白质电导率各向异性的方向依赖性效应对经颅干扰刺激中调制深度和空间范围的影响：一项模拟研究

《Brain Topography》：Direction-Dependent Effects of White-Matter Conductivity Anisotropy on Modulation Depth and Spatial Extent in Transcranial Interference Stimulation: A Simulation Study

　　

摘要

经颅干扰刺激 (TIS) 是一种旨在调节深层脑结构的非侵入性神经调节技术。尽管大多数 TIS 模拟研究假设组织电导率是各向同性的，但白质 (WM) 的电导率是依赖于方向的。本研究调查了基于扩散张量成像衍生的、体积归一化的白质电导率各向异性如何影响个体化 TIS 模型中最大低频包络幅值（此处称为最大调制深度 MDmax）的大小和空间分布。利用结构和扩散 MRI 数据构建了六个个体化头部模型。在两种手动选择的原理验证性 TIS 电极布置方案下，比较了各向同性和各向异性电导率模型，这些电极布置方案旨在相对于胼胝体的主要纤维取向产生对比性的调制深度方向。对于每个体素，计算了 MDmax 和相应的单位调制深度方向向量。在胼胝体中，通过将该向量与主扩散特征向量 v? 进行比较来评估方向性。为了评估这些效应是否延伸至胼胝体之外，使用在各向同性模型中选择的电极布置方案并在电导率模型之间保持固定，在左侧 M1 区和左侧海马体进行了额外的特定目标分析。各向异性电导率改变了模拟 TIS 包络的大小和空间分布。在两种电极布置方案下，各向异性模型的全脑 MDmax 均高于各向同性模型，而基于阈值定义的高 MD 体积则显示出依赖于电极布置方案的差异。在胼胝体体部，当调制深度方向向量与 v? 更共线时，区域峰值调制深度较高，但当两个方向大致正交时则较低。在特定目标的电极布置方案下，左侧初级运动皮层的区域峰值调制深度略有增加，但左侧海马体的则降低。这些发现表明，与各向异性相关的变化取决于方向和区域，并在不同的特定目标电极布置方案配置中有所不同。因此，在解释个体化 TIS 场模型时应考虑局部纤维取向。