Transkutane Stimulation des Nervus vagus aurikulär am menschlichen Ohr

Zusammenfassung

Quelle: Badran, B. W., et al. Laborverabreichung der transkutanen Stimulation des Nervus aurikulärer Vagus (taVNS): Technik, Targeting und Überlegungen. J. Vis. Exp. (2019)

Dieses Video zeigt die transkutane aurikuläre Vagusnervstimulation (taVNS), eine nicht-invasive Methode zur Modulation der Gehirnaktivität. Die Elektroden werden an der vorderen Wand des äußeren Gehörgangs und des Tragus platziert und zielen auf den Ohrast des Vagusnervs (ABVN) ab. Bei Stimulation gelangt der resultierende Nervenimpuls zum Hirnstamm, wo er mehrere Hirnregionen und deren Funktionen beeinflusst

Protokoll

Alle Eingriffe, an denen menschliche Teilnehmer beteiligt sind, wurden in Übereinstimmung mit den institutionellen, nationalen und internationalen Richtlinien für das Wohlergehen des Menschen durchgeführt und vom lokalen institutionellen Prüfungsausschuss überprüft.

1. Materialien

1. Stellen Sie sicher, dass alle für die Verabreichung von taVNS erforderlichen Materialien vorbereitet sind (Abbildung 1). Der taVNS-Stimulator kann entweder ein batteriebetriebenes Gerät sein, das den örtlichen Sicherheitsvorschriften entspricht, oder es kann sich um eine herkömmliche Steckdose mit eingebauten Sicherheitsmechanismen handeln, die unbeabsichtigte Überspannungen verhindern. Es wird ein Konstantstromstimulator (stromgesteuert) mit einer maximalen Leistung von 5 mA benötigt.
2. Verwenden Sie für taVNS Stimulationselektroden aus einem runden leitfähigen Metall (Zinn, Ag/AgCl, Gold) in Kombination mit einem leitfähigen Medium wie Elektrolytgel oder leitfähiger Paste (siehe Materialtabelle). Alternativ können Sie leitfähige Elektroden verwenden, die aus flexiblen leitfähigen Kohlenstoffelektroden und leitfähigem Gel bestehen, das klebend sein kann oder auch nicht. Platzieren Sie Elektroden niemals ohne leitfähiges Medium direkt auf der Haut, da dies ein unnötiges Risiko für den Teilnehmer darstellen und Beschwerden oder Schmerzen verursachen kann.
3. Verwenden Sie eine computergesteuerte Skriptsoftware (siehe Materialtabelle), die programmiert und verwendet wird, um den Stimulator zu steuern und die Stimulation mit bestimmten Parametern zu initiieren. Zu diesen Parametern gehören die Stromstärke (mA), die Impulsbreite (μs), die Frequenz (Hz), das Tastverhältnis (Ein-/Ausschaltzeit, s) und die Sitzungsdauer (min).
4. Verwenden Sie Alkoholpräparationspads (70% Isopropylalkohol), um die Hautoberfläche vorzubereiten, bevor Sie Elektroden am Ohr anbringen. Dadurch werden Oberflächenöle von der Haut entfernt und die Widerstandsfähigkeit der Haut verringert, wodurch sichergestellt wird, dass die Stimulation auf einem sicheren Leistungsniveau erfolgt.

2. Ohr-Targeting und Hautvorbereitung

1. Verwenden Sie die folgenden allgemeinen Einschlusskriterien für die Durchführung von taVNS im Forschungsumfeld: Alter 18–70, keine Gesichts- oder Ohrenschmerzen, kein kürzliches Ohrtrauma, keine Metallimplantate einschließlich Herzschrittmacher, nicht schwanger.
2. In Experimenten mit gesunden Teilnehmern in einer Laborumgebung sind die folgenden Ausschlusskriterien zu verwenden: persönliche oder familiäre Vorgeschichte von Anfalls-, Stimmungs- oder Herz-Kreislauf-Störungen, Abhängigkeit von Alkohol oder kürzlichem illegalem Drogenkonsum, bei pharmakologischen Wirkstoffen, von denen bekannt ist, dass sie das Anfallsrisiko erhöhen.
3. Setzen Sie den Teilnehmer auf ein bequemes Bett oder einen Stuhl in Rückenlage oder einer anderen entspannten Position mit angehobenen Beinen und gestütztem Kopf.
4. Untersuchen Sie das linke Ohr des Teilnehmers. Stellen Sie sicher, dass kein Schmuck angebracht ist und sämtliches Make-up und Lotion entfernt wurden. Vergewissern Sie sich, dass es an der Stimulationsstelle keine hautbedingten Kontraindikationen gibt, einschließlich Sonnenbrand, Schnitte, Läsionen, offene Wunden.
5. Finden Sie das Stimulationsziel, das von der vorderen Wand des äußeren Gehörgangs von außen markiert ist, indem Sie den Tragus finden. Die Stimulation wird an den Teil des Gehörgangs direkt hinter dem Tragus abgegeben (Abbildung 2).
6. Verwenden Sie ein Alkoholvorbereitungspad, um die Zielstelle sowohl innerlich als auch äußerlich sanft zu schrubben, um den Hautwiderstand zu verringern und den Leitwert zu erhöhen.

