Medicine

経頭蓋直流刺激を含む信頼性、容易、および許容経頭蓋電気刺激のための更新された技術

Published: January 3, 2020 doi: 10.3791/59204

Helen Borges¹, Alexandra Dufau^1,2, Bhaskar Paneri¹, Adam J. Woods³, Helena Knotkova^4,5, Marom Bikson¹

¹Department of Biomedical Engineering, The City College of New York, CUNY, ²Department of Clinical and Health Psychology, Center for Cognitive Aging and Memory, ³McKnight Brain Institute, University of Florida, ⁴MJHS Institute for Innovation in Palliative Care, ⁵Department of Family and Social Medicine, Albert Einstein College of Medicine

Summary

経頭蓋直流刺激(tDCS)を投与する場合、再現性のある電極の準備と配置は、許容され、効果的なセッションのために不可欠です。この記事の目的は、tDCS および経頭蓋交流刺激 (tACS) などの関連する経頭蓋電気刺激技術の投与に関する最新のセットアップ手順を最新の方法で示すことです。

Abstract

経頭蓋直流刺激(tDCS)は、低強度直接電流を用いた神経変調の非侵襲的方法である。脳刺激のこの方法は、非侵襲的で、費用対効果が高く、広く展開可能であり、適切な装置およびプロトコルが投与されていれば十分に許容されるので、他の技術と比較していくつかの潜在的な利点を提示する。tDCSは明らかに簡単に実行できますが、tDCSセッション、特に電極の位置決めと準備を正しく管理することは、再現性と耐久性を確保するために不可欠です。電極の位置決めおよび準備のステップはまた、伝統的に最も時間がかかり、エラーが発生しやすいです。これらの課題に対処するために、最新のtDCS技術は、固定位置ヘッドギアと組み立て済みのスポンジ電極を使用して、複雑さとセットアップ時間を短縮すると同時に、電極が意図したとおりに一貫して配置されることを保証します。これらの最新のtDCS法は、研究、診療所、およびリモート監視(自宅で)の設定のための利点を提供します。この記事では、固定位置ヘッドギアと組み立て済みのスポンジ電極を使用してtDCSセッションを管理するための包括的なステップバイステップガイドを提供します。このガイドでは、運動皮質および後方前頭前野(DLPFC)刺激を目的とした一般的に適用されるモンタージュを使用してtDCSを示します。説明したように、ヘッドサイズとモンタージュ特有のヘッドギアの選択は電極位置決めを自動化する。完全に組み立てられた事前飽和スナップ電極は、ヘッドギア上の設定位置スナップコネクタに貼付されるだけです。最新の tDCS メソッドは、セットアップ時間を短縮し、初心者とエキスパートオペレーターの両方のエラーを減らすことが示されています。この記事で概説する方法は、tDCSのさまざまな用途、ならびに経頭蓋交流電流刺激(tACS)や経頭蓋ランダムノイズ刺激(tRNS)などの他の形態の経頭蓋電気刺激(tES)に適合させることができる).ただし、tES はアプリケーション固有であるため、必要に応じて、サブジェクト、表示、環境、および結果固有の機能に対応するように任意のメソッドレシピがカスタマイズされます。

Introduction

経頭蓋直流刺激(tDCS)は、皮質興奮性^1、2を調節することができる非侵襲的な脳刺激技術である。tDCSの間、一定の低強度電流は、典型的には1〜2ミリアンペア(mA)、アノード電極から皮質^3、4を横切る弱い電界を発生する陰極電極に流れる。従来の tDCS プロトコルは、許容され、安全^{な 5}と見なされます。tDCSの1つのセッションの効果は、脳機能^7、8のより長い持続的な変化を生み出す繰り返しセッションでセッション完了⁶の後、数分続くことがあります。耐容性プロファイルおよび急性または長期的な変化のいずれかを生み出す可能性は、tDCSを様々な介入および治療の候補にする^9、10、11である。強度^13、極性⁷および焦点度³の役割を含むtDCS¹²の最適な用量に関する疑問が残る一方で、神経変調再現性のための電極配置を制御することの重要性が受け入れられる。また、電極調製はまた、耐容性およびブラインド信頼性¹⁴などの関連する懸念を支える。tDCSは、その費用対効果、携帯性、使いやすさ、および耐久性のために、他の脳刺激方法よりも実用的な利点を有するが、それにもかかわらず、技術の明らかな簡潔さと適応性は、貧しい電極の準備および配置技術¹⁴を言い訳しない。

