مقالة منهجية

أغطية رأس شخصية مطبوعة ثلاثية الأبعاد للتحفيز الكهربائي عبر الجمجمة متعدد الأقطاب الكهربائية

DOI:

10.3791/68815

⸱

سبتمبر 9, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Research Program on Cognition and Neuromodulation Based Interventions, Departments of Psychiatry & Neurology, University of Michigan, Ann Arbor, 2Mental Health Service, VA Ann Arbor Healthcare System, 3Research and Development, Soterix Medical, 4Department of Biomedical Engineering, City College of New York

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

توفر أغطية الرأس المطبوعة ثلاثية الأبعاد الحاصلة على براءة اختراع تسليما سريعا وموثوقا للتحفيز الكهربائي متعدد الأقطاب الكهربائية (ME-tES) داخل المكتب والتسليم عن بعد.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم لمحة عامة عن نهج جديد حاصل على براءة اختراع لإنشاء أغطية رأس مخصصة مطبوعة ثلاثية الأبعاد تتيح التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة متعدد الأقطاب الكهربائية ، حتى في المنزل. يتم استخدام فحص التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي (MRI) لتحسين المونتاج الذي يستهدف مناطق / شبكات الدماغ الرئيسية ثم يتم تحميله على خادم آمن لتصميم أغطية رأس مخصصة يتم طباعتها ثلاثية الأبعاد في النهاية. تسمح غطاء الرأس بوضع الأقطاب الكهربائية المتعددة بسرعة (<1 دقيقة لكل قطب كهربائي) بدقة مماثلة للقياسات اليدوية 10-10. أجرينا أكثر من 1,400 جلسة عبر 63 من كبار السن الذين يعانون من إصابة أو مرض عصبي. نصف برنامجا تدريبيا فعالا لشركاء الدراسة (مثل الأزواج) مكن من تحقيق معدل نجاح بنسبة 100٪ وأكثر من 900 جلسة تدار عن بعد. أبلغ شركاء الدراسة والمشاركون عن مستويات عالية من الثقة والرضا عن التجربة. نظرا لأن مواقع القطب الكهربائي تستند إلى النمذجة الحسابية الشخصية ، فإن غطاء الرأس مثالي للتقنيات التي تتطلب الدقة (على سبيل المثال ، تحفيز التداخل الزمني ، والموجات فوق الصوتية المركزة عبر الجمجمة ، والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة).

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ينطوي التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة (tES) على إمكانات كبيرة لعلاج العجز المعرفي والعاطفي والحركي الناجم عن الإصابة العصبية والأمراض ، لا سيما بالنظر إلى ملامح التحمل والسلامة المواتية1،2،3،4. على وجه التحديد ، وجدت مراجعة السلامة المنوية فقط ملف تعريف الآثار الجانبية الراسخ (على سبيل المثال ، الوخز والحكة والإحساس بالحرقان) ولكن لا يوجد دليل على أحداث ضائرة غير متوقعة عبر 33,000 جلسة ، بغض النظر عن عدد السكان2. وبالمثل ، أبلغنا مؤخرا عن عدم وجود أحداث أمان وملامح آثار جانبية متطابقة تقريبا لتحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة النشط والزائف (tDCS) في 3,046 جلسة مع 292 من كبار السن عبر طيف الخرف3. أدت هذه السلامة والتحمل القويين إلى تسليم tES عن بعد باستخدام مونتاج القطب المزدوج التقليدي المتاح على نطاق واسع5،6 ، ويرجع الفضل في ذلك جزئيا إلى المواد (على سبيل المثال ، أحزمة الرأس المقاسة مسبقا ، والإسفنج المبلل مسبقا) التي تسهل وضع القطب الكهربائي بسرعة وموثوقية. سهل الجمع بين هذه العوامل عيادات tES الخاضعة للإشراف عن بعد والتي تعالج مجموعة من الحالات العصبيةوالنفسية 7 ولكنها تعتمد بشكل أساسي على النهج التقليدي الكبير (على سبيل المثال ،25 سم 2-35 سم2).

