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Behavior

Grabación Electroencefalografía Concurrente Durante transcraneal de corriente alterna Estimulación (TAC)

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

Dinámica rítmica de las corrientes eléctricas extracelular en el cerebro se han observado durante un siglo 1,2. Mientras que para la mayor parte de este tiempo se considera como ruido no específica en los datos, hoy se considera extensamente para desempeñar un papel principal en el procesamiento de información en el cerebro 3,4,5,6,7,8,9. Nuestra comprensión de la relación de causalidad entre las frecuencias específicas de la actividad cerebral oscilatoria y procesos cognitivos ha avanzado en la última década a través del desarrollo de diferentes enfoques de intervención para modular directamente la actividad oscilatoria 8,10. Transcraneal alternando estimulación actual (TAC) es un tal enfoque prometedor para modular la actividad rítmica en el cerebro 10. TAC es un método de estimulación cerebral no invasiva, que se aplica corrientes (sinusoidales) alterna débil del cuero cabelludo y modula la excitabilidad de la corteza cerebral de una manera frecuencia específica 11, 12, </ sup> 13, 14, 15. A pesar de ser una técnica prometedora para el estudio del papel de la actividad rítmica en el cerebro, los mecanismos neurofisiológicos de los TAC siguen siendo difícil de alcanzar. Varios estudios han reportado efectos de los TAC en perceptual 11,13,16,17,18 y funciones motoras 19,20,21,22, así como efectos sobre la orden superior procesos cognitivos 23,24,25,26,27, 28 . Evidencia neurofisiológica para el arrastre de las oscilaciones cerebrales después de la estimulación se han presentado usando EEG 13, 14, 15. Actualmente hay pocos informes de pruebas neurofisiológicas en seres humanos para un efecto de los TAC durante la estimulación 12, 13, 22. A medida que el cerebro es muy resistente a la perturbación externa, pruebas en línea es crucial para la comprensión de los efectos neurofisiológicos inmediatos de los TAC.

Electroencephalography (EEG), la captura de la actividad electrofisiológica en el cerebro con una alta resolución temporal, es una opción ideal para el estudio de endógeno y actividades neurales oscilatorias arrastradas. Estudios recientes realizados por Helfrich y sus colegas informaron efectos neurofisiológicos en línea de los TAC, pero al mismo tiempo de medición EEG durante TAC ha sido difícil debido a la TAC destacado artefacto 12, 13. Para exitosos experimentos TAC-EEG simultáneos, registrando buenos datos EEG calidad es un aspecto importante, que es el tema central del presente artículo, y al mismo tiempo el método de tratamiento previo para eliminar el artefacto TAC también es crucial. En nuestro laboratorio, hemos desarrollado nuestra propia línea de tratamiento previo que permite la eliminación del artefacto TAC a partir de datos de EEG 29. Aquí vamos a describir cómo grabar con éxito señales EEG desde el área de la estimulación, y las consideraciones técnicas importantes para la grabación exitosa.

