בלוקים המתרחשים במהלך 120 שניות בלוקים של מצגת גירוי חזותי. כל תדר נבדק בפגישה אחרת. SfM = מבנה-מתנועה. ( ב ) TACS תנאי אינטראקציה ותדר אינטראקציה. מפות F-סטטיסטיות המראות משמעות ב- RANOVA דו-כיוונית [בתוך גורמים: tACS (on, off), תדירות (10 הרץ, 60 הרץ, 80 הרץ)] ואומדני ביתא עבור שני אשכולות מייצגים בגיראוס שלאחר מרכז. קווים מתמשכים וכוכביות שחורות מציינים הבדלים משמעותיים עבור השוואות פוסט-הוק עבור TACS on-off אינטראקציה השפעות של 10 הרץ לעומת 60 הרץ ו 10 הרץ לעומת 80 הרץ, וכוכביות אדומות לרמוז הבדל משמעותי עבור tACS על לעומת בדיקות פוסט הוק. PoC = gyrus postcentral, אניPS = sulcus intraparietal. ( C ) T-score מפה של 60 Hz tACS. הבדלים משמעותיים המשווים 60 hz tACS על לעומת. תמונה זו הודפסה מחדש מ- Cabral-Calderin et al. 29 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging at JoVE.com

Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial לסירוגין גירוי הנוכחי (tACS) הוא כלי מבטיח לחקר לא פולשני של תנודות במוח, אם כי ההשפעות שלה לא מובנים לחלוטין. מאמר זה מתאר הגדרה בטוחה ואמינה ליישום tACS בו-זמנית עם הדמיה תפקודית של תהודה מגנטית, אשר יכולה להגביר את ההבנה של תפקוד המוח התנודות ואת ההשפעות של TACS.

סימולטני transcranial גירוי הזרם הנוכחי ו הדמיה תפקודית תהודה מגנטית

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs ...

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

הדמיה תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) עם גירוי שמיעתי בציפורי שיר

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

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

הנוהג קיים הטוב ביותר לקבלת נתונים EEG באיכות גבוהה במהלך fMRI סימולטני

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

ניטור EEG סימולטני במהלך גירוי מקומי ישיר Transcranial

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

מגרה את השפתיים מוטור קורטקס עם גירוי מגנטי Transcranial

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

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial זרם ישר גירוי והדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית בו זמנית

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

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

גירוי מגנטי Transcranial לחקירת קשרים סיבתיים מוח התנהגותי וכמובן זמנם

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

קוגניציה ויסות שימוש Transcranial ישיר נוכחי גירוי של המוח הקטן

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

Neuronavigation מונחה חוזר Transcranial Magnetic Stimulation עבור אפזיה

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)

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation tACS

Electroencephalography הקלטה במקביל במהלך Transcranial זרם חילופין גירוי (TACs)

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