在功能磁共振成像期间施用的神经导航聚焦经颅直流电刺激

我们介绍了一种新的经颅直流电刺激（focal tDCS）神经导航电极定位方法，该方法考虑了每位参与者的头部解剖结构。我们希望了解，与传统定位方法相比，采用神经导航进行tDCS电极定位是否能实现更高的定位准确性，以及这种更高的准确性是否能够增强刺激的行为学和神经效应。tDCS实验中最大的挑战之一是确保在每位受试者头皮上精确放置电极，以使电流输送达到最佳效果。

因此，研究人员必须确保电极放置的准确性，并在功能性磁共振成像期间验证可能发生的位移。首先，我们的方法通过针对每位研究参与者进行电流流动的真实电流模拟，优化头皮上的电极位置。

其次，我们采用神经导航电极定位技术，以确保电极被精确地放置在头皮上的个体化优化位置。第三，在每次功能性磁共振成像（fMRI）扫描前后，我们均会验证电极放置位置相对于目标脑区的准确性。通过提高头皮上优化电极位置的放置精度，我们确保经颅直流电刺激（tDCS）对每位研究参与者的效果达到最大化。

未来，我们计划采用新型导航经颅直流电刺激（tDCS）系统地研究刺激改善人类大脑功能的新机制。该研究将为tDCS如何调节健康与疾病状态下大脑功能提供基础性认识，并有助于在未来根据受试者和患者的特点最大化tDCS的效应。

首先，准备好神经导航所需的所有设备。打开神经导航软件，选择“新建空白项目”。加载受试者的T1加权图像，并保存项目。

要开始进行3D头部重建，请进入重建部分，点击“新建重建”和“皮肤”，以打开新窗口，然后按“计算皮肤”。设置五个标志点，包括鼻根点、左右鼻孔以及左右耳前点。在目标区域部分，通过阳极的X、Y和Z坐标来配置右侧背外侧前额叶皮层的电极位置。

单击“添加新项”，并为阳极命名。让受试者舒适地坐在面对追踪摄像头的椅子上，并指导其佩戴附有受试者追踪器的护目镜。然后转到“会话”标签，从新建下拉菜单中选择在线会话。

选择 Polaris 选项卡，以确认受试者追踪器和指针在摄像头视野中的可见性，确保两个设备均被识别。选择注册部分，在五个预定义的解剖标志点处进行注册。将指针垂直于颅骨放置，传感器朝向摄像头，然后踩下脚踏开关以确认位置。

转到验证部分，在将指针放置于已标记的解剖标志点后进行验证。接着，在精细调整标志点面板中，依次单击每个位置的添加按钮。将指针置于头部表面，然后踩下脚踏板以注册额外的标志点。

然后选择操作区域，将定位指针移至背外侧前额叶皮层的大致位置。当指针与屏幕上绿色十字线的中心对齐时，标记电极位置。将受试者的头发从相应头皮区域移开，并使用皮肤标记笔或记号笔标记电极位置。

在标记位置涂抹少量局部麻醉乳膏，以减少经颅直流电刺激功能磁共振成像（tDCS fMRI）过程中的身体感觉。将电源插头插入与扫描仪相同的电源插座，以使多通道直流刺激器处于正常模式运行。然后使用外接盒电缆和适配器将其连接至外接盒。

接下来，在聚焦经颅直流电刺激（tDCS）装置的所有电极表面均匀涂抹1毫米厚的导电凝胶，并使用电极填充辅助工具标准化凝胶厚度。打开直流刺激器，然后开启面板PC。双击直流刺激器MC图标，选择相应的序列设置，随后在未连接受试者的情况下对刺激器进行校准。将受试者舒适地安置在磁共振成像（MRI）扫描室外部靠近直流刺激器的位置，并测量受试者头部最宽处的周长，即从前额至枕骨的头围。

然后放置电极，使用间隔件确保各个阴极围绕中心阳极等距分布，并将它们固定在标记好的头皮位置上。使用大小合适的脑电帽（不带塑料插件）来固定电极。将直流刺激器的外盒与内盒连接，以进行阻抗检测。

进行阻抗检测时，按下刺激器界面上相应的按钮。然后将内箱从外箱上断开，并将外箱插入扫描仪的波导中。接下来，请受试者坐在磁共振成像检查床上，并将内箱重新连接到已插入波导的外箱上。

然后让受试者仰卧于MRI检查床上，头部置于开放式头线圈内。在安装头线圈上部并锁定之前，先将电极导线从头线圈下部引出。将内层屏蔽箱放置在受试者旁边的MRI检查床上，并将受试者推入扫描仪孔内。

离开扫描室，通过通讯界面告知参与者即将进行的步骤。在扫描仪控制面板的计算机上，进入主菜单，然后选择检查和患者登记。填写完所需信息后，进入程序选择，选定计划的成像方案。

单击患者体位，选择头先进仰卧位。从检查部位和左右侧下拉菜单中选择脑部，然后单击检查以继续。告知受试者将进行两次各10分钟的静息态fMRI扫描，并指导他们在整个扫描过程中保持注视固定十字。

开始tDCS时，按下控制面板PC上的启动刺激按钮。点击“释放启动触发”按钮，刺激将开始，并在启动功能成像序列前有10秒的渐升期。在功能扫描和刺激结束后，电极仍保持连接于受试者头部时，采集第二次PET扫描。MRI检查结束后，断开电极线与外接盒的连接，并关闭直流刺激器。

将受试者移出扫描仪孔洞，并取下其头部的帽状电极。在功能磁共振成像（fMRI）前和fMRI后，均发现预期电极位置与实际电极位置之间存在显著偏差。在fMRI前后两次扫描之间，电极位移极小，平均漂移为-0.08毫米。

在预期的实际fMRI前和实际fMRI后电极定位阶段，右侧枕颞皮层、左侧颞顶皮层与右侧背外侧前额叶皮层之间的电极放置准确性未发现显著的区域特异性差异。