Introduction: Areas of the brain that are associated with the vestibular system can be activated ... more Introduction: Areas of the brain that are associated with the vestibular system can be activated using galvanic vestibular stimulation. These areas can be studied through a combination of galvanic vestibular stimulation with functional magnetic resonance imaging (fMRI). In order to provide an appropriate sequence of galvanic stimulation synchronous with the MRI pulse sequence, a specific electronic device that was built and assessed is presented. Methods: The electronic project of the GVS is divided in analog and digital circuits. The analog circuits are mounted in an aluminum case, supplied by sealed batteries, and goes inside the MRI room near to the feet of the subject. The digital circuits are placed in the MRI control room. Those circuits communicate through each other by an optical fiber. Tests to verify the GVS-MRI compatibility were conducted. Silicone (in-house) and Ag/AgCl (commercial) electrodes were evaluated for maximum balance and minimal pain sensations. fMRI experiments were conducted in eight human volunteers. Results: GVS-MRI compatibility experiments demonstrate that the GVS did not interfere with the MRI scanner functionality and vice versa. The circular silicone electrode was considered the most suitable to apply the galvanic vestibular stimulation. The 1 Hz stimulation sinusoid frequency produced the biggest balance and the less pain sensations when compared to 2 Hz. The GVS was capable of eliciting activation in the precentral and postcentral gyri, in the central sulcus, in the supplementary motor area, in the middle and inferior frontal gyri, in the inferior parietal lobule, in the insula, in the superior temporal gyrus, in the middle cingulate cortex, and in the cerebellum. Conclusion: This study shows the development and description of a neurovestibular stimulator that can be safely used inside the MRI scanner room without interfering on its operation and vice versa. The developed GVS could successfully activate the major areas involved with multimodal functions of the vestibular system, demonstrating its validity as a stimulator for neurovestibular research. To the best of our knowledge, this is the first work that shows the development and the construction of a galvanic vestibular stimulator that could be safely used inside the MRI room.
Resumo Ao longo dos últimos 50 anos, o uso da luz, em especial o laser, vem promovendo grandes av... more Resumo Ao longo dos últimos 50 anos, o uso da luz, em especial o laser, vem promovendo grandes avanços em diversas áreas da ciência e da tecnologia. Na última década o uso de estímulos ópticos no campo da biomédica tem despertado grande interesse no meio acadêmico e na indústria. Dois ramos que se destacam pelo seu crescimento são: a estimulação óptica direta e a optogenética. A primeira utiliza diferentes parâmetros da luz para adequar o efeito desejado na interação com o tecido biológico. A segunda faz uso de engenharia genética para tornar os tecidos biológicos sensíveis à luz. A estimulação neural por infravermelho (estimulação óptica direta) não necessita de contato direto com o tecido e apresenta maior seletividade especial se comparada à estimulação elétrica, mas tem a capacidade restrita de ativar (despolarizar) os neurônios. A optogenética, entretanto, pode ser utilizada para manipular o tecido neural tornando-o sensível à luz; sendo, então, possível despolarizar ou hiperpolarizar os neurônios codificados, assim como monitorar as ativações por meio de codificação de proteínas fluorescentes sensíveis à tensão elétrica. Tanto a técnica de estimulação óptica por infravermelho ou a técnica de optogenética, vêm sendo aplicadas apenas à modelos animais. Os resultados mostram, entretanto, que há grande viabilidade de aplicação da estimulação óptica em seres humanos. Futuramente, tais técnicas poderão substituir o atual padrão ouro para a ativação neural, a estimulação elétrica, em aplicações envolvendo doenças neurológicas específicas.
Most of fMRI experiments require the use of electronic apparatus to produce somatosensory stimula... more Most of fMRI experiments require the use of electronic apparatus to produce somatosensory stimulation in the human body. However, the MRI environment is very hostile for the electronics circuitry. The strong static magnetic field, the magnetic gradients switching and the RF pulsed field are some of the interferences that may affect the electronics functionality, possibly even creating hazards to the subject connected to it. Specific technical features ensure proper functioning of electronic devices and the safety of the volunteer.
