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经颅直流电刺激调节脑功能的剂量反应：从局部到网络水平
背景：通过经颅技术调节大脑活动的非侵入性脑刺激方法（如经颅直流电刺激 (tDCS)）越来越普遍，用于研究调节的大脑区域与刺激结果之间的关系。然而，tDCS 的个体间差异使得在群体层面检测干预效果变得具有挑战性。收集多种模式的磁共振成像数据（即结构和功能 MRI）有助于研究剂量反应最终如何影响大脑对 tDCS 的反应功能。方法：我们通过一项随机、三盲、假对照试验收集了数据，该试验有两个平行组。60 名患有 MUD 的参与者被随机分配到假或主动 tDCS（每组 n=30，2 mA，20 分钟，阳极/阴极超过 F4/Fp1）。在 tDCS 之前和之后立即收集结构和功能 MRI（包括高分辨率 T1 和 T2 加权 MRI、静息态 fMRI 和甲基苯丙胺线索反应任务（冰毒与中性线索））。T1 和 T2 加权 MRI 数据用于为每个个体生成头部模型以模拟电场。从四个不同层面研究了电场（剂量）与脑功能变化（反应）之间的关联：（1）体素水平、（2）区域水平（基于图谱的分区）、（3）簇水平（感兴趣对比中的活动簇）和（4）网络水平（基于任务和静息态的网络）。结果：在（1）体素水平、（2）区域水平和（3）簇水平，我们的结果显示功能活动变化与电场之间没有显著相关性。然而，（4）在网络层面，默认网络中的电场和 ReHo 之间存在显著的负相关性（r=-0.46（中等效应大小），校正后的 p=0.018）。对于基于任务的 fMRI 数据的网络级分析，额顶叶连接与额叶刺激部位的电场呈现出显著的正相关性（r=0.41（中等效应大小），校正后的 p=0.03）。结论：所提出的流程提供了一个方法框架，可以从四个不同水平的剂量反应关系方面分析 tDCS 效应，从而将电场（剂量）变化与 tDCS 神经反应的变化直接联系起来。结果表明，基于网络的分析可能是一种更好的方法，可以为 tDCS 的神经调节作用对每个个体大脑区域电流剂量的依赖性提供新的见解。剂量反应整合可以为未来脑刺激研究中的剂量优化/定制或预测/治疗反应生物标志物提取提供参考。
使用特定于特定的头盔用于研究人类视觉运动行为，使用经颅聚焦超声：一项初步研究
背景和客观：作为一种新型的非侵入性人脑刺激方法，经颅聚焦超声（TFU）由于其出色的空间特异性和深度 - 可延迟而受到了越来越多的关注。由于TFU的焦点需要在刺激过程中精确固定到目标大脑区域，因此一个关键问题是识别和维持与受试者头部相对于受试者头的准确位置和方向。本研究的目的是提出整个TFUS刺激的框架，整合了作者先前提出的用于TFUS透射器配置优化的方法和受试者特异性的3D打印头盔，并在人类行为神经调节研究中验证这一完整的设置。方法：为了找到TFU换能器的最佳配置，使用了基于受试者特定的TFUS BEAILINE模拟的数值方法。然后，已经使用了特定的3D打印头盔，以有效地将换能器固定在估计的最佳配置下。为了验证该TFU框架，选择了一个常见的行为神经调节范例；背外侧前额叶皮层（DLPFC）刺激对抗扫视行为的影响。虽然人类参与者（n = 2）作为任务执行，但在固定目标消失后，将TFU刺激随机应用于左DLPFC。结果：神经调节结果强烈表明，使用所提出的TFUS设置的皮质刺激有效地降低了抗扫视的错误率（S1的S1和-16％P约为-10％P），而没有对其延伸的效果进行良好的效果。这些观察到的行为效应与基于常规脑刺激或病变研究的先前结果一致。结论：拟议的主体特异性TFU框架已有效地用于人类神经调节研究中。结果表明，针对DLPFC的TFU刺激可以对AS行为产生神经调节作用。©2022作者。由Elsevier B.V.这是CC BY-NC-ND许可（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）下的开放访问文章
使用深度编码器-解码器卷积神经网络预测经颅磁刺激引起的脑电场
