סימולטני transcranial גירוי הזרם הנוכחי ו הדמיה תפקודית תהודה מגנטית

כאן, יש לנו תיאר את ההליך עבור הגדרת ניסוי tACS-fMRI סימולטני וביצוע באמצעות מערכת תואם tACS MR. כמה צעדים בהליך זה דורשים תשומת לב מיוחדת, במיוחד ביחס להגדרת הנושא. למנגנון ולהגדרות התואמות ל- MR, המשמשים בניסוי זה, יש עכבה מינימלית של כ -12 KΩ עם הכבלים, תיבות הסינון והאלקטרודות בלבד, והיצרן ממליץ על עכבה מינימלית של 20 kΩ עם אלקטרודות המחוברות לנושא; דרישה זו תלויה המוצר מגרה היצרן. כאשר החלת אלקטרודות לנושא, אם עכבה גבוהה מדי, כמה צעדים ניתן לנקוט כדי להפחית את הערך הזה מלבד לחיצה על האלקטרודות. לדוגמה, ייתכן שיהיה קל יותר לכסות תחילה את המיקומים המסומנים ונקיים על הקרקפת עם ג'ל אלקטרודה, כולל השיער, לפני לחיצה על האלקטרודה על הקרקפת. זה יבטיח התפשטות הנוכחי על פני חומר שאינו מוליך; למרות זאת,יש להיזהר להגביל את הכיסוי אלקטרודה ג'ל על אותו שטח משטח כמו האלקטרודות כדי להפיץ הנוכחי הנוכחי לאזור הרצוי של גירוי. תשומת לב מיוחדת זו אם האלקטרודות קרובים זה לזה, כי shunting הנוכחי בין האלקטרודות עלולה להתרחש באמצעות מגע עודף אלקטרודה. אם האלקטרודה היא על הגב של הראש שבו הנושא יהיה להטיל ישירות על זה, טיפול מיוחד יש לנקוט כדי להניח כריות מאחורי הראש כך הנושא לא יגדל לא נוח כמו הניסוי נמשך; אי נוחות זו לא יכולה להיות בעיה בתחילה עבור הנושא, אולם הניסיון מראה כי הכאב עולה עולה עם הזמן. בנוסף, כמו בכל הניסויים fMRI, ההצעה הנושא מציג בלבול בעייתי, ולכן חשוב לנושא נוח עם כל הכבלים ואת האלקטרודות במקום.

ההיבט החשוב ביותר של ההתקנה לשקול את הרעש הפוטנציאלי הציגלסביבת MR שיכולה לגרום לתמונות ולעינויים. לפני הניסוי, זה נבון כדי לבדוק את התמונה artifacts עם כל ההתקנה tACS במקום. כדור רפאים רגיל יכול לשמש, אבטחת אלקטרודות עם ג'ל אלקטרודה. חשוב לספק דרך כלשהי עבור הנוכחי לנסוע בין אלקטרודות, אשר ניתן להשיג על ידי יישום כמות נדיבה של ג'ל אלקטרודה בנתיב מאחד אלקטרודה אחת לאחרת. הפעל את הניסוי כולו, כמתוכנן עבור הנושא, כולל וריאציות פרמטרים כגון תדירות וזרם. במהלך הפעלת הסריקה, התאמת הניגודיות והחלון לקיצוניות במציג התמונות במחשב בקרת הסורק של MR מאפשרת זיהוי חזותי קל יותר של רעש. כאשר ניטור חזותית לרעש לפני הניסוי ובמהלכו, הרעש עלול להתרחש כקפיצים בתמונה בעוצמה גבוהה, דפוסי שבו האות לא צריך להיות נמדד, או משתנה בעוצמה לאורך זמן, כדוגמאות. רכישת נתונים fMRI עם excitatio RFN הדופק כבוי נותן מידע על רעש הסביבה סורק במהלך סריקה ללא רכישת אות התמונה בפועל (ראה איור 2 ). מבחן רעש זה יכול להיעשות בכל הפעלה סריקה. אם יש וריאציות ברעש, לבדוק כי כל הכבלים שלמים מחוברים היטב את המאיץ, אלקטרודות, תיבות מסנן. כבלים לא צריך לשבת בלולאות. רעש או עיוות יכול לנבוע כבלים שבורים, אלקטרודות עם מזהמים מתכת בגומי (למרות נמכרים כמו MR תואם), וקשרים פגומים, בין אפשרויות אחרות. המפעיל הוא מונע על ידי הסוללה כדי למזער רעש חשמלי ההתקנה; לוודא שהוא טעון במלואו לפני כל ניסוי וכי הוא נשאר על מחובר לאורך הניסוי. TSNR בתמונות תפקודית יקטן סביב 5% עם מגרה מחובר, עם זאת, הערכים צריכים להיות יציבים על פני תנאי גירוי ²² . בדיקות גירוי חשמלי תוך-גולמי סימולטני – fMRI oC cavavers הראו כי אין חפצים הקשורים לסירוגין גירוי הנוכחי, אשר יתרון לעומת גירוי הנוכחי הנוכחי ³⁰ . תיאורטית, חוסר זה יכול להיות מוסבר על ידי זרם נטו של אפס בזמן התמונה נרכש ³⁰ . עם זאת, עבור כמה ניסויים שנערכו במעבדה שלנו, זמן הרכישה או TR הוא לא מספר של תדר גירוי. לאחר ביצוע בדיקות הרעש הנזכרות בפרוטוקול זה ובדיקת תמונות עבור חפצים, אשר לא היו גלויים, אנו למסקנה כי כל הבדל הנוכחי נטו מאפס הוא קטן וזניח מדי כדי לגרום חפצים.

