虚拟现实曝光期间颅外直接电流刺激的同步应用
January 18th, 2021
这份手稿概述了一个新的协议，允许在接触战区创伤相关线索时同时应用颅内直流刺激，使用虚拟现实为创伤后应激障碍的退伍军人。
非侵入性脑刺激与虚拟现实相结合，为寻求创伤后压力和焦虑治疗的人提供了一种增强情感学习和习惯的新方法。这是一种高度身临其境但便携的方法，植根于神经科学。该技术可以治疗有效，可以针对个别患者量身定做。
这种非侵入性方法可以帮助创伤后应激患者了解以前引发焦虑的情况是安全的。演示这个程序的将是悉尼布里吉多，一个来自我的实验室的研究助理。悉尼将协助协议的各个步骤。
要使参与者为颅内直流刺激做好准备，在将头部带放在参与者身上后，站在参与者后面，使用先前计算的头部周长的 10% 确定阴极电极的位置，并测量从头部到右侧的电位的距离。根据测量结果放置阴极电极，使其大致位于乳腺工艺的右耳后面。要确定食极的位置，测量出先前计算的 10% 的头部周长，从鼻孔向上和先前计算的头部周长的 5% 左右。
放置正向电极，并验证天极是否触及 10 到 20 EEG 电极 AF3FP1 位置。放置电极后，打开 tDCS 设备并插入电极。要加载设置 A，请按右上角按钮以退出学习模式，并使用左上角和左下角按钮输入设备的主代码。
单击"确定"并确保箭头指向触发器。使用右上按钮在设置中移动，直到出现负载设置。使用左箭头使用右上箭头将箭头滚动到屏幕底部，以将所有设置向后移动到设置 A，然后单击左上箭头以加载设置 A. 将右上角和左下角按钮一起检查阻抗性，以确认 tDCS 电极和参与者的头骨之间有足够的接触。
开始刺激，并在刺激之前、期间和之后记录阻抗。在完成刺激时，在关闭设备之前，从设备中取出电极。将两个自粘剂一次性电极活性电极贴片放在参与者非占主导地位的手的内脏区域，并打开电极活性电性皮肤反应数据采集软件。
打开以前生成的数据采集模板并单击创建记录以创建新的实验。要校准电极活动信号，请将电极连接到电极贴片上，并按照软件说明一次校准一个电极。当两个电极都经过校准时，请参与者深呼吸并保持10秒，然后呼吸，以确保充足的电镀皮肤响应信号。
要管理 tDCS，需要打开虚拟现实系统的助手并打开患者应用程序。检查屏幕分辨率是否设置为 1280 乘 720 并单击播放。打开临床控制器程序，根据与参与者部署最相关的场景选择驾驶场景。
在患者头像窗口下，选择驾驶员位置，将音量设置为最大音量的 65%。在参与者的帮助下，让助手将头戴式显示屏放在参与者的头上，注意显示器不会使电极脱位，并检查是否舒适。让助手将耳机放在参与者的头上，并检查是否舒适。
指示参与者静静坐两分钟，以便收集基线电极活动数据，并按 F1 标记基线周期的开始。两分钟后，按 F3 标记基线周期的结束。完成基线电极活性收集后，打开 tDCS 设备并插入电极。
该设备应处于设置 B.Click OK 的研究模式，以确认设置 B 已编程并应用两毫安强度，总共 25 分钟，30 秒坡道向上和 30 秒坡道向下。输入从随机化软件中检索到的参与者特定随机化代码，然后单击"确定"。按左上按钮表示"是"以启动刺激并单击以启动驱动器。确保每次开车仅在 VR 环境中至少 30 秒的驾驶开始。
对于第一节，引导参与者在第一次开车时使用口头提示来完成 VR 事件的发生，例如，前面将有三、二、一路伏击。你会看到前面三、二、一路伏击在 VR 菜单中选择合适的场景时。
在每个事件之间至少行驶 10 秒，管理每个 VR 事件。在管理 VR 事件时，每次管理 VR 事件时，键盘上都会有一个助理按 F2，以监控皮肤传导数据采集。根据对皮肤传导痕迹的目视检查，参与者 A 似乎显示从第一个 VR 会话到协议中点在第三个 VR 会话到最后第六个 VR 会话期间会话之间的习惯迹象。
对参与者 B 的原始皮肤传导追踪的目视检查似乎表示在将第一次驱动器通过与第三次驱动器通过进行比较时会话内习惯。与参与者 A 相比，对参与者 C 的原始皮肤传导数据进行目视检查似乎显示的习惯特征不那么明显。 尽管如此，参与者 C 演示了会话间和会内习惯。此外，与参与者 A 类似，与其余五个会话相比，第一个 VR 会话期间的皮肤传导水平在数字上更高。
参与者 D 的原始皮肤传导数据表明，在没有可视觉检测的皮肤传导反应的情况下，皮肤传导水平可能被认为太低，无法进行适当的分析。即使伪影和电极信号丢失持续存在，对于此人来说，持续低皮肤传导水平和缺乏可视觉检测的皮肤传导反应仍然很明显。在协议中，关键步骤是确保 tDCS 电极保持在正确的位置，阻抗在可接受的值内，并注意参与者的安全不适。
tDCS 可以通过个性化蒙太奇进行优化，包括基于解剖 MRI 的电极位置和剂量。MRI 可以进一步用于评估随着时间的推移的神经变化。
概述
本研究提出了一种将经颅直流电刺激（tDCS）与虚拟现实相结合的新协议，以帮助患有创伤后应激障碍（PTSD）的退伍军人。这种沉浸式方法旨在促进对创伤相关线索的情绪学习和适应。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 心理学
- 创伤和焦虑治疗
背景
- PTSD是退伍军人中的一个重大问题，通常需要创新的治疗方法。
- 将tDCS与虚拟现实结合可能会提高治疗效果。
- 该协议旨在为接触引发焦虑的场景创造安全环境。
- 这种方法提供了一个便携且针对患者量身定制的治疗选择。
研究目的
- 开发同时应用tDCS和虚拟现实暴露的程序。
- 改善PTSD患者的情绪学习和适应。
- 评估这种非侵入性组合在治疗中的有效性。
使用的方法
- 该协议涉及在参与者与虚拟现实环境互动时施加tDCS。
- 参与者通过仔细放置电极进行准备，并通过皮肤电活动进行监测。
- 刺激强度和持续时间的具体设置被编程到tDCS设备中。
- 数据收集在暴露于设计用来模仿创伤线索的虚拟现实场景时进行。
主要结果
- 对皮肤电导数据的视觉检查表明在多次会话中存在适应的迹象。
- 参与者在会话之间和会话内表现出不同程度的适应。
- 同时使用tDCS和VR有助于更好地处理与创伤相关的线索的情绪。
结论
- 本研究通过结合tDCS和VR展示了一种治疗PTSD的有前景的方法。
- 研究结果表明情绪调节和创伤处理可能得到改善。
- 总体而言，这种方法可以增强焦虑相关障碍的治疗策略。
常见问题
Executive Industry Relevance
Combining non-invasive neuromodulation with immersive virtual reality offers a novel strategy for addressing treatment-resistant anxiety disorders by targeting neural circuits underlying fear extinction. This approach supports mechanistic de-risking in early discovery by enabling objective, quantifiable readouts of physiological habituation during controlled exposure. The integration of tDCS with VR provides a translatable platform for evaluating target engagement and therapeutic potential in neuropsychiatric indications.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of ventromedial prefrontal cortex modulation as a mechanistic target for fear regulation and emotional learning.
