Determinação de localização de estimulação usando um digitalizador 3D com estimulação transcraniana de alta definição da corrente direta
Summary
Apresentado aqui é um protocolo para alcançar maior precisão na determinação da localização da estimulação, combinando um digitalizador 3D com estimulação transcraniana de alta definição da corrente direta.
Abstract
A abundância de dados de neuroimagem e o rápido desenvolvimento do aprendizado de máquina tornaram possível investigar os padrões de ativação cerebral. No entanto, evidências causais de ativação da área cerebral levando a um comportamento é muitas vezes deixado falta. Estimulação transcraniana de corrente direta (tDCS), que pode alterar temporariamente a excitabilidade e atividade corticais cerebrais, é uma ferramenta neurofisiológica não invasiva usada para estudar relações causais no cérebro humano. Estimulação de corrente direta transcraniana de alta definição (HD-tDCS) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva (NIBS) que produz uma corrente mais focal em comparação com o tDCS convencional. Tradicionalmente, a localização da estimulação tem sido aproximadamente determinada através do sistema 10-20 EEG, porque determinar pontos precisos de estimulação pode ser difícil. Este protocolo usa um digitalizador 3D com HD-tDCS para aumentar a precisão na determinação dos pontos de estimulação. O método é demonstrado usando um digitalizador 3D para localização mais precisa de pontos de estimulação na junção temporo-parietal direita (rTPJ).
Introduction
A estimulação transcraniana de corrente direta (tDCS) é uma técnica não invasiva que modula a excitabilidade cortical com correntes diretas fracas sobre o couro cabeludo. Tem como objetivo estabelecer a causalidade entre excitabilidade neural e comportamento em seres humanos saudáveis1,2,3. Além disso, como uma ferramenta de neuroreabilitação motora, tDCS é amplamente utilizado no tratamento da doença de Parkinson, acidente vascular cerebral e paralisia cerebral4. Evidências existentes sugerem que o tDCS tradicional baseado em almofadas produz fluxo atual através de uma região cerebral relativamente maior5,6,7. Estimulação de alta definição transcraniana de corrente direta (HD-tDCS), com o eletrodo de anel central sentado sobre uma região corticana alvo cercada por quatro eletrodos de retorno8,9,aumenta a focalidade circunscrevendo quatro áreas de anel5,10. Além disso, as mudanças na excitabilidade do cérebro induzida sh-tDCS têm magnitudes significativamente maiores e durações mais longas do que as geradas pelo tDCS tradicional7,11. Portanto, o HD-tDCS é amplamente utilizado na pesquisa7,11.
Estimulação cerebral não invasiva (NIBS) requer métodos especializados para garantir que um local de estimulação está presente nos sistemas padrão MNI e Talairach12. A neuronavegação é uma técnica que permite mapear interações entre estímulos transcranianos e o cérebro humano. Seus dados de visualização e imagem 3D são usados para estimulação precisa. Tanto no tDCS como no HD-tDCS, uma avaliação comum dos locais de estimulação no couro cabeludo é tipicamente o sistema EEG 10-2013,14. Esta medida é amplamente utilizada para colocar as almofadas tDCS e portadores de optodes para espectroscopia infravermelha funcional (fNIRS) na fase inicial13,14,15.
Determinar os pontos precisos de estimulação ao usar o sistema 10-20 pode ser difícil (por exemplo, na junção temporo-parietal [TPJ]). A melhor maneira de resolver isso é obter imagens estruturais dos participantes usando ressonância magnética (RM), em seguida, obter a posição exata da sonda, combinando pontos-alvo para suas imagens estruturais usando produtos digitalizantes15. MRI fornece boa resolução espacial, mas é caro para usar15,16,17. Além disso, algumas participantes (por exemplo, aquelas com implantes metálicos, claustrofóbicos, gestantes, etc.) não podem ser submetidas a scanners de ressonância magnética. Portanto, há uma forte necessidade de uma maneira conveniente e eficiente de superar as limitações acima mencionadas e aumentar a precisão na determinação de pontos de estimulação.
Este protocolo utiliza um digitalizador 3D para superar essas limitações. Em comparação com a ressonância magnética, as principais vantagens de um digitalizador 3D são baixos custos, aplicação simples e portabilidade. Ele combina cinco pontos de referência (ou seja, Cz, Fpz, Oz, ponto pré-auricular esquerdo e ponto pré-auricular direito) de indivíduos com informações de localização dos pontos de estimulação alvo. Em seguida, ele produz uma posição 3D de eletrodos na cabeça do sujeito e estima suas posições corticais, ajustando-se com os vastos dados da imagem estrutural12,15. Esse método de registro probabilístico permite a apresentação de dados de mapeamento transcraniano no sistema de coordenação do MNI sem registrar as imagens de ressonância magnética de um sujeito. A abordagem gera rótulos automáticos anatômicos e áreas de Brodmann11.
O digitalizador 3D, usado para marcar coordenadas espaciais com base nos dados de imagens estruturais, foi usado pela primeira vez para determinar a posição dos optodes na pesquisa fNIRS18. Para aqueles que usam HD-tDCS, um digitalizador 3D quebra os pontos de estimulação finito do sistema EEG 10-20. A distância dos quatro eletrodos de retorno e eletrodo central é flexível e pode ser ajustada conforme necessário. Ao utilizar o digitalizador 3D com este protocolo, foram obtidas as coordenadas do rTPJ, o que está além do sistema 10-20. Também são mostrados os procedimentos para segmentação e estímulo à junção temporo-parietal direita (rTPJ) do cérebro humano.
Protocol
Representative Results
Discussion
Em comparação com o tDCS tradicional, o HD-tDCS aumenta a especificidade da estimulação. Locais típicos de estimulação são muitas vezes baseados no sistema 10-20 EEG. No entanto, determinar os pontos precisos de estimulação além deste sistema pode ser difícil. Este artigo combina um digitalizador 3D com HD-tDCS para determinar pontos de estimulação além do sistema 10-20. É importante definir claramente as etapas e precauções para fazer e usar a tampa do elétrodo em tais casos.
<p class="jove_conten…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo foi apoiado pela National Natural Science Foundation of China (31972906), Programa de Empreendedorismo e Inovação para Chongqing Overseas Returned Scholars (cx2017049), Fundos de Pesquisa Fundamentais para Universidades Centrais (SWU1809003), Aberto Fundo de Pesquisa do Laboratório-Chave de Saúde Mental, Instituto de Psicologia, Academia Chinesa de Ciências (KLMH2019K05), Projetos de Inovação em Pesquisa de Estudante de Pós-Graduação em Chongqing (CYS19117) e os Fundos do Programa de Pesquisa da Inovação Colaborativa Centro de Avaliação para a Qualidade da Educação Básica na Universidade Normal de Pequim (2016-06-014-BZK01, SCSM-2016A2-15003 e JCXQ-C-LA-1). Gostaríamos de agradecer ao Prof. Ofir Turel por suas sugestões sobre o rascunho inicial deste manuscrito.
Materials
| 1X1 Low Intensity transcranial DC Stimulator | Soterix Medical | 1300A | |
| 3-dimensional Polhemus-Patriot Digitizer | POLHEMUS | 1A0453-001 | PATRIOT system component |
| 4X1 Multi-Channel Stimulation Interface | Soterix Medical | 4X1-C3 | |
| Dell desktop computer | Dell | CRFC4J2 | Master computer to run 3D digitizer application |
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