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

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

Eşzamanlı Transkranial Alternatif Akım Uyarma ve Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme

Published: June 05, 2017
doi:
10.3791/55866
, , , , ,
1Department of Cognitive Neurology,University Medicine Goettingen, 2Department of Neurology,University Medicine Goettingen, 3German Primate Center,Leibniz Institute for Primate Research, 4DFG Center for Nanoscale Microscopy & Molecular Physiology of the Brain (CNMPB)

Summary

Transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS) etkileri tam olarak anlaşılamasa da, beyin salınımlarının invaziv olmayan incelenmesi için umut verici bir araçtır. Bu makale, tACS'yi, fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemeyle eşzamanlı olarak uygulamanın güvenli ve güvenilir bir kurulumunu tanımlamakta ve bu da, salınımlı beyin fonksiyonlarını ve tACS'nin etkilerini anlamayı artırabilmektedir.

Abstract

Transkraniyal alternatif akım uyarımı (tACS), beyin salınımlarının invazif olmayan incelenmesi için umut verici bir araçtır. TACS, saç derisine yüzey elektrotları ile uygulanan akım vasıtasıyla insan beyninin frekansa özgü stimülasyonunu kullanır. Tekniğin en güncel bilgileri, davranışsal araştırmalara dayanmaktadır; Dolayısıyla yöntemi beyin görüntüleme ile birleştirmek, TACS'nin mekanizmalarını daha iyi anlama potansiyeline sahiptir. Elektrik ve hassasiyet eserlerinden dolayı, tACS ile beyin görüntüleme kombinasyonu zor olabilir, bununla birlikte, tACS ile eşzamanlı olarak uygulanması uygun olan bir beyin görüntüleme tekniği fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) 'dir. Laboratuvarımızda, tACS etkilerinin durum, akım ve frekansa bağlı olduğunu ve beyin aktivitesinin modülasyonunun doğrudan elektrotların altındaki alanla sınırlı olmadığını göstermek için tACS'yi aynı anda fMRI ölçümleriyle başarılı bir şekilde birleştirdik. Bu makale, güvenli ve güvenilir bir setTitreşimli beyin fonksiyonunun yanı sıra tACS'in beyn üzerindeki etkilerini anlamaya katkıda bulunan görsel görev fMRI çalışmalarıyla eşzamanlı olarak tACS'yi uygulamak için.

Introduction

Transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS), klinik popülasyonlardaki salınımları incelemek ve modüle etmek yanında, sağlıklı bireylerde sinir salınımlarını ve frekansa özgü beyin fonksiyonlarını araştırmak için vaat eden, noninvaziv beyin stimülasyon tekniğidir. Kafa derisine yerleştirilen iki veya daha fazla iletken elektrot kullanıldığında beyne devam eden sinir salınımlarıyla etkileşim kurmak için düşük akım (1-2 mA pik-pik) sinüzoidal dalgalar istenen frekansta uygulanır. TACS çalışmaları motor fonksiyonu 2 , çalışma belleği performansı 3 , somatosensasyon 4 ve görsel algılama 5 , 6 , 7 dahil olmak üzere frekansa ve göreveye özgü davranışsal veya bilişsel modülasyonları ölçtü. Alternatif akımın noninvaziv bir şekilde uygulanması da işlevselliğe neden olmuşturNörolojik hastalarda iyileşme, örneğin Parkinson hastalığındaki tremor azalması 8 , optik nöropati 9'da görme iyileşmesi ve inmeden sonra konuşma, duyu ve motor iyileşme oranının iyileşmesi 10 . TACS'yi araştırma için kullanan araştırmaların artması ve klinik ortamdaki terapötik potansiyelinin kanıtı olmasına rağmen, bu tekniğin etkileri tam olarak tanımlanmamıştır ve mekanizmaları tam olarak anlaşılamamıştır.

Simülasyonlar ve hayvan çalışmaları, kontrollü koşullar 11 , 12 altında hücresel veya sinirsel ağ seviyesindeki alternatif akım uyarımının etkileri hakkında fikir verebilir ancak etkin stimülasyon tekniklerinin 13 , 14 durumuna bağımlılığı göz önüne alındığında, bu çalışmalar tüm resmi ortaya koymaz . TACS'yi beyin görüntüleme teknikleriyle birleştirmek(EEG) 15 , 16 , 17 manyetoensefalografi (MEG) 18 , 19 , 20 veya fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) 21,22,23,24 gibi beyin fonksiyonlarının sistem seviyesinde modülasyonu hakkında bilgi verebilir. Bununla birlikte, her bir kombinasyon teknolojik zorluklarla, özellikle ilgi frekanslarının ölçülmesinde uyarılmaya bağlı artifaktlerden dolayı gelir 15 . FMR'nin zamansal çözünürlüğü EEG veya MEG ölçümleriyle uyuşmasa da, kortikal ve subkortikal beyin bölgelerindeki mekansal kapsamı ve çözünürlüğü daha üstündür.

Son zamanlarda, kombine bir tACS-fMRI çalışmasında, tACS'nin kan oksijenasyon seviyesi dFMRI ile ölçülen ependent (BOLD) sinyal hem frekans hem de görev spesifiktir ve uyarmanın mutlaka doğrudan elektrotların altında en büyük etkisini göstermediğini, ancak elektrotlardan 22 daha uzak bölgelerde uyguladığını gösterir. Bir sonraki çalışmada, tACS elektrod pozisyon ve frekansının, düşük frekans dalgalanmalarının amplitüdünü ve dinamik-durum fonksiyonel bağlantısını kullanarak ağ fonksiyonuna etkisini araştırdık; özne bazlı akım yoğunluğundan türetilen en doğrudan uyarılmış bölgelerin korelasyon tohumları dahil edildi simülasyonlar. Bu çalışmada, alfa (10 Hz) ve gama (40 Hz) uyarıları, ağ bağlantısında veya bölgesel modülasyonda ters etkileri çoğunlukla ortaya çıkardı. Ayrıca, en çok etkilenen istirahat hali ağı, sol fronto-parietal kontrol ağıydı. Bu çalışmalar, etkili, kontrollü sti için optimal parametreleri belirlemek için fMRI kullanmanın potansiyelini vurgulamaktadırformülasyonunda. Ayrıca, görevin durumu ve zamanlaması, uyarı frekansı ve elektrod pozisyonları gibi kontrol parametrelerden başka tACS'nin başarısını etkileyen konuya özgü faktörlerin bulunduğunun kanıtlarına katkıda bulunurlar. Uyarılma parametrelerini optimize etmede kontrol edilemeyen değişkenler olarak tercüme edilen öznellik özelliklerine örnekler, intrinsik fonksiyonel bağlanabilirlik, endojen salınım zirve frekansı ( ör . Bireysel alfa frekansı) ve kafatası ve cilt kalınlığıdır25. Geçmişte tACS ile ilgili literatürü göz önüne alarak, etkin beyin stimüasyon teknikleri için kapsamlı prosedürler oluşturmak için tACS'yi beyin görüntüleme gibi sinirsel ölçümlerle birleştiren daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır.

