JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

Одновременно Электроэнцефалография Запись Во транскраниальной стимуляции переменный ток (ПВР)

Published: January 22, 2016
doi:
10.3791/53527
,
1Division of Systems Neuroscience of Psychopathology, Translational Research Center, University Hospital of Psychiatry,University of Bern, 2Japan Science and Technology Agency, PRESTO

Summary

In this article we explain how to set up a concurrent transcranial alternating current stimulation and EEG experiment.

Abstract

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to integrate cognitive neural processes. Transcranial alternating current stimulation (tACS) holds the promise to elucidate the causal link between specific frequencies of oscillatory brain activity and cognitive processes. Simultaneous electroencephalography (EEG) recording during tACS would offer an opportunity to directly explore immediate neurophysiological effects of tACS. However, it is not trivial to measure EEG signals during tACS, as tACS creates a huge artifact in EEG data. Here we explain how to set up concurrent tACS-EEG experiments. Two necessary considerations for successful EEG recording while applying tACS are highlighted. First, bridging of the tACS and EEG electrodes via leaking EEG gel immediately saturates the EEG amplifier. To avoid bridging via gel, the viscosity of the EEG gel is the most important parameter. The EEG gel must be viscous to avoid bridging, but at the same time sufficiently fluid to create contact between the tACS electrode and the scalp. Second, due to the large amplitude of the tACS artifact, it is important to consider using an EEG system with a high resolution analog-to-digital (A/D) converter. In particular, the magnitude of the tACS artifact can exceed 100 mV at the vicinity of a stimulation electrode when 1 mA tACS is applied. The resolution of the A/D converter is of importance to measure good quality EEG data from the vicinity of the stimulation site. By following these guidelines for the procedures and technical considerations, successful concurrent EEG recording during tACS will be realized.

Introduction

Художественная динамика внеклеточного электрических токов в мозге были обнаружены в течение столетия 1,2. В то время как для большинства это время рассматривается как неспецифической шума в данных, сегодня они широко считается сыграть главную роль в обработке информации в мозге 3,4,5,6,7,8,9. Наше понимание причинно-следственной связи между конкретными частот колебательной активности мозга и когнитивных процессов продвинулись в последнее десятилетие через развитие различных подходов к вмешательству прямой модуляции колебательный деятельность 8,10. Транскраниальная переменного тока стимуляции (ПВР) является одним из таких перспективных подходов к модуляции ритмической активности в головном мозге 10. ПВР является неинвазивным методом стимуляции мозга, которая применяется слабый переменный синусоидальный () токов из головы и модулирует возбудимость коры головного мозга в частотно-специфическим образом 11, 12, </ SUP> 13, 14, 15. Будучи перспективным методом для изучения роли ритмической активности в головном мозге, нейрофизиологические механизмы ПВР до сих пор не удается. Некоторые исследования показали эффекты ОДУ на восприятия 11,13,16,17,18 и двигательные функции 19,20,21,22, так же как воздействие на высших когнитивных процессов 23,24,25,26,27, 28 , Нейрофизиологическая доказательства уноса колебаний мозга после стимуляции были представлены с использованием ЭЭГ 13, 14, 15. Есть в настоящее время несколько сообщений о нейрофизиологической доказательство в людях для эффекта ПВР во время стимуляции 12, 13, 22. Так как мозг является очень прочным, чтобы внешнее возмущение, например на сайте доказательства значение для понимания насущных нейрофизиологические эффекты ОДУ.

Электрическийtroencephalography (ЭЭГ), захватив электрофизиологическое активности в головном мозге с высоким временным разрешением, является идеальным выбором для изучения эндогенных и захваченных колебательные нейронных деятельности. Недавние исследования, проведенные Helfrich и его коллеги сообщили онлайн нейрофизиологические эффекты ОДУ, но в то же время измерения ЭЭГ во ПВР оказалось сложно из-за выдающегося артефакта ПВР 12, 13. Для успешного параллельных экспериментов ПВР-ЭЭГ, запись высококачественных данных ЭЭГ является одним из важных аспектов, который находится в центре внимания данной статье, и в то же время способ предварительной обработки, чтобы удалить артефакт ПВР также имеет решающее значение. В нашей лаборатории, мы разрабатываем наши собственные предварительной обработки трубопровода, позволяющую для удаления артефакта ПВР по данным ЭЭГ 29. Здесь мы опишем, как успешно записывать сигналы ЭЭГ из области стимулирования и технических соображений, важных для успешного записи.

