경 두개 직류 자극과 동시에 기능성 자기 공명 영상
Summary
경 두개 직류 자극 (tDCS)는 비 침습적 인 뇌 자극 기술이다. 성공적으로 인간의 뇌 기능을 조절하는 기초 연구 및 임상에서 사용되고있다. 이 문서는 tDCS 효과의 신경 기초를 조사하기 위해, tDCS의 구현과 동시에 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)에 대해 설명합니다.
Abstract
경 두개 직류 자극 (tDCS)은 약한 전기 대뇌 피질의 흥분을 조작하는 두피 관리 전류와, 결과적으로, 행동과 뇌 기능을 사용하는 비 침습적 인 뇌 자극 기술이다. 지난 10 년 동안 수많은 연구는 건강한 개인에 서로 다른 환자 집단의 숫자에 모두 모터와인지 행동 작업 동안 성능의 다른 조치에 tDCS의 단기 및 장기 효과를 다루었 다. 그러나 지금까지, 약간은 대규모 뇌 네트워크에 관한 인간의 tDCS 액션의 신경 토대에 대한 알려져있다. 이 문제는 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) 또는 뇌파 (EEG)와 같은 기능적 뇌 영상 기법 tDCS를 결합하여 해결할 수 있습니다.
특히,의 fMRI는인지와 모터의 기능을 밑에 신경 메커니즘을 조사하기 위해 가장 널리 사용되는 뇌 영상 기법이다. 입학 원서fMRI를하는 동안 tDCS의에 뇌 전체에 걸쳐 높은 공간 해상도로 행동 tDCS의 효과의 기초가되는 신경 메커니즘을 분석 할 수 있습니다. 이 기술을 사용하는 최근 연구는 행동 개선과 연관된 자극 현장에서 작업 관련 기능적 뇌 활동도 더 멀리 뇌 영역에서 자극 유도 변화를 확인했다. 또한, 휴식 상태의 fMRI 동안 관리 tDCS는 전체 뇌 기능 연결성에있는 대폭적인 변경의 식별을 허용했다.
이 결합 된 프로토콜을 사용하여 미래 연구는 건강과 질병 연구 및 임상 설정에서 tDCS의 표적으로 한 응용 프로그램을위한 새로운 옵션 tDCS의 행동의 메커니즘에 새로운 통찰력을 얻을해야합니다. 본 원고는 fMRI를하는 동안 관리 tDCS의 기술적 인 측면에 초점을 맞춘, 단계별 방식으로이 소설의 기술에 대해 설명합니다.
Introduction
경 두개 직류 자극 (tDCS)는 대뇌 피질의 기능이 두 개의 두피 부착 된 전극 사이에 돌출 된 약한 전류 (일반적으로 1-2mA)에 의해 변조되는 두뇌 자극의 비 침습적 인 방법입니다. 생리 학적으로, tDCS함으로써 대뇌 피질의 흥분 1의 변화를 촉진, 나트륨과 칼슘 채널의 조작을 통해 대상 피질 영역 내 신경 세포의 휴식 막 잠재력 (RMP)의 극성에 의존하는 변화를 유도한다. 특히, anodal 자극 (atDCS는) cathodal 자극 (ctDCS)는 대뇌 피질의 흥분이 감소하면서 신경 RMP의 탈분극을 통해 대뇌 피질의 활동을 증가 표시되었습니다. 뇌 자극의 다른 유형에 비해 (예 경 두개 자기 자극) 안전성은 잘 확립되어 있으며, 따라서 훨씬 더 심각한 부작용도 취약한 인구 3, 4에보고되었다. 또한, 적어도 LO에 대한WER 자극 강도 (최대 1mA), 효과가 위약 ( "사기") 자극 조건은 tDCS에게 실험 및 임상 연구 설정에서 매력적인 도구를 렌더링, 자극 조건에 참가자와 수사관의 효과적인 맹검을 허용, 5 존재합니다.
많은 연구는 지금까지 대뇌 피질의 흥분에서 이러한 변화는 행동 변조 될 수 있다는 것을 보여 주었다. 모터 시스템에서 일관성 극성 의존 효과는 atDCS 및 ctDCS 모두 1, 6을보고되었습니다. ctDCS 자주 장애인지 적 처리가 발생하지 않았지만인지 연구에서인지 기능을 향상시키기 위해 atDCS 고용 연구의 대부분은, 성능 7에 유익한 효과를보고했다. 후자인지 6 근본적인 신경 처리 자원의 큰 리던던시에 의해 설명 될 수있다. tDCS 연구의 대부분은 공부 크로스 오버 디자인을 사용했다단지 시간 1의 짧은 기간에 대한 현재의 종료를 오래 버틸 자극의 즉각적인 효과. 그러나, 신경기구 내부 스킬 습득 8 즉 단백질 합성의 자극의 영향을 반복한다고 제안되었다. 반복 tDCS 세션과 이러한 개선의 장기 안정성은 건강한 성인 8 ~ 10에서 몇 달까지 지속하는 것으로보고되었습니다와 결합 될 때 실제로, 모터 또는인지 적 교육의 성공은 향상 될 수있다. 이러한 연구 결과는 또한 임상 상황 및 예비 자료에 tDCS의 사용에 대한 관심을 촉발했다은 다양한 임상 인구 3 차 또는 보조 치료 방법으로 도움이 될 수 있다는 것을 제안합니다. 연구의 상대적으로 많은 수의 모터 시스템에 tDCS의 신경 생리 학적 효과를 언급하면서 그러나, 약간은 건강과 질병의인지 뇌 기능에 tDCS 효과의 기본 신경 메커니즘에 대해 잘 알려져 있습니다.tDCS의 작용 모드의 더 나은 이해는 연구와 임상 설정에서 tDCS의 표적으로 한 응용 프로그램을위한 필요 조건이다.