Burada, başarıyla senkronize edilmiş tAC'yi sağlayan kurulum ve yürütme yönlerine odaklanarak görsel bir görevin fMRI'si ile eşzamanlı olarak tACS'yi uygulayan deneyler için güvenli ve güvenilir bir kurulum açıklanmaktadırS, fMRI verisinin artefakt içermeyen kazanımı ile.

Protocol

Tüm deneyleri kurumsal etik komite kurallarına uygun olarak gerçekleştirin. Bu yazıda bahsedilen tüm çalışmalar için, tüm prosedürler Helsinki deklarasyonuna göre yapıldı ve Göttingen Üniversite Tıp Merkezi'nin Etik Kurulunca onaylandı. 1. Deneyden Önce Uyarılma ve Bilgisayar Kurulumu Stimülatör kurulumu NOT: Bu fMRI deneyinde kullanılan stimülatör, MR-safe iç filtre kutusu, bir dış filtre kutusu, emniyet dirençleri, kuplaj kabloları ve MR-emniyetli malzemelerle donatılmış özel olarak tasarlanmış manyetik rezonans (MR) uyumlu bir sistemdir. Bazı talimatlar üreticinin talimatlarına özel olarak uygundur ve bunlar başka bir uyarıcı kullanırken farklılık gösterebilir, bu nedenle üretici tarafından sağlanan ve bu kurulum için istisnalar teşkil edebilecek cihaz talimatlarına uymaya özen gösterin. Şekil 1A , uyaranı göstermektedirBu deney düzeneğinde kullanılan bileşenler. İstenen deneysel parametreleri programlamak için stimülatör menüsü üzerinden gezinin (ayrıntılar için kullanım kılavuzuna bakın). Örneğin, 10 Hz'lik bir uyarılma frekansı için program 10, 1 s'lik yükselme / düşürme süresi, 30 saniyelik stimülasyon için 300 sinüzoidal döngü, 1,000 μA'ya eşit akım gücü ve tekrar eden tetikleme modu için devreye girer; Aksi belirtilmedikçe deneyler. Denemenin bundan sonra her çalıştırıldığında yüklenecek programı kaydedin. Uyarı sunu bilgisayar tetik çıktısını bir BNC kablosu kullanarak uyarana bağlayın. Tarayıcı oda içinden radyo frekansı (RF) dalga kılavuzu tüpüne manyetik olmayan, ekranlanmış bir LAN kablosu yerleştirin. Rezonant kapasitif kuplajı önlemek için, kablonun ilmeklerden yoksun olduğundan ve odanın duvarı boyunca yerleştirildiğinden ve mıknatıs deliğinin arkasına ve sağdaki tarayıcı yatağı rayına doğru gideceğinden emin olun.G iç filtre kutusunun konumuna getirin (bkz. Şekil 1C ve 2.4. Adımdaki kablo konumu ile ilgili güvenlik notu). Kabloyu, uzunluğu boyunca aralıklarla yerleştirilmiş bantla sabitleyin. Görsel uyarıcı programını, tarayıcı kontrol bilgisayarından ayrı olan belirlenmiş bir sunum bilgisayarına yükleyin. Şekil 1C'de gösterildiği gibi sunum bilgisayarını tarayıcı tetik çıkışına bir optik-elektrik dönüştürücü aracılığıyla ve ekranlanmış bir kutuda veya mıknatıs odasının dışına yerleştirilen bir çıkış cihazına (projektör) bağlayın. Projeksiyonu, tarayıcı deliği içindeki bir ekrana yönlendirmek için manyetik olmayan aynaları kullanın. 2. Konu Varış ve Hazırlık MR taramasına yönelik herhangi bir kontrendikasyon için önceden işe alınmış konular ( örn. , Metal implantlar yok, klostrofobi yok, deneye özgü konu ön koşulları) olarakTACS'de olduğu gibi ( örn . Nöbet öyküleri, kronik baş ağrısı, gebelik) 26 , 27 . Konu geldiğinde, konuya fMRI deney detayları hakkında talimat verin ve beklenecek tecrübeyi ( örn. , Görsel uyarıcı, karıncalanma ya da fosfenler, tACS'den, özel görev talimatları) açıklayın. Elektrotları 10-20 EEG sistemine ve uyarıcının hazırlanmasına göre yerleştirin. Bir şerit ölçümü kullanarak, başın üstündeki nasion'tan inion'a ve kulak-kulaktan kişinin kafasındaki mesafeyi ölçün. Her iki uzunluğun kesişimi 10-20 EEG sistemine göre Cz için başın üstünde pozisyon verir. Bir işaretleyici kullanarak kafa derisi üzerinde Cz için yer işaretleyin. Öznenin kafasına elektrotsuz bir EEG kapağı yerleştirin, Cz, kişinin kafa derisinde işaretle hizalayın, elektrodların istenen yerini belirleyin ve işaretleyin. DEĞİLE: Tüm deneycilerin tüm deneyler boyunca tutarlılığı sağlamak için aynı yerleşim sistemini kullanmaları önemlidir; Transkraniyal stimülasyon deneylerinde yaygın olarak kullanılan 10-20 EEG sistemi, doğru elektrod yerleşimini korumak için özel kurallara sahiptir 26 , 28 . Alkol ve pamuklu bezleri kullanarak, saçları ve cildi, öznenin kafa derisinde işaretli lekelerin etrafında temizleyin; Yağları ve saç ürünlerinden çıkarın. Kauçuk elektrodların üzerine biraz jel yayın ve her elektrodu, elektrottan iletken jelden kafa derisine minimum empedansla tam temas sağlayarak işaretlenen ve temizlenen leğen alanlarındaki sıkıca basılı tutun. Yedek bir ekranlanmış LAN kablosu kullanarak, filtre kutularını ve MR-emniyet kablolarını Şekil 1A'da gösterildiği gibi uyarıcıya ve lastik elektrotlara bağlayın. Uyarıcıyı açın ve empedansı test edin (kullanıcılarınAyrıntılar için el kitabı). Empedans 20 kΩ'un altında değilse, kafa derisi üzerindeki elektrodlara basın veya bu empedans yönergesi karşılanana kadar elektrot jeli ekleyin. Empedans 20 kΩ'un altına düştüğünde, uyarıcının bir kaç saniyeliğine akım çıkmasına izin vererek konuyu duyusal deneyimle tanımaya çalışın. Karıncalanma hissinin var olup olmadığı, stres altında olup olmadığı ve uyarılma esnasında fosfenlerin miktarı ya da yeri de dahil olmak üzere, bu test sırasında duyu algısı hakkında konuyu sorun. Bu noktada, konu tarayıcı yatağına taşınmaya hazır. Elektrot kablosunu konu üzerindeki kauçuk elektrotlara takılı halde bırakın, uyarıcıyı, yedek LAN kablosunu ve dış ve iç filtre kutularını sökün. Dış filtre kutusunu, dalga kılavuzundan MR tarayıcıya giden LAN kablosuna bağlayın ve mümkün olduğunca dalga kılavuzunun dışında az miktarda açık LAN kablosu bırakın. ( Şekil 1B'ye bakın). BağlayınStimülatör kablosunu kullanarak dış filtre kutusuna takın ve stimülatörün sunum bilgisayarının tetik çıkışına bağlı olduğunu tekrar kontrol edin. Konuyu MR tarayıcı içerisinde hazırlayın. NOT: Şekil 1C deney sırasında tam tACS-fMRI kurulumunu gösterir. Kabloların ve iç filtre kutusunun belirtildiği gibi yerleştirilmesi, elektrot kablosunun tarayıcı yatağı düzlemine yaklaşık 90 ° açı ile yerleştirilmesi ve iç filtre kutusu tarayıcının sağ tarafındaki tarayıcı yatağı korkuluğuna dayanılarak yerleştirilmesi önemlidir. sıkıcı. Bunu yapmaktan kaçınmak elektrot kablosunun emniyet devresine zarar verebilir; Bu konfigürasyon hem açık hem de kapalı RF bobinleri için geçerlidir. Öznenin manyetik materyal içermediğinden ve MR deneyine hazır olduğundan emin olduktan sonra, özneyi tarayıcı odasına yönlendirin. Konuyu işitme koruması için kulak tıkacı verin ve konunun yalan söylemesini sağlayınTarayıcı yatağında, yastıkların başın çevresinde ve altına ve bacakların altına yerleştirilmesi sayesinde rahatlık kazanabilir ve hareketi azaltabilirsiniz. Yastıkları konunun başının arkasına yerleştirirken, elektrot kablosunu yatay yerleştirmeye ve deney süresince konunun rahat olmasına dikkat edin. Denemede cevap vermek için bir düğmeye basmak için minimum harekete ihtiyaç duyacak şekilde tutmak için alarm topu ve MR güvenli tepki düğmesi kutusunu verin. RF başı bobinini, öznenin projeksiyon ekranını doğru yönde yansıttığını görebileceği şekilde takılmış bir ayna ile nesnenin başının üzerine sabitleyin. Lastik elektrotlardan gelen elektrot kablosunun serbest ucunu, yatak hareket ederken yakalayamayacağı şekilde kafa bobinindeki bir yere geçici olarak sabitleyin. Şekil 1D , kişinin kafasını, yastıklara, aynaya ve tACS kablosuna sahip kafa bobininde konumlandırılmış halde göstermektedir bBöylece, yatak görüntüleme için merkez kafa bobine taşınır. Filtre kutusu, tarayıcı yatağı ölçüm pozisyonundayken kafa bobinine göre oturması gereken bir örnek olarak, tarayıcı yatağı korkuluklarına yerleştirilmiş olarak gösterilir. Tarayıcı yatağını ölçüm konumuna getirin. Tarayıcı deliğinin arka ucundan, lastik elektrotlardan gelen elektrot kablosunu, Şekil 1C'de gösterildiği gibi LAN kablosuna bağlanan dahili filtre kutusuna bağlayın. Tarama esnasında fazla hareketi önlemek için kabloları ve filtre kutusunu bandın ve kum torbaları ile deliğin sağında tarayıcı yatağı korkuluğu boyunca sabitleyin. Projektör ekranını tarayıcı deliğinin arka ucuna yerleştirin. Kablolar, filtre kutuları ve uyarıcı arasındaki tüm bağlantıların düzgün yapılmasını sağlamak için uyarıcıdaki empedansı bir kez daha test edin. 3. MR Tarama ve Deneme Tarama başlamadan önce aşağıdakileri test edin:Konu cevap düğmelerine basarken bilgisayar kayıtlarını gösterir. Yüksek çözünürlüklü T1 ağırlıklı anatomik veriler elde edin ( örneğin , üç boyutlu turbo hızlı düşük açılı atış, eko zamanı (TE): 3.26 ms, tekrar süresi (TR): 2,250 ms, dönüşüm süresi: 900 ms, çevirme açısı 9 °, Izotropik çözünürlük 1 x 1 x 1 mm 3 ). Alımdan sonra, stimülatör kurulumundan kaynaklanabilecek tarama sırasında görsel olarak gürültüyü algılamak için anatomik MR görüntüsündeki kontrast ve pencere oluşturma işlemini düşük ve yüksek uçlara ayarlayın. Fonksiyonel görüntü alımı ile eşzamanlı olarak gürültüyü görsel olarak izlemeye devam edin. Denemeyi sunum bilgisayarında tarayıcı tetikleyicisiyle başlamaya hazır hale getirin ve sunum bilgisayar çıkış tetikini beklemek için uyarıcıyı çalıştırın. Uyarıcıyı, stimülatör arasındaki zamansal sinyal-gürültü oranındaki (tSNR) farklılıkları önlemek için fMRI deneyi boyunca açık bırakın ve bağlayın.Açık ve kapalı koşullar 22 . FMRI taramasını başlatın ( örneğin , iki boyutlu T2 * gradyanlı gradient-yankı eko-planar görüntüleme; TE: 30 ms, TR: 2000 ms, çevirme açısı 70 °, 33 mm 3 mm kalınlık, dilimler arasında boşluk yok) Sunum bilgisayarı üzerindeki denemenin başlangıcını tetikleyen, yedi dakikalık taramada 210 x 7 cm'lik bir düzlemde 3 x 2 mm'lik bir çözünürlük). Akımın deneysel çalışmalarda istenen zamanlarda gönderildiğinden emin olmak için uyarıcı ekranını izleyin. 4. Deney Sonuç Deney yayınlandıktan ve tarama bittikten sonra, tarayıcı yatağını hareket ettirmeden önce iç filtre kutusunu kauçuk elektrotlara bağlı olan kabloyla çekin, özneyi tarayıcıdan çıkarın ve elektronları çıkartın ve özneyi saçlarını yıkamak için serbest bırakın. Uyarıcıyı kapatın ve yeniden şarj etmek için fişini takın. Nex için lastik elektrotları su ile temizleyinKullanmıyorum