3. Elektrodenvorbereitung und -platzierung

1. Wenn Sie Einwegelektroden verwenden, überprüfen Sie die Elektroden visuell, um sicherzustellen, dass eine saubere, korrosionsfreie Oberfläche freigelegt wird. Stellen Sie sicher, dass die Elektroden desinfiziert werden, um die Ausbreitung von Bakterien zwischen den Probanden zu verhindern. Dies kann mit Alkohol oder Sterilisationstüchern erfolgen, um die Elektroden zu schrubben. Wenn Sie Einwegelektroden verwenden, fahren Sie mit Schritt 3.2 fort.
2. Verteilen Sie eine dünne Schicht leitfähiger Paste gleichmäßig auf der Oberfläche der Elektrode. Dadurch wird Strom an die Stimulationsstelle verteilt. Für eine runde Elektrode mit 8 mm Durchmesser reicht eine erbsengroße Menge Paste aus. Verteilen Sie die Paste mit einem schmalen Holzapplikator, so dass eine dünne Schicht Paste <1 mm auf beiden Elektroden entsteht.
3. Schließen Sie die Elektrodenkabel an das Stimulationsgerät an, während das Gerät ausgeschaltet ist, und überprüfen Sie die Polarität der Elektroden (rote/positive Elektrode: Anode, schwarze/negative Elektrode: Kathode). Dies ist ein wichtiges Detail, da das Targeting polaritätsspezifisch ist – die Anode (roter/positiver Anschluss) ist die Elektrode, die im Gehörgang platziert wird und auf die Vorderwand des äußeren Gehörgangs abzielt. Die Kathode (schwarzer/negativer Anschluss) sitzt an der Außenseite des Ohrs und ist mit dem Tragus verbunden. Für die Scheinstimulation wird die Anode auf der vorderen Seite des Ohrs platziert.
4. Befestigen Sie die Federelektrode am Tragus, wobei die Anode die vordere Wand des äußeren Gehörgangs und die Kathode den vorderen Teil des Tragus berührt.
   HINWEIS: Wenn Sie eine Scheinstimulation durchführen, befestigen Sie die Elektrode am Ohrläppchen (aktive Steuerung). Alternativ kann eine Scheinstimulation durchgeführt werden, indem Stimulationsclips an der aktiven Stelle angebracht werden und kein elektrischer Strom abgegeben wird (passive Kontrolle).
5. Da die Probanden den Druck der Elektroden spüren, die an ihrem Ohr befestigt sind, stellen Sie sicher, dass dieser Druck nicht unangenehm ist oder den regionalen Blutfluss stört, wie dies durch blasse weiße Haut an der Clipstelle oder körperliche Schmerzen demonstriert wird, die der Proband empfindet. Bestimmen Sie nach diesem Punkt die Wahrnehmungsschwelle (PT), die im nächsten Verfahrensschritt beschrieben wird.

4. Bestimmung der Wahrnehmungsschwelle (PT)

HINWEIS: Die Wahrnehmungsschwelle ist ein kritischer Wert, der zur Bestimmung der Leistung der taVNS-Stimulation verwendet wird. Dieser Wert ist definiert als die minimale Menge an Elektrizität, die erforderlich ist, um eine elektrische Stimulation auf der Haut wahrzunehmen, die als Stechen oder Kribbeln beschrieben wird.

