Name: stimulation location determination using a 3d digitizer with high-definition transcranial direct current stimulation
Uploaded: 2019-12-20T13:00:00
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Cette étude a été soutenue par la National Natural Science Foundation of China (31972906), Entrepreneurship and Innovation Program for Chongqing Overseas Returned Scholars (cx2017049), Fundamental Research Funds for Central Universities (SWU1809003), Open Fonds de recherche du Key Laboratory of Mental Health, Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences (KLMH2019K05), Research Innovation Projects of Graduate Student in Chongqing (CYS19117), and the Research Program Funds of the Collaborative Innovation Centre d'évaluation vers la qualité de l'éducation de base à l'Université normale de Beijing (2016-06-014-BZK01, SCSM-2016A2-15003, et JCXQ-C-LA-1). Nous tenons à remercier le professeur Ofir Turel pour ses suggestions sur la première ébauche de ce manuscrit.

Le protocole respecte les lignes directrices de la Commission d'examen institutionnel de l'Université Southwest.
1. Détermination de l'emplacement de stimulation
<ol><li>Examiner la littérature et confirmer l'emplacement de stimulation (ici, le rTPJ)19,20,21.</li>
</ol>2. Préparation du bouchon de fixation d'électrode
REMARQUE: ...

<ol>
	<li>Nitsche, M. A., 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=Excitability+changes+induced+in+the+human+motor+cortex+by+weak+transcranial+direct+current+stimulation.">Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation.</a> Journal of Physiology. 527, 633-639 (2000).</li><li>Sellaro, R., Nitsche, M. A., Colzato, L. 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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=Extended+Multiple-Field+High-Definition+transcranial+direct+current+stimulation+(HD-tDCS)+is+well+tolerated+and+safe+in+healthy+adults.">Extended Multiple-Field High-Definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) is well tolerated and safe in healthy adults.</a> Restorative Neurology and Neuroscience. 35 (6), 631-642 (2017).</li><li>Datta, A., Elwassif, M., Battaglia, F., Bikson, 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+current+stimulation+focality+using+disc+and+ring+electrode+configurations:+FEM+analysis.">Transcranial current stimulation focality using disc and ring electrode configurations: FEM analysis.</a> Journal of Neural Engineering. 5 (2), 163-174 (2008).</li><li>Edwards, D., 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=Physiological+and+modeling+evidence+for+focal+transcranial+electrical+brain+stimulation+in+humans:+a+basis+for+high+definition+tDCS.">Physiological and modeling evidence for focal transcranial electrical brain stimulation in humans: a basis for high definition tDCS.</a> Neuroimage. 74, 266-275 (2013).</li><li>Kuo, H. 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B., Antunes, A., Thielscher, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+importance+of+electrode+parameters+for+shaping+electric+field+patterns+generated+by+tDCS.">On the importance of electrode parameters for shaping electric field patterns generated by tDCS.</a> Neuroimage. 120, 25-35 (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=L.+Real-time+Recording+System+of+Visual+Head+3D+Positioning+Information+(VPen).">L. Real-time Recording System of Visual Head 3D Positioning Information (VPen).</a> China patent. , (2014).</li><li>Ye, J. C., Tak, S., Jang, K. E., Jung, J., Jang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIRS-SPM:+Statistical+parametric+mapping+for+near-infrared+spectroscopy.">NIRS-SPM: Statistical parametric mapping for near-infrared spectroscopy.</a> Neuroimage. 44 (2), 428-447 (2009).</li><li>Decety, J., Lamm, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+the+right+temporoparietal+junction+in+social+interaction:+how+low-level+computational+processes+contribute+to+meta-cognition.">The role of the right temporoparietal junction in social interaction: how low-level computational processes contribute to meta-cognition.</a> Neuroscientist. 13 (6), 580-593 (2007).</li><li>Villamar, M. 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=Focal+modulation+of+the+primary+motor+cortex+in+fibromyalgia+using+4x1-ring+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+(HD-tDCS):+immediate+and+delayed+analgesic+effects+of+cathodal+and+anodal+stimulation.">Focal modulation of the primary motor cortex in fibromyalgia using 4x1-ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): immediate and delayed analgesic effects of cathodal and anodal stimulation.</a> The Journal of Pain. 14 (4), 371-383 (2013).</li><li>Borckardt, J. J., 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=A+pilot+study+of+the+tolerability+and+effects+of+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+(HD-tDCS)+on+pain+perception.">A pilot study of the tolerability and effects of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) on pain perception.</a> The Journal of Pain. 13 (2), 112-120 (2012).</li></ol>

Par rapport au TDCS traditionnel, HD-tDCS augmente la focalité de la stimulation. Les sites typiques de stimulation sont souvent basés sur le système 10-20 EEG. Cependant, il peut être difficile de déterminer les points de stimulation précis au-delà de ce système. Cet article combine un numériseur 3D avec HD-tDCS pour déterminer les points de stimulation au-delà du système 10-20. Il est important de définir clairement les étapes et les précautions pour faire et utiliser le bouchon d'électrode dans de tels...