確かに、tDCSの明らかな単純さは、場合によっては、適切な機器、供給、およびオペレータトレーニング¹⁴への不十分な注意を奨励しました。まず、再現性のために信頼性の高い電極配置が必要です。頭皮上のtDCS電極の位置決めは、通常、脳波(EEG)電極の配置と適用に使用される方法である10-20システムに従います。従来のtDCS法では、これは、各セッション^15、16、17でいくつかの測定を有する電極位置を確立するためのテープ測定を伴う。マーカーは、頭皮の位置にラベルを付けるために使用されます。このプロセスは、特に高スループット条件下で、電極配置の変動(例えば、さまざまなオペレータが測定テープをどのくらい確実に配置できるか)をもたらす可能性がありますが、厳格なオペレータトレーニングと認定は変動性を軽減できます。従来のtDCS法では、電極は、アドホック¹⁸で適用された測定された座標およびゴムストラップに手動で押し付けられる(例えば、バンドの締め付けは、スポンジからの流体の排出に影響を与えるオペレータ間で一貫していない可能性があり、耐容性を有し、さらには電極位置19、20)。電極位置と同様に、この変動性は明示的なプロトコルとトレーニングで軽減できますが、多くの場合、このような詳細は公開されたレポートでは説明されていません。パッド電極がスポンジ²¹を使用せずにクリーム/ゲルによって頭皮から分離される特殊な状況では、熱傷¹⁴に至る直接電極皮膚接触を防止するために注意が必要である。tDCS の代替的な一般的な方法では、電極位置を歪めないように被体固有のヘッド変形に依存する弾性キャップ^22,^{23 を}使用し、キャップの下に生理線の広がりとブリッジングを危険にさらします (オペレータには見えません)。従来のゴムバンドまたは弾性キャップベースの技術と比較して、ここで紹介する最新のtDCS技術は、重要な電極の準備と位置決めステップをより堅牢で信頼性の高い方法にします。

tDCS のもう 1 つの重要な手順は、電極の組み立てです。従来のtDCS電極はマルチパートです。これらの別個の部品は、オペレータによって慎重に組み立てられなければならない、金属または導電性ゴム電極で構成され、オペレータは穿極されたスポンジポケットに囲まれ、生理食合い溶液¹⁵で飽和する。複雑ではないが、電極組み立てのプロセスは、各セッションでの訓練および警戒を必要とし、スポンジから突出した金属/ゴムなどの小さな誤差として、被験者または生理水量に接触すると、皮膚損傷¹⁴につながる可能性がある。現代のtDCS技術はヘッドギアに信頼できるスナップコネクタを含む事前に組み立てられた事前飽和電極/スポンジの使用によってこれらの懸念を克服する。組み立て済みおよび事前飽和電極は、単一使用であり、再利用されたスポンジ^14、20による再現性および汚染のリスクの問題を軽減する。

この記事の目的は、経頭蓋交流電流刺激(tACS)、経頭蓋身代金ノイズ刺激(tRNS)24、経頭蓋パルス電流刺激(tPCS)およびその変異体²⁵などのtDCSおよび関連する経頭蓋電気刺激技術の投与のための最新のセットアップ手順を示すことです。このガイドでは、運動皮質²⁶および後方前頭前野(DLPFC)刺激²⁷を対象とした一般的に適用されるモンタージュを使用してtDCSを示す。ここで説明する最新のtDCS技術は、電極の配置、面倒なカーボンゴム電極挿入、濡れ電極スポンジの退屈な手順、およびヘッドギアとしてのゴムバンドまたは弾性キャップの使用を決定するためのテープ測定を回避します。このプロセスは、特殊な固定位置ヘッドギアと事前飽和スナップコネクタ電極を使用して最適化されています。固定位置のヘッドギアは、標準的な10-10脳波¹⁹にtDCS電極を自動的に配置するために行われるストラップで構成されています。これらのストラップによって提供される事前に決定された電極位置は、広範な測定と計算の必要性を排除し、再現性、時間効率、被験者操作を増加させます。最初の訪問で必要なのは1回限りのフィッティング測定のみです(使用する正しいストラップサイズを決定するために使用されます)。シングルユースの組み立て済みスポンジ電極は、最適化された生理線のボリュームにあらかじめ浸漬され、ゴム電極を挿入して固定することで、ゴム/金属と皮膚との直接接触のリスクを最小限に抑え、過/アンダー浸漬を行います。固定位置ヘッドギアと組み立て済みのスポンジ電極(図1)を使用すると、測定誤差による電極の配置ミスの可能性を大幅に低減するだけでなく、tDCSの管理が容易で時間効率が高くなります。モンタージュごとに、特定のヘッドギアがあります。この記事では、例として 2 つのモンタージュを使用します。最初のモンタージュは、アノードが一次運動皮質(M1)に対応する領域上に配置され、カソードが対国間の上軌道上に配置されるM1-SOである(図2A)。2 番目のモンタージュは、アノードが右側に配置され、カソードが左の DLPFC の上に配置されるバイフロントモンタージュです (F3/F4、図 2C)。ここで概説する方法は、前述のモンタージュに限定されず、他の構成に適応することができ、測定誤差による電極の配置ミスの可能性を大幅に低減すると同時に、tDCSおよび関連するtES技術の適用をより効率的にする。ここで説明する現代のヘッドギアは、電極モンタージュ特有(例えば、M1-SO、F3/F4)であり、異なるヘッドギアは、別々の電極モンタージュに使用されます。現代の技術はステップ数を減らし、tES技術の管理を効率的にしますが、新しいアプローチはまだ刺激を操作するためのトレーニングを必要とします。