Protocol

Declaración de Ética: Procedimientos en seres humanos fueron aprobados por el comité de ética del Cantón de Berna (KEK-BE 007/14). Nota: La Figura 1 ilustra montajes, así como el diseño de los electrodos TAC (véase también la discusión), y la tapa de EEG. Utilizamos una tapa de EEG hecha de un material elástico (Figura 1D) para mantener el electrodo TAC fijado en el cuero cabelludo. 1. Montajes Nota: Los resultados representativos se obtienen a partir de los siguientes TAC montajes de electrodos. Montaje 1: Coloque los dos electrodos en el cuero cabelludo, en la corteza prefrontal dorsolateral izquierda (córtex prefrontal dorsolateral) (electrodo F3) y la corteza parietal posterior izquierda (PPC) (electrodo P3) (Figura 1). Montaje 2: Coloque una TAC de electrodos en el cuero cabelludo en el córtex prefrontal dorsolateral izquierda (electrodo F3), y coloque otro electrodo TAC en el hombro izquierdo (Figura 1B). Montaje3: Coloque un electrodo TAC en el cuero cabelludo en la PPC a la izquierda (electrodos P3), y coloque otro electrodo TAC en el hombro izquierdo (Figura 1 C). 2. Preparación de los TAC Electrodos Si un electrodo TAC de referencia se situará en el hombro (Montaje 2 y 3), hacer esto primero. Antes de colocar el electrodo de hombro, preparar la piel con un gel abrasivo preparar la piel para EEG y electrocardiografía. Utilice una gasa para fregar la piel ligeramente con el gel de la preparación de la piel. Aplicar gel de EEG en el electrodo TAC y colocar el electrodo en el hombro. Fije el electrodo en el hombro con cinta adhesiva. Ponga la tapa de EEG. Ajuste la posición de la tapa de acuerdo con el sistema internacional de 10 a 20 para el posicionamiento del electrodo 30, y fije la correa de la barbilla de la tapa de EEG. Marcar puntos para indicar donde el electrodo TAC se posicionará en el cuero cabelludo. Utilice un aguapluma roja basada, en primer lugar porque los efectos aislantes del material de color de la pluma se reducen, y en segundo lugar, que puede ser fácilmente lavó con agua. Si hay un problema con la pluma no llegar al cuero cabelludo para el marcado, debido a los agujeros en la tapa de EEG para la inserción de gel de ser demasiado apretado (Figura 1D), utilizar un palo de madera, por ejemplo, el mango de madera de un hisopo de algodón . Pintar la punta del palo a fondo y utilizar este truco para marcar el cuero cabelludo. Retire la tapa de EEG y compruebe si la marca se ha realizado correctamente. Si es necesario, complete la marca, por lo que fácilmente se pueden observar más tarde. Realice los siguientes pasos (2.5.1-2.5.4) en función de la longitud del pelo del participante. Si el participante tiene el pelo corto (hasta 10 centímetros), omita los siguientes pasos (que también debe tenerse en cuenta que ciertos peinados, como temor cerraduras, hacen que la aplicación de los TAC electrodos imposibles). Si el participante tiene ya hair: Coloque el electrodo TAC con su centro marcado por el punto rojo en el cuero cabelludo. Tenga en cuenta que ningún gel EEG debe ser puesto en el electrodo de TAC en este momento. Pase a cabo todo el pelo en el interior del anillo interior del electrodo TAC. Enlazar el pelo roscado con sujetacables. Preste atención a que el pelo alrededor del electrodo TAC no quede ligado con el electrodo de TAC por los sujetacables. Después de que el pelo se ha unido, retire el electrodo TAC. Aplique el gel EEG al electrodo TAC del cuero cabelludo. Antes de aplicar el gel, conecte el cuero cabelludo y los TAC de hombro electrodos al estimulador, pero no encienda el estimulador todavía. Aplique una capa delgada de gel de EEG sobre el electrodo TAC. Una aplicación escasa de gel es importante. Con cuidado, coloque el electrodo TAC de nuevo en la cabeza. Si el participante tiene el pelo más largo, pase el pelo atado atrás a través del orificio interior del electrodo TAC, sin queuching el gel EEG en el electrodo TAC. Al colocar el electrodo TAC, prestar mucha atención a la marca roja en el cuero cabelludo se mantiene en el centro del electrodo TAC. Una vez que el electrodo de TAC se ha colocado en el cuero cabelludo, su posición ya no se puede cambiar. Quite las carpetas de cable desde el pelo una vez el electrodo TAC se ha colocado. Encienda el estimulador y monitorear la impedancia. Mientras que poner cuidado un poco de presión sobre el electrodo TAC, prestar mucha atención que el marcado mancha roja se mantiene siempre en el centro del electrodo TAC. Levante con cuidado los bordes del electrodo de TAC y aplicar un poco más gel EEG debajo del pelo, no entre el electrodo de TAC y el pelo (Figura 2). Esto es especialmente importante si el participante tiene un montón de pelo (véase el debate). Continuar ejerciendo presión sobre el electrodo TAC hasta que la impedancia es de forma estable por