قام عدد أقل بكثير من الدراسات بالتحقيق في استخدام tES 8،9 عالي الوضوح / متعدد الأقطاب الكهربائية (ME) عن بعد على الرغم من الأدلة على أنه يمكن أن يوفر المزيد من توصيل التحفيز البؤري10،11،12 ، ويتم تخصيصه13 ، وله تأثيرات أكبر وأطول أمدا14 من التحفيز التقليدي القائم على الفوط. من المحتمل أن تعكس الندرة النسبية للعمل في هذا المجال الاحتياجات الأكبر ل ME-tES بالنظر إلى المواد المتميزة (على سبيل المثال ، أقطاب كهربائية صغيرة متعددة ، واستخدام الجل بدلا من الإسفنج المنقوع بالمحلول الملحي) ، وإمكانية زيادة تعقيد المونتاج ، والحاجة المرتبطة بوضع قطب كهربائي أكثر دقة. هنا ، نقدم أغطية رأس مطبوعة ثلاثية الأبعاد حاصلة على براءة اختراع وشخصية تتغلب على العديد من هذه التحديات وتمكن من إعداد ME-tES وتسليمه بسرعة وموثوقية. يتغلب هذا النهج على القيود المحتملة للخيارات الحالية مثل أغطية النيوبرين التي يمكن وضعها في وضع خاطئ بسهولة ، وقد تكون غير مناسبة ، ولديها القليل من المرونة عند تحريك الشعر لضمان الاتصال الأمثل بالقطب الكهربائي. نقدم أيضا أدلة تدعم استخدام غطاء الرأس لتحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة عن بعد (ME-tDCS) لدى كبار السن عبر طيف الخرف. مجتمعة ، تدعم نتائجنا بقوة فوائد أغطية الرأس الشخصية وتبشر بأشكال أخرى من التعديل العصبي بالإضافة إلى الأساليب التي تقيم الفيزيولوجيا العصبية.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تشير الأقسام أدناه إلى أ) أعضاء فريق الدراسة ، وهم طاقم بحث مدرب ، عادة ما يكون حاصلا على درجات البكالوريا ، ويشرف عليهم أخصائي علم نفس إكلينيكي مرخص حاصل على شهادة البورد في علم النفس العصبي السريري ، و ب) شركاء الدراسة ، الذين يكونون عادة أزواج أو أطفال بالغين للمشاركين ، ولم يكن لدى أي منهم أي خبرة سابقة في علم النفس العصبي السريري. لا توجد حاليا معايير محددة بوضوح لأولئك الذين يشرفون على tES ، على الرغم من أن الحصول على درجة علمية متقدمة (على سبيل المثال ، دكتوراه ، دكتوراه في الطب) والتدريب المناسب على المنهجية ومعرفة جيدة بالسلامة والتحمل هي متطلبات معقولة ومتسقة مع أولئك الذين يقودون البحث في هذا المجال.

في جميع الجلسات (في المكتب وعن بعد) ، أدار أعضاء فريق الدراسة سؤالا قياسياللتحمل 15 في نهاية كل جلسة. كما راقب أعضاء فريق الدراسة جميع الجلسات بحثا عن أي مشكلات تتعلق بالسلامة وبدأوا كل جلسة بالسؤال عن أي تغييرات في الصحة أو الأدوية منذ الجلسة الأخيرة.

1. إنشاء أغطية الرأس (الشكل 1)

