Транскраниальная постоянного тока Стимулирование и синхронный Функциональная магнитно-резонансная томография

Транскраниальной постоянного тока стимуляции (ТОК) является неинвазивным методом стимуляции мозга, в котором корковый функционирование модулируется с помощью слабого электрического тока (обычно 1-2 мА) прогнозируемого между двумя скальпа-прикреплены электроды. Физиологически, ТОК индуцирует полярности зависит от сдвига в нейронной мембранный потенциал покоя (RMP) в рамках реализации Целевой зоны коры головного мозга через манипуляции натриевых и кальциевых каналов, тем самым способствуя изменения в возбудимости коры ^1. В частности, анодной стимуляции (atDCS) было показано, увеличить активность коры через деполяризации нейронов RMP в то время как катодная стимуляция (ctDCS) снижает возбудимости коры ^2. По сравнению с другими типами стимуляции мозга (например, транскраниальная магнитная стимуляция) безопасность была хорошо известна и до сих пор никаких серьезных побочных эффектов не поступало даже в уязвимых групп населения ^{3, 4.} Кроме того, по крайней мере для лоинтенсивности WER стимуляции (до 1 мА), эффективным плацебо («ложное») состояние стимуляция существует ^5, что позволяет эффективное ослепление участников и следователей к условиям стимуляции, оказание ТОК привлекательный инструмент в экспериментальных и клинических научных исследованиях.

Многочисленные исследования до сих пор показали, что эти изменения в возбудимости коры может привести к поведенческим модуляций. В двигательной системы, последовательные полярности зависимые эффекты были зарегистрированы ^{1, 6} для обоих atDCS и ctDCS. В когнитивных исследований, большинство исследований, которые нанимали atDCS для повышения когнитивных функций сообщил благотворно влияет на производительность ^7, в то время как ctDCS часто не повлечь за собой снижение когнитивных процессов. Последнее может быть объяснено большей избыточности нейронных вычислительных ресурсов, лежащих в основе познания ^6. Большинство исследований ТОК использовали перекрестный дизайн для изучениянепосредственное воздействие стимуляции, которые переживут прекращение ток только в течение коротких периодов времени ^1. Тем не менее, было высказано предположение, что повторные воздействия стимуляции на синтез белка, т.е. нейронной механизм, лежащий приобретения навыков ^8. Действительно, двигатель или когнитивных успех обучения может быть повышена в сочетании с повторными ТОК сессий и долгосрочная стабильность этих улучшений, как сообщается, длиться до нескольких месяцев у здоровых взрослых ^8-10. Такие результаты также вызвал интерес к использованию ТОК в клинических условиях и предварительные данные позволяют предположить, что он также может быть полезна в качестве основного или адъюнкт подхода к лечению в различных клинических групп ^3. Тем не менее, в то время как относительно большое количество исследований на имя нейрофизиологические эффекты ТОК в системе двигателя, мало известно о лежащих в основе нейронных механизмов ТОК воздействия на когнитивные функции мозга в норме и патологии.Лучшее понимание механизма действия ТОК является необходимым условием для более целенаправленной применения ТОК в области исследований и клинических условиях.

Этот вопрос можно решить путем объединения ТОК с функциональными методов визуализации головного мозга, таких как электроэнцефалография (ЭЭГ) или функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ). Большинство исследований, изучающих нервные механизмы, лежащие в основе познания и двигательные функции выбрали использовать МРТ ^11. В частности, МРТ является наиболее широко используется метод визуализации мозга, чтобы исследовать нервные механизмы, лежащие в основе познания и двигательные функции ^11. Кроме того, в сочетании с одновременным применением ТОК, МРТ позволяет изучение нервных механизмов, лежащих в основе поведенческих эффектов ТОК с более высоким пространственным разрешением по всей мозга по сравнению с ЭЭГ (для последних описаний в сочетании ТОК-ЭЭГ см. Schestatsky соавт. ^12). Настоящий рукопись описывает тыс.е совместное использование ТОК при одновременном МРТ. Это новый метод был успешно использован для изучения нейронных механизмов, лежащих ТОК-индуцированные модуляции моторных и когнитивных функций ^13-19. В будущем, это в сочетании протокол даст новое понимание механизмов ТОК действия в норме и патологии. Понимание влияния ТОК на крупномасштабных нейронных сетей по оценке с этой техникой может заложить основу для более целенаправленного применения ТОК в области исследований и клинических условиях.

Рукопись будет направлена ​​на различия между поведенческими ТОК экспериментов и комбинированного использования ТОК во время одновременного МРТ, с особым упором на требования к аппаратному обеспечению, реализации техники, и из соображений безопасности. В качестве примера, один сессия ТОК вводимых левой нижней лобной извилины (ИФГ) во время проблемно-отсутствует упокоения состоянии (РС) МРТ и во время языкового задачи ^{14, 15 Вт}плохо быть описан, хотя многие другие приложения можно ^{16, 19.} Информация о экспериментального проектирования участников характеристик и процедур анализа данных МРТ были подробно описаны в оригинальных изданиях ^14,15 и выходят за рамки настоящего рукописи. Кроме того, в этих исследованиях, дополнительный МРТ сканирование, что участие обман ТОК была приобретена и по сравнению с результатами сессии atDCS (см. "Представитель Результаты" для подробной информации). Этот сеанс был идентичен тому, что описан в настоящем рукописи, за исключением того, что стимуляция было прекращено до начала сеанса сканирования (см. рисунок 1 для деталей). Настоящая процедура была успешно реализована на сканер 3-Тесла Siemens Трио МРТ на Берлинском Центра Advanced Imaging (Шарите университет медицины, Берлин, Германия), и в принципе должны быть применимы к другим сканеров, а ^13.