debajo de 10 kW. Supervisar la impedancia de laTAC electrodo por el TAC stimulator.Carefully añadir gel de EEG adicional si es necesario, pero siempre escasamente. Nota: La impedancia del electrodo TAC supervisado por el estimulador TAC se mide entre los electrodos TAC, que tiene el inconveniente de no proporcionar información de valor de la impedancia separada para cada electrodo. Dependiendo del sistema de amplificador de EEG, también podría ser posible medir la impedancia de los electrodos a través de este TAC y, a continuación, ser capaz de medir la impedancia para cada electrodo separado. Preste atención a cualquier gel de escapar del electrodo de TAC, y eliminar el exceso de gel de EEG con un hisopo de algodón. 3. Montaje del Cap EEG Después de la impedancia de los electrodos TAC llega por debajo del umbral de 10 kW, montar la tapa de EEG de nuevo. Poner el tapón de EEG muy suave y cuidadosamente, en particular si el material de la tapa de EEG es elástica, ya que de lo contrario es fácil de mover la posición de la fiscalp TAC electrodo durante este paso. Nota: El cambio del electrodo TAC extiende el gel EEG debajo del electrodo de los TAC y hace que el gel de EEG para cerrar con los electrodos EEG. Es importante que no se tire hacia abajo una tapa elástica con fuerza, ya que esto puede hacer que rebote después, que también daría lugar a mover el electrodo de TAC. Sujete la correa de la tapa de EEG. 4. Preparación de electrodos de EEG Aplicar EEG gel de la viscosidad apropiada (como se discute en detalle en la discusión) a los electrodos de EEG para crear contacto entre el cuero cabelludo y electrodos de EEG. Comience con los electrodos EEG de tierra y de referencia. A continuación, proceder a los electrodos ubicados en el centro y alrededores del electrodo TAC. Luego seguir los electrodos restantes (ver Discusión). Para electrodos de EEG que rodea el electrodo TAC, inyectar gel con la punta de la aguja apuntando en una dirección que se aleja desde el electrodo TAC. Presione suavemente la EEG electrodos, mientras que la aplicación de gel, de modo que el gel no se escape de debajo de los electrodos. Use un palo de madera para aumentar el contacto entre los electrodos de EEG y el cuero cabelludo, como se ilustra en la Figura 3. No utilice la punta de la aguja para este propósito, ya que raspar el cuero cabelludo del participante, y no es, además, tan eficaz para este propósito. Empuje hacia abajo el gel con el palo hacia el cuero cabelludo, y frote suavemente el cuero cabelludo con la parte superior del palo con un movimiento de rotación. Trate de mantener el ángulo de la barra ortogonalmente al cuero cabelludo para los electrodos situados en la proximidad cercana del electrodo TACS, como movimientos sideway de la vara se extienda a cabo el gel bajo el electrodo. Si es necesario, aplicar un poco más gel EEG y, a continuación, utilizar el palo de madera para mejorar aún más la impedancia. Para evitar la reducción de fugas a través de gel (Figura 4), ​​ser ahorrativos con la aplicación del gel para reducir la impedancia de los electrodos de EEG enla vecindad inmediata del electrodo TAC. En su lugar, tratar de bajar la impedancia lo más posible utilizando sólo el palo de madera, antes de considerar la adición de más gel. Una vez buena impedancia se ha logrado con el palo de madera, inserte con cuidado y hacer caer la aguja hasta que la punta de la aguja toca el cuero cabelludo, a continuación, aplicar suavemente gel mientras tira de la aguja, lo que ayuda a estabilizar el contacto entre el electrodo y el EEG cuero cabelludo. Trate de impedancias de electrodos EEG inferiores a 5 kW para los datos óptimos, ya que esto reduce la interferencia de ruido y la distorsión de la señal. Una vez que las impedancias se han reducido al nivel apropiado, la prueba si se ha creado ningún puente entre el electrodo de TAC y alrededores electrodos EEG debido a las fugas de gel. Aplicar breve estimulación sinusoidal, con una intensidad de intereses experimentales (por ejemplo, 1 mA pico a pico). Nota: Debido a las limitaciones de algunos sistemas (véase el cuadro de materiales), es not posible comprobar para puentear en línea, pero sólo a través de la aplicación de la estimulación y luego comprobar si cualquier canal del amplificador de EEG se satura. Ver si algún canal está saturado al tiempo que estimula. Nota: Como se desprende de los resultados representativos, tendiendo un puente a través de fugas de gel entre los electrodos EEG TAC y dará lugar a la saturación de este canal del amplificador de EEG y descartar datos de grabación de estos electrodos. No es posible deshacer un puente a través de gel de fugas una vez que se ha establecido. La única opción es interrumpir el experimento. Verifique impedancias una vez más. Entonces comenzará la grabación.