Protocol

ニューヨーク市立大学、CUNY機関審査委員会(IRB)は、このプロトコルを承認しました。

1. 材料

tDCS セッションの前に、必要なすべての材料が使用可能であることを確認してください。一部の資料は研究/治療の特定のプロトコルに依存しますが、次に示すように、最新の tDCS アプリケーション全体で一般的な基本的な項目があります (表 1-図 3)。
1. tDCS デバイスを準備する: ミリアンプの範囲で最大出力を持つ定電流刺激器として機能するバッテリ駆動 tDCS デバイス。tDCS設定を有するtES装置を使用してもよい(例えば、Soterix Medical 1x1 tESデバイス)。
2. 単独使用のスナップスポンジ電極(例えば、Soterixメディカル5x5 cmスナップ電極)を準備します。
3. 生理線溶液及びアプリケーターを準備し、セッション中に電極が脱水状態になった場合に使用する。組み立て済みの電極は既に生理膜溶液の体積で浸漬されているので、十分であると事前に決定され、少量の生理積線(もしいずれか)が添加され得る。スポンジを浸し過ぎないように注意し、必要な場合にのみ生理線を徐々に慎重に加えて漏れや滴下を避けてください。
固定位置のヘッドギアを準備します。ここでは、スナップヘッドギアの2つのモデル(M1-SOとバイフロント)を使用しています。
ケーブルの接続を準備します。スナップヘッドギアには、必要なケーブルがすでに含まれており、一方の端は刺激に接続するように構成され(男性バナナ)、もう一方の端はスナップパッド(メススナップ)を受け入れるように構成されています。これは、選択した固定位置ヘッドギアによって異なる場合があります。
必要に応じて、関連するフォーム(同意書、アンケート前およびアンケート後、審査フォーム、データ収集フォームなど)およびその他の介入固有の資料を準備します。

2. 関連するフォーム

被験者が到着したら、まず被験者に挨拶し、椅子の直立した位置に快適に座らせる。
研究試験の場合は、研究の前に、被験者に研究への参加に同意してもらいます。同意フォームには、研究プロトコル、リスク、および研究の利点に関する詳細が含まれています。このフォームは、被験者が治療を受け入れるか拒否する自発的な選択を行えるように、適切な情報を被験者に開示することを目的としています。これは、法的および倫理的権利に由来します。被験者は、自分の身体に何が起こるか、そして参加者を身体的および精神的な幸福に関与させるために研究者の倫理的責任を認識する必要があります。
研究試験の場合は、研究手順を実行する前に参加者から書面による同意を収集します。同意書を件名に表示します。実験は、被験者が同意フォームに署名することを選択した場合にのみ続行できます。
スタディのプロトコルに記載されている包含条件と除外基準に従って、件名をスクリーニングします。
禁忌が存在せず、被験者がまだ参加することに同意する場合は、その他の必要なフォーム(人口統計フォーム、関連する事前アンケートなど)に記入するよう被験者に依頼してください。
被験者が従うべき手順を十分に理解し、同意し、必要なフォームに記入した場合は、次のステップに進みます。

