סימולטני transcranial גירוי הזרם הנוכחי ו הדמיה תפקודית תהודה מגנטית
5 ביוני 2017
Transcranial לסירוגין גירוי הנוכחי (tACS) הוא כלי מבטיח לחקר לא פולשני של תנודות במוח, אם כי ההשפעות שלה לא מובנים לחלוטין. מאמר זה מתאר הגדרה בטוחה ואמינה ליישום tACS בו-זמנית עם הדמיה תפקודית של תהודה מגנטית, אשר יכולה להגביר את ההבנה של תפקוד המוח התנודות ואת ההשפעות של TACS.
המטרה הכוללת של פרוטוקול ניסיוני זה היא למדוד שינויים בפעילות התלויה ברמת החמצן בדם הנגרמת במהלך גירוי חשמלי טרנס-גולגולתי. לשילוב של גירוי זרם חילופין טרנס-גולגולתי עם דמיון תהודה מגנטית תפקודית יש פוטנציאל לענות על שאלות מפתח במדעי המוח הקוגניטיביים. יתרון מרכזי בשילוב טכניקות אלו הוא האפשרות למדוד את תפקוד המוח תוך מניפולציה של תנודות עצביות באופן ספציפי לתדר.
ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על אבחון וטיפול בהפרעות נוירולוגיות הקשורות לסנכרון לא תקין. למרות שטכניקה זו יכולה לספק תובנה לגבי הקוגניציה החזותית האנושית, ניתן ליישם אותה גם על מערכות אחרות, כגון מוטוריקה, התנהגות וזיכרון. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו עשויים להיאבק במורכבות ההגדרה הנדרשת כדי להבטיח ניסויים מסונכרנים ללא רעש ולהפעיל ניסויים מסונכרנים.
התחלנו להתעניין ב-TCS כי ראינו בו דרך לחקור את הגורם לכל התנודות לתפיסות מודעות. טכנאית ה-MRI שלנו היא אילונה פפלרט, עם פול וונש כמתנדבת הנושא שלנו. יש לסנן מראש את כל הנבדקים לאיתור התוויות נגד לסריקת MR וכן לגירוי זרם חילופין טרנס-גולגולתי.
כאשר הנבדק מגיע, תאר את פרטי הניסוי וקבל הסכמה מדעת. התחל בשימוש בסרט מדידה כדי לקבוע את המרחק על ראשו של הנבדק מהנזיון לאיניון. ואז מאוזן לאוזן מעל החלק העליון של הראש.
סמן את הצטלבות האורכים הללו כמיקום C-Z, על פי מערכת EEG 10-20. כעת, הנח את מכסה ה-EEG ללא אלקטרודות על ראשו של הנבדק כשה-C-Z מיושר למיקום המסומן. לאחר מכן, קבע וסמן את המיקומים הרצויים לאלקטרודות תוך שימוש באותו מיקום עבור כל הנבדקים כדי להבטיח עקביות ניסויית.
לאחר מכן, בעזרת אלכוהול ורפידות כותנה, נקו את השיער והעור על ומסביב לנקודות המסומנות בקרקפת כדי להסיר שמנים ומוצרי שיער. לאחר מכן, מורחים ג'ל על אלקטרודות הגומי ולוחצים כל אלקטרודה בחוזקה על מיקומים אלה, תוך הבטחת מגע מלא מהאלקטרודה, לג'ל מוליך, לקרקפת עם עכבה מינימלית. השתמש בכבל LAN מוגן ובכבלים הבטוחים MR כדי לחבר את קופסאות המסנן לממריץ ולאלקטרודות הגומי.
לאחר מכן, הפעל את הממריץ ובדוק את העכבה. אם הוא לא נמוך מ -20 קילו אוהם, לחץ על האלקטרודות על הקרקפת. לחלופין, הוסף ג'ל אלקטרודות לפי הצורך.