摘要 — 经颅磁刺激 (TMS) 是一种非侵入性、有效且安全的神经调节技术，可用于诊断和治疗神经和精神疾病。然而，大脑组成和结构的复杂性和异质性对准确确定关键大脑区域是否接收到正确水平的感应电场提出了挑战。有限元分析 (FEA) 等数值计算方法可用于估计电场分布。然而，这些方法需要极高的计算资源并且非常耗时。在这项工作中，我们开发了一个深度卷积神经网络 (DCNN) 编码器-解码器模型，用于从基于 T1 加权和 T2 加权磁共振成像 (MRI) 的解剖切片实时预测感应电场。我们招募了 11 名健康受试者，并将 TMS 应用于初级运动皮层以测量静息运动阈值。使用 SimNIBS 管道从受试者的 MRI 开发头部模型。将头部模型的整体尺寸缩放至每个受试者的 20 个新尺寸尺度，形成总共 231 个头部模型。进行缩放是为了增加代表不同头部模型尺寸的输入数据的数量。使用 FEA 软件 Sim4Life 计算感应电场，将其作为 DCNN 训练数据。对于训练好的网络，训练和测试数据的峰值信噪比分别为 32.83dB 和 28.01dB。我们模型的关键贡献在于能够实时预测感应电场，从而准确高效地预测目标脑区所需的 TMS 强度。
与工作记忆训练结合使用时，工作记忆能力较低的老年人受益于经颅直流刺激受益：初步研究
衰老是一个非常多样化的过程：成功的Agers保留了大多数认知功能，而其他人则经历了轻度到严重的认知能力下降。这种下降最终可能会对人们的日常活动产生负面影响。因此，科学家必须开发抵消或至少减慢老年人认知表现的负面变化的方法。结合认知训练和经颅直流刺激（TDC）是一种有前途的方法，可利用大脑网络的可塑性。然而，组合方法的效率取决于个人特征，例如，进入培训计划的个人的认知和情感状态。在本报告中，我们探讨了工作记忆训练的有效性，并结合了右侧背外侧前额叶皮层（DLPFC），以操纵老年人的工作记忆表现。我们假设，工作记忆能力较低的个体将从合并方案中受益最大。三十名老年人参加了为期5天的组合方案。培训前后，我们通过五个工作记忆任务评估了参与者的工作记忆性能。我们发现，个人特征影响了认知训练和TDCS方案的结果，干预有选择地使老年人的工作记忆能力较低。未来的工作应考虑通过考虑认知方面的个体差异来开发个性化治疗。
在护理点上对经颅电刺激的人体优化：计算角度
摘要：大脑对经颅电刺激（TES）的响应能力的个体差异越来越多地证明了TE的影响的巨大差异。已开发出解剖学上详细的计算大脑模型来解决这种可变性。但是，静态大脑模型在解释大脑的动态状态时并不是“现实的”。因此，基于TES神经血管效应的系统分析，在此观点文章中提出了在护理点上的人类在循环中的优化。首先，使用生理详细的神经血管模型进行了模态分析，该模型在0 Hz至0.05 Hz范围内，通过平滑肌细胞在0 Hz至0.05 Hz范围内进行途径，该模式通过平滑肌细胞进行了血管反应，该模式通过弹性的近红外光谱光谱（FNIRS）测量。在TES期间，瞬态感觉可能会对血液动力学产生唤醒作用，因此我们提出了一个健康的病例系列，用于FNIRS的黑盒建模 - 短期TDCS效应的互化效果。块外生性测试拒绝了tdcs不是FNIRS总血红蛋白变化（HBT）和瞳孔扩张变化（p <0.05）的单步格兰格原因的说法（p <0.05）。Moreover, grey-box modeling using fNIRS of the tDCS effects in chronic stroke showed the HbT response to be significantly different (paired-samples t -test, p < 0.05) between the ipsilesional and contralesional hemispheres for primary motor cortex tDCS and cerebellar tDCS, which was subserved by the smooth muscle cells.在这里，我们的看法是，各种生理途径扩散TE的影响可能会导致状态特征变异性，这对于临床翻译而言可能具有挑战性。因此，我们使用我们的减少二维模型和随机，无衍生的协方差矩阵适应演化策略进行了一项案例研究。我们从计算分析中得出结论，在未来的研究中，在降低神经调节中的受试者间和受试者内变异性的未来研究中，对TE在护理点上的影响。
回顾经颅电刺激在大脑中产生的电场：体内记录的回顾
