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

Мы благодарим Илону Пфахлер и Бритту Перл за техническую помощь во время экспериментов по функциональной визуализации и Северина Хеумюллера за отличную компьютерную поддержку. Эта работа была поддержана Фондом Германа и Лилли Шиллинга и Центром наномасштабной микроскопии и молекулярной физиологии мозга (CNMPB).

Проведите все эксперименты в соответствии с руководящими принципами институциональной этики. Для всех исследований, упомянутых в этой рукописи, все процедуры были выполнены в соответствии с декларацией Хельсинки и одобрены местным комитетом по этике Медицинского центра Университета Геттингена. 1. Стимуляция и установка компьютера перед экспериментом <ol><li> Настройка стимулятора ПРИМЕЧАНИЕ. Стимулятор, используемый для этого эксперимента FMRI, представляет собой специально разработанную магнитно-резонансную (MR) -совместимую систему, оснащенную внутренней защитной коробкой MR, внешней коробкой фильтра, защитными резисторами, связанными кабелями и материалами, безопасными для MR. Некоторые инструкции относятся конкретно к указаниям изготовителя, и они могут различаться при использовании другого стимулятора, поэтому следите за инструкциями по оборудованию, предоставленными изготовителем, которые могут составлять исключения для этой установки. На рисунке 1А показан стимуляторКомпоненты, используемые в этой экспериментальной установке. <ol><li> Перейдите в меню стимулятора, чтобы запрограммировать желаемые параметры эксперимента (подробнее см. Руководство пользователя). Например, для частоты стимуляции 10 Гц программа 10 циклов для увеличения / уменьшения времени 1 с, 300 синусоидальных циклов в течение 30 с стимуляции, сила тока, равная 1000 мкА, и повторяющийся триггерный режим, который проводится для наших Если не указано иное. Сохраните загружаемую программу для каждого запуска эксперимента. </li><li> Подключите сигнал запуска компьютера стимула к стимулятору с помощью BNC-кабеля. </li><li> Поместите немагнитный экранированный кабель локальной сети (ЛВС) через радиочастотную (RF) волноводную трубку изнутри комнаты сканера. Чтобы избежать резонансной емкостной связи, убедитесь, что кабель свободен от петель и расположен вдоль стены комнаты, что ведет к задней части отверстия магнита и вдоль правого борта сканераГ внутри отверстия, что приводит к положению внутреннего фильтра (см . Рис. 1С и примечание по безопасности на шаге 2.4 относительно положения кабеля). Закрепите кабель лентой, помещенной с перерывами вдоль ее длины. </li></ol></li><li> Загрузите программу визуального стимула на назначенный компьютер представления, который отделен от компьютера управления сканером. Как показано на рисунке 1C , подключите презентационный компьютер к выходу триггера сканера через оптический преобразователь и к выходному устройству ( т . Е. Проектору), которое помещается в экранированный корпус или вне магнитной комнаты. Используйте немагнитные зеркала, чтобы направлять проекцию на экран внутри отверстия сканера. </li></ol> 2. Прибытие и подготовка предмета <ol><li> Предварительно экранированные набранные предметы для любых противопоказаний к МР-сканированию ( например , без металлических имплантатов, клаустрофобии, экспериментальных конкретных предпосылок), посколькуА также для tACS ( например , история судорог, хронические головные боли, беременность) 26 , 27 . </li><li> Когда субъект прибывает, проинструктируйте субъекта о деталях эксперимента FMRI и опишите ожидаемый опыт ( например , визуальный стимул, покалывание или фосфены из tACS, специальные задания). </li><li> Поместите электроды в соответствии с системой 10-20 ЭЭГ и подготовкой стимулятора. <ol><li> Используя рулетку, измерьте расстояние на голове субъекта от nasion до inion и от уха до уха поверх верхушки головы. Пересечение обеих длин дает положение на голове для Cz в соответствии с системой 10-20 ЭЭГ. Отметьте место для Cz на скальпе, используя маркер. </li><li> Поместите колпачок ЭЭГ без электродов на голову субъекта, Cz, выровненный по отметке на скальпе предмета, определите желаемое расположение электродов и отметьте их. НЕE: Важно, чтобы все экспериментаторы использовали одну и ту же систему размещения, чтобы обеспечить согласованность во всех экспериментах; Система 10-20 ЭЭГ, которая обычно используется в экспериментах по транскраниальной стимуляции, имеет конкретные рекомендации по поддержанию точного размещения электродов 26 , 28 . </li><li> Используя спиртовые и хлопчатобумажные прокладки, очистите волосы и кожу вокруг и вокруг отмеченных пятен на голове головы пациента; Удалять масла и продукты для волос. </li><li> Нанесите немного геля на резиновые электроды и плотно прижмите каждый электрод в отмеченных и очищенных местах на голове головы, обеспечивая полный контакт от электрода до проводящего геля до головы с минимальным импедансом. </li><li> Используя запасной экранированный сетевой кабель, подключите фильтрующие коробки и защищенные от электромагнитных повреждений кабели к стимулятору и резиновым электродам, как показано на рисунке 1A . </li><li> Включите стимулятор и проверьте сопротивление (см.