Protocol

Этика заявление: Процедуры с участием человека в качестве субъекта были одобрены комитетом по этике кантона Берн (КЭК-BE 007/14). Примечание: На рисунке 1 показана монтажи, а также дизайн ПВР электродов (см также обсуждение), и ЭЭГ крышка. Мы используем колпачок ЭЭГ, выполненный из эластичного материала (рис 1D) для удержания электрода ПВР прикрепленный на волосистой части головы. 1. Монтажи Примечание: представитель результаты, полученные из следующих ПВР электродов монтажей. Монтаж 1: Поместите обе электроды на коже головы, в левой префронтальной коре дорсолатеральной (ДЛПФК) (F3) электрода и слева задней теменной коре (PPC) (Р3) электрода (рис 1А). Монтаж 2: Положите одну ПВР электрод на кожу головы в левой ДЛПФК (F3 электрод), и поместите другой ПВР электрод на левом плече (рис 1B). Монтаж3: Поместите один ПВР электрод на кожу головы на левом PPC (Р3) электрода, и поместите другой ПВР электрод на левом плече (рис 1в). 2. Подготовка ОДУ Электроды Если ссылка ПВР электрод будет размещен на плечо (Montage 2 и 3), сделать это первым. Перед размещением плеча электрод, подготовить кожу с абразивным кожи готовится гель для ЭЭГ и ЭКГ. Используйте марлевый тампон, чтобы вымыть кожу слегка кожи готовится геля. Применить ЭЭГ гель на электроде ПВР и поместить электрод на плечо. Закрепите электрод на плече с помощью клейкой ленты. Положите на крышке ЭЭГ. Отрегулируйте положение крышки в соответствии с международным 10-20 системы позиционирования электрода 30, и закрепите ремень подбородка колпачка ЭЭГ. Отметить видит, чтобы указать, где электрод ПВР будет позиционироваться на волосистой части головы. Используйте водуоснованное красной ручкой, во-первых, изолирующие эффекты цветовой материала пера уменьшается, а во-вторых, он может быть легко смыть водой. Если есть проблема с пером не доходящая до головы для маркировки, из-за отверстия в крышке ЭЭГ для вставки гель слишком плотно (рис 1D), используйте деревянную палочку, например, деревянную ручку ватным тампоном , Краска наконечник палки тщательно и использовать этот совет, чтобы отметить головы. Снимите крышку ЭЭГ и проверить, если маркировка была успешной. При необходимости, заполнить в маркировке, так что он легко может быть замечен позже. Выполните следующие действия (2.5.1-2.5.4), в зависимости от длины волос участника. Если участник имеет короткие волосы (до около 10 сантиметров), пропустите следующие шаги (следует также отметить, что некоторые прически, такие как грозные замков, делают применение ПВР электродов невозможно). Если участник имеет больше хайр: Поместите электрод ПВР с центром отмеченного красным пятном на голове. Обратите внимание, что нет ЭЭГ гель не следует ставить на электроде ПВР в этот момент. Автор из всех волос внутри внутреннего кольца электрода ПВР. Привязать резьбой из волос с кабельной стяжкой. Обратите внимание на то волосы вокруг электрода ПВР не получить связаны с электродом ПВР по кабельных связующих. После волосы были связаны, удалить электрод ПВР. Применить ЭЭГ гель электрода скальп ПВР. Перед нанесением геля, подключите головы и плеча ПВР электроды стимулятора, но не включить стимулятор еще. Нанесите тонкий слой геля ЭЭГ на электрод ПВР. Разреженный применение геля является важным. Осторожно поместите электрод ПВР обратно на голову. Если участник имеет длинные волосы, резьба связанный волосы через внутреннее отверстие электрода ПВР, без него, чтобыuching гель ЭЭГ на электроде ПВР. При размещении электрода ПВР, обратить пристальное внимание на красной отметки на кожу головы держат в середине электрода ПВР. После того, как электрод ПВР был помещен на волосистой части головы, его положение может не быть изменен. Удалить кабельные связующие из волос, как только электрод ПВР был помещен. Включите стимулятор и контролировать сопротивление. В то время как тщательно положить некоторое давление на электроде ПВР, обратите самое пристальное внимание, что красная метка место всегда держал в центре электрода ПВР. Аккуратно поднимите края электрода ПВР и применить некоторые более ЭЭГ гель под волосами, а не между электродом ПВР и волос (рис 2). Это особенно важно, если участник имеет много волос (см обсуждения). Продолжать давить на электроде ПВР до сопротивление не стабильно ниже 10 кОм. Монитор импедансПВР электрод в ПВР stimulator.Carefully добавить дополнительную гель ЭЭГ, при необходимости, но всегда негусто. Примечание: Импеданс электрода ПВР контролируемого стимулятора ПВР измеряется между ПВР электродов, которая имеет тот недостаток, что не обеспечивает отдельную информацию значения импеданса для каждого электрода. В зависимости от системы усилителя ЭЭГ, это также может быть возможным, чтобы измерить сопротивление электродов ПВР через это, и затем быть в состоянии измерить сопротивление для каждого электрода в отдельности. Обратите внимание на любой гель спасаясь от электрода ПВР, и удалить излишки геля ЭЭГ с помощью ватного тампона. 3. Монтаж ЭЭГ колпачок После импеданс ПВР электродов достигает ниже порога 10 кОм, установить крышку ЭЭГ снова. Поместите на колпачке ЭЭГ очень осторожно и тщательно, особенно если материал колпачка ЭЭГ эластична, так как в противном случае это легко перемещать положение кернар ПВР электрод во время этого шага. Примечание: Сдвиг электрода ПВР распространяется гель ЭЭГ под электродом ПВР и вызывает гель ЭЭГ для преодоления с электродами ЭЭГ. Важно, чтобы не тянуть вниз упругий колпачок с силой, так как это может привести к отскок после этого, что также приведет к перемещении электрода ПВР. Закрепите ремень крышки ЭЭГ. 4. Подготовка ЭЭГ Электроды Применение ЭЭГ гель соответствующей вязкости (как подробно обсуждается в обсуждении) к электродам ЭЭГ, чтобы создать контакт между электродами и кожей головы ЭЭГ. Начните с наземными и электродов ЭЭГ. Затем переходите к электродам, расположенным в середине и вблизи электрода ПВР. Затем продолжайте с остальными электродами (см Обсуждение). Для ЭЭГ электродов, окружающих электрод ПВР, вводят гель с наконечником иглы, указывая в направлении от электрода ПВР. Аккуратно надавите EEG электроды при применении геля, так что гель не избежать из-под электродами. Используйте деревянную палку для увеличения контакта между электродами ЭЭГ и волосистой части головы, как показано на рисунке 3. Не следует использовать кончик иглы для этой цели, как это будет царапать кожу головы участника, и, кроме того, не так эффективны для этой цели. Нажмите вниз гель с палочкой по направлению к коже головы, и очень аккуратно протереть кожу головы с верхней части ручки с вращательным движением. Постарайтесь, чтобы угол палку перпендикулярно к коже головы для электродов, расположенных в непосредственной близости от электрода ПВР, а боковое движение палки распространится гель под электродом. При необходимости, применить некоторые более ЭЭГ гель, а затем использовать деревянную палочку для дальнейшего улучшения сопротивления. Чтобы избежать преодоление с помощью геля негерметичного (рисунок 4), быть бережливым с применением геля для снижения сопротивления электродов ЭЭГВ непосредственной близости от электрода ПВР. Вместо этого, попытаться снизить импеданс как можно больше, используя только деревянную палочку, прежде чем рассматривать добавляя гель. После того, как хорошо сопротивление было достигнуто с деревянной палкой, осторожно вставьте и сбить иглу, пока кончик иглы не коснется головы, затем осторожно применять гель, потянув иглу, тем самым помогая стабилизировать контакт между электродом ЭЭГ а головы. Стремитесь к ЭЭГ электродов сопротивлений ниже 5 кОм для оптимальных данных, так как это уменьшает помехи и шум искажения сигнала. После того, как сопротивления были снижены до соответствующего уровня, тест был ли создан какой-либо мост между электродом ПВР и окружающих электродов ЭЭГ-за утечки геля. Применение краткое синусоидальный стимуляции, с интенсивностью экспериментальных интересов (например, 1 мА от пика до пика). Примечание: Из-за ограничений некоторых систем (см таблицу материалов), это пOT можно проверить для преодоления в Интернете, но только путем применения стимуляции, а затем проверять ли любой канал усилителя ЭЭГ насыщается. См ли насыщенный любой канал, стимулируя. Примечание: Как видно из результатов репрезентативных, преодоление с помощью гель утечки между электродами ПВР и ЭЭГ приведет насыщения этот канал усилителя ЭЭГ и исключает записи данных из этих электродов. Это не возможно, чтобы отменить моста через утечку гель, как только он был создан. Единственный вариант, чтобы прервать эксперимент. ПРОВЕРИТЬ сопротивления еще раз. Затем начать запись.