Representative Results

Se muestran ejemplos de los TAC-EEG simultáneos fallidos y exitosos mediciones obtenidas a partir de dos grabaciones diferentes (Figura 5). Dos TAC electrodos fueron colocados en el cuero cabelludo (F3 y P3 electrodos) y la intensidad de los TAC fue de 0,9 mA (pico a pico). En el primer ejemplo, el electrodo F3 EEG fue puenteado con el electrodo TAC frontales a través de gel (tenga en cuenta que cuando se habla de "puente" a través de la discusión que sigue, se denota la formación de una conexión directa por gel de EEG crear un contacto entre el TAC y EEG electrodos). El puente de inmediato satura el canal F3 y señales de EEG durante el TAC no podían ser registrados (Figura 5A). En el segundo ejemplo, las señales de EEG se registraron con éxito, mientras que la aplicación de los TAC (Figura 5B). Para evaluar la distribución espacial de la magnitud del artefacto TAC, losSe calculó la magnitud del artefacto TAC durante la grabación éxito obtenido a partir de tres temas. TAC se aplicó tanto al córtex prefrontal dorsolateral (electrodo F3) o PPC (electrodo P3). La intensidad de los TAC fue de 0,9 mA (pico a pico) .Es se observó que la magnitud de pico a pico del artefacto TAC se correlacionó inversamente con la distancia entre el electrodo de EEG y TAC (Figura 6A y 6B). Además, la posición del electrodo de referencia EEG en relación con el electrodo TAC también influyó en la distribución espacial de la magnitud del artefacto TAC a través de los canales de EEG (Figura 6A y 6B). La magnitud del artefacto TAC varía de 10 mV en los electrodos de EEG más distantes del sitio de la estimulación, mientras que la magnitud puede alcanzar hasta 100 mV en el electrodo de EEG en el medio del electrodo de TAC. La relación entre la intensidad de corriente de los TAC y la magnitud de artefactos en el entorno de laelectrodo de TAC también fue examinado (Figura 7). Se exhibió relaciones lineales y satura el rango de tensión de grabación cuando TAC intensidad de la corriente era más de 1,6 mA. Figura 1. Ilustración de montaje. (A) Montaje con dos TAC electrodos colocados en el cuero cabelludo (F3 y P3). (B) Montaje con un solo TAC electrodo colocado en el cuero cabelludo (F3) y un TAC de referencia electrodo colocado en el hombro ipsilateral. (C) Montaje con un solo TAC electrodo colocado en el cuero cabelludo (P3) y un TAC de referencia electrodo colocado en el hombro ipsilateral. (D) Una tapa de EEG elástica sujeta el electrodo TAC del cuero cabelludo en su lugar debajo de la tapa. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2. La correcta aplicación de gel de EEG adicional debajo de un electrodo de TAC. Gel de EEG adicional se va a aplicar en el marco del electrodo de TAC para mejorar la homogeneidad de la conexión con el cuero cabelludo. El gel adicional debe aplicarse entre el cabello y el cuero cabelludo (flecha azul) y, no entre el electrodo de TAC y el cabello, para mejorar el contacto. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3. Mejora de la conexión de los electrodos de EEG en el cuero cabelludo. (A) Aplicar gel EEG a los electrodos de EEG utilizando una jeringa. Utilice la tip de la aguja para cepillar el pelo suelto por debajo del electrodo de EEG, a continuación, inserte con cuidado y hacer caer la aguja hasta que la punta de la aguja toca el cuero cabelludo. Aplicar gel mientras tira de la aguja, para crear una conexión entre el cuero cabelludo y el electrodo de EEG. (B) Use un palo de madera (por ejemplo, el mango de madera de un hisopo de algodón o similar) para mejorar aún más el contacto entre los electrodos EEG y el cuero cabelludo. Empuje hacia abajo el gel con el palo hacia el cuero cabelludo, y frote suavemente el cuero cabelludo con la parte superior del palo con un movimiento de rotación. Trate de mantener el ángulo de la barra ortogonalmente al cuero cabelludo para los