figure-protocol-1
الشكل 1: عملية إنشاء أغطية رأس مخصصة وتقديم تحفيز كهربائي متعدد الأقطاب الكهربائية عبر الجمجمة في المنزل. الاختصارات: ME-tES = التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة متعدد الأقطاب الكهربائية ؛ التصوير بالرنين المغناطيسي = التصوير بالرنين المغناطيسي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. الحصول على قياسات الرأس:
    ملاحظة: تتطلب غطاء الرأس المخصص حاليا فحصا للتصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي (MRI) نظرا لأن هذا يوفر قياسات ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لرأس كل شخص.
    1. الحصول على المسح الهيكلي (أي T1) باستخدام المعلمات التي تتوافق مع العديد من الدراسات البحثية على المستوى الوطني (على سبيل المثال ، SCAN و ADNI). اجمع صورة تشريحية عالية الدقة ومرجحة ب T1 باستخدام اكتساب متدرج مدلل (SPGR) في تصوير الحالة المستقرة (TR / TE = 6.95 / 2.92 مللي ثانية ، زاوية الوجه = 8 درجات ، مجال الرؤية = 256 × 256 مم2 ، حجم المصفوفة = 256 × 256 ؛ سمك الشريحة = 1 مم ؛ 208 شريحة سهمية ؛ حجم فوكسل = 1 × 1 × 1 مم3).
      1. إذا لم يكن الوصول إلى فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي عالية الدقة وفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي بدقة أخرى (أقل في بعض الأحيان) متاحة على نطاق واسع ، فاستخدم فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي T1 من الدرجة السريرية مع مجموعة من أحجام الفوكسل (على سبيل المثال ، 0.98 مم3 ؛ 0.94 × 0.94 × 3.00 مم3). استخدم تسلسل FLAIR السريري عندما يكون T1 غير كاف الجودة.
      2. في حالات ضعف تجزئة الأنسجة و . أخطاء إنشاء ملف STL ، استخدم برنامج الشبكة العصبية التلافيفية (على سبيل المثال ، SynthSR) أو برنامج مماثل لتحويل عمليات المسح إلى MP-RAGE T1 16،17 اصطناعي ومصحح بالتحيز 1 مم. جرب هذه الخطوة عندما يتجاوز سمك شريحة T1 السريري المعلمات اللازمة لإنشاء غطاء رأس دقيق.
        ملاحظة: يتم تطوير طرق بديلة للحصول على قياسات الرأس ثلاثية الأبعاد اللازمة (على سبيل المثال ، مسح الرأس ثلاثي الأبعاد) وسيتم تنفيذها بمجرد توفرها.
  2. إجراء النمذجة الحسابية المستندة إلى التصوير بالرنين المغناطيسي (اختياري):
    1. استخدم برنامج النمذجة الحسابية (على سبيل المثال ، ROAST18) لتطوير نموذج حسابي مخصص لتدفق التيار الكهربائي باستخدام فحص التصوير بالرنين المغناطيسي T1. تأكد من التزام مواقع الأقطاب الكهربائية بالنظام القياسي 10-10 أو 10-5.
  3. تطوير أغطية الرأس
    1. قم بتحميل فحص التصوير بالرنين المغناطيسي T1 للمشارك إلى خادم آمن لتجزئة فروة الرأس وإنشاء أغطية الرأس النهائية.
    2. حدد عدد حاملات الأقطاب الكهربائية وموقعها باستخدام النظام القياسي 10-10 (أو 10-5) للتأكد من أن غطاء الرأس يتطابق مع نمذجة "الحقيقة الأرضية". انتظر حتى يقوم البرنامج تلقائيا أ) وضع العارضة التي تربط حاملات الأقطاب الكهربائية لتشكيل غلاف صلب يسمح للمستخدم بإعادة وضع الشعر حول قضبان الدعم و ب) تحديد المعالم التشريحية (على سبيل المثال ، nasion ، inion ، الأذن) لوضع "علامات تبويب التوجيه" التي تراكب هذه المناطق وتسمح للمستخدم بوضع غطاء الرأس بسرعة.
      ملاحظة: لم تتطلب غالبية عمليات المسح تصحيحا يدويا. يمكن ملاحظة تشوه الأنسجة الرخوة حول الأذنين والوجه والرقبة ، والتي تقع أسفل غلاف غطاء الرأس ، ويمكن تفسير التناقضات الصغيرة (عدة ملليمترات) مع الفواصل والمرونة الدقيقة لإطار النايلون نفسه. في بعض الحالات الاستثنائية (على سبيل المثال ، مواضع الموضوع المنحرفة أو التصوير بالرنين المغناطيسي متباين الخواص منخفض الدقة) يمكن تطبيق التصحيح في شكل مصفوفة دوران مقدرة يدويا و / أو أداة ترقية الدقة الفائقة.
  4. الطباعة ثلاثية الأبعاد:
    1. قم بتحميل ملف النموذج ثلاثي الأبعاد (على سبيل المثال ، ". STL") لطابعة ثلاثية الأبعاد مناسبة (على سبيل المثال ، طابعة تلبيد ليزر انتقائي (SLS) مع طابعات نايلون 12 (PA12) أو طابعات الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) مع الراتنج).
    2. بمجرد الطباعة، تأكد من تنعيم الحواف الخشنة باستخدام ورق الصنفرة عند الضرورة.
  5. وضع غطاء الرأس:
    1. ضع علامات تبويب التوجيه في المواقع المناسبة على الرأس.
    2. قم بتأمين غطاء الرأس باستخدام أحزمة خطاف وحلقة أسفل الذقن لأغطية الرأس الثنائية أو حول الرأس لأغطية الرأس أحادية الجانب.
    3. ضع فواصل ناعمة حسب الضرورة لتعويض الفجوات الطفيفة بين حاملات القطب الكهربائي وفروة الرأس. تحقق للتأكد من بقاء جميع حاملات الأقطاب الكهربائية الأخرى على اتصال بفروة الرأس بعد إضافة الفواصل.
    4. املأ حاملات الأقطاب الكهربائية بالهلام الموصل.
    5. ضع القطب الكهربائي في الحامل ، مع ضمان ملامسة الجل. ضع الغطاء لتأمين القطب.

figure-protocol-2
الشكل 2: إضفاء الطابع الشخصي على أغطية الرأس ME-tES. (أ) أمثلة إضافية لأغطية الرأس الشخصية ME-tES التي تبين مرونة النهج. (ب) يتم استخدام خمسة أحجام من الفواصل المرنة حسب الحاجة لضمان ملامسة فروة الرأس. (ج) مثال على فاصل يوضع على طرف حامل القطب. الاختصار: ME-tES = التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة متعدد الأقطاب الكهربائية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. التحقق من صحة أغطية الرأس