3. 測定

最初に被験者の頭囲を測定して、使用するヘッドギアの適切なサイズを決定してセットアップを開始します。被験者の頭囲を測定するには、頭の後ろの最も広い部分の周りの額の最も顕著な部分から始め、髪の毛の上と耳の上を行きます。固定位置ヘッドバンドは、tDCS¹⁵の電極配置の従来の方法よりも大幅に少ない測定を必要とし、さらにヘッドギアが選択されたときの最初の訪問時にのみ測定を必要とします。
メモ:異なるヘッドギアは、提供されるサイズの範囲だけでなく、各サイズに対応する円周の測定値によって異なる場合があります。このデモで使用するヘッドギアのサイズは、小型 (52 ~ 55.5 cm)、中型 (55.5 ~ 58.5 cm)、大きい (58.5 ~ 62 cm)、および特大 (62 ~ 65 cm) です。
被験者を椅子に快適に座らせたり、頭囲を測定してヘッドギアの適切なサイズを決定します。
目的の電極モンタージュと被験者の頭囲に基づいて適切なヘッドギアサイズ(例えば、小、中、大)を選択するには、特定のヘッドギアマニュアルを参照してください。ほとんどの電極モンタージュでは、被験者のヘッドサイズに応じて異なるサイズのヘッドギアが存在する場合があります。

4. 皮膚の準備

電極が置かれると予想される皮膚を検査します。このプロトコルでは、M1-SO またはバイフロントモンタージュのいずれかに続く電極を配置します。病変が観察された場合は、tDCSを投与しないでください。
ローション、汚れなどの兆候がないことを確認します。
再び使用可能な電極が使用される従来のアプローチでは、すべてのセッションで摩耗のためのゴム製インサートとスポンジを検査します。ここで、単独使用電極を用いた近代的なアプローチでは、このステップは厳密には必要ありません。それにもかかわらず、新しい電極の完全性と飽和を検査します。

5. 電極の配置

パケットから 2 つの事前飽和 5 cm x 5 cm スナップ電極を取り外します。
ヘッドギアの固定位置に応じて、単独使用のスナップ電極をスナップヘッドギアにスナップします。これらの場所はモンタージュ固有で、選択したヘッドギアに基づいています。使用されるモンタージュは学習に特有です。
必要に応じて、被験者の髪を指で離して、生理線が髪を通して頭皮に染み込み、電極と頭皮の接触品質を高めることで、頭皮を穏やかに露出させます。
スポンジがストラップに固定されていることを確認し、ヘッドギアを被験者の頭の上に置きます。
1. M1SOスナップヘッドギアモンタージュで、M1の「陽極」刺激を備え、運動皮質の近くに陽極を配置し、陰極を眼窩上に配置します。電極を指定された頭皮の位置に正確に配置するには、まず、ストラップの下部に位置する、ネーションの上に、ストラップのナシオンを表すリングを配置します。ナシオは、額と鼻の間に位置する脳の前の点です。ストラップの上部がストラップの下部に垂直になるように調整します。ストラップの上部は、耳の上にほぼ上に座ることを意図しており、頭部の両側に対称的に配置される。次いで、ストラップの後弾性部分をイニオンの上に置きます。アノード/カソード極性は、用途に応じて逆転する場合があります。
2. 左DLPFCの「アノダル」刺激を伴うバイフロンタル(F3/F4)スナップヘッドギアモンタージュでは、左後頭前前野の近くに陽極を配置し、カソードを右後方横前頭前野の近くに配置します。アノード/カソード極性は、用途に応じて逆転する場合があります。
長い髪を持つ一部の被験者では、ヘッドギアが置かれている間、髪を後ろに結ぶか、髪をしっかりと固定するように被験者に依頼します。これは、より一貫した電極のセットアップを可能にし、被験者の髪の偶発的な引っ張りによって引き起こされる不快感のリスクを減らします。
注:長い髪はまた、頭皮に飽和する電極からの流体のための障壁を提示することができ、電極の下に穏やかに別れることができます。
ヘッドギアがぴったりしているが、不快にきついわけではないことを確認します。スポンジ電極が頭皮に確実に保持されていることを確認しながら、被写体に不快感を与えないヘッドギアの正しいサイズを選択します。
黒いケーブル(カソード)と赤いケーブル(アノード)をtESデバイスに接続します。刺激装置の取り外しマニュアルを参照して、位置付け電極を刺激器に接続する前または後に刺激装置の電源が入っているかどうかを確認してください。
1. 刺激器がアクティブな間は、電流の流れが開始されたときに電極が接続されていることを確認します。
スナップヘッドギアの場合は、黒カソードケーブルをtDCSデバイスの対応する入力ブラックドライバに接続し、tDCSデバイス上のそれぞれの位置に対して赤いアノードケーブルに対してこれを繰り返します。tDCS の効果は極性に特有であるため、接続極性が正しいことを確認します。
メモ:tDCSデバイスを使用する場合、アノード電極は正の電流が体内に入る正の端子であり、陰極電極は正の電流が体外に出る負の端子です。tACS デバイスを使用する場合、両方の端子が代わりにアノードとカソードを作用するので、アノードとカソードは正または負と見なされません。従来、赤色はアノード電極を示し、黒または青はカソード電極を示す(使用するデバイスについても同じことが当てはまることを確認する)。