electrodos situados en la proximidad cercana del electrodo TACS, como movimientos sideway de la vara se extienda a cabo el gel bajo el electrodo. Si es necesario, aplicar un poco más gel EEG y, a continuación, utilizar el palo de madera para mejorar aún más la impedancia. Para electrodos situados en un radio de cerca del electrodo TAC también es importante ser cauteloso con la aplicación de más gel for el propósito de mejorar el contacto. Más bien tratar de mejorar el contacto lo más posible utilizando el palo de madera. Por último, una vez que buena impedancia se ha logrado con el palo de madera, agregar un poco de gel adicional para estabilizar el contacto entre el electrodo de EEG y el cuero cabelludo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 4. Ejemplo de fugas de gel de EEG crear un contacto directo entre los TAC y electrodos EEG. Fuga de gel de EEG, que crea un contacto directo entre los TAC y el electrodo de EEG, se observa. Tender un puente como éste entre los TAC y electrodos EEG se puede crear por ejemplo, mediante la adición de un exceso de cantidades de gel de EEG bajo el electrodo de TAC o el electrodo de EEG en las cercanías del electrodo TAC,o por los TAC electrodo está moviendo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 5. TAC satura el amplificador de EEG a través de puente a través de gel. Los datos brutos de dos grabaciones diferentes, referenciados a CPZ, durante el montaje con TAC cuero cabelludo electrodos colocados en el córtex prefrontal dorsolateral (electrodo F3) y CCP (electrodo P3). (A) la señal grabada en F3 electrodo está saturado debido a la reducción de fugas a través de gel de EEG entre el electrodo F3 EEG y el electrodo de TAC. (B) Las señales se registraron con éxito de todos los electrodos. La magnitud del artefacto TAC en el electrodo F3 supera más de 50 mV. Por favor haga clic aquí para veruna versión más grande de esta figura. Figura 6. La magnitud de los TAC artefactos a través de canales de EEG. Magnitudes de pico a pico de los TAC artefactos promediado en tres temas (mV). Los datos son los datos en bruto, se hace referencia a CPZ. (A) La magnitud del artefacto TAC durante el montaje con un solo TAC cuero cabelludo electrodo colocado en el córtex prefrontal dorsolateral izquierda (electrodo F3) y el electrodo de otros TAC colocado en el hombro izquierdo (Montage 2, Figura 1B). (B) La magnitud del artefacto TAC durante el montaje con un solo TAC electrodo colocado en el PPC izquierda (electrodo P3) y el electrodo de otros TAC colocado en el hombro izquierdo (Montage 3, la Figura 1C). Ubicaciones de canal (C) EEG. Rojo: canal bajo sitio de estimulación, azules: canales en las cercanías del sitio de estimulación, Ref (negro negrita): Electrodo de referencia (CPZ). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 7. La magnitud del artefacto TAC se correlaciona linealmente con la intensidad de la estimulación. Magnitud pico a pico del artefacto TAC (mV) a partir de un tema a F3 canal. Intensidades de 0,5 a 2 mA se aplicaron en pasos de 0,1 mA. Los datos son los datos en bruto, se hace referencia a CPZ. Montaje con un solo TAC cuero cabelludo electrodo colocado en el córtex prefrontal dorsolateral izquierda (electrodo F3) y el electrodo de otros TAC colocado en el hombro izquierdo (Montaje 2, Figura 1B). Los datos muestran una relación lineal perfecta entre intensidad de la estimulación aplicada y la magnitud de los TAC artefacto, en el rango de intensidad de 0,5 a 1.6 mA. La resolución de tensión se fijó en 150 mV, pero la actuarango l adquisición máxima era 161,6 mV más allá del cual la señal se saturó. La línea de puntos marca el alcance máximo de la tensión. Con intensidades de estimulación de 1,7 mA y superior, cuando resulten magnitudes artefactos eran más de 161,6 mV, el canal F3 estaba saturado. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