ملاحظة: تم الإبلاغ عن بيانات متفاوتة من أول 63 مشاركا أكملوا ME-tDCS باستخدام غطاء الرأس. لم تكن جميع البيانات متاحة لجميع المشاركين بسبب تغييرات البروتوكول أو العوامل العملية (على سبيل المثال ، حذف أو ضيق الوقت للحصول على استبيانات اختيارية). أكمل جميع المشاركين العدد المقرر من الجلسات. تم تشخيص جميع هؤلاء المشاركين بإصابات أو أمراض عصبية تضمنت الخرف من نوع الزهايمر (ن = 22) ، والضعف المعرفي الخفيف فقدان الذاكرة (ن = 13) ، والحبسة التقدمية الأولية (ن = 12) ، والضمور القشري الخلفي (ن = 11) ، والخرف الجبهي الصدغي السلوكي المتغير (ن = 2) ، وإصابات الدماغ الخالية من الأكسجين (ن = 2) ، وخرف أجسام ليوي (ن = 1). كان متوسط العمر 68.9 سنة و 50.8٪ من الإناث.

  1. التحقق من صحة دقة قياس غطاء الرأس:
    1. قم بقياس وتحديد موقع كل قطب كهربائي على رأس المشارك.
    2. ضع غطاء الرأس كما في الخطوة 1.5. حدد موقع كل حامل قطب. قم بإزالة غطاء الرأس.
    3. قم بقياس الفرق بين الموقع الذي تم قياسه يدويا وموقع غطاء الرأس (بالمليمتر).

3. التدريب على ME-TES عن بعد

ملاحظة: يتم عرض برنامج التدريب الصارم التالي لشركاء الدراسة وبيانات الفعالية المرتبطة به أدناه. تطلب التدريب في البداية 5 أيام ولكن تم تعديله لتبني نهج إتقان المهارات نظرا لمعدل النجاح المرتفع في المشاركين القلائل الأوائل. أكمل استبيانات التحمل القياسية بعد كل جلسة15.

  1. اليوم 1: اطلب من أحد أعضاء فريق الدراسة المتمرس شرح مكونات غطاء الرأس (على سبيل المثال ، علامات تبويب التوجيه ؛ حاملات الأقطاب الكهربائية) وتوضيح الموضع المناسب لشريك الدراسة.
    1. اطلب من عضو الفريق التأكد من أن كل حامل قطب كهربائي متدفق مع فروة الرأس حتى لا تكون هناك فجوات تسمح للهلام بالتسرب. في حالة وجود فجوات ، اطلب من عضو الفريق تطبيق الفواصل المرنة على الجزء السفلي من حامل القطب (الشكل 2 ج) وإعادة فحص جميع حاملات الأقطاب الكهربائية الأخرى ، ووضع فواصل إضافية حسب الحاجة.
    2. اطلب من عضو الفريق إظهار أفضل الممارسات مثل تحريك الشعر من أسفل حاملات الأقطاب الكهربائية ، وملء الحامل بشكل صحيح بالهلام (أي تجنب / إزالة فقاعات الهواء) ، ووضع الأقطاب الكهربائية ، وتطبيق غطاء الحامل المقابل.
    3. اطلب من عضو الفريق توضيح كيفية تشغيل جهاز ME-tES ، والتحقق من شحن البطارية ، وتقييم مقاومة القطب. قدم أمثلة على المشكلات المحتملة وحل المشكلات.
    4. قم بإجراء الجلسة حسب الاقتضاء للدراسة.
    5. اطلب من عضو الفريق إظهار طرق الدوران والإزالة والغسيل والتجفيف المناسبة (للعناية بالقطب الكهربائي ، انظر19).
      ملاحظة: يتم تقديم بيانات الثقة من مجموعة فرعية من شركاء الدراسة (ن = 33) والمشاركين (ن = 34) حول قدرتهم على إعداد وأداء التحفيز باستخدام مقياس ليكرت الراسخ بعد أن لاحظوا أن عضو فريق الدراسة يؤدي هذه الجلسة الأولى (الجدول 1).
  2. اليوم 2: اطلب من شريك الدراسة إجراء جميع الإجراءات تحت إشراف أحد أعضاء فريق الدراسة.
    1. اطلب من شريك الدراسة وضع علامة على الناسيون وكلتا النقطتين الأذنيتين لضمان وضع علامات تبويب توجيه غطاء الرأس بشكل صحيح على رأس المشارك.
    2. اطلب من عضو فريق الدراسة تحديد موقع كل حامل قطب كهربائي وإزالة غطاء الرأس.
    3. اطلب من عضو فريق الدراسة استبدال غطاء الرأس وتحديد موقع كل حامل قطب كهربائي لتقييم دقة شريك الدراسة بالنسبة لعضو الفريق (الشكل 3 ب). لاحظ الاختلافات وقدم ملاحظات تصحيحية حسب الضرورة.
    4. اطلب من شريك الدراسة إجراء الإعداد بالكامل (أي ضمان ملاءمة فروة الرأس ، وملء الحامل بالهلام ، ووضع القطب) ، وتنشيط الجهاز ، وتقييم المعاوقة ، وتنظيف الجهاز في النهاية ؛ كل ذلك تحت إشراف عضو الفريق.
  3. الأيام 3-5: استخدم قائمة مرجعية موحدة لجعل عضو فريق الدراسة يراقب شريك الدراسة خلال كل خطوة من خطوات عملية الإعداد. قدم ملاحظات ونصائح تصحيحية حسب الضرورة حتى يظهر شريك الدراسة إتقانه لعملية الإعداد والتنظيف بأكملها.
    ملاحظة: في اليوم الأخير ، تم الحصول على بيانات الدقة مرة أخرى لتحديد دقة وضع غطاء الرأس لشريك الدراسة مقابل عضو فريق الدراسة (الشكل 3 ب).
    1. توفير حقيبة حمل مع جميع المستلزمات اللازمة (مثل أغطية الرأس ، الجل ، المحاقن ، الأقطاب الكهربائية) ، دليل العناية والصيانة المناسبة ، وحقيبة ثانية مع جهاز ME-tES لشريك الدراسة في نهاية الجلسة.
      ملاحظة: قدم شركاء الدراسة (العدد = 31) والمشاركون (العدد = 30) تقييمات الثقة في نهاية الجلسة التدريبية النهائية (الجدول 1).
  4. جهاز التحكم عن بعد (في المنزل) ME-tES:
    1. لكل جلسة مجدولة، اطلب من شريك الدراسة تسجيل الدخول إلى مكالمة فيديو آمنة مع أحد أعضاء فريق الدراسة ثم تنفيذ جميع أنشطة الإعداد.
    2. اطلب من شريك الدراسة الإبلاغ عن المعوقات. بمجرد القبول ، اطلب من عضو فريق الدراسة تقديم رمز لشريك الدراسة للدخول في وحدة ME-tDCS.
      ملاحظة: تتطلب العديد من وحدات ME-tDCS رمزا أحادي الاستخدام لبدء التحفيز، مما يمنع جلسات التحفيز غير المجدولة ويحسن سلامة المشاركين.
    3. اطلب من عضو فريق الدراسة أداء أنشطة الجلسة المطلوبة عبر مكالمة الفيديو ، بما في ذلك الإبلاغ عن السلامة والتحمل (على سبيل المثال ، الآثار الجانبية).
    4. بمجرد اكتمال الجلسة ، اطلب من شريك الدراسة اتباع قائمة مراجعة الرعاية والصيانة وشحن بطاريات المحفز.
      ملاحظة: قدم شركاء الدراسة (العدد = 24) والمشاركون (العدد = 24) تقييمات الثقة بعد العدد المحدد من الجلسات عن بعد.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

