Wohin der Strom gelangt, und wohin nicht

Was es tut

Die Elektroden werden auf einem 3D-Kopfmodell ausgewählt, als Anoden oder Kathoden festgelegt und mit einem Gesamtstrom versehen; das Werkzeug zeigt daraufhin das resultierende elektrische Feld auf der kortikalen Oberfläche. Die Berechnung erfolgt sofort: keine Warteschlange, kein Warten.

Gedacht ist es für den Moment vor dem Experiment, in dem die Elektrodenplatzierung festgelegt wird und zwei Montagen zu vergleichen sind, ohne für jede eine vollständige Simulation aufzusetzen.

Beide Montagen zielen auf dieselbe Stelle. Die klassische verteilt das Feld über siebenmal mehr Kortex; HD 4×1 bündelt es und verliert Intensität. Genau diese Entscheidung legt das Werkzeug vor, bevor etwas aufgebaut wird.

Wie es gebaut ist

Das Feld jeder Elektrodenkombination ist die gewichtete Summe der einzelnen Lösungen. Diese Summe ist keine Näherung: für das gelöste Modell ist sie exakt.

Die Grundlage ist ein Leadfield: die Lösung des elektrischen Feldes für jede Elektrode einzeln, einmal mit finiten Elementen berechnet und gespeichert. Da das Problem quasistatisch und ohmsch ist, genügt das Neukombinieren.

• Gelöst mit SimNIBS 4.6 auf dem Kopfmodell Ernie aus dessen BeispieldatensatzSimNIBS 4.6
• EEG-Haube 10-10 (Jurak 2007), mit Cz als Referenz76 Elektroden
• Runde Elektroden, 20 mm Durchmesser, 4 mm Gel, auf der Kopfhaut vernetzt20 mm
• Feld interpoliert auf der mittleren Oberfläche der grauen Substanzgraue Substanz
• Auf V/m pro mA normiert, sodass der gewählte Strom linear skaliertV/m · mA
• Oberfläche von 308 791 auf 20 003 Knoten reduziert, damit sie in den Browser passt20 003 Knoten

Was es zeigt

Die Magnitude ist die Feldstärke, unabhängig von ihrer Richtung.

Die Normalkomponente ist die Projektion des Feldes auf die Senkrechte zur kortikalen Oberfläche. Sie ist positiv, wenn das Feld in den Kortex hinein zeigt, und negativ, wenn es heraus zeigt. Sie hängt am engsten mit der neuronalen Polarisation zusammen und wird deshalb üblicherweise berichtet.

Die drei Kennzahlen zu jeder Montage sind bewusst konservativ:

• Spitze: das 99. Perzentil der Magnitude, nicht das absolute Maximum, das von einer Handvoll Knoten bestimmt wird und zwischen Netzen instabil ist99. Perzentil
• Median: das typische Feld über den gesamten KortexMedian
• Fokalität: Anteil der Oberfläche oberhalb der halben Spitze. Je kleiner, desto fokalerFokalität

Abbildungen werden als PNG mit fertiger Bildunterschrift exportiert: Montage, Strom, Modell, Referenzelektrode und Elektrodengeometrie. Die Werteanzeige am Bildschirm lässt sich ausschalten.

Grenzen

• Nur ein Kopfmodell. Die Werte sind Richtwerte, nicht personenspezifisch: ein anderer Schädel, eine andere Knochendicke oder eine andere Anatomie ergeben andere Zahlenein Modell
• Die Elektrodengeometrie ist bei der Berechnung festgelegt. Eine Montage mit 5×5-cm-Schwämmen verteilt denselben Strom auf die achtfache Fläche und wird hier nicht abgebildetfeste Geometrie
• Die Oberfläche ist von etwa 309 000 auf 20 000 Knoten reduziert: feine Details der Sulci werden geglättetreduziertes Netz
• Nur die kortikale Oberfläche. Für tiefe Strukturen gibt es keine Wertenur Kortex
• Speicherung als 16-Bit-Gleitkommazahl, was eine kleine, aber nicht verschwindende Rundung einführt16 Bit

Wie man es zitiert

Ebenso ist SimNIBS zu zitieren, die Software, welche die Physik hinter dem Werkzeug löst: Thielscher, A., Antunes, A. und Saturnino, G. B. (2015). Field modeling for transcranial magnetic stimulation: a useful tool to understand the physiological effects of TMS? IEEE EMBC.

Der Code und die Rechenskripte sind unter github.com/Omega-Collective/omega-efield-lab veröffentlicht. Soll das Leadfield reproduziert werden oder wird ein Modell mit anderer Elektrodengeometrie benötigt, schreibe an [email protected].