Los experimentos de los procedimientos para establecer concurrentes TAC-EEG se describen aquí. Pasamos ahora a discutir las consideraciones para la configuración de las grabaciones TAC-EEG, de las cuales las dos primeras consideraciones son vitales para el éxito de las grabaciones simultáneas TAC-EEG.

Evitar TAC-EEG electrodos de puente a través de gel

Es crucial para evitar la reducción de entre el EEG y TAC electrodos a través de fugas de gel de EEG, como puente inmediatamente satura el canal respectivo de un amplificador de EEG. Por esta razón, la viscosidad del gel EEG es un parámetro crucial para el éxito de la grabación TAC-EEG. Nunca use un gel EEG fluido, como un fluido riesgos gel EEG escapar desde el electrodo de TAC y puente con electrodos EEG adyacentes. Al mismo tiempo, un gel EEG muy viscosa tiene una desventaja en penetrar en el pelo y lubricar la piel para reducir la impedancia. Para los electrodos EEG en las proximidades del electrodo TAC, un gel más viscoso puede be utiliza, como se puede usar un palo de madera para reducir la impedancia. Para los TAC y electrodos EEG restantes, use un poco menos viscoso (aunque todavía no líquidos) gel de EEG. Este tipo de gel requiere menos esfuerzo para impedancias inferiores. Como es difícil para raspar bajo el electrodo TACS, es mejor utilizar un gel ligeramente menos viscoso aquí.

Tratar con magnitudes de artefactos TAC

La segunda cuestión es para manejar el gran magnitud del artefacto TAC, que van desde 10 mV en EEG electrodos distantes de la zona de estimulación, a más de 100 mV en el sitio de estimulación durante el presente intensidad de estimulación de 0,9 mA (Figura 6) . La Figura 7 ilustra la relación lineal entre la intensidad de estimulación (0,5 a 2.0 mA de pico a pico) y la magnitud resultante del artefacto en el sitio de estimulación (canal F3). Una primera medida es mantener una baja impedancia de los dos electrodos EEG y TAC. Insuficienteel contacto entre el electrodo de TAC y el cuero cabelludo crea amplitudes más grandes del artefacto TAC en los datos de EEG, y además aplica corriente electrónica tendería a ser homogénea. En segundo lugar, es necesario considerar el nivel de resolución del convertidor A / D del sistema EEG. Un convertidor A / D 24 bits de A puede cubrir teóricamente una gama de 1,68 V con un / resolución de 0,1 mV bits. En contraste, un 16 bits de convertidor A / D con una resolución de 0.1 mV / bit cubriría un rango de voltaje de 6,5 mV – demasiado bajo para cubrir el rango del artefacto TAC (Figura 6). Por lo tanto la resolución de grabación de tensión debe ser bajado. Con el fin de cubrir magnitudes de artefactos de hasta 100 mV en el sitio de la estimulación con un sistema de 16 bits, la resolución de grabación de tensión tendría que teóricamente para ser rebajado por encima de 1,53 mV / bit. Estudios in hecho concurrentes recientes TAC-EEG con un sistema de 16 bits no pudo registrar las señales de EEG de las proximidades del sitio de estimulación debido a la saturación de la ampl ifier aun cuando la resolución se redujo a 0,5 mV / mordió 12,13.