6. tDCS を起動する

tDCS セッションを開始する前に、サブジェクトが快適でスリープ解除されていることを確認してください。
デバイスの電源が入っていて、ケーブルが正しく接続されていること、およびヘッドギアと電極が正しく配置されていることを確認します。インピーダンスメーターは、良好な接触を確保するための二次的な方法ですが、すべてのプロトコルステップが遵守されていることを確認する必要性を置き換えるものではありません。
インピーダンスメーターで接触品質を確認します。このデモで使用したデバイスは、インピーダンス情報をリアルタイムで表示します。これはデバイス固有の場合があるため、使用するデバイスのインピーダンスメーターに慣れ親しみます。
1. 被験者の全体的な接触品質が異常に低い場合、これは不適切な電極のセットアップを示し、高いインピーダンスをもたらす可能性があります。ヘッドギアを調整した後も接触品質が低く続く場合や、生理線を慎重に補う場合は、「プレスティムくすぐり」(使用中のデバイスで利用可能な場合)を押して、より良い接触品質を実現します。
デバイスに十分なバッテリがあるかどうかを確認します。tDCS試験用に設計されたデバイスは、容易に見える低バッテリ警告を持っています - オン/オフスイッチの真上でここで使用されるデバイスには、バッテリ低下の警告インジケータがあります。
tDCSセッション期間、強度、または(使用中のデバイスに適用可能な場合)シャム条件設定をプログラムする(シャム対実際のtDCS状態に関するオペレータブラインドを伴う研究の場合、設定は独立した人員によってプログラムされるか、デバイス²⁸に事前にコード化されます)。電極と皮膚の接触が行われる前に、一部の刺激装置のスイッチを入れることをお勧めします。
1. tDCS セッションが tES デバイスを使用して管理されている場合は、tDCS 波形設定を選択します。
2. tACS や tPCS など、tDCS 以外の tES 波形を適用する場合は、デバイスが波形や周波数を含めて適切にプログラムされていることを確認してください。
[スタート]ボタンを押してtDCSを起動します。悪影響を減らすために、デバイスは、刺激の開始時に自動電流ランプアップ、最後に自動ランプダウンを含みます。刺激の開始時に、被験者はしばしば電極の下のかゆみやヒリヒリ感を知覚し、ほとんどの場合フェードアウトする。
一部の被験者はtDCSの最初の数分の間に不快感を経験する可能性があるため、被験者が調整するにつれて一時的にリラックスノブを使用して電流を適度に減少させます。次に、現在のバックアップを目的のレベルまで徐々に上げます。この機能は、使用しているデバイスとプロトコルによって異なります。
1. 刺激セッション中に被験者がデバイス、ヘッドギア、電極に触れないことを確認します。これらに必要な調整は、オペレーターのみが処理することを確認してください。
2. 一部の被験者にとって、電流が急激に増加または減少した場合、現在の強度の急激な変化はめまいやめまい、網膜ホスフィンを引き起こす可能性がある。これらの有害な感覚を避けるために、刺激のためのランプアップとランプダウン時間を許可することを確認してください。前述のように、tDCS デバイスは自動ランプアップ/ダウン期間を提供します。デバイスの詳細を確認します。
被験者が快適であり、不必要な動きを避けるようにしてください。
電極が脱水状態になった場合は、接触品質の低下によって示されるように、注射器を使用して、電極に測定量の生理線を徐々に添加する。刺激が始まるように刺激が予定されている場合、刺激がしばらく頭上にあり、脱水状態になる可能性があるような、刺激の前にtDCS電極が頭部によく配置される実験計画があるかもしれません。
注:スナップ電極などのtDCS用に設計された電極は、tDCSセッション中に飽和を維持するためにメーカーによって開発されました(例えば、数十分)。ただし、特定の環境(空調の非常に乾燥した雰囲気など)は、電極脱水を加速する可能性があります。スナップ電極は事前に飽和しているので、追加の生理食合いの必要性は最小限に抑えられます。
1. 重力による生理線の滴下を避けるため、スポンジの上端に等級付き塗布してください。
2. 脱水症状を最小限に抑えるには、tDCSのセットアップからtDCSの開始までの間の長い時間を避けるため、または避けられない場合(ヘッドギアアプリケーションの後、tDCSアプリケーションの前に行う必要がある長いタスク)、スポンジの飽和度とインピーダンスを確認するためのチェックを追加します。
刺激中は電極に触れないようにしてください。生理線を添加しても接触品質が向上しない場合は、被験者から皮膚感覚を確認する。すべての試験および装置は、インピーダンスおよび/または被験者の感覚に基づいて刺激が中止されたときを含め、tDCSの前または間に任意のヘッドギアまたは電極調整ステップのための明示的に特定の基準を持つことになります。
刺激セッションの終わりに、装置は0 mAに処置の強度から下がる。被験者がヘッドギア自体を取り除くことを許可しないでください。デバイスが刺激がゼロの電流で完了していることを示す前に、ヘッドギアを取り外さないでください。現在のランプが下がるにつれて、一部の被験者はヒリヒリなどの感覚の増加を報告する可能性があります。これらのマイナーな感覚は、現在の強度がゼロに戻った後に停止します。
デバイスのランプダウンが終了し、電流がゼロになったら、デバイスの電源を切ります。