معلمات التحفيز وإجمالي الجلسات:
لقد نجحنا في إنشاء 100٪ من أغطية الرأس المحاولة (63/63) ، مما يدل على خط أنابيب موثوق وفعال لأغطية الرأس الشخصية. تضمنت كل غطاء رأس ما بين 5 و 22 قطبا كهربائيا ، اعتمادا على المشارك والدراسة (نلاحظ أنه من الممكن أيضا عدد أقل أو أكثر من مواقع الأقطاب الكهربائية). قدمنا سعات لكل قناة تبلغ 4 مللي أمبير أو أقل وإجمالي تيار قائم على فروة الرأس عبر جميع الأقطاب الكهربائية التي تقل عن 16 مللي أمبير. في المجموع ، أجرينا 1,449 جلسة باستخدام غطاء الرأس.

نتائج التحقق من الصحة:
كان هناك فرق يبلغ 8.6 مم في المتوسط بين مواقع أقطاب غطاء الرأس مع القياس اليدوي لنفس المواقع عبر أول 54 غطاء رأس (الشكل 3 أ). هذا الاختلاف (أي <1 سم) ضمن هامش الخطأ المتوقع الناشئ عن قياس اليد لأن 1) قياس اليد متغير بطبيعته ، خاصة عبر الأيام وعندما يتم إجراؤه من قبل أعضاء فريق الدراسة المختلفين ، 2) يمكن أن تختلف مهارات / خبرة القياس باختلاف أعضاء فريق الدراسة ، 3) الاختلافات الفردية في حجم / شكل الرأس والشعر تخلق خطأ في القياس ، 4) يتفاعل المونتاج المعقد مع # 1-3 لخلق التباين ويتطلب أوقات إعداد مكثفة. في الواقع ، قادتنا هذه العملية إلى تحديد وتصحيح الانجراف في عملية قياس فريق الدراسة (أي أن غطاء الرأس قدم حقيقة أرضية موضوعية). إن طبيعة الجسم الصلب لغطاء الرأس (على الرغم من تحسين المواد لتحقيق التوازن بين الراحة والمرونة والصلابة) وعلامات تبويب التوجيه (على سبيل المثال ، nasion) تقضي بشكل أساسي على الخطأ في موقع القطب الكهربائي ، وكما هو مذكور أعلاه ، تعتمد المواقع على نفس العملية مثل برنامج النمذجة الحسابية. يتطلب وضع غطاء الرأس <1 دقيقة ؛ إجمالي وقت الإعداد مع 20 قطبا كهربائيا هو ~ 10 دقائق (بما في ذلك ملء الحوامل ، ووضع القطب الكهربائي ، وقياس المعاوقات) ؛ انخفاض كبير مقارنة بالقياس اليدوي (عادة ~ 45 دقيقة حسب مواقع القطب).

