2020年1月3日
在实施经颅直流电刺激(tDCS)时,可重复的电极制备与放置对于确保刺激过程的安全性和有效性至关重要。本文旨在展示经颅直流电刺激及相关经颅电刺激技术(如经颅交流电刺激,tACS)的现代标准化操作流程。
本视频旨在演示经颅直流电刺激(tDCS)及相关经颅电刺激技术(如经颅交流电刺激,tACS)的最新操作流程。本视频展示了常用于运动皮层和背外侧前额叶皮层刺激的标准电极放置方案。此处介绍的现代tDCS技术避免了使用胶带测量定位电极、繁琐的碳橡胶电极插入步骤、费时的电极海绵润湿过程,以及使用橡皮筋作为头戴装置。
该过程通过使用专用头戴装置和预饱和的快接式电极来优化。每种电极布局都有对应的特定头戴装置。尽管某些材料可能取决于具体研究或治疗方案,但现代经颅直流电刺激(tDCS)应用中存在一些通用的基本物品。
在进行tDCS会话之前,确保所有必要的材料均已备妥。对于研究试验,在研究开始前,受试者必须签署知情同意书以同意参与研究。该同意书应包含有关研究方案、研究风险及潜在益处的详细信息。
该表格旨在向受试者披露相关信息,使其能够自愿选择接受或拒绝治疗。这一要求源于法律和伦理权利,因为受试者必须了解自身身体将经历的操作,同时也源于研究者在保障参与者身心福祉方面的伦理责任。在开始刺激之前,必须从参与者处获取书面知情同意书。
首先测量受试者的头围,以确定应使用何种尺寸的头帽。头帽的尺寸因电极布局的不同而有所差异。请参考头帽的用户手册,根据测量结果选择合适的尺寸。
检查预期放置电极的皮肤区域。若观察到任何可见的病灶,不得进行经颅直流电刺激(tDCS)。如有可能,用手指分开头发以暴露头皮,确保生理盐水渗透至头皮,从而提高电极与头皮之间的接触质量。
我们正在使用一次性预组装的快插式海绵电极。从包装袋中取出两片5厘米×5厘米的海绵电极。经颅直流电刺激(tDCS)中使用的电极通常是导电橡胶电极,外包浸有电解质溶液(主要是生理盐水)的海绵。
使用预饱和和新型电极以提高可靠性。采用固定位置的头戴装置将电极固定在目标脑区上方。为了准确地将海绵电极置于M1SO脑区上方,首先将绑带底部代表鼻根点的环状结构放置在鼻根点处。
鼻根点是位于大脑前方、前额与鼻子之间的区域。接下来,调整头带的上部,使其与头带的下部垂直。头带的上部应大致位于耳部上方,并在头部两侧对称放置。
头带的后部弹性部分应置于枕骨最突出的点——枕外隆凸之上。确保头戴装置贴合但不过紧。将黑色阴极连接线插入tDCS设备对应的黑色驱动输入端口。
对红色阳极连接线也重复上述步骤,将其连接至tDCS设备上对应的接口。务必确保连接的极性正确,因为tDCS的效果具有极性特异性。在tDCS及电刺激的背景下,阳极是正极端,正电流由此进入人体;阴极是负极端,正电流由此离开人体。
在经颅交流电刺激(tACS)中,不存在阳极和阴极的概念,因为两个电极会交替充当阳极和阴极。在开始经颅直流电刺激(tDCS)之前,需确保受试者处于舒适且清醒的状态。确认设备已开启,导线连接正确,头戴装置和电极位置放置妥当。
阻抗仪是确保良好接触的辅助方法,但不能替代正确执行所有实验步骤的必要性。请检查阻抗仪以评估接触质量。如果受试者的整体接触质量异常偏低,可能表明电极设置不当,导致阻抗过高。
如果在调整头戴装置和/或适当补充生理盐水后,接触质量仍然较低,且设备支持,可按下“Pre-Stim Tickle”以改善接触质量。设置tDCS会话的持续时间、刺激强度,或根据设备情况设置假刺激条件。请注意,某些刺激器建议在电极与皮肤接触之前即开启电源。
如果使用经颅电刺激(tES)设备进行经颅直流电刺激(tDCS)会话,请确保选择 tDCS 波形设置。通过按下“开始”按钮启动 tDCS。为了减少任何不良反应,某些设备在刺激开始时包含自动电流渐升功能,即设备在 30 秒内缓慢增加电流强度。
在刺激开始时,受试者通常会感觉到电极下方有瘙痒和/或刺痛感,但这种感觉在大多数情况下会逐渐消失。部分受试者可能在初始tDCS阶段感到不适。若出现此类情况,可在受试者适应期间适度暂时降低电流强度。
然后,逐渐将电流回升至所需水平。此功能可能取决于所使用的设备及实验方案。在刺激过程中,电极必须保持湿润,以确保良好的接触质量。
如果电极脱水,可以使用注射器逐渐向电极中添加更多生理盐水。如果添加生理盐水后接触质量仍未改善,需确认受试者的皮肤感觉。刺激结束后,设备将从治疗强度逐渐降低至 0 mA。
从受试者头皮上取下装有电极的头戴装置。最后,关闭设备电源。此表格比较了本视频中所述的传统tDCS应用方法与更新后的tDCS方法之间的总体差异。
此外,我们开展了一项实验,通过传统的和现代的经颅直流电刺激(tDCS)方法测量装置搭建所需的时间。为此,我们招募了采用这两种方法的专家和新手,记录每位参与者完成装置搭建所用的时间。该搭建过程重复五次,每次试验均单独计时。
结果显示,与传统方法相比,现代方法在专家和新手参与者中所需的准备时间均显著更短。使用传统tDCS方法时,专家的平均准备时间约为8分钟。使用传统tDCS方法时,新手的平均准备时间约为10分30秒。
初学者在操作过程中会出现设置错误,通常无法实现无误的设置,即使经过五次练习后仍如此。采用现代经颅直流电刺激(tDCS)方法时,专家的平均设置时间略超过一分钟。采用现代经颅直流电刺激(tDCS)方法时,初学者的平均设置时间约为两分半钟。
初学者通常在第五次操作时便能够实现无错误的设置,即使出现错误也均为轻微错误。现代经颅直流电刺激(tDCS)方法在电极放置上的精确度可与专家测量传统脑电图(EEG)10-20系统扩展的10-10位置相媲美。对于操作者或自我施用而言,现代tDCS方法具有高度可靠性。
本文所述的现代经颅直流电刺激(tDCS)方法在提高设置可靠性的同时,缩短了刺激准备时间。
本文演示了经颅直流电刺激(tDCS)及相关技术(如经颅交流电刺激tACS)的最新操作流程。正确的电极准备与放置对于实现有效的刺激至关重要。
经颅电刺激(tES)方法,如经颅直流电刺激(tDCS)、经颅交流电刺激(tACS)和经颅随机噪声刺激(tRNS),在临床前和早期探索性研究中正被越来越多地用于调节神经环路,并评估在与疾病相关的系统中对靶点的干预效果。可靠、标准化且耐受性良好的刺激方案对于在靶点验证和表型筛选工作流程中生成可重复的数据至关重要。本文所述的优化技术可减少操作设置的变异性及依赖操作者的误差,有助于在发现生物学研究和检测方法开发的各个阶段实现一致的应用。
该方法适用于从发现生物学至先导物识别的连续研究过程,其中可靠的神经调节有助于在早期靶点验证中支持假设检验和通路阐明。