Руководство для деталей). Если импеданс не ниже 20 кОм, надавите электроды на кожу головы или добавьте электродный гель по мере необходимости до тех пор, пока не будет достигнута соответствующая рекомендация по импедансу. </li><li> Когда импеданс ниже 20 кОм, позвольте стимулятору вывести ток в течение нескольких секунд, чтобы ознакомить испытуемого с чувственным опытом. Задайте вопрос о чувственном восприятии во время этого теста, в том числе о том, ощущается ли покалывание и может быть выдержано, а также степень или расположение фосфенов во время стимуляции. </li><li> На этом этапе предмет готов перейти на сканирующую кровать. Оставив электродный кабель, подключенный к резиновым электродам на предмет, отсоедините стимулятор, запасной кабель LAN и внешние и внутренние коробки фильтров. </li><li> Подключите внешнюю коробку фильтра к кабелю локальной сети, который проходит через волновод к МР-сканеру, оставляя как можно меньше видимого сетевого кабеля вне волновода (см . Рис. 1B ). ПодключитеСтимулятор к внешней коробке фильтра с помощью кабеля стимулятора и дважды проверьте, что стимулятор подключен к выходу триггера презентационного компьютера. </li></ol></li><li> Подготовьте предмет внутри МР-сканера. ПРИМЕЧАНИЕ. На рисунке 1C показана полная настройка tACS-fMRI во время эксперимента. Крайне важно расположить кабели и внутреннюю коробку фильтра, как указано, с кабелем электрода, расположенным под углом приблизительно 90 ° к плоскости слоя сканера, а внутренняя коробка фильтров опирается на перила сканера с правой стороны сканера скука. Пренебрежение этим может привести к повреждению цепи безопасности электродного кабеля; Эта конфигурация применяется как для открытых, так и для закрытых радиочастотных катушек. <ol><li> Убедившись, что объект свободен от магнитных материалов и готов к эксперименту с МРТ, переведите объект в комнату сканера. </li><li> Приложите наушники для защиты слуха к объекту и дайте указание субъекту лгатьНа кровати сканера, размещая подушки вокруг и под головой и под ногами для удобства и уменьшения движения. При размещении подушек позади головы субъекта обратите особое внимание на то, чтобы проложить электродный кабель плоской и в удобном для пациента месте в течение всего эксперимента. </li><li> Дайте тревожному шару и кнопке с защитой от MR-безопасности объекту удерживать, чтобы минимальное движение потребовалось, чтобы нажать кнопку, чтобы ответить в эксперименте. </li><li> Закрепите катушку радиочастотной головки над головой объекта с прикрепленным зеркалом, чтобы объект мог видеть экран проекции, отображаемый в правильной ориентации. </li><li> Временно закрепите свободный конец электродного кабеля, идущего от резиновых электродов, до места в головной катушке таким образом, чтобы он не улавливался при движении кровати. Рисунок 1D показывает головку объекта, расположенную в головной катушке, с подушками, зеркалом и кабелем tACS на месте bПрежде чем перемещать кровать в центральную головную катушку для визуализации. Фильтрующий ящик также показан на решетке сканера, как пример того, где он должен сидеть относительно головной катушки, когда слой сканера находится в положении измерения. </li><li> Переместите лоток сканера в положение измерения. С заднего конца отверстия сканера подключите электродный кабель от резиновых электродов к внутренней коробке фильтра, которая соединяется с кабелем локальной сети, как показано на рисунке 1C . Чтобы предотвратить избыточное движение во время сканирования, закрепите кабели и коробку фильтра вдоль перила сканера, расположенного справа от отверстия, с помощью ленты и мешков с песком. Установите экран проектора в задний конец отверстия сканера. </li><li> Протестируйте импеданс на стимуляторе еще раз, чтобы убедиться, что все соединения между кабелями, фильтровальными коробками и стимулятором выполнены правильно. </li></ol></li></ol> 3. МР-сканирование и эксперимент <ol><li> Перед началом сканирования проверьте, чтоКомпьютер презентации регистрирует, когда объект нажимает кнопки ответа. </li><li> Приобретать аналоговые данные с высоким разрешением T1 с взвешенным взвешиванием ( например , трехмерный турбо быстрый низкоугловой выстрел, время эха (TE): 3,26 мс, время повторения (TR): 2,250 мс, время инверсии: 900 мс, угол поворота 9 °, Изотропное разрешение 1 х 1 х 1 мм 3 ). <ol><li> После приобретения отрегулируйте контраст и окно на анатомической МРТ до низких и высоких экстремумов, чтобы визуально обнаружить шум во время сканирования, что может быть результатом настройки стимулятора. Продолжайте этот визуальный мониторинг шума одновременно с получением функционального изображения. </li></ol></li><li> Начните эксперимент на компьютере презентации, готовый начать с триггера сканера, и запустите стимулятор, чтобы ждать триггера выхода компьютера презентации. Оставьте стимулятор включенным и подключенным во время эксперимента fMRI, чтобы избежать различий в отношении временного сигнала к шуму (tSNR) между стимуляторомУсловия включения и выключения 22 . </li><li> Запустите fMRI-сканирование ( например , двумерное эхо-планарное изображение с градиентом-эхом T2 * с взвешиванием, TE: 30 мс, TR: 2000 мс, угол поворота 70 °, 33 ломтика толщиной 3 мм, отсутствие зазора между срезами при Разрешение в плоскости 3 x 3 мм 2 , 210 томов в течение семи минут сканирования), что инициирует начало эксперимента на компьютере презентации. Контролируйте дисплей стимулятора, чтобы гарантировать, что ток будет отправлен в нужное время на протяжении экспериментальных пробегов. </li></ol> 4. Эксперимент. <ol><li> После того, как эксперимент запустится и сканирование закончится, отсоедините внутреннюю коробку фильтра от кабеля, подключенного к резиновым электродам, перед перемещением слота сканера, удалите предмет со сканера и удалите электроды, оставив объект свободен для мытья волос. </li><li> Выключите стимулятор и подключите его к зарядке. Очистите резиновые электроды водой для их нексT использовать. </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>