Representative Results

Şekil 2 ve Şekil 3 , sırasıyla bir fantom ve bir insan öznitelikte ekipman gürültü testleri için elde edilen temsili görüntüleri göstermektedir. Her satırda, Şekil 2 ve Şekil 3 , sıranın üstünde etiketli olan, edinilen bir hacimden veya hesaplanan haritadan temsil eden eksenel dilimleri göstermektedir. Her satırdaki en sağdaki resim, mavi çizgilerle eksenel dilim konumlarını belirten ilgili hacim veya hesaplanan haritanın sagital bir gösterimidir. Elektrot yerleştirmeyi beyaz olarak gösteren ilk satırın yanı sıra, ses her şekil için T1 ağırlıklı bir görüntü üzerine bindirilir. T1 ağırlıklı görüntülerde elektrotlardan herhangi bir distorsiyon veya sinyal bırakma olmadığına dikkat edin. Şekil 2'nin ikinci sırası, tACS kurulumu ile elde edilen temsili fonksiyonel MRG verilerini yerinde gösterir veüzerinde. Şekil 2'deki fantomda, bazı sinyal kesilmeleri ve elektrodlardan kaynaklanan bozulma olduğuna dikkat edin, ancak Şekil 3'teki satır 2, bu çarpıklıkların bir öznede kafa derisinin ötesine geçmediğini göstermektedir. Şekil 2'deki üç ve dört satırlar, fMRI verileri ile aynı parametreleri kullanarak, ancak bir RF uyarımı darbesi olmadan edinilen hacimdeki gürültü ölçümlerini göstermektedir. Görüntüler tarama sırasında tarayıcı odasındaki ve MR donanımındaki gürültü düzeyini gösterir. Üçüncü satır, tACS kapalıyken bir gürültü ölçümü, dördüncü satır ise tACS açık olan bir ses ölçümüdür. Şekil 2'nin beşinci ve altıncı sıralarında, sırasıyla tACS düzeneği ve uyarıcı kapalı ve açık olan fonksiyonel çalıştırmalar için tSNR haritalarıdır. İnsan denekte edinilen verilerden hesaplanan TSNR haritaları, tACS kapalı iken Şekil 3 satır üçte ve tACS açıkken dört görülmektedir. Farkedilir fark yokStimülasyon koşulları arasında karşılaştırıldığında yoğunluk ference. Önceki bir çalışmada gösterdiğimiz gibi, tACS ekipmanı tACS kurulumu olmadan edinilenlere kıyasla görüntülerde tSNR'de yaklaşık% 5 düşüş üretir, ancak tSNR uyarı açma ve kapama koşulları 22 boyunca kararlı kalmalıdır. Şekil 4 , MR uyumlu olmayan elektrotlar kullanıldığı zaman ortaya çıkabilecek sinyal bırakılmasını gösteren bir dizi görüntüleri temsil etmektedir. Bazı metal kontaminasyonlarına sahip elektrotlu bir cisimden alınan bir fMRI hacminden alınan dilimler, kırmızı daireyle belirtildiği gibi, kabaca birincil motor korteksin üzerine yerleştirilen elektrodun altına sinyal düşmesi gösteriyor. Şekil 5 , 16 Hz Cz-Oz tACS'nin mevcut gücünün BOLD sinyali üzerindeki etkilerini test eden bir deneyin sonuçlarını göstermektedir; Merkez çapraz sabitleme sormaktır. Deney boyunca, tACS'nin 12 saniyelik periyotları, 24 – 32 saniye arasında değişen uyarı vermeyen periyotlarla araya girdi. Bir psödör rastgele sırayla, tACS, dört çalıştırmanın her birinde farklı bir akım gücü (500 μA, 750 μA, 1,000 μA, 1,500 μA) uygulandı. Şekil 5A , istatistiksel olarak önemli kümeler için BOLD sinyalinin olayla ilişkili ortalamalarını göstermektedir; artan akım gücü ile BOLD sinyalinde artan bir etki. Ek olarak, Şekil 5B , etkilerin bölgesel özgüllüğünün yanı sıra arttırılmış akım kuvveti ile artan uzaysal etkiyi gösteren akım-mukavemetli spesifik T-skor haritalarını gösterir. Önden bölgelerdeki BOLD aktivitesinin önemli derecede değiştiğini ve modülasyonların elektrotların daima doğrudan altında olmadığını gösteren not edilmelidir. Ayrıntılar için bkz. Cabral-Calderin ve meslektaşları 22 . Şekil 6 , görsel bir algılama görevi sırasında TACS etkilerinin frekans bağımlılığını test eden bir deneyin temsili sonuçlarını göstermektedir. Denekler, iki yönlü dönen bir kürenin algılanan yönünü bildirdiler. Aynı zamanda, tACS üç ayrı periyodun her birinde üç uyarılma frekansından (10 Hz, 60 Hz veya 80 Hz) birinde Cz ve Oz üzerine yerleştirilmiş elektrotlarla tatbik edildi. Şekil 6A , görsel sunum ve tACS dönemleri arasındaki deney zamanlamasını Merkezi çapraz fiksasyon blokları TACS durumu ve frekans etkileşim haritaları ve küme post-hoc testleri, parietal korteksteki, 10 Hz tACS azalan ve 60 Hz artan sinyal ile frekansa özgü etkileri göstermektedir ( Şekil 6B ). Şekil 6C , T-skorunu 60 Hz tACS'nin parietal korteksin ötesine uzanan spesifik etkilerinin haritaları bazı occipi'leri içerecek şekilde haritalarTal ve cepheden bölgeler. Deney ve analiz detayları için, bkz. Cabral-Calderin, et al. 22 . Şekil 1: Tarayıcıda TACS Kurulumu. ( A ) Tüm Gerekli Elemanlarla TACS Kurulumu. Uyarıcı ve kablolar MR korumalı oda dışında bağlanır. Elektrot yerleşimi için kullanılan EEG kapağı, bant ölçüsü ve iletken jel de gösterilmiştir. ( B ) Tarayıcı Odasının Dışına Yerleştirilen Dış Filtre Kutusu ve Stimülatör. LAN kablosu (şekilde gösterilmemektedir), RF dalga kılavuzu tüpü aracılığıyla tarayıcı odasından gelir ve mümkün olduğunca küçük LAN kablosu tarayıcı odaının dışına maruz kaldıkça, dış filtre kutusuna bağlanır. Uyarıcı, dış filtre kutusuna ve sunum bilgisayarının tetik çıkış kablosuna bağlanmalıdır. ( C )Deneysel Kurulum ile Tarayıcı Ortamı. Sunum bilgisayarı, tarayıcı bilgisayarı ve tetik çıkışı ve projektör de dahil olmak üzere tACS kurulumunun tasviri. ( D ) Deney İçin Konu Konumu. Önemli unsurlar yastıklar, kablo yerleşimi, izleme ayna ve kafa bobini içerir. Filtre kutusu, deliğin içine yerleşim örneği olarak tarayıcı yatağı korkuluklarına yerleştirilir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. Şekil 2: Fantomdan Edinilen Kalite Değerlendirmesi MR Görüntüleri. Satır 1: Yüksek çözünürlüklü anatomik T1 ağırlıklı görüntü eksenel dilimler, sağdaki sagital bir dilim üzerinde mavi çizgilerle gösterilen konumları (ayrıca her sonraki satırda görülüyor). Sagital düzlemde, elektrod pozisyonları ilüstür Beyaz olarak derecelendirildi. 