7. 手続き後

被験者の頭皮から電極を装填したヘッドギアを取り外します。
スナップ電極をストラップから取り外します。スナップ電極を処分します(単独使用の場合)。
電極の下の皮膚を検査します。軽度から中等度の赤みは、tDCS^5、11、29の間に予想され、そのほとんどは単に圧力³⁰からである。
有害事象のアンケートを実施し、副作用の可能性を評価します。有害事象アンケートには、ヒリヒリ感、かゆみ、燃焼感、頭痛、不快感など、tDCSに一般的に関連する副作用を含めることができます。このようなアンケートの例は、ブルーノニら(2011)31に記載されています。
tDCS は標準プロトコル⁵に従う場合は安全であると考えられますが、調査のプロトコルの開発中に有害事象監視手順を実行します。特に一部の患者集団では、tDCSとは無関係に重篤な有害事象が起こることがある。有害事象の監視手順には、被験者がセッション中またはセッション後に予期しないまたは重大な副作用を報告した場合に従う一連のアクションが含まれます。有害事象の監視手順に注意深く従ってください。

Representative Results

このガイドで説明する最新の tDCS メソッドは、tDCS のセットアップを簡素化し、信頼性を高めながら準備時間を短縮することが期待されます。セットアップ時間は、従来の tDCS メソッドと最新の tDCS メソッドを使用して測定しました。各方法の専門家と初心者 (n=8) に対して個別の検討が行われました。各初心者または専門家のオペレータは、セットアップを5回行いました。tDCS従来の方法については、専門家と初心者の両方が準備手順¹⁵を検討し、最初のセットアップ試験の前に追加の指示を見直しました。最新の tDCS メソッドでは、専門家と初心者の両方が以前のバージョンを確認しましたこのガイド。いずれの場合も、オペレーターはオブザーバーに質問し、必要に応じて指示を求め、セットアップ時間を考慮に入れることもできます。オブザーバーは、それ以外の場合はフィードバックを提供しませんでした。信頼性は、(1)電極配置(>5 cm)および/または皮膚との重大な不均一な電極接触(>50%のスポンジ表面が皮膚に接触していない)、および/または他の重大なエラーとして、1-3スケールで各試験後にオブザーバーによって採点されました。(2)電極配置(3-5cm)および/または皮膚との中等度の不均一な電極接触(スポンジ表面の30〜50%が皮膚に接触しない)、および/または他の軽微な誤差の中程度または小さな誤差;(3)電極配置や皮膚との著しい凹凸電極接触に明らかな誤差がなく、その他重大な誤差はない。

従来の方法
従来の方法では、10~20 EEGシステムに基づく測定プロトコルを使用して、各アプリケーションの前にM1-SO位置の測定が必要です。スポンジを組み立てて飽和する必要がありました。初心者オペレーターには、10~20の脳波システムの測定手順を記載した取扱説明書が与えられ、試験前に読み取ることができました。この取扱説明書は、参考のために試験中に保管されました。専門家と初心者の両方が、すべての試験で必要なヘッド測定を含む5つのセットアップトライアルを完了しました。セットアップ試行ごとにかかった個々の時間が記録されました (図 4)。エキスパートが取った平均セットアップ時間は7.93分(±2.30)でした。初心者が取った平均セットアップ時間は10.47分(± 3.36)でした。初心者は一般的に、第5セッションでもエラーフリーセットアップを達成することができませんでした。専門家は、頻繁にセットアップエラーを発生させました。

モダンメソッド
現代の方法では、使用するヘッドギアの適切なサイズを決定するために、各被験者の頭囲を1回測定する必要があります(S:52-55.5 cm、M:55.5〜58.5 cm、L:58.5〜62 cm、XL:62-65 cm)。スポンジは事前に組み立てられ、事前に飽和した。セットアップ試行ごとにかかった個々の時間が記録されました (図 4)。エキスパートが取った平均セットアップ時間は1.23分(±0.37)でした。初心者が取った平均セットアップ時間は2.53分(±0.48)でした。初心者は一般的に5回目のセッションでエラーフリーセットアップを達成し、エラーは軽微でした。専門家はセットアップエラーを起きさなかった。最新の tDCS アプローチでは、刺激のセットアップ時間を短縮しながら、セットアップの信頼性が向上します。