Consideraciones para reducir la impedancia del electrodo

La razón para comenzar la primera trabajando en las impedancias de los electrodos de EEG situados en el centro o proximidad del electrodo TACS, es que estos electrodos de EEG requieren algún trabajo paciente y cuidadoso para evitar puente. Al comenzar con estos electrodos, no hay tiempo para esperar hasta que el gel aplicada ha tenido algo de tiempo para lubricar el cuero cabelludo, antes de considerar la aplicación de más gel EEG si es necesario. Gel adicional debe aplicarse bajo el electrodo de TAC, una vez que se ha colocado en el cuero cabelludo, en particular, si el participante tiene un montón de pelo. La razón no es sólo para reducir la impedancia – buena impedancia se puede lograr sin este paso – pero para lograr una conexión con el cuero cabelludo uniforme en toda la superficie del electrodo de TAC.

Diseño y montaje consideraciones

ntent "> Figura 1 ilustra el montaje de los electrodos TAC. El diseño en forma de rosquilla de los TAC del cuero cabelludo de electrodos / electrodos y la rectangular TAC hombro electrodo se representan. La forma del electrodo TAC cuero cabelludo permite un electrodo de EEG que se colocará en el medio de la zona estimulada. Una ventaja del diseño en forma de rosquilla es que permite para la grabación de la señal de la zona estimulada. En segundo lugar, también hace que sea fácil de mantener la posición del electrodo TAC sin cambios. Dependiendo del sitio de la estimulación, alguna otra forma del electrodo TAC sería más adecuado. Una forma de electrodos TAC rectangulares se adapta mejor al grabar desde un sitio en entre los electrodos EEG.

Debe advertirse que la forma y la posición del electrodo TAC no es lo mismo que la superficie realmente ser estimulado, pero podrían ser ligeramente desplazado 31. Al decidir la posición de los electrodos TAC, modelado de la f actualbaja para estimar la mejor posición de los electrodos para dirigir la región de interés es siempre muy recomendable.

La configuración actual es adecuado para la modulación de la actividad rítmica en redes a gran escala. Más estimulación focal se puede lograr de varias maneras 13, 32, 33, 34. En primer lugar, reducir el tamaño del electrodo de TAC. Nitsche y sus colegas han demostrado que un electrodo de 3,5 cm 2 puede modular la excitabilidad de la corteza motora con tDCS 32. Un segundo enfoque consiste en explotar una configuración de alta definición 13,33,34, donde uno electrodo de estimulación está rodeado por cuatro electrodos de referencia. Otra ventaja de la configuración de alta definición es que la densidad de electrodos de EEG se puede aumentar, ya que los electrodos de caucho convencionales limitan el espacio para colocar los electrodos de EEG y sesenta y cuatro electrodos de EEG no es factible implementar en la configuración actual. Mientras ªmodificaciones ESE para mayor especificidad espacial requieren diferentes procedimientos de configuración, se siguen aplicando las consideraciones técnicas que se describen aquí.

En este protocolo colocamos los electrodos TAC de acuerdo con el sistema internacional 10-20 de EEG posicionamiento electrodo 30. Whileindividual optimización de una ubicación estimulación sería la alternativa, podría constituir un problema para la comparación cuando se varía la ubicación estimulación entre los individuos en el experimento, ya que el sitio de estimulación varía en relación con los sitios de registro de EEG. El uso combinado demostrado recientemente de magnetoencefalografía (MEG) y TAC, por Neuling y sus colegas 35, podría superar este problema y los problemas relacionados con los TAC-artefacto, como los métodos de filtrado espacial con MEG formación de haz permite estimar la actividad cerebral independiente de un sitio de TAC.