Introduction: Areas of the brain that are associated with the vestibular system can be activated ... more Introduction: Areas of the brain that are associated with the vestibular system can be activated using galvanic vestibular stimulation. These areas can be studied through a combination of galvanic vestibular stimulation with functional magnetic resonance imaging (fMRI). In order to provide an appropriate sequence of galvanic stimulation synchronous with the MRI pulse sequence, a specific electronic device that was built and assessed is presented. Methods: The electronic project of the GVS is divided in analog and digital circuits. The analog circuits are mounted in an aluminum case, supplied by sealed batteries, and goes inside the MRI room near to the feet of the subject. The digital circuits are placed in the MRI control room. Those circuits communicate through each other by an optical fiber. Tests to verify the GVS-MRI compatibility were conducted. Silicone (in-house) and Ag/AgCl (commercial) electrodes were evaluated for maximum balance and minimal pain sensations. fMRI experiments were conducted in eight human volunteers. Results: GVS-MRI compatibility experiments demonstrate that the GVS did not interfere with the MRI scanner functionality and vice versa. The circular silicone electrode was considered the most suitable to apply the galvanic vestibular stimulation. The 1 Hz stimulation sinusoid frequency produced the biggest balance and the less pain sensations when compared to 2 Hz. The GVS was capable of eliciting activation in the precentral and postcentral gyri, in the central sulcus, in the supplementary motor area, in the middle and inferior frontal gyri, in the inferior parietal lobule, in the insula, in the superior temporal gyrus, in the middle cingulate cortex, and in the cerebellum. Conclusion: This study shows the development and description of a neurovestibular stimulator that can be safely used inside the MRI scanner room without interfering on its operation and vice versa. The developed GVS could successfully activate the major areas involved with multimodal functions of the vestibular system, demonstrating its validity as a stimulator for neurovestibular research. To the best of our knowledge, this is the first work that shows the development and the construction of a galvanic vestibular stimulator that could be safely used inside the MRI room.
Resumo Ao longo dos últimos 50 anos, o uso da luz, em especial o laser, vem promovendo grandes av... more Resumo Ao longo dos últimos 50 anos, o uso da luz, em especial o laser, vem promovendo grandes avanços em diversas áreas da ciência e da tecnologia. Na última década o uso de estímulos ópticos no campo da biomédica tem despertado grande interesse no meio acadêmico e na indústria. Dois ramos que se destacam pelo seu crescimento são: a estimulação óptica direta e a optogenética. A primeira utiliza diferentes parâmetros da luz para adequar o efeito desejado na interação com o tecido biológico. A segunda faz uso de engenharia genética para tornar os tecidos biológicos sensíveis à luz. A estimulação neural por infravermelho (estimulação óptica direta) não necessita de contato direto com o tecido e apresenta maior seletividade especial se comparada à estimulação elétrica, mas tem a capacidade restrita de ativar (despolarizar) os neurônios. A optogenética, entretanto, pode ser utilizada para manipular o tecido neural tornando-o sensível à luz; sendo, então, possível despolarizar ou hiperpolarizar os neurônios codificados, assim como monitorar as ativações por meio de codificação de proteínas fluorescentes sensíveis à tensão elétrica. Tanto a técnica de estimulação óptica por infravermelho ou a técnica de optogenética, vêm sendo aplicadas apenas à modelos animais. Os resultados mostram, entretanto, que há grande viabilidade de aplicação da estimulação óptica em seres humanos. Futuramente, tais técnicas poderão substituir o atual padrão ouro para a ativação neural, a estimulação elétrica, em aplicações envolvendo doenças neurológicas específicas.
Most of fMRI experiments require the use of electronic apparatus to produce somatosensory stimula... more Most of fMRI experiments require the use of electronic apparatus to produce somatosensory stimulation in the human body. However, the MRI environment is very hostile for the electronics circuitry. The strong static magnetic field, the magnetic gradients switching and the RF pulsed field are some of the interferences that may affect the electronics functionality, possibly even creating hazards to the subject connected to it. Specific technical features ensure proper functioning of electronic devices and the safety of the volunteer.
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