位置エラー
現代のtDCS法は従来の脳波10-10の位置を測定する専門家のオペレータと同等の精密の電極の配置を可能にする。例えば、適切に設計されたストラップを使用するM1-S0の場合、平均位置誤差は1.5mmであり、電極サイズ(5cm x 5 cm)よりも大幅に小さく、脳電流流れ¹⁹のアンダーリングに関連する誤差ではない。オペレータまたは自己適用の場合、最新の tDCS メソッドは信頼性が高くなります。

展開可能性
現代のtDCS法は、緩和ケアを含む複数の症状を有する慢性疾患患者のためのテレヘルスプログラムの一部としてすることができる。M1-SOモンタージュでは、複製可能な電極配置が達成されました。患者の訓練、プロトコルの遵守、または耐容性²⁶に困難はありませんでした。多発性硬化症およびパーキンソン病³²の両方の患者においてバイフロンタルモンタージュ複製および耐容性刺激が達成された場合、運動不足を有する被験者における自己応用においても信頼性の高い配置の確認が達成された。

絶対的または相対的な反表示は、従来の方法と現代的な方法で同じままです。従来の方法で有効と判明したプロトコルは現代に適用されますが、最新の方法は、特に家庭や高スループットの使用で堅牢性と再現性を高めます。

図1:固定位置ヘッドギアと組み立て済みのスポンジ電極(A) 一部の固定位置ヘッドギアには、必要なケーブルが既に含まれています。(B)この図は、ヘッドストラップに電極をしっかりと固定することでヘッドギアのセットアッププロセスを示しています。(C)組み立て済みの電極は既に生理線溶液に浸漬されている。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図2:M1-SOモンタージュとバイモンロンタルモンタージュ(A, B)M1-SOモンタージュのセットアップでは、アノードは一次運動皮質(M1)に対応する領域上に配置され、陰極は対国間の上軌道(SO)領域の上に配置されます。(A) は側面図で、(B) は正面図です。(C, D)バイフロントモンタージュのセットアップでは、無数極は右上に配置され、陰極電極は左後頭前野の上に配置されます。(C) は側面図で、(D) は正面図です。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図 3: すべての tDCS セッションに一般的に存在する項目。一部の材料は研究/治療のターゲットに依存しますが、このガイドで説明する tDCS セッションには以下の項目が不可欠です。これらの項目には、1)tDCS装置、2)シングルユーススナップスポンジ電極、3)生理線溶液、4)固定位置ヘッドギア(以下の1つは必要な接続ケーブルを含む)、および5)必要に応じて生理線塗布用の注射器が含まれる。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図 4: 最新の tDCS メソッドと従来の tDCS メソッドの両方を適用する初心者および専門家のセットアップ時間とパフォーマンススコア専門家と初心者のオペレータは、従来のtDCSセットアップ方法と最新のセットアップ方法を使用して、M1-SOモンタージュのセットアップを5回行いました。従来のセットアップ方法では、10-20 EEGシステムを使用してM1-S0位置の測定を行い、電極をターゲット位置に配置します。tDCSの従来および現代的な方法では、専門家と初心者の両方が準備手順と、最初のセットアップ試験の前に追加の指示を見直しました。最新のtDCSセットアップ方法は、M1-S0モンタージュの10-20 EEG測定の時間のかかるステップを除去するため、セットアップ時間を短縮し、専門家と初心者の両方の被験者のパフォーマンスを向上させます。最新のtDCS法(パネル_B2および_D2)を使用する場合、専門家と初心者が取った平均セットアップ時間はそれぞれ1.23分(±0.37)と2.53分(±0.48)でした。従来のtDCS法(パネル_B1および_D1)を使用する場合、専門家と初心者が取った平均セットアップ時間はそれぞれ7.93分(±2.30)と10.47分(±3.36)でした。電極のセットアップの各試行の後、パフォーマンスはエラーフリーセットアップとして3スコア付けされ、1は貧弱なセットアップとして得点された1-3スケールで測定されました。専門家と初心者の両方のための現代のtDCSメソッドのためのパフォーマンスが高かった。従来のtDCS法では、専門家と初心者による平均性能はそれぞれ2.75(±0.25)と1.5(±0.25)でした(パネル_A1と_C1)。最新のtDCS法では、専門家と初心者による平均性能はそれぞれ3(±0)と2.75(±0.3)でした(パネル_A2と_C2)。誤差範囲は標準偏差を示します。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