Representative Results

Показаны примеры неудачных и успешных одновременных ПВР-ЭЭГ измерений, полученных из двух разных записей (рисунок 5). Два ПВР электроды помещали на кожу головы (F3 и P3 электродов) и интенсивности ПВР был 0,9 мА (от пика до пика). В первом примере, электрод F3 ЭЭГ мостиком с фронтальной ПВР электрода через гель (обратите внимание, что при упоминании "преодоление" на протяжении обсуждения ниже, обозначим формирование прямого подключения по ЭЭГ гель, создавая контакт между ОДУ и ЭЭГ электроды). Мостиковая сразу насыщает канал F3 и сигналы ЭЭГ во время ПВР не могли быть записаны (рис 5А). Во втором примере, сигналы ЭЭГ были успешно записаны при применении ПВР (фиг.5В). Для оценки пространственного распределения величины артефакта ПВР, тобыла рассчитана величина артефакта ПВР во время успешной записи, полученной из трех предметов. ПВР был применен к любой ДЛПФК (F3) электрода или PPC (Р3) электрода. Интенсивность ПВР был 0,9 мА (от пика до пика) наблюдалось .Это что величина пика до пика артефакта ПВР была обратно пропорциональна расстоянию между ЭЭГ и ПВР электрода (рис 6A и 6B). Кроме того, положение опорного электрода ЭЭГ по отношению к электроду ПВР также влияет на пространственное распределение величины артефакта ПВР через каналы ЭЭГ (фиг.6А и 6В). Величина артефакта ПВР составляет от 10 мВ на электродах ЭЭГ более удаленных от места стимуляции, а величина может доходить до 100 мВ на электроде ЭЭГ в середине электрода ПВР. Соотношение между силой тока ПВР и величины артефактов в непосредственной близости отПВР электрод был также рассмотрен (рисунок 7). Это выставлены линейные отношения и насыщенным диапазон напряжения записи при ПВР сила тока составила более 1,6 мА. Рисунок 1. Иллюстрация монтажа. (А) Монтаж с двумя электродами, расположенными ПВР на волосистой части головы (F3 и P3). (Б) Монтаж с одной ПВР электрода, помещенного на волосистой части головы (F3) и одна ссылка ПВР электрода размещены на ипсилатеральной плечо. (С) Монтаж с одной ПВР электрода, помещенного на волосистой части головы (Р3) и одна ссылка ПВР электрода размещены на ипсилатеральной плечо. (D), эластичный колпачок ЭЭГ имеет электрод скальп ПВР в месте под крышкой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры, Рисунок 2. Правильное применение дополнительного геля ЭЭГ под электродом ПВР. Дополнительное ЭЭГ гель должен быть применен под электродом ПВР, чтобы улучшить однородность подключения к волосистой части головы. Дополнительное гель следует применять между волосами и кожи головы (синяя стрелка), а не между электродом и ПВР волос, чтобы улучшить контакт. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 3. Улучшение соединение электродов ЭЭГ к коже головы. (А) Применение ЭЭГ гель на электроды ЭЭГ с помощью шприца. Используйте тIP иглы смахнуть волосы ниже электрода ЭЭГ, затем тщательно вставлять и сбить иглу, пока кончик иглы не коснется головы. Нанесите гель, потянув иглу, чтобы создать связь между головы и электрода ЭЭГ. (Б) использовать деревянную палочку (например, деревянная ручка ватным тампоном или аналогичный) для дальнейшего улучшения контакта между электродами ЭЭГ и волосистой части головы. Нажмите вниз гель с палочкой по направлению к коже головы, и очень аккуратно протереть кожу головы с верхней части ручки с вращательным движением. Постарайтесь, чтобы угол палку перпендикулярно к коже головы для электродов, расположенных в непосредственной близости от электрода ПВР, а боковое движение палки распространится гель под электродом. При необходимости, применить некоторые более ЭЭГ гель, а затем использовать деревянную палочку для дальнейшего улучшения сопротивления. Для электродов, расположенных в непосредственной близости от электрода ПВР важно также, чтобы быть осторожным с применением более гель FOг цели улучшения контакта. Скорее попытаться улучшить контакт как можно больше, используя деревянную палку. Наконец, когда хорошо сопротивление было достигнуто с деревянной палкой, добавьте немного дополнительного геля для стабилизации контакта между электродом и ЭЭГ головы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 4. Пример утечка ЭЭГ гель, создавая прямой контакт между электродами и ПВР ЭЭГ. Утечка ЭЭГ гель, который создает прямой контакт между ОДУ и электрода ЭЭГ, наблюдается. Преодоление таких как это между ПВР и электродов ЭЭГ могут быть созданы, например, путем добавления избыточных количеств ЭЭГ гель под электродом ПВР или электрода ЭЭГ в непосредственной близости от электрода ПВР,или ПВР электрод перемещаются. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 5. ПВР насыщает усилитель ЭЭГ через преодоление с помощью геля. Исходные данные из двух разных записей, которые ссылаются на CPZ, в течение монтажа с кожи головы ПВР электродами, расположенными на ДЛПФК (F3 электрода) и PCC (Р3 электрода). (A) сигнал, записанный на электрод F3 насыщен за счет преодоления с помощью утечки ЭЭГ гель между электродом F3 ЭЭГ и электродом ПВР. (B) сигналы успешно записаны из всех электродов. Величина артефакта ПВР на F3 электрода превышает более чем на 50 мВ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотретьувеличенная версия этой фигуры. Рисунок 6. Величина ОДУ артефактов по всей ЭЭГ каналов. Пик-пик величины ОДУ артефактов среднем по трем предметам (мВ). Данные исходные данные, упомянутые в CPZ. (А) Величина артефакта ПВР во время монтажа с одной скальп ПВР электродом, лежащим на левой ДЛПФК (F3) электрода и электрода другие ПВР, размещенной на левом плече (Montage 2, рис 1B). (B) величина артефакта ПВР во время монтажа с одним ЦВР электрода, помещенного на левой PPC (Р3) электрода и электрода другие ПВР, размещенной на левом плече (Монтаж 3, рис 1С). Места канала (С) ЭЭГ. Красный: канал при стимуляции сайте, синий: каналы в непосредственной близости от стимуляции сайте, ссылка (жирный черный): Электрод (CPZ). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 7. Величина артефакта ПВР линейно коррелирует с интенсивностью стимуляции. Пик-пик на величину ОДУ артефакта (мВ) с одного предмета на канале F3. Интенсивности 0,5 до 2 мА были применены с шагом 0,1 мА. Данные исходные данные, упомянутые в CPZ. Монтаж с одной скальп ПВР электродом, лежащим на левой ДЛПФК (F3) электрода и электрода другие ПВР, размещенной на левом плече (Montage 2, рис 1B). Данные показывают, идеальный линейную зависимость между интенсивностью стимуляции прикладной и величины ПВР артефакта в диапазоне интенсивностей от 0,5 до 1,6 мА. В резолюции напряжения был установлен на 150 мВ, но ActuaДиапазон л максимальная приобретение было 161,6 мВ, за которым сигнал был насыщенным. Пунктирная линия отмечает максимальный диапазон напряжения. При стимуляции интенсивности 1,7 мА и выше, когда в результате артефакт величины были более чем 161,6 мВ, F3, канал был насыщенным. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Discussion

Эксперименты процедуры, чтобы настроить одновременно ПВР-ЭЭГ описаны здесь. Обратимся теперь к обсуждению соображения для настройки записей ПВР-ЭЭГ, из которых первые два соображения имеют жизненно важное значение для успешных записей одновременно ПВР-ЭЭГ.

