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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この研究は、中国国立自然科学財団(31972906)、重慶海外帰国学者のための起業家精神とイノベーションプログラム(cx2017049)、中央大学基礎研究基金(SWU1809003)によって支援されました。中国科学院心理学研究所(KLMH2019K05)、重慶大学院生研究イノベーションプロジェクト(CYS19117)、共同イノベーション研究プログラム研究基金研究基金北京師範大学基礎教育品質評価センター(2016-06-014-BZK01、SCSM-2016A2-15003、JCXQ-C-LA-1)。この原稿の初期の草稿に関する彼の提案に対するオフィル・トゥレル教授の提案に感謝します。

プロトコルは、サウスウエスト大学の機関審査委員会のガイドラインを満たしています.
1. 刺激位置の決定
<ol><li>文献を確認し、刺激位置を確認する(ここでは、rTPJ)19、20、21。</li>
</ol>2. 電極保持キャップの準備
メモ:図 1に次の...

<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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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overview+of+functional+magnetic+resonance+imaging.">Overview of functional magnetic resonance imaging.</a> Neurosurgery Clinics of North America. 22 (2), 133-139 (2011).</li><li>Zhu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The easy and stable marking method for registering fNIRS data to MNI space by using 10-20 system. , (2012).</li><li>Young, L., Saxe, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+fMRI+Investigation+of+Spontaneous+Mental+State+Inference+for+Moral+Judgment.">An fMRI Investigation of Spontaneous Mental State Inference for Moral Judgment.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 21, 1396-1405 (2009).</li><li>Young, L., Cushman, F., Hause, M., Saxe, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neural+basis+of+the+interaction+between+theory+of+mind+and+moral+judgment.">The neural basis of the interaction between theory of mind and moral judgment.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 104, 8235-8240 (2007).</li><li>Jurcak, V., Tsuzuki, D., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=10/20,+10/10,+and+10/5+systems+revisited:+their+validity+as+relative+head-surface-based+positioning+systems.">10/20, 10/10, and 10/5 systems revisited: their validity as relative head-surface-based positioning systems.</a> Neuroimage. 34 (4), 1600-1611 (2007).</li><li>Schestatsky, P., Morales-Quezada, L., 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=Simultaneous+EEG+monitoring+during+transcranial+direct+current+stimulation.">Simultaneous EEG monitoring during transcranial direct current stimulation.</a> Journal of Visualized Experiments. 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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>

従来のtDCSと比較して、HD-tDCSは刺激の焦点を増加させます。刺激の典型的な部位は、多くの場合、10-20脳波システムに基づいています。しかし、このシステムを超える正確な刺激点を決定することは困難な場合があります。本論文では、3DデジタイザとHD-tDCSを組み合わせて、10~20システムを超える刺激点を決定します。このような場合には、電極キャップを作り、使用するための手順と予防措?...

経頭蓋直流刺激(tDCS)は、頭皮上の弱い直流で皮質興奮を調節する非侵襲的な技術である。健康なヒト1、2、3における神経興奮性と行動との因果関係を確立することを目的としている。また、運動神経リハビリテーションツールとして、tDCSはパーキンソン病、脳卒中、脳性麻痺4の治療に広く用いられている。既存の証拠は、従来のパッドベースのtDCSが比較的大きな脳領域5、6、7を通して電流を生成することを示唆している。高精細経頭直流刺激(HD-tDCS)は、中心環電極が4つの戻り電極8、9で囲まれた標的皮質領域上に位置するとともに、4つの環領域5、10を周回させることにより焦点性を高める。さらに、HD-tDCSによって誘導される脳の興奮性の変化は、従来のtDCS7、11によって生成されるものよりも有意に大きな大きさおよび長い持続時間を有する。したがって、HD-tDCSは研究7、11で広く使用されている。
非侵襲的脳刺激(NIBS)は、刺激部位が標準MNIおよびタレアッハシステム12に存在することを保証するための特別な方法を必要とする。ニューロナビゲーションは、経頭蓋刺激と人間の脳との間の相互作用をマッピングすることを可能にする技術です。その視覚化および3D画像データは精密な刺激のために使用される。tDCSおよびHD-tDCSの両方において、頭皮上の刺激部位の一般的な評価は、典型的には脳波10-20システム13、14である。この測定は、初期段階13、14、15における機能的近赤外分光法(fNIRS)用のtDCSパッドおよび光線ホルダを配置するために広く使用されている。
10-20系を使用する際の正確な刺激点の決定は困難な場合がある(例えば、テンポロ頭頂接合部[TPJ])。これを解決する最善の方法は、磁気共鳴画像法(MRI)を用いて参加者から構造画像を取得し、その後、デジタル化製品15を用いて目標点を構造画像に一致させることによって正確なプローブ位置を得る。MRIは良好な空間分解能を提供しますが、15、16、17を使用するには高価です。さらに、一部の参加者(例えば、金属インプラントを持つもの、閉所恐怖症の人々、妊婦など)はMRIスキャナを受けることができません。そのため、上記の制限を克服し、刺激点を決定する精度を高めるための便利で効率的な方法が強く求められます。
このプロトコルは、これらの制限を克服するために3Dデジタイザを使用します。MRI と比較すると、3D デジタイザの主な利点は、低コスト、シンプルなアプリケーション、および移植性です。これは、個人の5つの基準点(すなわち、Cz、Fpz、Oz、左前序語点、および右前序球点)と標的刺激点の位置情報を組み合わせたものです。そして、被験者の頭部に電極の3D位置を作り出し、構造画像12、15からの膨大なデータに適合させることにより皮質位置を推定する。この確率的登録方法により、被験者の磁気共鳴画像を記録することなく、MNI座標系で経頭蓋マッピングデータを提示することができます。このアプローチは、解剖学的自動ラベルとブロッドマン領域11を生成します。
3Dデジタイザは、構造画像からのデータに基づいて空間座標をマークするために使用され、fNIRS研究18におけるオプトードの位置を決定するために最初に使用された。HD-tDCSを使用する人のために、3Dデジタイザーは脳波10-20システムの有限刺激点を壊す。4つのリターン電極と中心電極の距離は柔軟性があり、必要に応じて調整することができます。このプロトコルで3Dデジタイザを使用すると、10-20システムを超えるrTPJの座標が得られました。また、人間の脳の右側頭頂接合部(rTPJ)を標的化し、刺激するための手順も示されている。