	古典的な方法	更新されたメソッド	更新されたメソッドの利点
電極測位測定	各セッションで複数のテープメジャー。	単一のテープメジャーは、最初のセッションでのみ測定されます。	電極位置決めの時間の短縮と信頼性の向上。
電極調製	アセンブリと彩度を含む複数のステップ。	準備なし(事前飽和)。スナップコネクタを含みます。	電極調製における時間の短縮と信頼性の向上。
ヘッドギア	複数の接続を持つラバーバンド。	固定スナップコネクタ位置を備えたシングルヘッドギア。	電極位置決めの時間の短縮と信頼性の向上。

表 1: 古典的な tDCS メソッドと最新の tDCS メソッドの概要比較電極位置、電極調製、ヘッドギアの使用に関しては、最新のtDCS技術は、時間の短縮と信頼性の向上の進歩を提供します。

Discussion

2000年以降、tDCS5、11、33のレート(公開試験数)と幅(アプリケーションと指標の範囲)が指数関数的に増加しています。ここで示す最新の tDCS プロトコルは、特にサイズとサイトの増加 (例えば、ピボットトライアル) の人間の試験での採用をさらにサポートする可能性があり、これらの最新の tDCS 技術は単純で重要なセットアップ手順を正規化するので、最終的には治療⁹でサポートします。電極調製および位置はtDCS用量¹²を決定するので、複製可能なセットアップを確実に行う方法は、再現性試験を支える。ここで説明する最新の技術は、包含基準全体で有利であると予想されるが、従来の技術が頭皮/髪の状態、行動、または高全体(マルチセンター試験)およびリモート設定^34、35の結果として困難であることが証明されるグループにおいて特別な利益を提供することができる。現代の技術は、電極のより安全な固定を提供することによって(例えば、従来の技術におけるアドホック弾性ストラップと比較して)、ミラーセラピー ^{36、37、38、}視覚画像およびバーチャルリアリティ39、40、41、または物理療法34、42、43などの補助行動療法との組み合わせを強化する^であろう。^44、⁴⁵.

tDCSは、非侵襲的な脳刺激の安全で便利な形態と考えられている^5、11。それにもかかわらず、刺激がベストプラクティス¹⁴に従って行われることを確認することは依然として重要である。すべての tDCS オペレーターはトレーニングを受け、認定されています。必要な追加の材料、使用される電極モンタージュ、該当する場合はタスク、刺激の前後に従う重要な安全手順、および研究固有の包含および除外基準を概説する詳細な研究固有のプロトコルが作成されます。いくつかの除外基準は、金属の頭部および/または首の入れ墨、頭部および/または首の金属インプラントを含むかもしれないが、これらは絶対的ではない(例えばてんかん、インプラントおよび急性頭蓋骨欠損を有する被験者の^tES)4。一部の材料、電極配置、持続時間、その他の手順など、tDCS研究プロトコルの多くの側面は、研究計画に固有です。研究固有のニーズに合わせてプロトコルを変更する場合は、それらの変更が被験者と研究者^の両方に受け入れられることを確認する^5,¹¹.

このガイドでは、最新の tDCS メソッドについて説明します。この現代的な tDCS アプリケーション手法は、従来の方法よりもはるかに単純であるため、エラーが発生しやすく、エラーが発生しにくくなります。

Disclosures

ニューヨーク市立大学は、マロム・ビクソンが発明者である脳刺激に関する特許を保有しています。マロム・ビクソンは、ソテリックス・メディカル株式会社の共同創設者です。

Acknowledgments

この作業は、NIH(付与1R01NS101362-01、1R01MH111896-01、1R01NS095123-01、1R01MH109289-01、1K01AG050707)によってサポートされました。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
1x1 transcranial electrical stimulation	Soterix Medical Inc.	2001tE	The tDCS setting was used on the tES device
Dlpfc-1 headgear with cables	Soterix Medical Inc.	SNAPstrap 1300-ESOLE-S-M	Dlpfc-1 (size: adult - medium)
M1-SO headgear with cables	Soterix Medical Inc.	SNAPstrap 1300-ESM-S-M	M1-SO (size: adult - medium)
Saline solution	Soterix Medical Inc.	1300S_5
Snap sponge electrodes 5x5 cm	Soterix Medical Inc.	SNAPpad 1300-5x5S	Single-use only
Syringe	Soterix Medical Inc.	1300SR_5	Syringe for saline application