1. Bestimmen Sie den PT mit einer einfachen binären parametrischen Step-up- und Step-down-Suche. Schalten Sie zunächst den Stimulator ein und stellen Sie den Ausgang auf 3 mA. Liefern Sie einen 1-sekündigen TaVNS-Stimulationszug mit der gewünschten Pulsbreite (typischerweise 250–500 μs) und Frequenz (25 Hz, kann je nach Anwendung variieren).
2. Fragen Sie den Probanden, ob er die Stimulation gespürt hat. Die Empfindung wird im Allgemeinen als "Kitzeln" oder "Stechen" berichtet.
   1. Wenn JA, verringern Sie die Stimulationsintensität um 50 % und wiederholen Sie Schritt 4.2. Wenn NEIN, erhöhen Sie die Stimulationsintensität um 50 % und wiederholen Sie Schritt 4.2.
3. Wiederholen Sie den in Schritt 4.2 beschriebenen Vorgang, bis Sie mindestens 4 "JA"-Antworten aufzeichnen, wobei die 4. JA-Antwort nach einem NEIN erfolgen muss. Die Intensität (in mA) des PT ist der Wert, bei dem der Proband seine vierte JA-Antwort sagt.
4. Verwenden Sie das in Tabelle 1 aufgeführte Beispiel für die Ermittlung des PT-Schwellenwerts, um die PT-Bestimmung zu unterstützen.

5. Stimulation abgeben

1. Sobald sich der Proband wohl fühlt, die Stimulationselektroden richtig am gewünschten Ziel befestigt sind und die Wahrnehmungsschwelle auf die gewünschte Impulsbreite und -frequenz festgelegt wird, beginnt die Stimulation.
2. Verwenden Sie einen Computer, auf dem eine impulserzeugende grafische Benutzeroberfläche (GUI, z. B. stimDesigner) ausgeführt wird, die mit einer Datenerfassungseinheit (DAQ) verbunden ist, um das Stimulationssystem zu steuern. Die Software sollte TTL-Impulse (Transistor-Transistor-Logik) als programmierbare Einstellungen ausgeben (Abbildung 3). Die TTL-Impulse werden über ein Bajonett-Neill-Concelman-Kabel (BNC) an den "Trigger-In"-Anschluss des Stimulators gesendet. Diese Schnittstelle zwischen Interface-Software und Stimulator ermöglicht die Modulation von Frequenz, Tastverhältnis (Ein-/Ausschaltzeit) und Sitzungsdauer (Abbildung 4).
   1. Stellen Sie sicher, dass die Stimulation bei überschwelligen Werten erfolgt, wie z.B. 200% von PT8,9. Wenn der PT beispielsweise auf 0,8 mA festgelegt wurde, erfolgt die Stimulation bei 1,6 mA.
   2. Stellen Sie sicher, dass die Richtlinien für Arbeitszyklen bei der Durchführung langer Stimulationssitzungen befolgt werden. Typische Einschaltzyklen haben Einschaltzeiten von 30 bis 60 s und 60 bis 120 s Ausschaltzeiten oder 20 bis 50 % Einschaltdauer.
   3. Variieren Sie die Länge der Stimulationssitzung (Gesamtzeit). Studien deuten darauf hin, dass 30-60-minütige Stimulationssitzungen bei einem Tastverhältnis von 25 % sicher und frei von akuten Nebenwirkungen oder unerwünschten Ereignissen sind. Diese Sitzungen können mit einem Abstand von 12 bis 24 Stunden zwischen den Sitzungen sicher wiederholt werden.
      >HINWEIS: Die Sicherheit von taVNS ist bei längeren Stimulationssitzungen, größeren prozentualen Einschaltzyklen (>40%), beschleunigten Paradigmen und höheren Stimulationsstromdosen unklar.

Ergebnisse

Abbildung 1: Schlüsselkomponenten. Die mindestens erforderlichen Komponenten für die ordnungsgemäße Verabreichung von taVNS sind die folgenden (A) Ohrstimulationselektroden, (B) leitfähiges Gel und Alkoholvorber...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
70% Isopropylalkohol Tücher	Any	/A	Alle Alkoholvorbereitungspads, die für die Haut in geeigneter Weise verwendet werden.
Konstantstromstimulator (auslösbar)	Soterix Medical	N/A-Stimulator	hergestellt für den kundenspezifischen Gebrauch von Soterix Medical
Leitfähige Einweg-Elektroden	Kundenspezifische	N/A-Stimulationselektroden	werden speziell im City College Neural Engineering Lab (Badran/Bikson) hergestellt.Matlab-Software
mit Stimulations-GUI	MathWorks	N/A	MATLAB wird für die Programmierung des Pulsmusters verwendet
Ten20 Leitfähige Paste	Weaver and Company	N/A	Leitfähige Paste zur Verabreichung von Stimulation

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