Авторам нечего раскрывать.

Транскраниальная стимуляция переменного тока (tACS) представляет собой неинвазивный метод стимуляции мозга с обещанием исследовать нейронные колебания и частотно-специфические функции мозга у здоровых людей, а также изучать и модулировать колебания в клинических популяциях 1 . Используя два или более проводящих электрода, помещенных на кожу головы, синусоидальные волны с малым током (1-2 мА пик-к-пику) применяются к мозгу с желаемой частотой для взаимодействия с текущими нервными колебаниями. Исследования TACS измеряли поведенческую или когнитивную модуляцию по частоте и задаче, включая, но не ограничиваясь ими, моторную функцию 2 , производительность рабочей памяти 3 , соматизацию 4 и визуальное восприятие 5 , 6 , 7 . Применение переменного тока неинвазивным образом также привело кУлучшение у неврологических пациентов, таких как уменьшение тремора при болезни Паркинсона 8 , улучшение зрения в оптической нейропатии 9 и улучшение скорости речевого, сенсорного и моторного восстановления после инсульта 10 . Несмотря на все большее число исследований с использованием tACS для исследований и доказательств его терапевтического потенциала в клинических условиях, последствия этого метода не полностью охарактеризованы, и его механизмы не полностью поняты. Моделирование и исследования на животных могут дать представление о влиянии стимуляции переменного тока на уровне клеточной или нейронной сети в контролируемых условиях 11 , 12 , но, учитывая зависимость эффективных методов стимуляции 13,14 от состояния, такие исследования не показывают всей картины , Объединение tACS с методами нейровизуализации(EEG) 15 , 16 , 17 , магнитоэнцефалография (MEG) 18 , 19 , 20 или функциональная магнитно-резонансная томография (fMRI) 21 , 22 , 23 , 24 могут сообщать о системной модуляции функции мозга. Однако каждая комбинация связана с технологическими проблемами, главным образом из-за индуцированных стимуляцией артефактов при измерении интересующих частот 15 . Хотя временное разрешение МРТ не может сравниться с измерениями ЭЭГ или МЭГ, его пространственное покрытие и разрешение в областях коры головного мозга и подкоркового мозга выше. Недавно в объединенном исследовании tACS-fMRI мы показали, что эффекты tACS на уровень оксигенации крови d(BOLD), измеренный с помощью fMRI, являются как частотными, так и конкретными задачами, и что стимуляция не обязательно оказывает наибольшее влияние непосредственно под электродами, но в областях, более удаленных от электродов 22 . В следующем исследовании мы исследовали влияние положения и частоты электрода tACS на сетевую функцию с использованием амплитуды низкочастотных флуктуаций и функциональной связности состояния покоя, в том числе с использованием корреляционных семян наиболее непосредственно стимулированных областей, исходя из плотности тока на основе субъекта моделирование. Наиболее заметно в этом исследовании, стимуляция альфа (10 Гц) и гамма (40 Гц) часто вызывала противоположные эффекты в сетевом соединении или в региональной модуляции 23 . Кроме того, наиболее уязвимой сетью покоящихся состояний была левая фронтально-париетальная сеть управления. Эти исследования подчеркивают возможность использования МРТ для определения оптимальных параметров для эффективного, контролируемоголировка. Кроме того, они способствуют доказательству того, что помимо контролируемых параметров, таких как состояние задачи и время, частота стимуляции и позиции электрода, существуют определенные специфические факторы, влияющие на успех tACS. Примерами предметных характеристик, которые переводятся как неконтролируемые переменные в оптимизирующие параметры стимуляции, являются внутренняя функциональная связность, пиковая частота эндогенного колебания ( например , индивидуальная альфа-частота) и толщина черепа и кожи 25 . Принимая во внимание текущую литературу, относящуюся к tACS, необходимы дополнительные исследования, сочетающие tACS с нейронными измерениями, такими как нейровизуализация, для создания комплексных процедур для эффективных методов стимуляции мозга. Здесь мы описываем безопасную и надежную установку для экспериментов, применяющих tACS одновременно с fMRI визуальной задачи, с уделением особого внимания аспектам настройки и выполнения, которые обеспечивают успешную синхронизацию tACS с отсутствием артефактов данных 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