Как избежать ПВР-ЭЭГ электрод мостовую с помощью геля

Очень важно, чтобы избежать преодоления между ЭЭГ и ПВР электродов через утечки ЭЭГ гель, а преодоление сразу насыщает соответствующий канал усилителя ЭЭГ. По этой причине вязкость геля ЭЭГ является важным параметром для успешной регистрации ПВР-ЭЭГ. Никогда не используйте жидкости гель ЭЭГ, как жидкость риски ЭЭГ гель побега из электрода ПВР и моста с соседними электродами ЭЭГ. В то же время, очень вязкий гель ЭЭГ имеет недостаток в проникновения в волосы и кожу смазочного уменьшить сопротивление. Для электродов ЭЭГ в непосредственной близости от электрода ПВР, более вязкий гель можно бе используется, как можно использовать деревянную палочку, чтобы снизить сопротивление. Для ПВР и оставшихся электродов ЭЭГ, использовать немного менее вязкой (хотя до сих пор не жидкость) ЭЭГ гель. Этот тип геля требует меньше усилий для нижних сопротивлений. Поскольку трудно, чтобы очистить под электродом ПВР, лучше использовать несколько меньше вязкого геля здесь.

Работа с ПВР артефактов величин

Второй вопрос состоит в обработке большую величину артефакта ПВР, начиная с 10 мВ при ЭЭГ электроды далеко от области стимулирования, к более чем 100 мВ на месте раздражения во время нынешней интенсивности стимуляции 0,9 мА (Рисунок 6) . 7 иллюстрирует линейную зависимость между интенсивностью стимуляции (от 0,5 до 2,0 мА от пика до пика), и полученную величину артефакта в месте стимуляции (f3 канала). Первый мера, чтобы сохранить низкий импеданс как ЭЭГ и ПВР электродов. Недостаточноеконтакт между электродом и ПВР скальпа создает большие амплитуды артефакта ПВР в данных ЭЭГ, и, кроме того применяется электронный ток будет иметь тенденцию быть неоднородным. Во-вторых, нужно учитывать уровень разрешение A / D конвертер системы ЭЭГ. 24 бит A / D конвертер может теоретически охватывают широкий круг 1,68 В с / разрешение разрядной 0,1 мкВ. В отличие от этого, 16 бит A / D конвертер с 0,1 мкВ / бит разрешением будет охватывать диапазон напряжения 6,5 мВ – слишком низко, чтобы охватить весь диапазон артефакта ПВР (рисунок 6). Отсюда разрешение записи напряжения должен быть снижен. Для того, чтобы покрыть артефактов величины до 100 мВ на месте раздражения с системой 16 бит, разрешение записи напряжения теоретически должны были бы быть снижена до 1,53 мкВ выше / бит. На самом деле исследования последних одновременных ПВР-ЭЭГ с системой 16 бит не может записывать сигналы ЭЭГ непосредственной близости от участка стимуляции из-за насыщения AMPL ifier даже когда разрешение была снижена до 0,5 мкВ / бит 12,13.

Соображения для снижения импеданса электрода

Причина начале работы на сопротивлений электродов ЭЭГ, расположенных в середине или в непосредственной близости от электрода ПВР, является то, что эти электроды ЭЭГ потребуется некоторое пациента и тщательной работы, чтобы избежать закупоривания. Начиная с этих электродов, есть время, чтобы ждать, пока приложенное гель не была некоторое время, чтобы смазать кожу головы, прежде чем рассматривать применение более ЭЭГ гель, если необходимо. Дополнительная гель следует наносить под электродом ПВР, когда он был помещен на волосистой части головы, в частности, если участник имеет много волос. Причина не только снизить импеданс – хорошее сопротивление может быть достигнуто без этого шага – но для достижения равномерного соединения с волосистой части головы по всей поверхности электрода ПВР.

Дизайн и монтаж соображения

ntent "> Рисунок 1 иллюстрирует монтаж ПВР электродов. Пончик-образная конструкция из скальпа ПВР электрод / электроды и прямоугольная плечо ПВР электрод изображен. Форма электрода скальп ПВР позволяет электрод ЭЭГ быть помещены в середина вынужденного области. Одним из преимуществ кольцевой формы конструкции является то, что она позволяет записывать сигнал от вынужденного области. Во-вторых, это также делает его легко держать положение электрода ПВР неизменным. В зависимости от места стимуляции, некоторые другие формы электрода ПВР будет более подходящим. прямоугольной формы ПВР электрод лучше подходит при записи с сайта в между электродами ЭЭГ.

