نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

10.22041/ijbme.2022.562481.1804

چکیده

تحریک الکتریکی عمقی مغز روشی است که به کمک آن می‌توان به تحریک نواحی عمقی مغز دست یافت و به دو صورت تهاجمی و غیرتهاجمی استفاده می‌شود. در تحریک عمقی مغز با رویکرد تهاجمی، برای دستیابی به عمق مورد نظر تحریک، الکترودها توسط عمل جراحی در داخل مغز کاشته می‌شوند. از شایع‌ترین عوارض این روش می‌توان به خونریزی داخل جمجمه اشاره کرد. یکی از تکنیک‌های جایگزین، استفاده از تحریک عمقی مغز با رویکرد غیرتهاجمی به روش تداخل زمانی است. در تحریک تداخل زمانی، تداخل سازنده دو میدان الکتریکی ایجاد شده توسط دو جریان سینوسی فرکانس بالا، باعث تقویت شدن تحریک در عمق مشخصی می‌شود. هدف این پژوهش، بررسی و تحلیل کیفی و کمی‌ اثر تحریک تداخل زمانی بر روی قشر حرکتی اولیه مغز رت می‌باشد. برای نیل به این هدف، از یک دستگاه تحریک کننده 4 کاناله استفاده می‌شود. نحوه انجام آزمایش به این صورت است که پس از بیهوشی رت با ماده اورتان، تحریک به صورت فراجمجمه‌ای توسط پیچ اتصال الکترود که بر روی جمجمه قرار گرفته است، اعمال و نتایج آن به صورت کیفی و کمی در حوزه زمان، فرکانس و مکان ارزیابی می‌شود. برای کمی سازی نتایج از یک سنسور شتاب‌سنج سه محوره برای ثبت حرکات دست راست استفاده می‌شود. نتایج نشان داد که به ازای تغییر در پارامترهای تحریک (شدت جریان تحریک، اختلاف فرکانس و نسبت جریان‌های دو الکترود) ناحیه تحریک در داخل دو نیمکره مغز و به دنبال آن دامنه حرکت ایجاد شده در دست راست تغییر می‌کند. همچنین ارتباط میان اختلاف فرکانس تحریک زوج الکترود با دامنه حرکت ایجادشده در دست راست با استفاده از یک رگرسور چندجمله‌ای مرتبه 3 مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Non-invasive deep electrical stimulation of the primary motor cortex of the rat by temporal interference method

نویسندگان [English]

  • Zohre Mojiri 1
  • Amir Akhavan 2
  • Ehsan Rouhani 3

1 Biomedical Engineering Department, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

2 Assistant Professor, Biomedical Engineering Department, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

3 Assistant Professor, Biomedical Engineering Department, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Deep brain stimulation (DBS) is a technique to stimulate the deep areas of the brain which can be used in both invasive and non-invasive methods. In invasive DBS, the electrodes are surgically implanted inside the brain to achieve the desired depth of the stimulation. The invasive DBS approach suffers from intracranial bleeding. One solution is using non-invasive DBS by temporal interference (TI) method. In TI stimulation, the constructive interference of two electric fields generated by two high-frequency sinusoidal currents increases the stimulation intensity at a certain depth. The objective of this paper is to investigate quantitatively as well as qualitative analysis of TI stimulation effect on the activation of primary motor cortex area of the rat. To this end, a 4-channel stimulator is used. The experiment is conducted on one anesthetized rat. The transcranial stimulation is applied by the electrode fixed on the skull with screw and the results are evaluated qualitatively and the quantitatively in the domains of time, frequency, and space. To quantify the results, a three-axis accelerometer sensor is used to record the movement acceleration of the right hand. The results showed that, the variation of the stimulation parameters (stimulation current intensity, frequency difference and ratio of currents of the two electrodes) changed the stimulation area inside the two hemispheres of the brain and movement range of the right hand. Moreover, the relationship between the difference frequency of the stimulation of the two pairs of electrodes and the range of motion was analyzed using a three-order polynomial regression model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Deep brain stimulation
  • Temporal interference
  • Non-invasive
  • Rat primary motor cortex