نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• مهرداد ساویز ¹
• غزاله سلیمانی ²
• فرزاد توحیدخواه ³
• حامد اختیاری ⁴

¹ صنعتی امیرکبیر

² دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

³ دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

⁴ موسسه تحقیقات مغز لاورت (لیبر)، توسلا، اکلاهما، آمریکا

چکیده

تحریک الکتریکی جریان مستقیم فراجمجمه ای (tDCS) پرکاربردترین روش تحریک غیرتهاجمی مغز است که چالش اساسی آن تفاوت‌های بین فردی است که در پاسخ به این تحریک گزارش می‌شود. یک منبع در ایجاد این تنوعات را می‌توان تفاوت در توزیع میدان الکتریکی درنظر گرفت که به دلیل تفاوت در ساختارهای مغزی ایجاد می‌شود. شواهد نشان می‌دهد که میدان ناشی از tDCS می‌تواند فعالیت‌های مغزی را تحت تأثیر خود قرار دهد و باعث ایجاد تغییر در رفتار گردد؛ اما ارتباط بین توزیع میدان و فعالیت‌های مغزی هنوز بررسی نشده است. از این رو در این مطالعه متقاطع دوسو کور، بر روی 14 فرد وابسته به مت‌آمفتامین، tDCS با شدت 2 میلی‌آمپر به قشر پیش‌پیشانی اعمال و قبل و بعد از تحریک، تصویر تشدید مغناطیسی ساختاری و عملکردی برای تعیین توزیع میدان و مشاهده فعالیت مغزی در پاسخ به نشانه های مواد، ثبت شده است. هر فرد با فاصله حداقل یک هفته تحریک الکتریکی را یک جلسه به صورت واقعی و جلسه دیگر به صورت غیرواقعی دریافت کرده‌است. مدل‌های سر مبتنی برروش های المان محدود برای نمایش توزیع میدان شبیه‌سازی شده و آنالیز گروهی نشان داده است که بیشترین میدان در ناحیه پیش‌پیشانی ایجاد می گردد (07/0±3424/0) و دربین افراد از نظر توزیع مکانی میدان تفاوت وجود دارد. داده‌های کارکردی نیز حاکی از آن است که در تفاوت بین پاسخ به نشانه‌های مواد و تصاویری که مربوط به مواد نیستند، تحریک واقعی در مقایسه با تحریک غیرواقعی فعالیت مغزی را در چین گیجگاهی فوقانی و قشر کمربندی خلفی کاهش می‌دهد (0001/0 >P )؛ اما همبستگی معناداری بین شدت میدان و تغییرات فعالیت مغزی به دست نیامده است. در این مطالعه یک روش‌کار برای ترکیب مدل های سر با اطلاعات مربوط به عملکرد مغز ارائه گردیده، این ترکیب اطلاعات تاکنون بررسی نشده و می‌تواند دریچه ای بروی درک بهتر مکانیسم اثر tDCS باشد.

کلیدواژه‌ها

• تحریک الکتریکی جریان مستقیم فراجمجمه‌ای
• مدل‌های محاسباتی سر
• فعالیت مغزی
• اعتیاد

موضوعات

• مهندسی مغز و اعصاب

عنوان مقاله [English]

Effects of transcranial direct current stimulation based on electric field distribution patterns and changes in brain activity

نویسندگان [English]

• Ghazaleh Soleimani ²
• Farzad Towhidkhah ³
• Hamed Ekhtiari ⁴

² Department of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology

³ Department of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology

⁴ Laureate Institute of Brain Research (LIBR), Tulsa, Oklahoma, United States

چکیده [English]

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is the most-used non-invasive brain stimulation method. However, the main challenge in tDCS studies is its heterogeneity and large inter-individual variability in response. Brain anatomy, that varies from person to person, can change electric field distribution patterns in the brain and should be considered as a source of variation. Previous findings support that tDCS-induced EFs affect brain activity and ultimately change behavioral outcomes. Nonetheless, the exact relationship between EFs and brain activity alterations has not yet been investigated. In this randomized double-blinded sham-controlled crossover study, 14 subjects with methamphetamine use disorders were recruited and tDCS with 2 mA current intensity was applied over the dorsolateral prefrontal cortex. Each subject participated in two sessions for sham or real stimulation with at least a 1-week washout period. In each session, structural and functional MRI during a cue-induced craving task were collected immediately before and after tDCS. Individualized computational head models were simulated based on structural MR images and finite element methods. Group-level analysis of the models showed inter-individual variability across the subjects with maximum electric field intensity in frontal pole (0.3424±0.07). Furthermore, functional data, based on a drug minus neutral contrast, showed that real versus sham stimulation decreased brain activity in superior temporal gyrus and posterior cingulate cortex (p < 0.001). However, we did not find a significant correlation between induced EFs and brain activity alterations. In sum, in this study, we suggested a pipeline for integrating electric fields with functional neuroimaging data to bring new insights into the tDCS mechanism of action and future studies are required to establish, or to refute, this conclusion.

کلیدواژه‌ها [English]

• Addiction
• Brain Activity
• Computational Head Models
• Transcranial Direct Current Stimulation