figure-results-1
الشكل 3: التدريب على أغطية الرأس ME-tES. (أ) متوسط الفرق بين قياس اليد وأغطية الرأس (بالمليمتر). ملاحظة: حددنا العديد من الأخطاء المرتبطة بالقياس اليدوي أثناء عملية المقارنة التي أدت إلى تعديلات إجرائية (على سبيل المثال ، قياس وضع الشريط ، نقاط الأذن). (ب) متوسط الفرق بين غطاء الرأس الذي وضعه شريك الدراسة وعضو فريق الدراسة المدرب في أيام التدريب الأولى والأخيرة. تمثل الدوائر السوداء متوسط المجموعة بشكل عام. تمثل الدوائر الرمادية المشاركين الفرديين. الاختصار: ME-tES = التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة متعدد الأقطاب الكهربائية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

نتائج التدريب:
وضع شركاء الدراسة غطاء الرأس بدقة في المحاولة الأولى ، كما يتضح من متوسط اختلاف 3 مم فقط بالنسبة للمكان الذي وضعه فيه فريق الدراسة. كان هذا الفرق 1.74 ملم بحلول يوم التدريب الأخير (الشكل 3 ب). الأهم من ذلك ، أن 100٪ من المخبرين أكملوا التدريب بنجاح خلال 5 أيام متاحة.

أجرى شركاء الدراسة المدربون 929 جلسة في منزل المشارك (النطاق: 5-61 جلسة / مشارك). لم تكن هناك مشكلات تتعلق بالسلامة. تم تقييم التحمل باستخدام الاستبيانات القياسية ولكن لم يتم الإبلاغ عنها هنا بسبب النتائج السابقة التي توصلنا إليها للتجارب الحسية المماثلة بين ME-tDCS النشط والزائف3،15. ويبين الجدول 1 أن المشاركين وشركاء الدراسة أبلغوا عن مستويات عالية من الثقة بعد الجلسة الأولى، ارتفعت إلى مستويات قريبة من الحد الأقصى بحلول الدورة التدريبية النهائية. علاوة على ذلك ، أبلغ المشاركون وشركاء الدراسة عن مستويات قريبة من الرضا عن تجربة ME-tDCS عن بعد دورتهم النهائية.

الجدول 1: تجارب شركاء الدراسة والمشاركين باستخدام غطاء الرأس وأداء واستقبال ME-tDCS عن بعد. التدابير المكتسبة بعد الجلسة الأولى ، والجلسة التدريبية النهائية (~ 5) ، والجلسة النهائية ME-tDCS. الاختصار: ME-tDCS = تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة متعدد الأقطاب الكهربائية. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

توفر أغطية الرأس المخصصة الخاصة بنا طريقة سهلة الاستخدام لتوصيل ME-tES عن بعد ، حتى في كبار السن الذين يعانون من إصابات وأمراض عصبية. توضح بياناتنا أن مواضع الأقطاب الكهربائية الآلية لأغطية الرأس كانت قابلة للمقارنة مع القياسات اليدوية. الأهم من ذلك ، أن وضع القطب الكهربائي المشترك القائم على التصوير بالرنين المغناطيسي يعني أن tES يتم تسليمه باستخدام مرايا غطاء الرأس التي تظهر عبر النماذج الحسابية. تضمن علامات تبويب التوجيه الشخصية الموضع المناسب ، ويسمح تصميم العارضة للمستخدم (المستخدمين) بالوصول إلى مواقع الأقطاب الكهربائية وتخفيف الارتباكات المحتملة ، خاصة فيما يتعلق بتحريك الشعر لضمان وصول واضح إلى فروة الرأس. هذه الفوائد هي مزايا ملحوظة بالنسبة للأساليب الحالية (على سبيل المثال ، أغطية النيوبرين ؛ شبكة الرأس المقاسة يدويا) التي يحتمل أن تكون أبطأ وأقل دقة وعرضة لضعف الاتصال بسبب الشعر ، خاصة في الأماكن البعيدة (مثل المنزل).

