Transkranielle Gleichstromstimulation und Simultan Functional Magnetic Resonance Imaging

Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive Methode der Hirnstimulation, in der kortikalen Funktion wird durch einen schwachen elektrischen Strom (in der Regel 1-2 mA) zwischen zwei Kopfhaut-Elektroden angebracht projiziert moduliert. Physiologisch induziert tDCS eine polaritätsabhängige Verschiebung in neuronalen Ruhemembranpotential (RMP) innerhalb des Ziel kortikalen Bereich durch die Manipulation von Natrium-und Calciumkanäle, wodurch Veränderungen in der kortikalen Erregbarkeit ¹ fördern. Insbesondere anodische Stimulation (atDCS) wurde gezeigt, dass kortikale Aktivität zu erhöhen über Depolarisation der neuronalen RMP, während die kathodische Stimulation (ctDCS) reduziert kortikalen Erregbarkeit ^2. Im Vergleich zu anderen Arten von Gehirn-Stimulation (zB transkranielle Magnetstimulation) Sicherheit hat sich gut etabliert und bisher keine schwerwiegenden Nebenwirkungen wurden auch in gefährdeten Bevölkerungsgruppen ^{3, 4} berichtet. Auch, zumindest für lower Stimulationsintensität (bis zu 1 mA), ein wirksames Placebo ("Schein") Stimulation Bedingung vorhanden ^5, die eine effektive Verblindung der Teilnehmer und die Ermittler zu den Stimulationsbedingungen, Rendering tDCS ein attraktives Werkzeug in der experimentellen und klinischen Forschung-Einstellungen.

Zahlreiche Studien haben bisher gezeigt, dass diese Veränderungen in der kortikalen Erregbarkeit in Verhaltensmodulationen führen. In der Motor-System, haben einheitliche Polarität abhängige Effekte wurde berichtet, ^{1, 6} für beide atDCS und ctDCS. In der kognitiven Studien, die Mehrzahl der Studien, die atDCS eingesetzt, um kognitive Funktionen verbessern berichtet positive Auswirkungen auf die Performance ^7, während ctDCS häufig nicht zu einer Beeinträchtigung der kognitiven Verarbeitung führen. Letztere können durch die größere Redundanz der neuronalen Verarbeitungsressourcen Erkenntnis zugrunde liegenden ⁶ erklärt werden. Die Mehrheit der tDCS Studien haben Cross-over-Designs verwendet werden, um zu studierendie unmittelbaren Auswirkungen der Stimulation, die die Beendigung der Strom nur für kurze Zeit ^ein überdauern. Es wurde jedoch vorgeschlagen, dass Auswirkungen auf die Stimulation der Proteinsynthese, das heißt die neuronalen Mechanismus zugrunde liegende Mann Nahme ⁸ wiederholt. Tatsächlich kann motorische oder kognitive Trainingserfolg verbessert, wenn bei wiederholter tDCS Sitzungen und Langzeitstabilität dieser Verbesserungen berichtet worden, um eine bis zu mehrere Monate bei gesunden Erwachsenen ^8-10 kombiniert werden. Solche Erkenntnisse haben auch löste ein Interesse an der Nutzung der tDCS in klinischen Kontexten und vorläufigen Daten deuten darauf hin, dass es auch nützlich, als Haupt-oder Zusatzbehandlung Ansatz in verschiedenen klinischen Populationen ³ sein. Doch während eine relativ große Anzahl von Studien behandelt neurophysiologischen Auswirkungen der tDCS im motorischen System, ist wenig über die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen der tDCS Auswirkungen auf kognitive Funktionen des Gehirns in Gesundheit und Krankheit bekannt.Ein besseres Verständnis der Wirkungsweise von tDCS ist eine notwendige Voraussetzung für eine zielgerichtete Anwendungen TDCs in Forschungs-und klinischen Umgebungen.

Dieses Problem kann durch die Kombination von tDCS mit funktionellen bildgebenden Verfahren wie die Elektroenzephalographie (EEG) oder die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) angesprochen werden. Die Mehrzahl der Studien, die die neuronalen Mechanismen, die Wahrnehmung und Motorik haben sich entschieden, fMRI ¹¹ beschäftigen. Insbesondere ist fMRI die am weitesten verbreitete bildgebendes Verfahren, die neuronalen Mechanismen, die Wahrnehmung und Motorik ¹¹ zu untersuchen. Außerdem, wenn bei gleichzeitiger Anwendung der tDCS kombiniert, ermöglicht fMRI-Untersuchung der zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen Verhaltens tDCS-Effekte mit höherer räumlicher Auflösung über das gesamte Gehirn im Vergleich zum EEG (für die jüngsten Beschreibungen kombiniert tDCS-EEG sehen Schestatsky et al. ^12). Die vorliegende Manuskript beschreibt thE kombinierten Einsatz von tDCS bei gleichzeitiger fMRT. Diese neue Technik wurde erfolgreich verwendet, um die neuralen Mechanismen, die tDCS-induzierte Modulation von motorischen und kognitiven Funktionen ^13-19 studieren. In der Zukunft wird diese kombiniert Protokoll neue Einblicke in die Mechanismen der tDCS Aktion in Gesundheit und Krankheit ergeben. Das Verständnis der Auswirkungen der tDCS auf große neuronale Netzwerke, wie mit dieser Technik kann beurteilt die Grundlage für gezieltere Anwendung der tDCS in der Forschung und klinischen Einstellungen legen.

Die Handschrift wird auf die Unterschiede zwischen Verhaltens tDCS Experimente und den kombinierten Einsatz von tDCS bei gleichzeitiger fMRT zu konzentrieren, mit besonderem Akzent auf die Hardware-Anforderungen, die Anwendung der Technik und Sicherheitsaspekte. Als Beispiel, eine einzige Sitzung der tDCS auf der linken inferioren frontalen Gyrus (IFG) während aufgaben abwesend Ruhezustand (RS) fMRI und während einer Sprachaufgabe ^{14, 15} w verabreichtschlecht beschrieben, obwohl viele andere Anwendungen möglich ^{16, 19} sind. Einzelheiten der Versuchsplanung, Teilnehmer Eigenschaften und fMRI Verfahren der Datenanalyse sind im Detail in den Originalpublikationen ^14,15 beschrieben und gehen über den Rahmen der vorliegenden Manuskripts. Darüber hinaus wird in diesen Studien eine zusätzliche funktionelle Magnetresonanztomographie, die beteiligt Schein-tDCS erworben wurde und im Vergleich zu den Ergebnissen der Sitzung atDCS (siehe "repräsentativen Ergebnisse" für Details). Diese Sitzung war identisch mit dem in der vorliegenden Handschrift, mit der Ausnahme, dass die Stimulation wurde vor Beginn der Scan-Sitzung (siehe Abbildung 1 für Details) eingestellt. Das vorliegende Verfahren wurde erfolgreich in einem 3-Tesla-MRT-Scanner Siemens Trio an der Berliner Centre for Advanced Imaging (Charité Universitätsmedizin, Berlin, Deutschland) durchgeführt und sollte im Prinzip auf andere Scanner sowie ^13.