<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

神経イメージングデータの豊富さと機械学習の急速な発達により、脳の活性化パターンを調べすることが可能になりました。しかしながら、行動につながる脳領域活性化の因果証拠はしばしば行方不明のままである。脳皮質興奮性および活性を一時的に変化させることができる経頭蓋直流刺激(tDCS)は、人間の脳における因果関係を研究するために用いられる非侵襲的な神経生理学的ツールである。高精細経頭蓋直流刺激(HD-tDCS)は、従来のtDCSに比べてより焦点電流を生み出す非侵襲的な脳刺激(NIBS)技術です。従来、刺激位置は10-20脳波システムを介してほぼ決定されてきたが、正確な刺激点を決定することは困難な場合がある。このプロトコルは、HD-tDCSを備えた3Dデジタイザを使用して、刺激点の決定精度を高めます。この方法は、右側顎頭頂接合部(rTPJ)における刺激点のより正確な局在化のために、3Dデジタイザを使用して実証されています。

提示された方法を用いて、rTPJの座標を決定し、10〜20系を超える刺激点を必要とする。まず、ヘッドフォームの円周は実際の頭部と同様である必要があります。ここで、ヘッドフォームのイニオンまでのナシオの長さは〜36cmであり、両側前置詞間の長さは〜37cmであった。
電極キャップを製造するステップは、10-20システムの測定位置を導きます。ここで、Nz、イズ、Cz、F...

