Imaging the Neural Effects of Transcranial Direct Current Stimulation

经颅直流电刺激的神经效应成像

基本信息

  • 批准号:
    10227550
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 54.63万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Research investigating the use of noninvasive electrical stimulation (e.g., transcranial direct current stimulation (tDCS)), for neurologic and psychiatric disorders has provided compelling evidence that such stimulation can modulate behavior and cognition, and even facilitate recovery of function after focal brain injury, with effects typically outlasting the stimulation period. It is known that these effects are achieved by altering excitability in targeted brain regions, but our understanding of the mechanisms that lead to such changes is limited, and the influence of variables such as current strength, duration, and electrode montage remains unexplained. To increase our understanding of the neurobiological and behavioral effects of tDCS, and optimize procedures for clinical applications, we propose a more extensive series of studies to characterize brain and behavioral responses to tDCS. During magnetic resonance imaging (MRI), tDCS will be delivered by an MRI-compatible, constant-current stimulator. A dynamic imaging technique (arterial spin labeling (ASL)) used to measure perfusion will be coupled with resting state functional MRI (using BOLD contrast imaging) to relate the distribution of brain activity in response to tDCS -- both directly under the electrode and in remote brain regions (using ASL)-- with functional connectivity between those regions (using resting state BOLD fmri). Our aims are to (1) measure the brain's blood flow response (a surrogate for neuronal activity) to increases in current strength and duration of stimulation to establish dose-response curves, then relate that response to observed behavioral changes, (2) compare the behavioral and neural effects of different electrode montages/geometries, and (3) examine direct and remote network effects of tDCS in two model systems (motor and language) using functional connectivity analysis. The innovation of the proposed study centers on (a) the use of a state-of-the-art functional imaging technique that provides a quantitative measure of functional brain response, and (b) simultaneous tDCS and functional imaging that allows both dynamic tracking of tDCS' effects across the brain and detection of its short- and intermediate- term effects on local and network-connected regions. Expected Results of this novel research include the identification of the neural and physiological bases for tDCS' effect, better-defined functional brain effects in response to various stimulation parameters, and improved understanding of how therapies can be specifically targeted for a broad range of brain disorders. Outcomes from this investigation will provide future studies with an established method for imaging and quantifying neural responses to tDCS. Results of our studies can be used to optimize and quantify modulations of brain regions and neural networks implicated in various neurologic and psychiatric disorders using a non-invasive, safe, and cost-effective method that has the potential to positively affect a large number of patients.
研究研究非侵入性电刺激的研究(例如,经颅直流电流 刺激(TDC)),对于神经系统和精神疾病,提供了令人信服的证据,证明了这样的证据 刺激可以调节行为和认知,甚至促进局灶性大脑后功能的恢复 受伤,影响通常超过刺激期。众所周知,这些效果是通过 改变了目标大脑区域的兴奋性,但是我们对导致这种机制的理解 变化是有限的,并且变量(例如电流强度,持续时间和电极蒙太奇)的影响 仍然无法解释。为了增加我们对TDC的神经生物学和行为影响的理解, 并优化用于临床应用程序的程序,我们提出了一系列更广泛的研究 表征大脑和对TDC的行为反应。在磁共振成像(MRI)期间,TDC将 由MRI兼容的恒定刺激器传递。动态成像技术(动脉旋转 用于测量灌注的标签(ASL)将与静息状态功能性MRI结合(使用BOLD 对比成像)是为了响应TDC的脑活动分布 - 均直接在 电极和远程大脑区域(使用ASL) - 这些区域之间具有功能连接 (使用静止状态BOLD fMRI)。我们的目的是(1)测量大脑的血流反应(替代物 对于神经元活性)以增加当前强度和刺激持续时间以建立剂量反应 曲线,然后将这种反应与观察到的行为变化相关联,(2)比较行为和神经 不同电极蒙太奇/几何形状的影响,(3)检查的直接和远程网络效应 使用功能连通性分析的两个模型系统(运动和语言)中的TDC。创新 拟议的研究集中于(a)使用最先进的功能成像技术,该技术提供了 功能性脑反应的定量度量,以及(b)同时进行TDC和功能成像 允许对TDC在整个大脑中的效应的动态跟踪,以及其短期和中间的检测 对本地和网络连接区域的术语影响。这项新研究的预期结果包括 鉴定TDC效应,明确定义的功能性脑作用的神经和生理碱的识别 对各种刺激参数的响应,并提高了对疗法如何具体的理解 针对广泛的脑部疾病。这项调查的结果将为未来的研究提供 一种成像和量化神经反应TDC的既定方法。我们的研究结果可能是 用于优化和量化大脑区域和神经网络的调制。 使用非侵入性,安全和经济有效的方法,具有神经系统和精神疾病 积极影响大量患者的潜力。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Repair after brainstem ischemia involves neurogenesis and the rubrospinal system.
  • DOI:
    10.1002/ana.25265
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Rüber T;Schlaug G
  • 通讯作者:
    Schlaug G
Effects of tDCS dose and electrode montage on regional cerebral blood flow and motor behavior.
  • DOI:
    10.1016/j.neuroimage.2021.118144
  • 发表时间:
    2021-08-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Shinde AB;Lerud KD;Munsch F;Alsop DC;Schlaug G
  • 通讯作者:
    Schlaug G
Interaction between neuronal nitric oxide synthase signaling and temperature influences sarcoplasmic reticulum calcium leak: role of nitroso-redox balance.
  • DOI:
    10.1161/circresaha.116.305172
  • 发表时间:
    2015-01-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    20.1
  • 作者:
    Dulce RA;Mayo V;Rangel EB;Balkan W;Hare JM
  • 通讯作者:
    Hare JM
Even when right is all that's left: There are still more options for recovery from aphasia.
  • DOI:
    10.1002/ana.25217
  • 发表时间:
    2018-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Schlaug G
  • 通讯作者:
    Schlaug G
Identifying the engagement of a brain network during a targeted tDCS-fMRI experiment using a machine learning approach.
  • DOI:
    10.1371/journal.pcbi.1011012
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
  • 通讯作者:
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