2. Sıra: T2 * ağırlıklı eko-düzlemsel görüntü dilimleri, magenta okları, sinyal çıkışı ve elektrotlar ve / veya elektrot jeline bağlı bozulmayı belirtir. Sagittal düzlemde, karşılık gelen hacmin yerleştirilmesi bir kaplama olarak gösterilir (takip eden her satırda da görülmektedir). Sıra 3: fACR kurulumu yerinde ve açıkken uyarı vermeyen fMRI deney parametreleri ve RF uyarılma darbesiyle elde edilen gürültü görüntüsü dilimleri. Sıra 4: Yerinde tACS düzeneği ile hayır-RF uyarımı görüntüsü elde edildi ve uyarıcı 16 Hz'de uyarıcı oldu. Sıra 5: TSNR haritası, tACS düzeneği ile edinilen ve açılmış ancak uyarılamayan verilerden hesaplanmıştır. Sıra 6: TSNR haritası, yerinde tACS kurulumu ile elde edilen ve 16 Hz'de uyarıcı verilerden hesaplanmıştır. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. Şekil 3 "class =" xfigimg "src =" / dosyalar / ftp_upload / 55866 / 55866fig3.jpg "/> Şekil 3: Bir Konunun Edinilmiş Kalite Değerlendirmesi MR Görüntüleri. Satır 1: Yüksek çözünürlüklü anatomik görüntü eksenel dilimler, sağdaki sagital bir dilim üzerinde mavi çizgilerle gösterilen konumlara sahiptir (her sırada görüldüğü gibi). Elektrot pozisyonları sagital görünüşte beyaz olarak gösterilmiştir. Sıra 2: T2 * ağırlıklı eko-düzlemsel görüntü dilimleri, elektrotlar ve / veya elektrot jelinden dolayı sinyal bırakılmadığını gösterir. Sagittal düzlemde, karşılık gelen hacmin yerleştirilmesi bir kaplama olarak gösterilir (takip eden her satırda da görülmektedir). 3. Sıra: TSNR haritası, tACS düzeneği ile edinilen ve açılmış ancak uyarılamayan verilerden hesaplanmıştır. Sıra 4: TACS kurulumu ile elde edilen ve 16 Hz'de uyarıcı verilerden hesaplanan TSNR haritası. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. <p claSs = "jove_content" fo: keep-together.within-sayfa = "1"> Şekil 4: Kirlenmiş Elektrodtan Kaynaklanan Sinyal Çıkarma. Kirlenen elektrot kullanılarak bir cisimden edinilen bir fMRI hacminden alınan dilimler kabaca motor korteksin el düğmesinin üzerine yerleştirilir. Kırmızı daireler sinyal çıkışı ile elektrodun altındaki bölgelere işaret etmektedir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. Şekil 5: Mevcut Gücün BOLD Sinyalin tACS Modülasyonu Üzerindeki Etkisi. ( A ) 16 Hz tACS'nin Etkisi Üzerindeki Akım Mukavemetinin Ana Etkisini Gösteren F-skor Haritaları. Mevcut gücün tek yönlü bir rANOVA'da önemli bir ana etkisi Faktör: akım gücü (500, 750, 1,000, 1,500 μA)] belirgindir. Bu çizimler, her akım mukavemeti için TACS-açma periyotları için BOLD sinyalinin olayla ilişkili ortalama zaman seyrini göstermektedir. Gölgeli bölgeler, deneklerin ortalamasının standart hatalarını göstermektedir. MedialFG = medial frontal girus, IPS = intraparietal sulkus, IFG = inferior frontal girus, PrC = ön merkezkaç, L = sol, R = sağ, * kümeler çoklu karşılaştırmalar için düzeltilmemiştir. ( B ) Her Akım Mukavemeti için 16 Hz tACS esnasında BOLD Aktivitesi Değişikliklerini gösteren T-skor Haritaları. 500 μA tACS ile anlamlı bir etki bulunmamıştır. LH = sol yarımkürede; RH = sağ yarımkürede. Bu resim Cabral-Calderin ve ark. 29 . Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. Img "src =" / dosyalar / ftp_upload / 55866 / 55866fig6.jpg "/> Şekil 6: TACS'in Görsel Algı Görevinde BOLD Sinyal Üzerindeki Etkisi. ( A ) Deneyin Şematik Temsil Edilmesi. Görsel uyarı ve tACS, bir blok tasarımında uygulanmış ve 120 sn'lik görsel uyaran sunum blokları boyunca 30 saniyelik açma-kapama tACS blokları oluşmuştur. Her frekans farklı bir oturumda test edildi. SfM = Hareketten yapı. ( B ) TACS Durum ve Frekans Etkileşim Etkisi. İki yönlü rANOVA [faktörler içinde: tACS (açık, kapalı), frekans (10 Hz, 60 Hz, 80 Hz)] ve post-central gyrus'taki iki temsilci küme için beta tahmininde önemi olan F istatistik haritaları. Sürekli çizgiler ve siyah yıldızlar, 80 Hz'e karşı 60 Hz ve 10 Hz'e karşı 10 Hz'lik tACS açma-kapama etkileşim efektleri için post-hoc karşılaştırmaları için önemli farklılıkları işaretlemektedir ve kırmızı yıldız işaretleri, post-hoc testlerine kıyasla tACS için anlamlı bir fark olduğunu ima etmektedir. PoC = postcentral gyrus, benPS = intraparietal sulkus. ( C ) 60 Hz tACS'nin T-skoru haritası. 60 Hz tACS ile karşı karşılaştırıldığında önemli farklar. Bu resim Cabral-Calderin ve diğerleri tarafından yeniden basılmıştır . 29 . Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Discussion