הקפד להגביל את כיסוי ג'ל האלקטרודות לאותו שטח פנים בערך כמו האלקטרודות, והסר עודפי ג'ל מהאזור. לאחר מכן, אפשר לסטימולטור להוציא זרם למשך מספר שניות כדי להכיר לנבדק את החוויה החושית. שאל אותם על תפיסה חושית במהלך בדיקה זו, כולל האם הם יכולים להרגיש ולעמוד בכל תחושת עקצוץ, והיקף ומיקום הפוספינים במהלך הגירוי.
בשלב זה, השאר את הכבל מחובר לאלקטרודות הגומי של הנבדק, אך נתק את הסטימולטור, את כבל ה-LAN הרזרבי ואת קופסאות הסינון החיצוניות והפנימיות כדי שהנבדק יוכל לעבור לסורק. כעת, חבר את תיבת המסנן החיצונית לכבל ה-LAN העובר דרך מוביל הגל, והשאיר כמה שפחות כבל מחוץ למוביל הגל. לאחר מכן, חבר את כבל הממריץ.
כמו כן, בדוק שוב שהסטימולטור מחובר לפלט ההדק של מחשב המצגת. לאחר שווידאתם שהנבדק נקי מחומרים מגנטיים ומוכן לניסוי ה-MRI, הובילו אותו לחדר הסורק. ספק אטמי אוזניים להגנה על השמיעה, ולאחר מכן הנח את הנבדק לשכב על מיטת הסורק.
הנח את כבל האלקטרודה שטוח במצב שיהיה נוח לנבדק לשכב עליו למשך הניסוי, ואז הניח כריות סביב ומתחת לראשו. כמו כן, הניחו כרית מתחת לרגלי הנבדק לנוחות ולהפחתת התנועה. ספק ואזעק כדור כמו גם תיבת כפתורי תגובה בטוחה MRI הממוקמת כך שנדרשת תנועה מינימלית כדי ללחוץ על כפתור.
כעת, אבטח את סליל הראש עם מראה מחוברת כך שהנושא יראה את מסך ההקרנה בכיוון הנכון. לאחר מכן, אבטח באופן זמני את הקצה החופשי של כבל האלקטרודה מאלקטרודות הגומי לסליל הראש כך שהוא לא יתפוס כאשר המיטה נעה. הזז את משטח הסורק למקומו.
לאחר מכן, מהקצה האחורי של קדח הסורק, חבר את כבל האלקטרודה מאלקטרודות הגומי לקופסת המסנן הפנימית המתחברת לכבל ה-LAN. כדי למנוע תנועה מוגזמת במהלך הסריקות, אבטח את הכבלים ואת קופסת הסינון לאורך מעקה מיטת הסורק מימין לקידוח בעזרת סרט ושקיות חול. לאחר מכן, הנח את מסך המקרן בקצה האחורי של קדח הסורק.
לבסוף, בדוק שוב את העכבה על הממריץ כדי לוודא שכל חיבורי הכבלים נעשים כהלכה לפני תחילת הניסוי. התחל בבדיקה שמחשב המצגת נרשם כאשר הנבדק לוחץ על לחצני התגובה. לאחר מכן, רכוש תמונה אנטומית משוקללת T1 ברזולוציה גבוהה עם רזולוציה איזוטרופית של מילימטר אחד.
לאחר הרכישה, התאם את הניגודיות ורמות החלונות בתמונה זו לקיצוניות נמוכה וגבוהה כדי לזהות חזותית רעש שעלול לנבוע מהגדרת הממריץ. המשך ניטור זה במהלך רכישת ההדמיה הפונקציונלית. כעת, התחל את הניסוי במחשב המצגת כך שהוא יתחיל עם הדק הסורק, והפעל את הממריץ כדי לחכות לטריגר הפלט של מחשב זה.
בשלב זה, התחל את רכישת FMRI. השאר את הממריץ דולק ומחובר לאורך כל ניסוי ה-FMRI כדי למנוע הבדלים ביחס האות לרעש הזמני בין תנאי ההפעלה והכיבוי של הממריץ. כמו כן, עקוב אחר תצוגת הסטימולטור כדי להבטיח שהזרם נשלח בזמנים הרצויים לאורך ריצות הניסוי.