La stimulation transcrânienne de courant direct (tDCS) est une technique non invasive qui module l'excitabilité corticale avec les courants directs faibles au-dessus du cuir chevelu. Il vise à établir la causalité entre l'excitabilité neuronale et le comportement chez les humains en bonne santé1,2,3. En outre, comme un outil de neuroréhabilitation motrice, tDCS est largement utilisé dans le traitement de la maladie de Parkinson, accident vasculaire cérébral, et la paralysie cérébrale4. Les preuves existantes suggèrent que le tDCS traditionnel basé sur le pad produit le flux de courant par une région relativement plus grande de cerveau5,6,7. Stimulation transcrânienne de courant transcrânien haute définition (HD-tDCS), avec l'électrode d'anneau central se reposant au-dessus d'une région corticale cible entourée de quatre électrodes de retour8,9, augmente la focalité en circonscrivant quatre secteurs d'anneau5,10. En outre, les changements dans l'excitabilité du cerveau induits par HD-tDCS ont des grandeurs significativement plus grandes et des durées plus longues que celles générées par tDCS traditionnel7,11. Par conséquent, HD-tDCS est largement utilisé dans la recherche7,11.
La stimulation cérébrale non invasive (NIBS) nécessite des méthodes spécialisées pour s'assurer qu'un site de stimulation est présent dans les systèmes standard de l'INM et de Talairach12. La neuronavigation est une technique qui permet de cartographier les interactions entre les stimuli transcrâniens et le cerveau humain. Sa visualisation et ses données d'image 3D sont utilisées pour une stimulation précise. Dans les deux tDCS et HD-tDCS, une évaluation commune des sites de stimulation sur le cuir chevelu est généralement le système EEG 10-2013,14. Cette mesure est largement utilisée pour placer les tampons tDCS et les supports d'optode pour la spectroscopie infrarouge proche fonctionnelle (fNIRS) dans l'étape initiale13,14,15.
Il peut être difficile de déterminer les points de stimulation précis lors de l'utilisation du système 10-20 (p. ex., dans la jonction temporo-pariétale [TPJ]). La meilleure façon de résoudre ce problème est d'obtenir des images structurelles des participants à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique (IRM), puis d'obtenir la position exacte de la sonde en faisant correspondre les points cibles à leurs images structurelles à l'aide de produits de numérisation15. MRI fournit une bonne résolution spatiale, mais est coûteux à utiliser15,16,17. De plus, certains participants (p. ex., ceux qui ont des implants métalliques, des personnes claustrophobes, des femmes enceintes, etc.) ne peuvent pas être soumis à des IRM. Par conséquent, il y a un fort besoin d'un moyen pratique et efficace de surmonter les limitations mentionnées ci-dessus et d'augmenter la précision dans la détermination des points de stimulation.
Ce protocole utilise un numériseur 3D pour surmonter ces limitations. Par rapport à l'IRM, les principaux avantages d'un numériseur 3D sont les coûts faibles, l'application simple et la portabilité. Il combine cinq points de référence (c.-à-d. Cz, Fpz, Oz, point préauriculaire gauche, et point préauriculaire droit) des individus avec des informations de localisation des points de stimulation cibles. Ensuite, il produit une position 3D d'électrodes sur la tête du sujet et estime leurs positions corticales en s'adaptant aux vastes données de l'image structurelle12,15. Cette méthode d'enregistrement probabiliste permet la présentation de données de cartographie transcrânienne dans le système de coordonnées de l'INM sans enregistrer les images de résonance magnétique d'un sujet. L'approche génère des étiquettes automatiques anatomiques et des zones Brodmann11.
Le numériseur 3D, utilisé pour marquer les coordonnées spatiales en fonction des données provenant d'images structurelles, a d'abord été utilisé pour déterminer la position des optodes dans la recherche fNIRS18. Pour ceux qui utilisent HD-tDCS, un numériseur 3D brise les points de stimulation finie du système EEG 10-20. La distance des quatre électrodes de retour et de l'électrode centrale est flexible et peut être ajustée au besoin. Lors de l'utilisation du numériseur 3D avec ce protocole, les coordonnées du rTPJ ont été obtenues, ce qui est au-delà du système 10-20. Sont également montrés les procédures pour cibler et stimuler la jonction temporo-pariétale droite (rTPJ) du cerveau humain.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1X1 Low Intensity transcranial DC Stimulator</td>
			<td>Soterix Medical</td>
			<td>1300A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-dimensional Polhemus-Patriot Digitizer</td>
			<td>POLHEMUS</td>
			<td>1A0453-001</td>
			<td>PATRIOT system component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4X1 Multi-Channel Stimulation Interface</td>
			<td>Soterix Medical</td>
			<td>4X1-C3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dell desktop computer</td>
			<td>Dell</td>
			<td>CRFC4J2</td>
			<td>Master computer to run 3D digitizer application</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