이 문제는 뇌파 (EEG) 또는 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) 같은 뇌 기능 영상 기법으로 tDCS를 결합하여 해결할 수 있습니다. 인지와 모터 기능의 기초가되는 신경 메커니즘을 조사 연구의 대부분은 fMRI를 11 사용하도록 선택했습니다. 특히,의 fMRI는인지와 모터 기능 11을 기본 신경 메커니즘을 조사하기 위해 가장 널리 사용되는 뇌 영상 기법이다. tDCS의 동시 응용 프로그램과 결합 될 때 또한,의 fMRI는 EEG에 비해 뇌 전체에 걸쳐 높은 공간 해상도로 행동 tDCS의 효과의 기초가되는 신경 메커니즘의 검사 (결합 tDCS-EEG의 최근 대한 설명이 Schestatsky 등. 12 참조) 할 수 있습니다. 본 원고는 일에 대해 설명합니다동시의 fMRI 동안 tDCS의 전자 겸용. 이 새로운 기술은 성공적으로 모터와인지 기능 13-19의 tDCS에 의한 변조의 기초가되는 신경 메커니즘을 연구하는 데 사용되었습니다. 앞으로이 결합 된 프로토콜은 건강과 질병에 tDCS의 행동의 메커니즘에 새로운 통찰력을 얻을 것입니다. 이 기술로 평가되는 것과 같이 큰 규모의 신경 네트워크에 tDCS의 영향을 이해하는 것은 연구와 임상 설정에서 tDCS의 표적으로 한 응용 프로그램을위한 기반을 마련 할 수 있습니다.
원고가 특정 하드웨어 요구 사항에 중점, 기술의 구현 및 안전을 고려하여, 행동 tDCS 실험과 동시의 fMRI 동안 tDCS의 겸용의 차이점에 초점을 맞출 것이다. 예를 들어, 작업 결석 휴식 상태 (RS)의 fMRI시와 언어 작업 14, 15w 동안 왼쪽 하부 전두엽 이랑 (IFG)에 투여 tDCS의 단일 세션다른 많은 응용 프로그램이 16, 19이 가능하지만 병이 설명 될 수있다. 실험 설계, 참가자 성과의 fMRI 데이터 분석 절차의 세부 사항은 일본어 14,15 공보에 상세히 설명하고, 본 논문의 범위를 벗어난다되었다. 또한,이 연구에서, 추가의 fMRI가 참여 가짜 tDCS가 (자세한 내용은 "대표 결과"참조) 인수 atDCS 세션의 결과에 비해 것을 검사합니다. 이 세션은 자극이 종래 스캔 세션 (상세도 1 참조)의 시작에 중단 한 것을 제외하고, 본 원고에 기재된 것과 동일 하였다. 본 과정을 성공적으로 고급 이미지 (샤리 의과 대학, 베를린, 독일)의 베를린 센터에서 3 테슬라 지멘스 트리오 MRI 스캐너에 구현되어 있으며, 원칙적으로 다른 스캐너뿐만 아니라 13에 적용해야한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
동시의 fMRI와 tDCS의 결합 된 응용 프로그램은 높은 공간 해상도를 13 ~ 19로 전체 뇌에서 자극의 즉각적인 효과의 신경 토대를 해명 가능성 보여 주었다. 미래에, 이러한 연구는 후자의 기술의 우수한 시간 해상도를 악용, 결합 EEG-tDCS의 연구에 의해 보완 될 수있다. 또한, intrascanner 자극은 두피에 전극의 정확한 위치의 확인 (예 : T-강조 영상을 사용하여, 그림 10 참조) 할 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 독일 Forschungsgemeinschaft에서 교부금에 의해 지원되었다 (AF : 379-8/1, 379-10/1, 379-11/1 및 DFG-EXC-257, UL 기준 : 423/1-1), Bundesministerium 모피 Bildung 싶게 Forschung (AF : FKZ0315673A 및 01GY1144, AF 및 MM : 01EO0801), 독일 학술 교류처 (AF : DAAD-54391829), Go8 호주 – 독일 공동 연구 협력 제도 (DC : 2011001430), 그 밖의-크로네는 Fresenius 재단 (AF : 2009-141, RL : 2011-119) 및 호주 연구위원회 (DC : ARC FT100100976, MM : ARC FT120100608). 우리는 편집 지원 케이트 Riggall 감사합니다.
Materials
| DC-Stimulator Plus | NeuroConn, Illmenau, Germany | 21 | |
| Hardware extension DC-Stimulator MR (2 MRI compatible rubber electrodes, electrode and box cable and inner filter box; outer filter box and stimulator cable) | NeuroConn, Illmenau, Germany | ||
| 2 sponge pads for rubber electrodes (7×5 and 10×10 ccm) | NeuroConn, Illmenau, Germany | ||
| Rubber head band | |||
| NaCL solution | |||
| Measurement tape | To determine electrode position using the EEG 10-20 system | ||
| Pen | Used during electrode positioning |
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