经颅电刺激 (tES) 是一种神经调节方法，需要通过头皮电极非侵入性地施加弱电流 [1,2]。在所有其他类型的刺激中，经颅直流电刺激 (tDCS) 和经颅交流电刺激 (tACS) 是研究最多的技术 [3,4]。由于 tDCS 提供特定强度的直流电，而 tACS 施加特定频率的交流电，因此它们对神经细胞和非神经细胞的影响有所不同 [5,6]。事实上，注入电流的时间特征（刺激波形）以及空间特征（电极的大小、形状和蒙太奇）和个人头部解剖结构决定了诱发生物变化并最终导致行为变化的电剂量 [7]（有关 tES 效应的系统描述，请参阅 [8,9]）。然而，对脑组织中产生的电场 (E 场) 的可接受估计仍然缺乏 [10]。虽然它本身并不能预测刺激效果[11]，但这些信息对于以下方面至关重要：（I）填补理论空白[12]和（II）提供优化的刺激方案[12,13]。
特定区域脑脊液的变化调节经颅直流电刺激的焦点
1 印度班加罗尔国家心理健康和神经科学研究所 (NIMHANS) 神经影像学和介入放射学，2 新加坡南洋理工大学计算机科学与工程学院，3 印度班加罗尔国家心理健康和神经科学研究所神经生理学系，4 新加坡南洋理工大学社会科学学院 (SSS) 心理学，5 印度班加罗尔国家心理健康和神经科学研究所 (NIMHANS) 精神病学系精神分裂症诊所 InSTAR 计划，6 沙特阿拉伯达曼法赫德国王专科医院神经科学中心，7 美国马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯大学医学院，8 新加坡南洋理工大学学习研究与发展中心 (CRADLE)，9 新加坡南洋理工大学李光前医学院 (LKC Medicine)，10教育背景：新加坡南洋理工大学
功能性近红外光谱引导下的非侵入性经颅脑电刺激用于靶向神经调节：综述
摘要 认知神经科学的主要目标之一是了解认知所基于的神经机制。研究人员正在努力寻找认知机制与大脑活动产生的振荡之间的关系。非侵入性脑刺激技术的开发极大地促进了这一主题的研究。非侵入性脑刺激技术可以影响大脑网络的动态及其产生的行为，这使得它们的使用成为许多实验和临床领域关注的焦点。一种重要的非侵入性脑刺激技术是经颅电刺激 (tES)，细分为经颅直流电刺激和交流电刺激。tES 最近因其在治疗慢性病方面取得的有效结果而变得更加知名。此外，在 tES 技术的解释和可行性方面也取得了非凡的进展。本文总结了 tES 的有益影响，并提供了迄今为止已取得的成就、简要历史和未来需要解决的未决问题的最新描述。tES 领域的一个基本问题是刺激持续时间。本综述简要介绍了使用基于功能性近红外光谱的脑成像监测大脑时在该领域所使用的刺激持续时间。
调节大脑网络：经颅直流电刺激对结构可塑性的新兴作用
经颅直流电刺激 (tDCS) 是一种非侵入性脑刺激技术 (NIBS)，已被证明可对一系列神经和精神疾病产生有益作用。不幸的是，尽管已被广泛研究，但对 tDCS 效应机制的理解仍然存在一些空白。因此，科学家仍在尝试揭示其积极作用背后的细胞和分子机制，以便更合适地应用。实验模型提供了一致的证据表明，tDCS 通过调节神经元的兴奋性和突触可塑性来改善学习和记忆。最近，在 tDCS 神经生物学效应中，已报告了生理和病理条件下的神经同步和树突结构变化，表明可能在神经回路水平上产生影响。在这篇评论中，我们重点关注 tDCS 对结构可塑性变化和神经元重组的新兴影响，旨在将这两个方面与迄今为止发现的基础分子机制相匹配，为揭示 tDCS 在治疗脑功能障碍方面的新疗法提供新的视角。
经颅磁刺激、电刺激和深部脑刺激后神经可塑性变化的证据
1 卡尔·冯·奥西茨基大学医学与健康科学学院神经病学系，26129 奥尔登堡，德国；julius.kricheldorff@uni-oldenburg.de (JK)；karsten.witt@uni-oldenburg.de (KW) 2 波恩大学医院精神病学和心理治疗系医学心理学分部，53127 波恩，德国；katie.goke@mail.utoronto.ca (KG)；m.kiebs@ukbonn.de (MK) 3 多伦多大学医学科学研究所，加拿大安大略省多伦多 M5S 3G8 4 卡尔·冯·奥西茨基大学实验心理学实验室，26129 奥尔登堡，德国；florian.kasten@uni-oldenburg.de (FHK); christoph.herrmann@uni-oldenburg.de (CSH) 5 卡尔·冯·奥西茨基大学神经感觉科学研究中心，26129 奥尔登堡，德国 6 卡尔·冯·奥西茨基大学精神病学和心理治疗系，26129 奥尔登堡，德国 * 通讯地址：rene.hurlemann@uni-oldenburg.de；电话：+49-441-9615-1501 † 这些作者对这项工作做出了同等贡献。