كان برنامج التدريب عن بعد الخاص بنا فعالا للغاية في تدريب شركاء الدراسة على إدارة ME-tDCS حيث تمكن جميع أولئك الذين أعربوا عن اهتمامهم من تلبية معايير الأداء. على وجه التحديد ، وضع شركاء الدراسة غطاء الرأس بدقة بعد ملاحظة واحدة (فرق 3 مم ؛ فرق 1.74 مم بعد جلسات متعددة) وتعلموا بسرعة أداء جميع أنشطة الإعداد والتنظيف. أبلغ شركاء الدراسة والمشاركون عن ثقة عالية جدا حتى بعد يوم واحد من التدريب وأبلغوا عن مستويات ثقة قريبة من السقف بحلول يوم التدريب الأخير. كان كل من شركاء الدراسة والمشاركون راضين للغاية عن التجربة الإجمالية وأعربوا عن اهتمامهم بدراسات tES إضافية (الجدول 1). وبالتالي ، فإن أغطية الرأس الخاصة بنا تملأ فجوة انتقالية حرجة من خلال إتاحة ME-tES خارج بيئة المكتب. لاحظ أن هذه الاستنتاجات تستند إلى الخطوات المذكورة أعلاه ، والتي تعتبر حاسمة للمستخدمين اتباعها. ومع ذلك ، قد تحتاج فرق الدراسة إلى تكييف نهج التدريب للمجموعات السكانية الأخرى.

نحن نعمل بنشاط للتغلب على العديد من القيود المحتملة. على سبيل المثال ، قد لا تكون متطلبات التصوير بالرنين المغناطيسي الحالية (على سبيل المثال ، 1 مم3 فوكسل) متاحة لجميع المشاركين. لحسن الحظ ، تبدو أساليبنا قوية نظرا للنجاح الأولي باستخدام فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي بجودة سريرية (كل من T1 و FLAIR) لتطوير غطاء الرأس. قد يتم تخفيف هذا التحدي بشكل أكبر حيث نقوم بتحسين طرق مسح الرأس ثلاثية الأبعاد التي قد تجعل فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي غير ضرورية في النهاية. لقد أنشأنا أيضا أغطية رأس "عامة" (على سبيل المثال ، محيط 56 سم) يمكن أن توفر خيارا آخر فيما يتعلق بالقياس اليدوي أو أغطية النيوبرين. كما هو الحال بالنسبة لمثل هذه الأساليب الحالية ، قد تعيق تسريحات الشعر وضع أغطية الرأس بدقة ، وفي مثل هذه الحالات ، ستحتاج الفرق إما إلى العمل مع المشاركين لتغيير تسريحات الشعر أو تغيير مونتاجهم. كما هو الحال مع جميع الأجهزة والتدخلات ، قد تكون التكلفة أحد الاعتبارات المهمة ، ونحن نشجع المستخدمين المحتملين على النظر في احتياجاتهم بالنسبة لنقاط القوة والقيود في جميع الأساليب المتاحة.

تعني الطبيعة الشخصية والمرونة لغطاء الرأس أنه يمكن بسهولة تعديل حاملات الأقطاب الكهربائية بأي عدد من الطرق. على سبيل المثال ، لدينا بالفعل قوالب لدعم منصات tES التقليدية. وبالمثل ، تدمج العديد من تقنيات التعديل العصبي الناشئة النمذجة الحسابية الشخصية لاستهداف مناطق معينة من الدماغ. يعني تحديد موضع القطب الكهربائي المشترك لدينا مع مناهج النمذجة هذه أن غطاء الرأس الخاص بنا مناسب بشكل مثالي لدعم التقنيات القائمة على الدقة ، مثل تحفيز التداخل الزمني والموجات فوق الصوتية المركزة عبر الجمجمة بالإضافة إلى التحفيز المغناطيسي الشخصي عبر الجمجمة. أخيرا ، قمنا أيضا بتطوير تعديلات تمكن مخطط كهربية الدماغ والتحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة بمعزل عن بعضها البعض وكذلك مع التعديل العصبي المتزامن. باختصار ، توفر أغطية الرأس الخاصة بنا منصة مرنة للغاية تزيد من الوصول والاستدامة مع تقليل عبء المشاركين وفريق الدراسة.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