- Operational Value: Supports target hypothesis testing through simultaneous delivery of neuromodulation and standardized trauma-related cues in a controlled environment.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative electrodermal activity readouts that serve as pharmacodynamic biomarkers of arousal and habituation.
- Operational Value: Establishes a reproducible, within-subjects design for assessing dose-response relationships between stimulation parameters and physiological output.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery and clinical application by using a disease-relevant system (veterans with PTSD) to assess target-mediated changes in hyperarousal.
- Operational Value: Facilitates go/no-go decisions by providing longitudinal, session-based data on habituation trends across multiple exposures.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation to lead optimization by providing a platform to assess functional target modulation and behavioral correlates of therapeutic intervention.
- Discovery Biology: Supports mechanistic de-risking by isolating the effect of prefrontal tDCS on autonomic responses to threat-related stimuli.
- Screening: Enables assay readiness through standardized VR scenarios and real-time monitoring of skin conductance as a quantitative readout.
- Analytics: Generates time-series physiological data that allow comparison of within- and between-session changes in arousal.
- Translational Research: Connects neuromodulation effects to clinical outcomes via measurable changes in psychophysiological responses during trauma cue exposure.
- Enterprise Reuse: The tDCS+VR framework can be adapted across anxiety-indicative models by modifying virtual scenarios and stimulation montages.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by linking neuromodulation to measurable reductions in physiological arousal.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized electrode placement, impedance monitoring, and fixed stimulation parameters (2 mA, 25 min).
- Strategic Value: Reduces biological risk in neuropsychiatric programs by enabling early assessment of target engagement in a human-relevant context.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by quantifying habituation as a biomarker of therapeutic response.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neuromodulation safety, electrode placement, and virtual reality system synchronization.
- Dependent on tDCS hardware capable of precise current delivery and impedance tracking, plus EDA acquisition systems.
- Necessitates cross-team standardization between neuroscience, clinical, and data analysis teams for consistent protocol execution.
- Adaptation across model systems requires validation of electrode montages and VR scenario relevance to the target anxiety phenotype.
- Practical limitations include inter-individual variability in skin conductance responses and the need for rigorous artifact control during data collection.