stimulation location determination using a 3d digitizer with high-definition transcranial direct current stimulation

L'abondance des données de neuroimagerie et le développement rapide de l'apprentissage automatique ont permis d'étudier les modèles d'activation du cerveau. Cependant, l'évidence causale de l'activation de secteur de cerveau menant à un comportement est souvent laissée manquante. La stimulation transcrânienne du courant direct (TDCS), qui peut temporairement altérer l'excitabilité et l'activité corticales du cerveau, est un outil neurophysiologique non invasif utilisé pour étudier les relations causales dans le cerveau humain. La stimulation transcrânienne de courant direct de haute définition (HD-tDCS) est une technique non invasive de stimulation de cerveau (NIBS) qui produit un courant plus focal comparé au tDCS conventionnel. Traditionnellement, l'emplacement de stimulation a été grossièrement déterminé par le système 10-20 EEG, parce que la détermination des points de stimulation précis peut être difficile. Ce protocole utilise un numériseur 3D avec HD-tDCS pour augmenter la précision dans la détermination des points de stimulation. La méthode est démontrée à l'aide d'un numériseur 3D pour une localisation plus précise des points de stimulation dans la jonction temporo-pariétale droite (rTPJ).

À l'aide des méthodes présentées, les coordonnées du rTPJ ont été déterminées, ce qui nécessite des points de stimulation au-delà du système 10-20. Tout d'abord, la circonférence de la forme de la tête doit être similaire à la tête réelle. Ici, la longueur de la nasion à l'inion de la forme de tête était de 36 cm, et la longueur entre le préauriculaire bilatéral était de 37 cm.
Les étapes de production du bouchon d'électrode guident les positions de mesure du système...

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Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

Présenté ici est un protocole pour atteindre une plus grande précision dans la détermination de l'emplacement de stimulation combinant un numériseur 3D avec la stimulation transcrânienne de courant transcrânien de haute définition.

Détermination de l'emplacement de la stimulation à l'aide d'un numériseur 3D avec stimulation à courant direct transcrânien haute définition