Burada, aynı anda tACS-fMRI deneyinin kurulması ve uygulanması için MR uyumlu bir tACS sistemi kullanılarak prosedürü tanımladık. Bu prosedürdeki bazı adımlar, özellikle konu kurulumuna özel dikkat gerektirir. Bu deneyde kullanılan MR uyumlu stimülatör ve kurulum sadece kablolar, filtre kutuları ve elektrotlar ile yaklaşık 12 kΩ minimum empedansa sahiptir ve üretici, elektrotlara konuyla bağlantılı olarak 20 kΩ minimum empedans önermektedir; Bu şart stimülatör ürününe ve üreticisine bağlıdır. Elektronları özneye uygularken, empedans çok yüksekse, elektrotlara basmak dışında bu değeri azaltmak için bazı adımlar atılabilir. Örneğin, elektrotu saçlı deriye bastırmadan önce saçlı deride işaretli ve temizlenmiş yerleri saç içeren elektrot jeli ile kaplamak daha kolay olabilir. Bu, iletken olmayan malzemenin üzerinden akım yayılmasını sağlayacaktır; ancak,Elektrotlar ile istenen alana doğru akım yaymasını yönlendirmek için elektrot jel kaplamasını yaklaşık aynı yüzey alanıyla sınırlamaya dikkat edin. Elektrotlar birbirine yakınsa bu hususa özellikle dikkat edin, çünkü elektrodlar arasındaki akım kaçınıyor, aşırı elektrod jel teması ile oluşabilir. Elektrot, konunun doğrudan üstüne konacağı başın arka tarafındaysa, deney devam ederken öznenin rahatsız olmaması için yastıkların başın arkasına yerleşmesi için özel dikkat gösterilmelidir; Bu rahatsızlık başlangıçta konuyla ilgili bir problem olmayabilir, ancak deneyimler ağrının ortaya çıktığı ve zamanla arttığını göstermektedir. Buna ek olarak, tüm fMRI deneylerinde olduğu gibi, konu hareketi de sorunlu bulanıklığı beraberinde getirir, bu nedenle konunun tüm kablolar ve elektrotlar ile rahatlıkla bulunması önemlidir.