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

ここでは、高精細経頭蓋直流刺激と3Dデジタイザを組み合わせた刺激位置の決定において、より高い精度を達成するためのプロトコルである。

高精細経頭蓋直流刺激を用いた3Dデジタイザーを用いた刺激位置決定

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

この方法は、経頭蓋直流刺激電極配置の限界を克服するために10-10系を用い、方法の精度と再現性を向上させる。この技術の主な利点は、低コスト、シンプルなアプリケーションと移植性です。この方法は、他の技術、例えば、機能的近赤外分光法、関心のある特定の脳領域の位置を検証する用法に適している。この手法は、10-10 システムの比例要件に精通している場合に非常に簡単です。この手順のデモンストレーションは、大学院生の陳友Lvです。電極保持キャップを用意するには、ヘッドフォームにスイミングキャップを置き、鼻とイニオンの間の距離を測定します。頂点を局所化するには、スキン マーカーを使用して、鼻とイニオンの間の距離の中点をマークし、前のポイント間の距離を測定します。前節点の中点をマークします。両方の中間点が交差する点が頂点です。10-10システムによると、CP6とP6を見つけ、頭皮の右のテンポラプリエタール接合部と呼ばれるこれらの点が交差する適切な中間点をマークします。その後、目的に基づいて、4つのリターン電極の半径を調整します。そして、キャップの中央と戻り電極の位置をマークします。3D デジタイザの測定を行う場合は、金属スキャナを使用して、3D デジタル化の環境が金属フリーであることを確認します。被験者の頭の上にスイムキャップを置き、キャップの基準マークを使用してキャップを頭皮の位置のための国際的な10-10システムに合わせます。キャップが設置されたら、USB インターフェイスを使用して 3D デジタイザをコンピュータに接続し、デジタイザ ソフトウェアが使用可能で準備ができたか確認します。被写体の前にソースを置き、被験者の頭の周りにセンサーの弾性ロープを留める。デジタイザソフトウェアでは、3Dデジタイザシステムがソフトウェアと通信していることを確認し、スタイラスと10センチメートルの定規の長さを使用して、ゼロと10の卒業を記録してスタイラスの精度を確認します。ソフトウェアでは、2つの記録ポイント間の距離を表示します。次に、基準点、中心電極、および4つの戻り電極の位置データを収集する。機能近赤外分光法実験の要件に対応するには、送信機検出器とチャネルオプションを選択して保存します。刺激を開始するには、完全に充電された電池をデバイスに取り付け、従来の経頭蓋直流刺激装置と4つの刺激アダプターを1つずつ接続します。5つの銀銀塩化物中心リング電極のケーブルを、1つのアダプタ出力ケーブルで4つの受信機に接続します。そして、被験者の頭を測定します。プラスチック製のデバイスキャップを被写体の頭の上に置き、5つのプラスチック製の高精細ケーシングを水泳キャップに埋め込みます。被写体の頂点FPZとOZを見つけ、頭皮の位置のための国際的な10-10システムと一致するようにキャップの参照を調整します。キャップが設置されている場合は、3D デジタイザを使用して、刺激された脳領域の位置データを収集します。次に、プラスチック製のシリンジの端部を使用して、頭皮が露出するまで、プラスチックケーシングの開口部を通して髪を慎重に分離し、露出した皮膚を導電性ゲルで覆います。デバイスで、1 つのマルチチャネル刺激アダプターで 4 つの電源をオンにし、品質値を設定します。スキャンするデフォルト設定が設定されていることを確認し、モード選択ボタンを押します。スキャンから通過するように切り替え、極性ボタンを押して、中心アノードまたはカソードのいずれかを選択します。従来の経頭蓋直流刺激装置の設定を調整して、刺激持続時間、強度、および偽の状態設定を含め、リラックスレバーを押して完全電流に切り替えます。すべてが設定されたら、開始ボタンを押して刺激を開始します。D.C.intensity はターゲット電流に達するまで上昇し、タイマーは残り時間を表示します。刺激の最後にレバーをゆっくりと回して電流をゼロに調整してから電源を切ります。プラスチックキャップを開き、銀または銀塩化物焼結リング電極をケーシングから取り外し、水泳キャップを取り外します。その後、器具をきれいにし、彼らの髪をきれいにするための材料を被写体に提供します。近赤外分光法統計パラメトリックマッピングスタンドアロン登録機能を用いて、空間登録関数はMNI座標を生成する。測定誤差を低減するため、5つの電極の最終的なMNI座標からの3つのデータ点の平均値を算出した。ブロードマン地域では、解剖学的ラベルとその数が得られます。各行の後の数字は、オーバーラップの割合を示します。解剖自動ラベルでは、解剖学的ラベルとオーバーラップの割合が得られます。ブロードマン領域および解剖学的自動ラベルの場合、この値は大脳皮質との重複の割合を表します。3D デジタイザ測定中にソースもセンサーも動かないようにすることが重要です。この手順は、思考のローカリゼーションのまたは脳の機能を研究するために必要な他のローカリゼーションのために使用することができます。この技術はまた精密な位置決めのための個別の脳刺激で使用することができる。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

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経頭蓋直流電流刺激で電極の位置とモンタージュ

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that has been intensively investigated in the past decade as this method offers a ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Remotely Supervised Transcranial Direct Current Stimulation: An Update on Safety and Tolerability

リモートでチャイルドの経頭蓋直通電流刺激: 安全性と忍容性に関する更新プログラム

The remotely supervised tDCS (RS-tDCS) protocol enables participation from home through guided and monitored self-administration of tDCS treatment while ...

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

警告齧歯動物で経頭蓋脳の電気的刺激

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

Online Transcranial Magnetic Stimulation Protocol for Measuring Cortical Physiology Associated with Response Inhibition

反応抑制に関連する皮質の生理学を測定するためのオンラインの経頭蓋磁気刺激プロトコル

We describe the development of a reproducible, child-friendly motor response inhibition task suitable for online Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) ...

The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

上肢の経頭蓋直通電流刺激とロボット療法の併用

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in Mice

Transcranial Direct Current Stimulation tDCS in Mice

マウスにおける経頭蓋直流電流刺激 (tDCS)

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive neuromodulation technique proposed as an alternative or complementary treatment for ...