Транскраниальная стимуляция переменного тока (tACS) является перспективным инструментом для неинвазивного исследования мозговых колебаний. TACS использует частотно-специфическую стимуляцию человеческого мозга через ток, применяемый к скальпу с поверхностными электродами. Большинство современных знаний о технике основаны на поведенческих исследованиях; Таким образом, объединение метода с визуализацией мозга имеет потенциал для лучшего понимания механизмов tACS. Из-за электрических и восприимчивых артефактов объединение tACS с изображением головного мозга может быть сложным, однако один метод визуализации мозга, который хорошо подходит для одновременного применения с tACS, представляет собой функциональную магнитно-резонансную томографию (fMRI). В нашей лаборатории мы успешно комбинировали tACS с одновременными измерениями FMRI, чтобы показать, что эффекты tACS зависят от состояния, тока и частоты и что модуляция активности мозга не ограничивается областью, находящейся непосредственно под электродами. В этой статье описывается безопасный и надежный наборДля применения tACS одновременно с визуальными заданиями fMRI, которые могут помочь понять колебательную функцию мозга, а также эффекты tACS на мозг.

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

Транскраниальная стимуляция переменного тока (tACS) является перспективным инструментом для неинвазивного исследования колебаний мозга, хотя его эффекты еще не полностью поняты. В этой статье описывается безопасная и надежная установка для одновременного применения tACS с функциональной магнитно-резонансной томографией, которая может улучшить понимание колебательной функции мозга и эффектов tACS.

Одновременная транскраниальная стимуляция переменного тока и функциональная магнитно-резонансная томография

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

Функциональная магнитно-резонансной томографии (МРТ) с звуковой стимуляции в Певчие птицы

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

Лучшая современная практика для получения высокого качества данных ЭЭГ во время Одновременное МРТ

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

Одновременный мониторинг ЭЭГ при транскраниальной стимуляции постоянным током

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

Стимулирование Lip моторной коры с транскраниальной магнитной стимуляции

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

Транскраниальная постоянного тока Стимулирование и синхронный Функциональная магнитно-резонансная томография

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

Транскраниальной магнитной стимуляции для исследования причинно-следственная Мозг-поведенческие отношения и их курс Time

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

Плавное Познание Использование транскраниальной Текущее стимуляции мозжечка

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

Нейронавигация наведением Повторные транскраниальной магнитной стимуляции для Aphasia

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

Одновременно Электроэнцефалография Запись Во транскраниальной стимуляции переменный ток (ПВР)

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