En cuanto al montaje, dos montajes monopolar se describen aquí, es decir, con extracephalic ubicación del electrodo de referencia (Figura 1B y 1C), y un montaje unipolar, es decir, con los dos electrodos situados en el cuero cabelludo (Figura 1A) (véase más clasificaciones de montajes de electrodo por Nasseri et al. 36). La ventaja de usar un montaje monopolar es la evitación de la estimulación cefálica adicional de ningún interés para el estudio. La principal preocupación la hora de elegir un montaje monopolar es el flujo de corriente a pesar de las estructuras subcorticales, incluyendo el tronco encefálico, con el riesgo potencial de modular las funciones vitales del tronco cerebral. Tanto la colocación del hombro extracephalic y ipsilateral del electrodo de referencia se ha confirmado que no modular las funciones del tronco cerebral durante 1 mA intensidad de tDCS 37,38 (por ejemplo, la variabilidad de la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria y la presión arterial). Como un montaje monopolar puede tener ventajas claras dependiendo del diseño experimental, hay una necesidad para probar exhaustivamenteel efecto sobre las funciones vitales del tronco cerebral durante más altas intensidades de estimulación y diferentes montajes monopolares, así como para comparar la influencia entre tDCS y TAC.

Tenga en cuenta que la configuración de alta definición es otra solución para evitar el problema del montaje de la estimulación bipolar cefálica adicional de ningún interés. La configuración de alta definición con un solo electrodo de estimulación rodeado por cuatro electrodos de referencia conduce a alta densidad de corriente bajo el electrodo central y baja densidad de corriente debajo de los cuatro electrodos circundantes. A medida que el efecto de la estimulación depende de la densidad de la corriente, esto significa una modulación unidireccional bajo el electrodo central para la configuración de alta definición, en contraste con la modulación bi-direccional de una configuración de dos electrodos 39.

La percepción visual parpadeo inducido por TAC es un factor limitante crítico para la intensidad de la estimulación al colocar el tACS electrodo en el lóbulo frontal, debido a la estimulación de la retina mediante TAC. En particular, los TAC en la frecuencia beta-banda induce parpadeo visual aún a baja intensidad de los TAC 11. En nuestra experiencia 0,9 mA estimulación (pico a pico) sobre el córtex prefrontal dorsolateral (electrodo F3) a 6 Hz es un nivel de intensidad adecuado para minimizar la sensación de parpadeo visual.

Dependiendo del diseño del experimento, podría ser necesario controlar el estimulador con un dispositivo externo (si esta función está disponible para el estimulador utilizado). Utilizamos una tarjeta de salida analógica de forma de onda para controlar el estimulador y enviar disparadores al amplificador de EEG (ver más especificaciones de hardware y software en la tabla de materiales). En caso de que el estimulador utiliza aquí (véase la Tabla de Materiales), el nivel de ruido de salida de corriente con el control remoto es mayor que con la interfaz estimulador incorporado. Por lo tanto la opción de control remoto el estimulador debe ser elegidosolamente si es requerido por el diseño experimental.

Solución de problemas de saturación de los canales EEG

Hemos demostrado que el puente entre los TAC y electrodos EEG mediante fugas resultados gel EEG en saturar el canal correspondiente del amplificador de EEG y descarta el registro de datos de estos electrodos (Figura 5A). Hay otras razones para la saturación de un canal de EEG. Una razón puede ser que la ganancia del amplificador es demasiado estrecho, y la resolución de grabación de tensión no se ha ajustado en consecuencia. En este caso la resolución de grabación de tensión debe ser bajado para cubrir la gama de la magnitud del artefacto TAC. Otra razón es que el sitio de grabación es demasiado cerca de la zona de estimulación. En este caso, incluso una resolución de grabación de tensión muy gruesa todavía podría no cubrir el rango del artefacto. La grabación debe estar ubicado más lejos de la zona de estimulación.

El profesional actualProtocolo representa ampliamente los ajustes y las consideraciones técnicas para concurrentes experimentos TAC-EEG. Con los métodos para eliminar el artefacto TAC y protocolos para la grabación de buena calidad durante los TAC, TAC será verdaderamente un método prometedor tofurther nuestra comprensión de la característica más prominente de la actividad cerebral, la dinámica rítmica.

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
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References

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Fehér, K. D., Morishima, Y. Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS). J. Vis. Exp. (107), e53527, doi:10.3791/53527 (2016).
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