Kurulumun dikkate alınması gereken en önemli yönü, potansiyel olarakGörüntü bozulmalarına ve görüntü bozulmalarına neden olabilecek MR ortamına dönüştürür. Deneyden önce, yerinde tüm tACS kurulumuyla birlikte görüntü eserlerinin test edilmesi akıllıca olacaktır. Elektrot jeli ile elektrotları sabitleyen, normal bir küresel fantom kullanılabilir. Akımın elektrotlar arasında hareket etmesini sağlamak için bir yol sağlamak önemlidir, ki bu, bir elektrottan diğerine doğru olan yolda cömert miktarda elektrot jeli uygulayarak başarılabilir. Frekans ve akım gibi parametre varyasyonları da dahil olmak üzere konu için planlandığı gibi tüm denemeyi çalıştırın. Tarama oturumu sırasında MR tarayıcı kontrol bilgisayarı üzerindeki resim görüntüleyicide kontrastı ve pencereyi aşırı uçlara ayarlamak gürültüyü daha kolay görsel olarak tespit etmenize olanak tanır. Deney öncesi ve sırasında gürültü için görsel olarak izlenirken, yüksek yoğunluklu görüntüdeki sivri uçlar, sinyalin ölçülmemesi gereken desenler veya zamanla değişen yoğunluklar gibi örnek olarak gürültü oluşabilir. RF excitatio ile fMRI verilerini edinmeN puls kapalı gerçek görüntü sinyali elde etmeden tarama sırasında tarayıcı çevre gürültüsü hakkında bilgi verir (bkz. Şekil 2 ). Bu gürültü testi her tarama oturumunda yapılabilir. Gürültüye bağlı farklılıklar varsa, tüm kabloların bozulmamış olduğunu ve stimülatör, elektrotlar ve filtre kutularına iyi bağlı olduğundan emin olun. Hiçbir kablo ilmeklerde oturmamalıdır. Kırılmış kablolardan, lastiklerde metal kirleticileri bulunan elektrodlardan (MR uyumlu olarak satılsa da) ve diğer olasılıklar arasında hatalı bağlantılardan kaynaklanan ses veya bozulma ortaya çıkabilir. Uyarıcı, kurulumda elektriksel gürültüyü en aza indirmek için pille çalıştırılır; Her denemeden önce tamamen dolu olduğundan ve deney boyunca açık kalacağından ve bağlı olduğundan emin olun. Fonksiyonel görüntülerde TSNR, stimülatör bağlıyken yaklaşık% 5 oranında azalacaktır, ancak değerler uyarı koşulları 22 boyunca kararlı olmalıdır. Eşzamanlı transkraniyal elektrik stimülasyonu-fMRI testleri oN cadaverler, alternatif akım uyarımıyla ilişkili hiçbir eser bulunmadığını göstermiştir ki bu da doğru akım uyarılamasına 30 kıyasla bir avantajdır. Teorik olarak, bu eser eksikliği, görüntü elde edildiğinde net bir sıfır akımıyla açıklanabilir30. Bununla birlikte, laboratuvarımızda yapılan bazı deneyler için edinim zamanı veya TR uyarma frekansının bir katı değildir. Bu protokolde bahsedilen gürültü testlerini yaptıktan ve eserler için görsel olmayan görüntüleri inceledikten sonra, sıfırdan net akımdaki herhangi bir farklılığın küçük olduğunu ve eser üretmek için çok önemsiz olduğuna karar verdik.

Başarılı deneyler için bir başka kritik nokta, sunum bilgisayarının tarayıcının tetik çıktısını alması ve uyarıcının sunum bilgisayarından tetiği almasıdır. Deneyden önce, görsel uyaran tasarımını ve zamanlamasını,İstenilen yazılımı. Bu program görsel uyarı sunumunu MR tarayıcı ve stimülatör ile senkronize etmek için tetikleyiciler kullanmalıdır; MR tarayıcıdan çıkan bir tetikleyiciyle başlar ve istenen uyarı zamanlarında uyarıcıya çıkış tetikleyicileri gönderir. Kurulum sırasında tetik iletişimini kontrol etmenin kolay bir yolu, tarayıcı tetik çıkışına ve bilgisayarın çıktısına bir BNC kablosuyla bağlı bir osiloskop kullanmaktır. Kurulumda, MR tarayıcısı, elde edilen her işlevsel hacim için bir tetik (geçiş) gönderir ve sunum bilgisayarı, sunum yazılımı aracılığıyla programlandığı gibi bir sinyal çıkarır. İyi tasarlanmış bir deneyin analizi, zamanlamalı uyarılmaya eleştirel olarak bağlıdır.

Bu deneyin bazı adımları, laboratuar ortamı gereklilikleri için gerektiği gibi uyarlanabilir. Örneğin, bu ayar bir görsel uyaran sunu için bir projektör ve aynalar kullanarak açıklar, ancak görsel uyarıcı ouTput cihazı, deney ve laboratuar tercihleri ​​veya sınırlamaları temel alınarak seçilen MR-safe sıvı kristal ekran gözlükleri veya MR-emniyetli bir monitör olabilir. Ayrıca, MR tarama parametreleri deneye göre ayarlanmalıdır. Basit bir cevap mevcut olmasa da, tACS için deneysel kontrolün uygun seçimine dikkat edilmesi gerektiğini belirtmek faydalı olacaktır. 30 saniyelik kısa bir uydurma uyarısı, tACS tarafından uyarılan somatosensasyonun uzun süreli uyarı ile sonunda azaldığı taklit edebilir; Bununla birlikte, bazı çalışmalar, kısa süreli uyarılmaların bile, salınımlı entrainment 12'yi indükleyebildiğini göstermektedir. TACS için kullanılabilecek bir diğer olası kontrol, etkili olmayan bir frekans kullanarak veya başka bir deyişle ilgi alanından farklı bir frekansta uyarı sağlamaktır. Burada istisna, somatosensasyon ve fosfin algılamanın uyarılma sıklığına göre değişmesidir 31 . Nihayet, stim'un öznel deneyimleri ile ilgili olarakUlation, tACS kaynaklı fosfenler bireyler arasında değişiklik gösterir, bu nedenle konu değişkenliğini en iyi şekilde yakalamak için fosfin algılaması için ayrıntılı bir derecelendirme sistemi kullanmayı düşünün ve konu ile fosfenlerin çeşitli özelliklerini ( örn . Yer, yoğunluk) tanımlayan belirli bir zaman harcayın Böylece öznenin uyarıcı 32 , 33 sırasında deneyimlerini dikkatle değerlendirebilmesi için ortaya çıkabilir.