Это должны быть предупреждены о том, что форма и положение электрода ПВР не то же самое, как площадь фактически вынужденного, но может быть немного сдвинуты 31. При принятии решения положение ПВР электродов, моделирование текущего Fнизкая оценить наилучшее положение электродов для таргетинга область интереса всегда настоятельно рекомендуется.

В текущей настройке подходит для модуляции ритмической активности в крупномасштабных сетях. Более фокусное стимуляции может быть достигнуто несколькими способами, 13 32, 33, 34. Во-первых, уменьшить размер электрода ПВР. Ниче и его коллеги показали, что 3,5 см 2 электрода может модулировать возбудимость моторной коры с ТОК 32. Второй подход заключается в использовании конфигурации высокой четкости 13,33,34, где стимуляция электрод, окруженный четырьмя электродов. Еще одно преимущество конфигурации высокой четкости в том, что плотность электродов ЭЭГ может быть увеличена, так как обычные резиновые электроды ограничивают пространство для размещения электродов ЭЭГ шестьдесят четыре электрода ЭЭГ не представляется возможным реализовать в текущей настройке. В то время как гоESE модификации для более высоким пространственным специфики требуют различных процедур установки, технические соображения, описанные здесь, остаются в силе.

В этом протоколе мы размещаем ПВР электродов в соответствии с международным 10-20 системы ЭЭГ электродов позиционирования 30. Whileindividual оптимизация расположения стимуляции бы альтернативой, это может представлять собой проблему для сравнения при изменении местоположения стимуляции среди лиц в эксперименте, так как сайт стимуляции изменяется в зависимости от участков ЭЭГ. Недавно показали, комбинированное использование магнитоэнцефалографии (MEG) и ПВР, по Neuling и коллег 35, может решить эту проблему и ПВР артефактов, связанных с проблемами, так как пространственные методы фильтрации с MEG формирования луча позволяет оценить активность мозга независимого сайта ПВР.

Относительно монтажа, два Монополярные монтажи описаны здесь, то есть, с extracephaliС расположение электрода сравнения (рис 1B и 1C), и одной однополярного монтажа, т.е. с обоих электродов, расположенных на коже головы (фиг.1А) (более подробно см классификации электродных монтажей по Нассери др. 36). Преимущество использования монополярной монтаж является устранение дополнительного головной стимуляции не интерес для изучения. Основной проблемой при выборе однополярного монтаж является ток, хотя подкорковых структур мозга, включая, с потенциальным риском модуляции жизненно важных функций мозга. Оба extracephalic и ипсилатеральная размещение плеча опорного электрода была подтверждена не модулировать функции ствола мозга на 1 мА интенсивности ТОК 37,38 (например, вариабельность ритма сердца, частота дыхания и кровяное давление). Как монопольный монтаж может иметь явные преимущества в зависимости от экспериментального проектирования, существует необходимость для тестирования всесторонневоздействие на жизненно важных функций ствола мозга при более высокой интенсивности стимуляции и различных монополярной монтажей, а также для сравнения влияния между ТОК и ПВР.

Обратите внимание, что конфигурация высокой четкости другое решение для избежания проблемы биполярного монтажа дополнительного головной стимуляции не представляет интереса. Конфигурация высокой четкости с одним электродом стимуляции окружен четырьмя электродов приводит к высокой плотности тока при центральном электроде и низкой плотности тока при четырех окружающих электродов. Как эффект стимуляции зависит от плотности тока, это означает, однонаправленный модуляции под центральным электродом в конфигурации с высокой четкости в отличие, к двунаправленной модуляции конфигурации 39 двух электродов.

Визуальный мерцание восприятие индуцируется ПВР является критическим фактором, ограничивающим интенсивность стимуляции при размещении ТПCS электрода на лобной доли, за счет стимуляции сетчатки ПВР. В частности, ПВР на частоте бета-диапазона вызывает визуальное мерцание даже при низкой интенсивности ПВР 11. По нашему опыту 0,9 мА (пик-пик) стимуляции на ДЛПФК (F3) электрода на 6 Гц является подходящим уровнем интенсивности, чтобы минимизировать ощущение визуального мерцание.

В зависимости от конструкции эксперимента, это может быть необходимо для управления стимулятор с внешнего устройства (если эта функция доступна для стимулятора используется). Мы используем плату аналогового выхода сигнала для управления стимулятор и отправить триггеры к усилителю ЭЭГ (см дальнейшие аппаратные и программные спецификации в таблице материалов). В случае стимулятора, который использовал здесь (см таблицу материалов), уровень шума выходного тока с пульта дистанционного управления выше, чем с встроенный интерфейс стимулятора. Отсюда возможность дистанционного управления стимулятор должен быть выбранТолько если этого требует экспериментальной конструкции.