לאחר השלמת הסריקה, נתק את קופסת המסנן הפנימית מהכבל המחובר לאלקטרודות הגומי. לאחר שהנבדק יוצא מהסורק, הסר את האלקטרודות, והשאיר את הנבדק חופשי לחפוף את שיערו. איור זה מציג תוצאות של בדיקת ההשפעות של חוזק הזרם של 16 הרץ CZOZTACS על האות המודגש במהלך קיבוע צולב מרכזי.
מוצגים ממוצעים הקשורים לאירועים של האות עבור אשכולות בעלי מובהקות סטטיסטית, עם השפעה הולכת וגוברת על האות עם עוצמת זרם מוגברת. כאן, אנו רואים מפות ציון T ספציפיות לחוזק הנוכחי הממחישות את הספציפיות האזורית של ההשפעות כמו גם השפעות גוברות על פעילות נועזת עם חוזק זרם מוגבר. איור זה מציג תוצאות מייצגות הבודקות את תלות התדר של השפעות TACS במהלך משימת תפיסה חזותית.
סכימה זו ממחישה את תזמון הניסוי עם תצוגה חזותית ותקופות TACS בין בלוקים של קיבוע צולב מרכזי. מפות אינטראקציה של מצב ותדר TACS, ובדיקות פוסט-הוק של אשכול מראות השפעות ספציפיות לתדר בקליפת המוח הקודקודית, עם ירידה של 10 הרץ TACS, ו-60 הרץ אות עולה. מפות ציון T אלה מציגות השפעות ספציפיות של 60 הרץ TACS המשתרעות מעבר לקליפת המוח הקודקודית כדי לכלול כמה אזורים עורפיים וקדמיים.
לאחר שליטה, ניתן לבצע ניסוי זה תוך שעתיים בלבד, תלוי באורך תכנון הניסוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב במיוחד לוודא שהסטימולטור מסונכרן כראוי עם זמן רכישת ה-MRI. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע ניסויים משולבים של TACS FMRI.
סקירה כללית
מאמר זה מציג שיטה לשילוב של גרייה חשמלית תחלופית חוצת-גולגולת (tACS) עם דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI) כדי לבחון תנודות מוחיות. הפרוטוקול נועד להעמיק את ההבנה של מדעי המוח הקוגניטיביים על ידי מדידת שינויים בפעילות תלוית רמת חמצן בדם במהלך הגרייה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- מדעי המוח
- דימות תפקודי
- סטימולציה טרנסקרניאלית
רקע
- tACS היא טכניקה לא פולשנית לחקר תנודות מוחיות.
- שילוב של tACS עם fMRI מאפשר מדידה של תפקוד מוחי בזמן אמת.
- שיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי תהליכים קוגניטיביים והפרעות נוירולוגיות.
- קיימים אתגרים בהגדרת הציוד כדי להבטיח תוצאות מדויקות.
מטרת המחקר
- מדידת ההשפעות של tACS על פעילות המוח במהלך fMRI.
- בחינת הקשר בין תנודות עצביות לבין תפקודים קוגניטיביים.
- שיפור ההבנה של קוגניציה חזותית ומערכות קוגניטיביות אחרות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הכנת הנבדקים והסכמה מודעת.
- מיקום אלקטרודות בהתאם למערכת 10-20 EEG.
- שימוש בציוד בטוח ל-MR לחיבור האלקטרודות והמעבדים.
- ביצוע סריקות fMRI תוך כדי מתן tACS.
תוצאות עיקריות
- הקמה מוצלחת של tACS עם fMRI ללא הפרעות רעש משמעותיות.
- מדידה של שינויים בפעילות המוח במהלך הגירוי.
- תובנות שנרכשו לגבי ההשפעות של tACS על תהליכים קוגניטיביים.
- יישומים פוטנציאליים לאבחון וטיפול בהפרעות נוירולוגיות.
מסקנות
- השילוב בין tACS ל-fMRI הוא כלי בעל ערך במדעי המוח הקוגניטיביים.
- שיטה זו יכולה להעמיק את ההבנה של תפקודי המוח והתנודות בו.