Burada gösterilen temsili sonuçlar, tACS etkilerinin akım bağımlı, frekansa bağlı olduğuna ve modülasyonun elektrotların altındaki bölgelerle sınırlı olmadığına, ancak muhtemelen fonksiyonel olarak bağlı uzak bölgelere kadar uzandığına işaret etmektedir. Bu tekniğin bir sınırlaması, fMRI'nin ve BOLD yanıtının zamansal çözünürlüğüdür. Veri toplama ve hemodinamik tepki beynin uyarı frekansı veya elektriksel aktivitesi kadar hızlı değildir, bu nedenle frekansla doğrudan etkileşimlerTACS'nin spesifik etkileri ölçülemez. Bununla birlikte, tACS etkilerinin bilimsel literatürünün en büyük payının davranışsal araştırmalardan oluştuğu ve tACS'nin tümüyle karmaşık bir sinir sistemini etkilediği göz önüne alındığında, eşzamanlı tACS-fMRI deneylerinin tACS etkileri hakkında bizi bilgilendirmek için çok şey sundukları açıktır beyin. EEG ve MEG, sinirsel aktivitelerle eşleşen zamansal çözünürlük düzeyleri hakkında fikir sunar. Bununla birlikte, EEG ve MEG uzaysal çözünürlük ve kortikal derinlik sınırlamaları veya hesaplamayla yoğun kaynak-yeniden yapılandırma tekniklerinden muzdariptir. Aynı frekanslarda kaydedilen ilgi uyandıran beyin sinyallerinin üstesinden gelen uyaran frekansı ve armonik eserler, EEG ve MEG analizlerini daha da karmaşık hale getirir. Bu zorluklardan bazılarını gidermek için yenilikçi geçici çözümler uygulanmıştır. Helfrich ve ark. , Bir eser şablonu çıkarma ve ana bileşen analizini kullanarak EAS verilerinden tACS yapay maddesini çıkarmak için yeni bir teknik kullandı. </s> Yukarı. 10 Hz tACS'nin parieto-oksipital olarak parietal ve oksipital kortekste alfa aktivitesini arttırdığını ve benzer intrinsik frekanslarda işleyen kortikal osilatörlerde senkronize olduğunu gösterdiler. Witkowski ve meslektaşları amplitüd modülasyonlu tACS'yi uyguladı ve entrained beyin salınımlarının 34 MEG tabanlı kortikal haritalarını başarılı bir şekilde yarattı. Normal ve anormal beyin fonksiyonlarını daha iyi anlamak için ve sonunda klinik olarak teşhis veya terapötik için tACS'yi uygulamak amacıyla, TACS ayrı ayrı ayarlanabilen spesifik istenilen efektler için en iyi uygulamaları tamamlayıcı bir şekilde EEG, MEG ve fMRI ile kombine edilmelidir Özellikle bireylere. Bu tür uygulamalar oluşturulduğunda, sinir salınımlarının işlevini daha iyi anlamak için etkin araştırmalar yapılabilir ( örn. , Işlevsel rolleri ve farklı frekans bantlarının ilişkilerini açıkça tanımlar) ve bunların tACS ile modülasyonuÖrneğin, mekanizmanın sürüklenmesiyle mi plastik değişimle mi meydana geldiği 35 ).

Gelecekteki yönleri göz önünde bulundurarak, burada açıklanan kurulum, burada açıklanan ve diğerleri tarafından açıklanan hareket-yapı çalışması gösterildiği gibi algılama veya biliş üzerinde çalışan fMRI deneyleri için uyarlanmıştır. Cabral-Calderin ve meslektaşları, oksipital korteks bölgelerinde aktivasyonun bir video izleme ve parmak vurma deneyinde görev ve tACS frekansına bağlı olduğunu gösterdi ( 22) . Eşzamanlı bir TACS dinlenme durumu fMRI çalışmasında, Cabral-Calderin ve meslektaşları, tACS'in intrinsik fonksiyonel bağlantı ve istirahat durumu ağları üzerine frekans-bağımlı etkileri gösterdi 23 . Vosskuhl ve ark . Bireysel alfa frekans uyarımında görsel bir uyanıklık görevinde BOLD düşüşünü göstermek için tACS ve fMRI kombinasyonu 24 . Alekseichuk ve meslektaşları, 1'in hemen ardından yapılan etkilerin0 Hz tACS, pasif bir algılama görevinin nöral metabolizmasında bir değişiklik olduğunu gösteren, damalı halkaların ve kamaların görsel algılanması sırasında BOLD sinyalini modüle eder 36 . Bu çalışmalar, eşzamanlı tACS-fMRI çalışmalarının, metabolizma ile kognisyona kadar pek çok düzeyde işlevsel mekanizmaları araştırmak için bir aşama oluşturmasını sağladı. TACS'nin translasyonel araştırma için erken bir aşamasında hem stimülasyon tekniğini hem de salınımların bilişsel işlevlere katkısını anlamak için eşzamanlı tACS-fMRI deneyleri için çok fazla potansiyel var.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ilona Pfahlert ve Britta Perl'e fonksiyonel görüntüleme deneyleri sırasında teknik yardım ve Severin Heumüller'e mükemmel bilgisayar desteği için teşekkür ediyoruz. Bu çalışma, Herman ve Lilly Schilling Vakfı ve Nanoscale Mikroskopi ve Beyin Moleküler Fizyolojisi Merkezi (CNMPB) tarafından desteklenmiştir.