Поиск и устранение неисправностей насыщения каналов ЭЭГ

Мы показали, что преодоление между ОДУ и электродов ЭЭГ с помощью утечки результаты ЭЭГ гель в насыщении соответствующего канала усилителя ЭЭГ и исключает данные записи из этих электродов (5А). Есть и другие причины для насыщения канала ЭЭГ. Одной из причин может быть, что коэффициент усиления усилителя является слишком узким, и разрешение записи напряжения не соответствующим образом скорректированы. В этом случае разрешение записи напряжения должен быть снижен, чтобы покрыть диапазон величины артефакта ПВР. Еще одна причина в том, что на сайте записи слишком близко к месту стимуляции. В этом случае, даже очень грубое разрешение записи напряжения может до сих пор не охватывают диапазон артефакта. Запись должна быть расположена дальше от сайта стимуляции.

В настоящее время протокол всесторонне изображены настройки и технические соображения для одновременных экспериментов ПВР-ЭЭГ. С методы, чтобы удалить артефакт ПВР и протоколы для хорошее качество записи при ПВР, ПВР будет действительно перспективным методом tofurther нашем понимании наиболее характерной особенностью деятельности головного мозга, художественной динамики.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This project has been supported by the Japan Science and Technology Agency (JST) PRESTO program.

Materials

Stimulator for tACS: Eldith DC-Stimulator plus NeuroConn GmbH, Germany For remote input, be sure to order a model with this feature enabled
Analog Output board for sending triggers: Static and Waveform Analog Output board, model NI PCI-6723 National Instruments, USA 13-bit, 32 channels.
Matlab and data acquisition toolbox The MathWorks, Inc., USA The 'Data acquisition toolbox' available for MATLAB provides functions to control data acquisition hardware such as an analog output board, produced by several manufacturers.
EEG system: eegosports, with a 32 channel waveguard EEG cap ANT neuro, Netherlands
tACS electrodes NeuroConn GmbH, Germany 305090-05       305050 Materials: conductive-rubber electrodes.
Dimensions of scalp electrodes: Outer Ø: 60 mm, Inner Ø:25 mm (Part# 305090-05) Cut from the original size Ø 75mm
Dimensions of shoulder electrode:
50 x 50 mm (Part# 305050)
EEG gel Inselspital, Bern, Switzerland Electrode paste, containing abrasives (i.e. pumice) which scrub the skin, improving the electrode-to-skin contact.
Abrasive skin preparing gel for EEG and electrocardiography: Nuprep Weaver and Company, USA
Cotton swabs, wooden handle Salzmann MEDICO, Switzerland Dimensions:
150 x 1.5 mm; wooden handle Ø 2.2 mm
Adhesive tape: Leukofix BNS medical GmbH, Germany  04.107.12
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Berger, P. D. H. On the electroencephalogram of humans. Arch Psychiatr Nervenkr. 87 (1), 527-570 (1929).
  2. Finger, S. . Origins of Neuroscience: A History of Explorations Into Brain Function. , (2001).
  3. Engel, A. K., Fries, P., Singer, W. Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing. Nat Rev Neurosci. 2 (10), 704-716 (2001).
  4. Varela, F., Lachaux, J. P., Rodriguez, E., Martinerie, J. The brainweb: phase synchronization and large-scale integration. Nat Rev Neurosci. 2 (4), 229-239 (2001).
  5. Fries, P. A mechanism for cognitive dynamics: neuronal communication through neuronal coherence. Trends Cogn Sci. 9 (10), 474-480 (2005).
  6. Canolty, R. T., Knight, R. T. The functional role of cross-frequency coupling. Trends Cogn Sci. 14 (11), 506-515 (2010).
  7. Fell, J., Axmacher, N. The role of phase synchronization in memory processes. Nat Rev Neurosci. 12 (2), 105-118 (2011).
  8. Thut, G., Miniussi, C., Gross, J. The functional importance of rhythmic activity in the brain. Curr Biol. 22 (16), R658-R663 (2012).
  9. Buzsáki, G., Draguhn, A. Neuronal oscillations in cortical networks. Science. 304 (5679), 1926-1929 (2004).
  10. Paulus, W. Transcranial electrical stimulation (tES – tDCS; tRNS, tACS) methods. Neuropsychol Rehabil. 21 (5), 602-617 (2011).
  11. Kanai, R., Chaieb, L., Antal, A., Walsh, V., Paulus, W. Frequency-dependent electrical stimulation of the visual cortex. Curr Biol. 18 (23), 1839-1843 (2008).
  12. Helfrich, R. F., Schneider, T. R., Rach, S., Trautmann-Lengsfeld, S. A., Engel, A. K., Herrmann, C. S. Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation. Curr Biol. 24 (3), 333-339 (2014).
  13. Helfrich, R. F., et al. Selective modulation of interhemispheric functional connectivity by HD-tACS shapes perception. PLoS Biol. 12 (12), e1002031 (2014).
  14. Zaehle, T., Rach, S., Herrmann, C. S. Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG. PloS One. 5 (11), e13766 (2010).
  15. Neuling, T., Rach, S., Herrmann, C. S. Orchestrating neuronal networks: sustained after-effects of transcranial alternating current stimulation depend upon brain states. Front Hum Neurosci. 7, 161 (2013).
  16. Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2, 13 (2011).
  17. Laczò, B., Antal, A., Niebergall, R., Treue, S., Paulus, W. Transcranial alternating stimulation in a high gamma frequency range applied over V1 improves contrast perception but does not modulate spatial attention. Brain Stimul. 5 (4), 484-491 (2012).
  18. Strüber, D., Rach, S., Trautmann-Lengsfeld, S. A., Engel, A. K., Herrmann, C. S. Antiphasic 40 Hz oscillatory current stimulation affects bistable motion perception. Brain Topogr. 27 (1), 158-171 (2014).
  19. Joundi, R. A., Jenkinson, N., Brittain, J. -. S., Aziz, T. Z., Brown, P. Driving oscillatory activity in the human cortex enhances motor performance. Curr Biol. 22 (5), 403-407 (2012).
  20. Wach, C., Krause, V., Moliadze, V., Paulus, W., Schnitzler, A., Pollok, B. Effects of 10 Hz and 20 Hz transcranial alternating current stimulation (tACS) on motor functions and motor cortical excitability. Behav Brain Res. 241, 1-6 (2013).
  21. Wach, C., Krause, V., Moliadze, V., Paulus, W., Schnitzler, A., Pollok, B. The effect of 10 Hz transcranial alternating current stimulation (tACS) on corticomuscular coherence. Front Hum Neurosci. 7, 511 (2013).
  22. Pogosyan, A., Gaynor, L. D., Eusebio, A., Brown, P. Boosting cortical activity at Beta-band frequencies slows movement in humans. Curr Biol. 19 (19), 1637-1641 (2009).
  23. Santarnecchi, E., et al. Frequency-dependent enhancement of fluid intelligence induced by transcranial oscillatory potentials. Curr Biol. 23 (15), 1449-1453 (2013).
  24. Polanìa, R., Nitsche, M. A., Korman, C., Batsikadze, G., Paulus, W. The importance of timing in segregated theta phase-coupling for cognitive performance. Curr Biol. 22 (14), 1314-1318 (2012).
  25. Jaušovec, N., Jaušovec, K. Increasing working memory capacity with theta transcranial alternating current stimulation (tACS). Biol Psychol. 96, 42-47 (2014).
  26. Jaušovec, N., Jaušovec, K., Pahor, A. The influence of theta transcranial alternating current stimulation (tACS) on working memory storage and processing functions. Acta Psychol (Amst). 146, 1-6 (2014).
  27. Sela, T., Kilim, A., Lavidor, M. Transcranial alternating current stimulation increases risk-taking behavior in the balloon analog risk task. Front Neurosci. 6, 22 (2012).
  28. Voss, U., et al. Induction of self awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity. Nat Neurosci. 17 (6), 810-812 (2014).
  29. Morishima, Y., Fehér, K. D. A method for removing tACS artifacts from EEG data. Program No. 303.05. Neuroscience 2014 Abstracts. , (2014).
  30. Jasper, H. H. The ten twenty electrode system of the international federation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 10, 371-375 (1958).
  31. Dmochowski, J. P., Datta, A., Bikson, M., Su, Y., Parra, L. C. Optimized multi-electrode stimulation increases focality and intensity at target. J Neural Eng. 8 (4), 046011 (2011).
  32. Nitsche, M. A., et al. Shaping the effects of transcranial direct current stimulation of the human motor cortex. J Neurophysiol. 97 (4), 3109-3117 (2007).
  33. Villamar, M. F., Volz, M. S., Bikson, M., Datta, A., Dasilva, A. F., Fregni, F. Technique and considerations in the use of 4×1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). J Vis Exp. (77), e50309 (2013).
  34. Datta, A., Bansal, V., Diaz, J., Patel, J., Reato, D., Bikson, M. Gyri -precise head model of transcranial DC stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2 (4), 201-207 (2009).
  35. Neuling, T., Ruhnau, P., Fuscà, M., Demarchi, G., Herrmann, C. S., Weisz, N. Friends, not foes: Magnetoencephalography as a tool to uncover brain dynamics during transcranial alternating current stimulation. Neuroimage. 118, 406-413 (2015).
  36. Nasseri, P., Nitsche, M. A., Ekhtiari, H. A framework for categorizing electrode montages in transcranial direct current stimulation. Front Hum Neurosci. 9, 54 (2015).
  37. Vandermeeren, Y., Jamart, J., Ossemann, M. Effect of tDCS with an extracephalic reference electrode on cardio-respiratory and autonomic functions. BMC Neurosci. 11, 38 (2010).
  38. Santarnecchi, E., et al. Time Course of Corticospinal Excitability and Autonomic Function Interplay during and Following Monopolar tDCS. Front Psychiatry. 5, 86 (2014).
  39. Datta, A., Elwassif, M., Battaglia, F., Bikson, M. Transcranial current stimulation focality using disc and ring electrode configurations: FEM analysis. J Neural Eng. 5 (2), 163-174 (2008).

Tags

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)Electroencephalography (EEG)Concurrent RecordingNeuromodulationRhythmic Brain ActivityNeurophysiological EffectsExperimental ProtocolElectrode MontageSkin PreparationHair Management

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Fehér, K. D., Morishima, Y. Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS). J. Vis. Exp. (107), e53527, doi:10.3791/53527 (2016).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image