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

Cette méthode utilise un système 10-10 pour surmonter les limites du placement transcrânal d’électrode de stimulation à courant direct, améliorant la précision et la reproductibilité de la méthode. Les principaux avantages de cette technique sont son faible coût, son application simple et sa portabilité. Cette méthode convient à d’autres techniques, par exemple la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge, pour vérifier l’emplacement de certaines régions cérébrales d’intérêt.Cette technique est très simple si vous êtes familier avec l’exigence proportionnelle du système 10-10. Chenyu Lv, étudiant diplômé, démontrera la procédure. Pour préparer un bouchon de fixation d’électrode, placez un bonnet de natation sur la forme de la tête et mesurez la distance entre la nasion et l’inion.Pour localiser le sommet, utilisez un marqueur cutané pour marquer le point médian de la distance entre la nasion et l’inion, et mesurer la distance entre les points préaurculaires. Marquez le point médian des points préaurculaires. Le point où les deux points médians se croisent est le sommet.Selon le système 10-10, trouver le CP6 et P6, et marquer le point médian approprié à laquelle ces points se croisent, appelé la jonction temporoparietal droit sur le cuir chevelu. Ajustez ensuite le rayon des quatre électrodes de retour, en fonction des objectifs. Et marquer le centre et retourner les emplacements d’électrodes sur le bouchon.Pour obtenir une mesure de numériseur 3D, utilisez un scanner métallique pour confirmer que l’environnement de numérisation 3D est exempt de métaux. Placez le bonnet de bain sur la tête du sujet, et en utilisant les marques de référence sur le bouchon pour aligner le bouchon avec le système international 10-10 pour l’emplacement du cuir chevelu. Lorsque le bouchon est en place, utilisez une interface USB pour connecter le numériseur 3D à l’ordinateur, et confirmez que le logiciel de numérisation est disponible et prêt.Placez la source devant le sujet et attachez la corde élastique du capteur autour de la tête du sujet. Dans le logiciel de numérisation, confirmez que le système de numérisation 3D communique avec le logiciel, et utilisez le stylet, et une longueur de règle de 10 centimètres, pour enregistrer le zéro et dix graduations pour confirmer la précision du stylet. Dans le logiciel, affichez la distance entre les deux points d’enregistrement.Puis recueillir les données de position des points de référence, des électrodes centrales et des quatre électrodes de retour. Pour répondre aux exigences des expériences fonctionnelles de spectroscopie proche infrarouge, sélectionnez et enregistrez les options de détecteur d’émetteurs et de canaux. Pour initier la stimulation, installez des batteries entièrement chargées dans l’appareil et connectez le dispositif conventionnel de stimulation transcrânienne à courant direct et l’adaptateur de stimulation quatre par un.Connectez les câbles des cinq électrodes d’anneau centrées au chlorure argenté aux récepteurs correspondants sur le câble de sortie quatre par un adaptateur. Et mesurer la tête du sujet. Placez le bouchon de dispositif en plastique sur la tête du sujet, et intégriez les cinq enveloppes en plastique haute définition dans le chapeau de natation.Localiser le vertex FPZ et OZ du sujet, et ajuster la référence sur le bouchon pour s’aligner avec le système international 10-10 pour les emplacements du cuir chevelu. Lorsque le bouchon est en place, utilisez le numériseur 3D pour recueillir les données de position des zones cérébrales stimulées. Ensuite, utilisez l’extrémité d’une seringue en plastique pour séparer soigneusement les cheveux par l’ouverture de l’enveloppe en plastique, jusqu’à ce que le cuir chevelu soit exposé, et couvrir la peau exposée avec le gel électriquement conductrice.Sur l’appareil, allumez l’adaptateur de stimulation quatre par un multicanal et définissez la valeur de qualité. Confirmez que le paramètre par défaut est défini pour numériser et appuyez sur le bouton sélectionnez mode. Passez de l’analyse à passer et appuyez sur le bouton polarité pour sélectionner, soit anode centrale ou cathode.Ajustez les réglages du dispositif conventionnel de stimulation transcrânienne à courant direct pour inclure la durée de stimulus, l’intensité et le réglage de l’état simulé et poussez le levier de détente pour passer au plein courant. Une fois que tout a été réglé, appuyez sur le bouton de démarrage pour lancer la stimulation. L’intensité .C.D. montera en puissance jusqu’à ce que le courant cible soit atteint, et la date de temps affichera alors le temps restant.À la fin de la stimulation, tournez le levier lentement pour ajuster le courant à zéro avant d’éteindre la puissance. Ouvrez le bouchon en plastique, retirez les électrodes d’anneau fritté d’argent ou d’argent de l’enveloppe et retirez le bonnet de bain. Nettoyez ensuite les instruments et fournissez au sujet des matériaux pour nettoyer leurs cheveux.À l’aide de la fonction d’enregistrement autonome de la spectroscopie statistique de spectroscopie proche infrarouge, la fonction d’enregistrement spatial génère des coordonnées de l’INM. Pour réduire les erreurs de mesure, la valeur moyenne de trois points de données des coordonnées finales de l’INM des cinq électrodes a été calculée. Dans les régions de Broadman, l’étiquette anatomique et son nombre sont obtenus.Le nombre après chaque ligne indique le pourcentage de chevauchement. Dans les étiquettes automatiques anatomiques, l’étiquette anatomique et le pourcentage de chevauchement sont obtenus. Pour les zones Broadman et les étiquettes automatiques anatomiques, la valeur représente un pourcentage de chevauchement avec le cortex cérébral.Il est important de s’assurer que ni la source ni le capteur ne se déplacent pendant la mesure du numériseur 3D. Cette procédure peut être utilisée pour des localisations de pensée ou pour toute autre localisation nécessaire pour étudier la fonction du cerveau. Cette technique peut également être utilisée dans la stimulation cérébrale personnalisée pour un positionnement précis.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

Alliant la stimulation magnétique transcrânienne et l&#39;IRMf pour examiner le réseau en mode par défaut

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