- נדרש מחקר נוסף כדי לבחון את מלוא הפוטנציאל של שיטה זו בתחומי קוגניציה שונים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
שילוב סימולטני של גרייה תת-גולגולתית בזרם חילופי (tACS) ו-MRI תפקודי (fMRI) מאפשר מודולציה ומדידה ישירה של פעילות מוחית בזמן אמת, באופן ספציפי לתדר. אינטגרציה זו מקדמת הפחתת סיכונים מכניסטית וביטחון חיזוי עבור גילוי טיפולים המכוונים למערכת העצבים, במיוחד במקרים בהם מעורב תפקוד מוחי תנודתי. גישה זו תומכת בתיקוף מטרות בשלבים מוקדמים ובהמשכיות תרגומית עבור נכסי פורטפוליו של מערכת העצבים המרכזית (CNS).
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה של מנגנונים תנודתיים העומדים בבסיס פנוטיפים קוגניטיביים ונוירולוגיים.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות על ידי קישור פרמטרי גירוי לשינויים באות ה-BOLD.
- מקל על הפחתת סיכונים מנגנונית עבור מטרות נוירופסיכיאטריות ונוירודגנרטיביות.
- מספק קריאות כמותיות לצורך מיון פורטפוליו מונחה-היפותזה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מבסס פרוטוקולים מתוקתקים וניתנים לשחזור עבור גירוי מוחי ושילוב דימות.
- מספק פלטים כמותיים של אות BOLD לצורך סריקה של תרכובות או התערבויות בהמשך התהליך.
- תומך בסטנדרטיזציה של הבדיקה על פני תנאים תלוי-תדר, תלוי-זרם ותלוי-מצב.
- מאפשר הערכה מהימנה של חומרים נוירו-אקטיביים בסביבות מבוקרות עם מינימום ארטיפקטים.
מחקר תרגומי וטרום-קליני
- מתאימה שינויים בפעילות המוח המושרה על ידי גרייה לתנודות עצביות הרלוונטיות למחלה.
- מקשרת ממצאי גילוי למודלים פרה-קליניים של קוגניציה, התנהגות וזיכרון.
- מנחה קידום מותאם-סיכון של מועמדים לטיפול במערכת העצבים המרכזית (CNS) על בסיס ביומרקרים תרגומיים.
- תומכת בהפחתת סיכונים חזויה עבור תרגום קליני של התערבויות נוירומודולטוריות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
שיטה זו משלבת את הממשק שבין הגילוי המוקדם, תיקוף המטרה ומחקר תרגומי עבור תוכניות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ביולוגיה של הגילוי: מספקת בדיקה ישירה של השערות לגבי מנגנונים תנודתיים והוויסות שלהם.
- סריקה: מספקת מדידות BOLD כמותיות וניתנות לשחזור לצורך השוואת תנאים.
- אנליטיקה: מאפשרת מיפוי סטטיסטי של שינויים בפעילות המוח התלויים בזרם ובתדר.
- מחקר תרגומי: מקשר בין השפעות של גרייה לבין חתימות עצביות רלוונטיות למחלה ונקודות קצה פרה-קליניות.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמה לשימוש חוזר עבור מחקרים מכניסטיים במגוון התוויות של מערכת העצבים המרכזית (CNS).
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות במערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של זרימות עבודה מורכבות של גירוי עצבי-דימות לצורך הדירות ויכולת הרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות של המשך או עצירה (go/no-go) והקצאת הון עבור פורטפוליו של טיפולים נוירו-תרפויטיים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכונים של נכסי CNS על בסיס נתוני ביומרקרים פונקציונליים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בדימות עצבי, אלקטרופיזיולוגיה ופרוטוקולי בטיחות ב-MR.
- דורש חומרת גירוי תואמת MR ותשתית למזעור ארטיפקטים.
- מחייב סטנדרטיזציה קפדת בין צוותים למיקום האלקטרודות ולפרמטרי הגירוי.
- התאמה לפרדיגמות קוגניטיביות, מוטוריות והתנהגותיות עשויה לדרוש אופטימיזציה של הפרוטוקול.
- יש לנהל את מורכבות ההקמה הסנכרונית ואת בקרת הארטיפקטים כדי להבטיח תוצאות מהימנות.