Materials

None
DC-Stimulator MR NeuroConn, Ilmenau, Germany includes: inner filter box, outer filter box, MR-safe electrode and stimulator cables (1 each), stimulator, 2 surface electrodes, and one shielded LAN cable; NOTE: This manuscript describes tACS-fMRI setup with NeuroConn's MR-safe stimulator, but such a stimulator from another manufacturer would be acceptable, with adaptations made based on manufacturer specifications.
3 tesla Tim Trio MR scanner Siemens, Erlangen, Germany
presentation computer
presentation software (e.g., Matlab) The Mathworks, Natick, USA
shielded LAN cable
projector InFocus Corporation, Wilsonville, USA IN-5108
Ten20 Electrode Paste Weaver and Co., Aurora, USA
EEG cap – EASYCAP 32-channel system Brain Products GmbH, Germany
tape measure
marker
pillows
button response box Current Designs, Philadelphia, USA
isopropyl alcohol
cotton pads
tape
MR-safe sand bags Siemens, Erlangen, Germany
MR-safe mirrors Siemens, Erlangen, Germany
MR-safe screen can be built in local machine shop to fit site-specific parameters
E-A-Rsoft ear plugs 3M, Bracknell, UK
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Thut, G. Modulating brain oscillations to drive brain function. PLoS Biol. 12 (12), e1002032 (2014).
  2. Joundi, R. A., Jenkinson, N., Brittain, J. S., Aziz, T. Z., Brown, P. Driving Oscillatory Activity in the Human Cortex Enhances Motor Performance. Current Biology. 22 (5), 403-407 (2012).
  3. Jausovec, N., Jausovec, K. Increasing working memory capacity with theta transcranial alternating current stimulation (tACS). Biological Psychology. 96, 42-47 (2014).
  4. Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Frontiers in Psychology. 2, (2011).
  5. Laczo, 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 stimulation. 5 (4), 484-491 (2012).
  6. Cabral-Calderin, Y., Schmidt-Samoa, C., Wilke, M. Rhythmic Gamma Stimulation Affects Bistable Perception. Journal of Cognitive Neuroscience. 27 (7), 1298-1307 (2015).
  7. 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).
  8. Brittain, J. S., Probert-Smith, P., Aziz, T. Z., Brown, P. Tremor Suppression by Rhythmic Transcranial Current Stimulation. Current Biology. 23 (5), 436-440 (2013).
  9. Sabel, B. A., et al. Non-invasive alternating current stimulation improves vision in optic neuropathy. Restorative Neurology and Neuroscience. 29 (6), 493-505 (2011).
  10. Fedorov, A., Chibisova, Y., Gall, C., Sabel, B. A. Non-Invasive Alternating Current Stimulation Induces Recovery From Stroke. Brain Injury. 26 (4-5), 634 (2012).
  11. Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. Low-Intensity Electrical Stimulation Affects Network Dynamics by Modulating Population Rate and Spike Timing. Journal of Neuroscience. 30 (45), 15067-15079 (2010).
  12. Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. Effects of weak transcranial alternating current stimulation on brain activity-a review of known mechanisms from animal studies. Front Hum Neurosci. 7, 687 (2013).
  13. Herrmann, C. S., Rach, S., Neuling, T., Struber, D. Transcranial alternating current stimulation: a review of the underlying mechanisms and modulation of cognitive processes. Front Hum Neurosci. 7, 279 (2013).
  14. Alagapan, S., et al. Modulation of Cortical Oscillations by Low-Frequency Direct Cortical Stimulation Is State-Dependent. PLoS Biol. 14 (3), e1002424 (2016).
  15. Helfrich, R. F., et al. Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation. Curr Biol. 24 (3), 333-339 (2014).
  16. Neuling, T., Zaehle, T., Herrmann, C. Simultaneous recording of EEG and transcranial electric stimulation. International Journal of Psychophysiology. 77 (3), 312 (2010).
  17. Zaehle, T., Rach, S., Herrmann, C. S. Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG. PLoS One. 5 (11), e13766 (2010).
  18. Neuling, T., et al. Friends, not foes: Magnetoencephalography as a tool to uncover brain dynamics during transcranial alternating current stimulation. Neuroimage. 118, 406-413 (2015).
  19. Ruhnau, P., Keitel, C., Lithari, C., Weisz, N., Neuling, T. Flicker-Driven Responses in Visual Cortex Change during Matched-Frequency Transcranial Alternating Current Stimulation. Front Hum Neurosci. 10, 184 (2016).
  20. Witkowski, M., et al. Mapping entrained brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS). Neuroimage. , 89-98 (2016).
  21. Alekseichuk, I., Diers, K., Paulus, W., Antal, A. Transcranial electrical stimulation of the occipital cortex during visual perception modifies the magnitude of BOLD activity: A combined tES-fMRI approach. Neuroimage. , 110-117 (2016).
  22. Cabral-Calderin, Y., et al. Transcranial alternating current stimulation affects the BOLD signal in a frequency and task-dependent manner. Hum Brain Mapp. 37 (1), 94-121 (2016).
  23. Cabral-Calderin, Y., Williams, K. A., Opitz, A., Dechent, P., Wilke, M. Transcranial alternating current stimulation modulates spontaneous low frequency fluctuations as measured with fMRI. Neuroimage. 141, 88-107 (2016).
  24. Vosskuhl, J., Huster, R. J., Herrmann, C. S. BOLD signal effects of transcranial alternating current stimulation (tACS) in the alpha range: A concurrent tACS-fMRI study. Neuroimage. 140, 118-125 (2016).
  25. Krause, B., Cohen Kadosh, ., R, Not all brains are created equal: the relevance of individual differences in responsiveness to transcranial electrical stimulation. Frontiers in Systems Neuroscience. 8 (25), (2014).
  26. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. J Vis Exp. (51), (2011).
  27. Nitsche, M. A., et al. Safety criteria for transcranial direct current stimulation (tDCS) in humans. Clinical Neurophysiology. 114 (11), 2220-2222 (2003).
  28. Poeppl, T. B., et al. Connectivity and functional profiling of abnormal brain structures in pedophilia. Hum Brain Mapp. 36 (6), 2374-2386 (2015).
  29. Cabral-Calderin, Y., et al. Transcranial Alternating Current Stimulation Affects the BOLD Signal in a Frequency and Task-dependent Manner. Human Brain Mapping. 37 (1), 94-121 (2016).
  30. Antal, A., et al. Imaging artifacts induced by electrical stimulation during conventional fMRI of the brain. Neuroimage. 85 (Pt 3), 1040-1047 (2014).
  31. Turi, Z., et al. Both the cutaneous sensation and phosphene perception are modulated in a frequency-specific manner during transcranial alternating current stimulation. Restor Neurol Neurosci. 31 (3), 275-285 (2013).
  32. Kanai, R., Paulus, W., Walsh, V. Transcranial alternating current stimulation (tACS) modulates cortical excitability as assessed by TMS-induced phosphene thresholds. Clinical Neurophysiology. 121 (9), 1551-1554 (2010).
  33. Schutter, D. J., Hortensius, R. Retinal origin of phosphenes to transcranial alternating current stimulation. Clinical Neurophysiology. 121 (7), 1080-1084 (2010).
  34. Witkowski, M., et al. Mapping entrained brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS). Neuroimage. , (2015).
  35. Vossen, A., Gross, J., Thut, G. Alpha Power Increase After Transcranial Alternating Current Stimulation at Alpha Frequency (alpha-tACS) Reflects Plastic Changes Rather Than Entrainment. Brain Stimul. 8 (3), 499-508 (2015).
  36. Alekseichuk, I., Diers, K., Paulus, W., Antal, A. Transcranial electrical stimulation of the occipital cortex during visual perception modifies the magnitude of BOLD activity: A combined tES-fMRI approach. Neuroimage. , (2015).

Tags

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)Neurological DisordersVisual CognitionMotorBehaviorMemoryEEGScalp ElectrodesImpedance

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Williams, K. A., Cabral-Calderin, Y., Schmidt-Samoa, C., Weinrich, C. A., Dechent, P., Wilke, M. Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging. J. Vis. Exp. (124), e55866, doi:10.3791/55866 (2017).
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