נקודה קריטית נוספת עבור ניסויים מוצלחים היא כי המצגת המחשב מקבל את ההדק המוצא של הסורק וכי המפעיל מקבל את ההדק מהמחשב המצגת. לפני הניסוי, תוכנית עיצוב גירוי חזותי ועיתוי באמצעות thE הרצוי תוכנה. תוכנית זו חייבת להשתמש מפעילה כדי לסנכרן את ההצגה גירוי חזותי עם סורק MR ו ממריץ; זה ייזום עם ההדק כי הוא פלט מן הסורק MR וגם שולח הפלט מפעילה את ממריץ בזמן הגירוי הרצוי. דרך קלה לבדוק את ההדק התקשורת במהלך ההתקנה היא להשתמש אוסצילוסקופ המצורפת עם כבל BNC כדי להפעיל את הסורק פלט כמו גם את המצגת המחשב פלט. בתצורה שלנו, סורק MR יציג את ההדק (עבור כל נפח פונקציונלי שנרכש, והמחשב מציג את האות כמקור מתוכנת המצגת. הניתוח של ניסוי מתוכנן היטב נשען בצורה קריטית על גירוי מתוזמן כראוי.

חלק מהשלבים של ניסוי זה עשויים להיות מותאמים לפי הצורך עבור דרישות המעבדה. לדוגמה, הגדרה זו מתארת ​​באמצעות מקרן ומראות עבור מצגת ויזואלית חזותית, אולם הגירוי החזותי ouהתקן tput יכול להיות משקפי מגן של גביש נוזלי, או צג MR-Safe, שנבחר על סמך העדפות וניסויי מעבדה או מגבלות. כמו כן, פרמטרים MRI סריקה צריך להיות מותאם לניסוי. ראוי לציין כי יש להקדיש תשומת לב לבחירה המתאימה של בקרת הניסוי עבור TACS, אם כי תשובה פשוטה אינה קיימת. גירוי דמה קצר של 30 שניות יכול לחקות את somatosensation הנגרמת על ידי tACS כי פוחתת בסופו של דבר עם גירוי ממושך; עם זאת, כמה מחקרים מראים כי אפילו תקופות קצרות של גירוי יכול לגרום entrainment נדנוד ¹² . עוד שליטה אפשרית שיכולה לשמש עבור tACS היא לעורר באמצעות תדר לא יעיל, או, במילים אחרות, תדר שונה מאחד עניין. היוצא מן הכלל כאן יהיה כי סומאטוסנסציה ותפיסת phosphene להשתנות בהתאם לתדר גירוי ³¹ . לבסוף, לגבי חוויות סובייקטיביות של גירויאופטית, phosphenes tACS-Induced להשתנות על פני אנשים, ולכן על מנת ללכוד בצורה הטובה ביותר השתנות הנושא, לשקול באמצעות מערכת דירוג מפורט תפיסת phosphene, ולבלות קצת זמן עם הנושא המתאר את התכונות השונות של phosphhenes ( למשל , מיקום, אינטנסיביות) כי יכול להיווצר כך שהנושא יוכל להעריך את ניסיונו במהלך הגירוי ^{32 , 33} .

התוצאות המייצגות המוצגות כאן מראות כי השפעות TACS הן תלות נוכחית, תלות תלות, ושהאפנון אינו מוגבל לאזורים שמתחת לאלקטרודות, אלא מרחיב לאזורים רחוקים, הקשורים מבחינה תפקודית. מגבלה אחת של טכניקה זו היא הפתרון הזמני של fMRI כמו גם של התגובה BOLD. רכישת הנתונים ואת התגובה ההמודינמית הם לא הכי מהר כמו תדר גירוי או פעילות חשמלית של המוח, כך אינטראקציות ישירות עם תדירותהשפעות ספציפיות של tACS לא ניתן למדוד. עם זאת, לאור העובדה כי החלק הגדול ביותר של הספרות המדעית של השפעות TACS הוא של מחקרים התנהגותיים, וכי TACS ללא ספק משפיע על מערכת עצבית שלמה, מסובך, ברור כי סימולטני tACS-fMRI ניסויים יש הרבה מה להציע עבור ליידע אותנו על ההשפעות tACS ב המוח. EEG ו- MEG מציעים תובנות לגבי רמת ההחלטות הזמניות המתאימות לאלה של הפעילות העצבית. עם זאת, EEG ו MEG סובלים ברזולוציה מרחבית ומגבלות עומק קליפת המוח או טכניקות חישוב אינטנסיבית מקורית חישובית. תדירות גירוי וחפצים הרמוניים מעל אותות המוח של עניין נרשם על תדרים אותו עוד יותר לסבך ניתוחי EEG ו MEG. דרכים חדשות לעקיפת הבעיה הוחלו על מנת להתמודד עם חלק מהאתגרים הללו. Helfrich et al. השתמשו בטכניקה חדשה כדי להסיר את החפץ tACS מנתוני EEG באמצעות חיסור תבנית artifact וניתוח רכיב עיקרי ¹⁵ </sUp>. הם הראו כי 10 TZS TACS להחיל parieto-occipitally מגביר פעילות אלפא בקורטקס הקודקודי ואת העורקים ומעורר סינכרון במתנדים קליפת המוח מתפקד תדרים אינטנסיביים דומים. Witkowski ועמיתיו ליישם TACS מווסתת משרעת ויצרו בהצלחה מפות MEG מבוססי קליפת המוח של תנודות המוח מוטבעים ³⁴ . במטרה ליישם את TACS במחקר על מנת להבין טוב יותר את תפקוד המוח הנורמלי והנורמלי, ובסופו של דבר קלינית לצורך אבחון או טיפול, יש לשלב את ה- tACS בנפרד עם EEG, MEG ו- fMRI כדי להשלים את שיטות העבודה המומלצות להשפעות הרצויות ספציפיות הניתנות להתאמה במיוחד ליחידים. כאשר פרקטיקות כאלה מבוססות, ניתן לבצע חקירות יעילות כדי להבין טוב יותר את תפקוד תנודות עצביות ( למשל , הגדרת תפקידים תפקודיים ויחסים של תדרים שונים) ואופנן עם tACS (למשל, אם המנגנון מתרחש דרך entrement או שינויים פלסטיק ³⁵ ).

בהתחשב בכיוונים עתידיים, ההגדרה המתוארת כאן מותאמת לניסויי fMRI הלומדים תפיסה או קוגניציה, כפי שמראה מבנה המבנה של תנועה המתואר כאן ואחרים. קברל-קלדרין ועמיתיו הראו כי הפעלה באזורים של קליפת המוח הקבוצתית תלויה בתפקוד של תדר ו- TACS בניסוי וידאו לעומת ניסוי הקשה על האצבע ²² . במחקר ה- FMRI של TACS-resting-state, החוקרים הראו השפעות תלויות של TACS על קישוריות תפקודית פנימית ורשתות המדינה. Vosskuhl et al . משולב tACS ו fMRI להראות ירידה BOLD במהלך משימה ערנות חזותית על גירוי תדר אלפא הפרט ²⁴ . אלכסיכוק ועמיתיו הראו כי תוצאות מיידיות של 10 HZ tACS לווסת את האות BOLD במהלך תפיסה חזותית של טבעות משובצות ו טריזים, המציין שינוי במטבוליזם העצבי של משימה תפיסה פסיבית ³⁶ . מחקרים אלה מציבים את הבמה למחקרים מסוג tACS-fMRI בו זמנית כדי לחקור מנגנונים פונקציונליים ברמות רבות, החל בחילוף החומרים ועד קוגניציה. בשלב מוקדם זה של השימוש ב- tACS למחקר טרנסלציוני, יש פוטנציאל רב לניסויים סימולטניים של TACS-fMRI כדי להוסיף להבנה הן את טכניקת הגירוי והן את תרומת התנודות לתפקודים קוגניטיביים.