غطاء الرأس حاصل حاليا على براءة اختراع بموجب جهاز أغطية الرأس لإعادة التأهيل العصبي والعصبي. رقم الطلب الأمريكي: 17/188،437 مخترع ، براءة الاختراع رقم 11865328 ، ويتضمن تعديلات على مناهج التعديل العصبي والفيزيولوجيا العصبية الأخرى المذكورة أعلاه. المنتج مرخص لشركة Soterix Medical Inc. والمؤلف الرئيسي (BMH) ، جامعة ميشيغان ، وإدارة شؤون المحاربين القدامى قد يتلقون إتاوات من المبيعات. ARG و KM و JM و AD هم موظفون في شركة Soterix Medical Inc. لم يتم استخدام أي الذكاء الاصطناعي في أي جزء من هذا العمل. تم التخفيف من حدة التعارضات المحتملة من خلال ضمان جمع جميع البيانات من قبل أعضاء فريق الدراسة الذين لا علاقة لهم ببراءة الاختراع أو الترخيص أو شركة Soterix Medical Inc. لم يكن لأي عضو في Soterix Medical، Inc. أي دور في تخطيط الدراسة أو الحصول على البيانات ، ولم يكن لديهم إمكانية الوصول إلى البيانات الأولية.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لا تمثل محتويات هذه المخطوطة وجهات نظر وزارة شؤون المحاربين القدامى أو حكومة الولايات المتحدة. كما يتم الاعتراف بمنح الدعم من المعهد الوطني للشيخوخة عبر R35AG072262 و R01AG058724 [كلاهما إلى BMH].

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
جل الأقطاب الكهربائيةلافتاتلا يوجد
غطاء الرأسشركة سوتريكس الطبية المحدودة https://soterixmedical.com/research/remote
جهاز التحكم MxN 10شركة سوتريكس الطبية المحدودة https://soterixmedical.com/research/remote

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clin Neurophysiol. 128 (9), 1774-1809 (2017).
  2. Bikson, M., et al. Safety of transcranial direct current stimulation: Evidence based update 2016. Brain Stimul. 9 (5), 641-661 (2016).
  3. El Jamal, C., et al. Tolerability and blinding of high-definition transcranial direct current stimulation among older adults at intensities of up to 4 mA per electrode. Brain Stimulation. 16 (5), 1328-1335 (2023).
  4. Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clin Neurophysiol. 128 (1), 56-92 (2017).
  5. Charvet, L. E., et al. Remotely-supervised transcranial direct current stimulation (tDCS) for clinical trials: Guidelines for technology and protocols. Front Syst Neurosci. 9, 26(2015).
  6. Charvet, L. E., Shaw, M. T., Bikson, M., Woods, A. J., Knotkova, H. Supervised transcranial direct current stimulation (tDCS) at home: A guide for clinical research and practice. Brain Stimul. 13 (3), 686-693 (2020).
  7. Pilloni, G., et al. Tolerability and feasibility of at-home remotely supervised transcranial direct current stimulation (RS-tDCS): Single-center evidence from 6,779 sessions. Brain Stimul. 15 (3), 707-716 (2022).
  8. Brechet, L., et al. Patient-tailored, home-based non-invasive brain stimulation for memory deficits in dementia due to Alzheimer's disease. Front Neurol. 12, 598135(2021).
  9. Van De Winckel, A., et al. Home-based transcranial direct current stimulation plus tracking training therapy in people with stroke: An open-label feasibility study. J Neuroeng Rehabil. 15 (1), 83(2018).
  10. Sharma, G., Chowdhury, S. R. 2019 IEEE Conference on computational intelligence in bioinformatics and computational biology (CIBCB). , 1-5 (2019).
  11. Borckardt, J. J., et al. A pilot study of the tolerability and effects of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) on pain perception. J Pain. 13 (2), 112-120 (2012).
  12. Datta, A., et al. Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2 (4), 201-207 (2009).
  13. Rogers, G., Joodaki, M., Hopf, A., Santarnecchi, E., Guzman, R., Muller, B., Osmani, B. Increasing target engagement via customized electrode positioning for personalized transcranial electrical stimulation: A biophysical modeling study. NeuroImage. 311, 121206(2025).
  14. Kuo, H. -I., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4× 1 ring tDCS: A neurophysiological study. Brain stimul. 6 (4), 644-648 (2013).
  15. Reckow, J., et al. Tolerability and blinding of 4x1 high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) at two and three milliamps. Brain Stimul. 11 (5), 991-997 (2018).
  16. Iglesias, J. E., et al. Synthsr: A public ai tool to turn heterogeneous clinical brain scans into high-resolution T1-weighted images for 3D morphometry. Sci Adv. 9 (5), eadd3607(2023).
  17. Iglesias, J. E., et al. Joint super-resolution and synthesis of 1 mm isotropic MP-RAGE volumes from clinical MRI exams with scans of different orientation, resolution and contrast. Neuroimage. 237, 118206(2021).
  18. Huang, Y., Datta, A., Bikson, M., Parra, L. C. Realistic volumetric-approach to simulate transcranial electric stimulation-roast-a fully automated open-source pipeline. J Neural Eng. 16 (5), 056006(2019).
  19. Hampstead, B. M., Ehmann, M., Rahman-Filipiak, A. Reliable use of silver chloride HD-tDCS electrodes. Brain Stimul. 13 (4), 1005-1007 (2020).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة