Methodenartikel

Simultane EEG Überwachung Während transkranielle Gleichstrom-Stimulation

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DOI:

10.3791/50426

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17. Juni 2013

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1Programa de Pós-Graduação em Ciências Médica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES), 3Laboratory of Neuromodulation, Department of Physical Medicine & Rehabilitation, Spaulding Rehabilitation Hospital and Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, 4De Montfort University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Transkranielle Gleichstrom-Stimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive Hirnstimulation Technik, die anfängliche therapeutische Effekte in verschiedenen neurologischen Erkrankungen gezeigt hat. Der wichtigste Mechanismus zugrunde liegenden therapeutischen Wirkungen ist die Modulation der kortikalen Erregbarkeit. Daher würde Online-Überwachung der kortikalen Erregbarkeit Hilfefunktion Stimulationsparametern und Optimierung seiner therapeutischen Wirkungen. Im vorliegenden Artikel werden wir überprüfen die Verwendung eines neuartigen Gerät, das gleichzeitige tDCS und EEG-Monitoring in Echtzeit kombiniert.

Zusammenfassung

Transkranielle Gleichstrom-Stimulation (tDCS) ist eine Technik, die schwache elektrische Ströme liefert durch die Kopfhaut. Diese konstanten elektrischen Strom induziert Veränderungen in neuronalen Erregbarkeit Membran, was zu sekundären Veränderungen der kortikalen Aktivität. Obwohl tDCS hat die meisten seiner neuromodulatorischen Auswirkungen auf die zugrunde liegende Hirnrinde, können tDCS Effekte auch in fernen neuronalen Netzen beobachtet werden. Daher kann die gleichzeitige EEG-Monitoring der Auswirkungen der tDCS liefern wertvolle Informationen über die Mechanismen der tDCS. Darüber hinaus kann ein wichtiger Befund EEG Surrogat-Marker für die Auswirkungen der tDCS sein und kann daher verwendet werden, um die Parameter zu optimieren. Diese kombinierte EEG-tDCS System kann auch zur vorbeugenden Behandlung von neurologischen Erkrankungen, die durch abnorme Gipfeln der kortikalen Erregbarkeit, wie Anfälle gekennzeichnet werden. Ein solches System wäre die Basis für eine nicht-invasive geschlossene Vorrichtung sein. In diesem Artikel stellen wir ein neues Gerät, das in der Lage ist utilizing tDCS und EEG gleichzeitig. Dafür beschreiben wir in einer Schritt-für-Schritt-Mode die wichtigsten Verfahren der Anwendung dieses Gerät mit schematischen Abbildungen, Tabellen und Video-Demonstrationen. Darüber hinaus bieten wir eine Literaturrecherche zu klinischen Anwendungen von tDCS und seiner kortikalen Auswirkungen von EEG-Techniken gemessen.

Einleitung

Transkranielle Gleichstrom-Stimulation (tDCS) ist eine Technik, die schwach und direkte elektrische Ströme kontinuierlich durch die Kopfhaut geliefert verwendet, um Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit 1, 2 zu induzieren. Mit motorisch evozierte Potentiale als Marker der motorischen Cortex Erregbarkeit zeigten Nitsche und Paulus 3, dass die Richtung der tDCS Wirkungen auf das Gehirn-spezifischen Polarität ist: kathodische Stimulation induziert eine Abnahme der kortikalen Erregbarkeit, während die anodische Stimulation induziert eine Zunahme der kortikalen Erregbarkeit . Dieser Effekt auf die kortikale Erregbarkeit kann für mehr als eine Stunde nach Stimulation dauern. Diese tDCS-induzierte Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit können erhebliche Auswirkungen auf das Verhalten führen. Ein wichtiger Punkt ist die Variabilität der tDCS Auswirkungen auf das Verhalten. Es gibt mehrere Gründe für diese Variabilität zu erklären. Studien über fMRI 4 und Elektroenzephalographie (EEG) 5,6 zeigen, dass obwohl tDCS hat die meisten aktivierenden effect auf die zugrunde liegende Hirnrinde, evoziert die Stimulation verbreitete Änderungen in anderen Regionen des Gehirns. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass tDCS Auswirkungen auf den Zustand der Grundlinie 7 kortikalen Aktivität abhängen. Daher, da diese Quellen der Variabilität, ist die Verwendung von besser Surrogate, um die Auswirkungen von tDCS messen wünschenswert.

In diesem Zusammenhang schlagen wir die Verwendung der begleitenden EEG-Monitoring in Echtzeit Daten über die Auswirkungen der tDCS auf die kortikale Erregbarkeit stellen aus mehreren Gründen. Erstens, die Optimierung der Parameter der Stimulation tDCS. Zweitens, um Einblicke in neue Ziele für Therapien. Drittens, um die Sicherheit während Hirnstimulation zu gewährleisten, vor allem bei Kindern. Viertens, in der Früherkennung und Behandlung von Anfällen bei Patienten mit hartnäckigen Epilepsie dh Closed-Loop-System zu unterstützen. Schließlich könnte dieses Gerät auch über eine mögliche Anwendung in Brain-Computer-Interface-Systeme.

Wegen der entscheidenden RolleÜberwachung von kortikalen Erregbarkeit Änderungen in Bezug auf nicht-invasive Hirnstimulation, ist der Zweck dieses Artikels, um zu demonstrieren, wie die Verwendung von tDCS mit EEG durch eine neue Vorrichtung (StarstimÒ kombinieren - Neuroelectrics Instrument Controller, v 1.0; Rev 2012-08 -01, Neurolelectrics, Barcelona, ​​Spanien). Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Artikel nicht liefern Details tDCS Anwendung werden. Für ein umfassendes Verständnis der Anwendung dieser Technik, die wir empfehlen, lesen Sie den Artikel über tDCS von DaSilva et al. 11

Protokoll

1. Materialien

  1. Überprüfen Sie, dass, wenn alle Materialien sind (Abbildung 1), bevor Sie die folgenden Schritte.
  2. Es gibt 3 Größen aus Neopren Kappen, abhängig von der Größe des Probanden Kopf (klein, mittel und groß). Die Kappe hat 27 Löcher, die EEG Positionen auf dem 10/20 zugrunde: präfrontalen (F8, AF8, FP2, Fpz, FP1, AF7, F7), frontal (F4, Fz, F3), Zentralverriegelung (C3, C1, Cz, C2, C4), parietal (P7, P3, Pz, P4, P8), zeitliche (T7, T8) und occipital (PO7, O1, Oz, O2, PO8).
  3. Die Elektroden 2 verschiedenen Verwendungen, sie können für die EEG (sechs Kanäle) und tDCS (zwei Kanäle für Schwamm-Elektroden, die Anode und die Kathode) verwendet werden. In einigen Fällen können mehr als zwei Seiten der Stimulation verwendet werden. In diesem Fall vier Schwamm-Elektroden erforderlich und werden daher nur 4 Kanäle für EEG-Aufzeichnungen bleiben.
  4. Die Variation der tDCS Elektroden Größe führt zu einer Variation der Brennweite Auswirkungen 11. With einer Abnahme der Elektrode Dimension kann eine fokale Stimulation erreicht werden. Auf der anderen Seite, durch Erhöhung Elektrodengröße ist es möglich, eine funktionell unwirksam Elektrode haben. Die am häufigsten verwendeten Proportionen 25 cm 2 (5 cm x 5 cm) oder 35 cm 2 (5 cm x 7 cm). In diesem Beitrag wird schwammartigen Elektroden von 25 cm 2 verwendet werden.
  5. Alle Elektroden haben, um auf das Steuergerät Vorrichtung durch die Drähte angeschlossen werden. Dieses Gerät muss geladen regelmäßigen Abständen mit dem Control Box Batterieladegerät werden. Aus Sicherheitsgründen ist es nicht möglich, die Control Box während der aktiven Stimulation aufzuladen.
  6. Der USB-Anschluss für Bluetooth-Verbindung wird benötigt, um die Control Box an den Laptop / Computer (siehe unten) zu koppeln.

2. Vorbereitung der Haut

  1. Untersuchen Sie die Haut für alle bereits bestehenden Läsionen - Vermeidung von elektrischen Stimulation / EEG-Aufzeichnung über geschädigte Haut oder über Schädel Läsionen.
  2. Um Leitfähigkeit zu erhöhen, ziehen das Haar ausder Ort der elektrischen Stimulation / EEG Registrierung und Ort Kunststoff Haarspangen, Haare fern zu halten, reinigen Sie die Oberfläche der Haut, um irgendwelche Anzeichen von Lotion, Schmutz, Fett usw. zu entfernen und trocknen lassen.

3. Leiter Messungen

  1. Suchen und markieren Sie die Lokalisation des Vertex oder Cz (Abbildung 2), durch Messung des Abstands von nasion zu inion und Kennzeichnung auf halbem Weg mit einem Haut-Marker 11.

4. Elektroden Positionierung im Cap

  1. Setzen Salzlösung auf die tDCS Schwamm-Elektroden. Die Schwamm-Elektroden sollten mit Kochsalzlösung 11 vor dem Tragen des Kopfes Kappe eingeweicht werden. Eine 25-35 cm 2 Schwamm sollte etwa 6 ml Lösung pro Seite ausreichend. Es ist wichtig, periodisch nachzufüllen Schwamm-Elektrode mit einer Salzlösung bei einer längeren Stimulationsprotokoll.
  2. Das EEG und die tDCS Elektroden müssen in der Kappe vor dem Gegenstand befestigt ist physically trägt.
  3. Für weitere Details über die allgemeine tDCS Elektroden Vorbereitung und Positionierung sehen 11.

5. Tragen Sie die Kappe und Befestigung der Control Box darauf

  1. Stellen Sie sicher, das Thema bequem sitzt.
  2. Setzen Sie die Kappe in einer Weise, dass die Vertex (gemessen auf dem Kopf) die Cz Punkt auf der Kappe wichtige Spiele:. Gilt dies nur für durchschnittliche Größe Köpfe. Drei verschiedene Kappe Größen sind erhältlich, wenn nötig.
  3. Füllen Sie die EEG-Elektroden mit Gel unter Verwendung eines gekrümmten Spritze.
  4. Verbinden EEG und tDCS Elektroden an die Control Box Drähte. Die Control Box hat auf dem hinteren Teil der Kappe befestigt werden. Die Kanäle 1 und 2 für die Stimulation und die übrigen (3 bis 8) für die EEG-Aufzeichnung. Ihre Position in der Kappe wird auf die gewünschte experimentelle Ansatz für Aufnahme und Stimulation (Tabelle 1) ab. Als Demonstration, setzen die klassischen linken anodale tDCS up wird displa seinyed: Anode = M1, Kathode = supraorbital Gegenseite. Aus diesem montage, verbinden die Anode (rote Schwamm-Elektrode) auf der C3 und der Kathode (schwarz Schwamm-Elektrode) auf Fp2.
  5. Setzen Sie die Referenz-Elektroden zu einem der Mastoide dafür, dass sie sich nicht berühren einander und befestigt sie an den Drähten (CMS, Common Mode Sense und DRL, Driven Rechtes Bein) von der Control Box.

6. Stimulation und Recording Set Up

  1. Um Parameter der Stimulation und Kontrolle der Aufnahme zu konfigurieren, muss die Software richtig installiert nach der Anleitung des Herstellers.
  2. Drücken Sie auf "Stimulation" in der horizontalen Leiste am oberen Bildschirm (Abbildung 3).
  3. Wählen Sie die Option "EDIT" im oberen Bildschirmbereich und wählen Sie "tDCS" oder "Schein" von anderen elektrischen Stimulation Techniken, wie "transkranielle Wechselstrom-Stimulation (TAC)" und "transkranielle Stimulation Rauschen" (tRNS) (Abbildung 3a ). Die detschmerzt solcher Ansätze ist aus dem Rahmen dieser Arbeit und sind besser an anderer Stelle diskutiert 12, 13.
  4. Wählen Sie die Gesamtdauer der elektrischen Stimulation, in der Regel 20 Minuten (Abbildung 3b) und Intensität der 2mA. Hinweis: Das Gerät stimulieren kann elektrisch und Aufzeichnen von EEG-Signalen für bis zu 1 Stunde, wenn nötig.
  5. Wählen Sie die Positionierung der Elektroden nach Kanälen (Abbildung 3c).
  6. Konfigurieren tDCS und EEG-Kanäle (Abbildung 3d) nach dem experimentellen Ansatz (Tabelle 1). Die Referenz-Elektroden als DRL und CMS bezeichnet. Achten Sie darauf, die richtige Funktion für jeden Kanal wählen. Wichtig: Etikett die aktive Stimulation Elektrode als "Anode" oder "Kathode" und seine Referenz als "return" (Abbildung 3d).
  7. In der Bar-Menü befindet sich im unteren Teil des Bildschirms wählen Sie die Dauer der Rampe nach unten und hochfahren Zeitraum, in der Regel 30 sec (Figure 3e). In diesem Schritt werden Sie auch wählen Sie die Dauer der Pre-und Post EEG-Aufnahmen (Abbildung 3f). Die EEG-Aufnahme ist nicht abhängig von der Stimulation und programmiert werden, um vor dem Start, während oder nach dem Ende der tDCS werden.
  8. Um Elektrodenimpedanzen Presse "Stimulation" im oberen Teil des Bildschirms zu überprüfen und dann "mount" in der linken Seite des Bildschirms und dann auf "START IMPEDANCE CHECK" (Abbildung 4).

7. Starten Sie den Geräte-

  1. Das Thema sollten entspannt, komfortabel und wach während des Verfahrens.
  2. Drücken Sie auf "START" im unteren Teil des Bildschirms (Abbildung 5a).
  3. Prüfen Sie, ob die vertikale graue Balken vorwärts bewegt vor (5b), während (5c) und nach (5d) der tDCS.
  4. Überprüfen Sie erneut Elektrodenimpedanzen (Abbildung 5e).
  5. Drücken Sie auf "Abbruch", um die Stimulation jederzeit aussetzen, wenn nötig (5f).

8. Notieren EEG Daten

  1. Drücken Sie auf "EEG" in der oberen Bildschirm zu überprüfen, ob die EEG-Signale sichtbar und ohne Artefakte (Abbildung 6, gelb Klammer) sind. Die Signale können von 2 bis 15 Hz gefiltert werden, um die EEG Spuren zu klären.
  2. EEG wird die Aufnahme automatisch, sobald das Symbol LAUNCH gedrückt wird starten.
  3. Während der Stimulation der laufenden EEG kann in drei verschiedenen Panels, bei der vertikalen Menüleiste (Abbildung 6) lokalisiert überprüft werden.
    1. Zeitbereich (Abbildung 6): sehen Sie die Daten, wie sie empfangen wird, die Wahl von Zeit und Spannung Skalen.
    2. Spectrum (Abbildung 7): Wählen Sie einen Kanal aus und visualisieren das Leistungsspektrum Online, dh der Bildschirm zeigt die Leistung der einzelnen EEG Frequenz durch Echtzeit-Fast-Fourier-Transformation (FFT).
    3. Spektrogramm (Abbildung 8): visualisieren die Macht Spektrogramm Online, indem sie die Informationention über den Frequenzinhalt des aufgezeichneten EEG als Funktion der Zeit (Zeit-Frequenz-Analyse).
  4. In jeder der oben genannten Möglichkeiten der Forscher ist in der Lage, um die EEG-Aktivität (Abbildung 6, gelbes Rechteck) in bestimmte Frequenzbänder (Tabelle 2) filtern. Die meisten Studien, in denen die Auswirkungen der tDCS auf EEG-Aktivität haben diesen Ansatz für die Datenanalyse (Tabelle 3).

Ergebnisse

tDCS wird derzeit als ein therapeutisches Instrument für vielfältige neurologische Erkrankungen, die Depression 14, 15, post-traumatische Belastungsstörung 16, Verlangen nach Essen 17, 18 Marihuana, Alkohol und Rauchen 19 20, sowie Schmerzen 21, Tinnitus beinhaltet untersucht 22, 23 Migräne, Epilepsie 24, Parkinson-Krankheit 25, 26, Schlaganfall-Rehabilitation 27, 28 und kognitiver Dysfunktion 6, 29. Tabelle 1 zeigt die evidenzbasierte tDCS Elektrode Montagen als Behandlung für verschiedene Krankheitsbilder eingesetzt werden.

In den meisten Fällen wird eine klinische Besserung nach tDCS hauptsächlich seiner kortikalen Effekte zurückzuführen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, um kortikale Veränderungen zu quantifizieren und die am häufigsten verwendeten sind funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI), TMS-indizierten kortikalen Erregbarkeit und die electroencephalographie (EEG). Im Vergleich mit fMRI, EEG hat schlechtere räumliche Auflösung, aber überlegene Zeitauflösung 30, was zeitlichen Abfolge der neuronalen Aktivität genauer. Darüber hinaus, wie mit TMS-indizierten kortikalen Erregbarkeit Vergleich bietet EEG eine größere räumliche Auflösung. Zum Beispiel werden unter Verwendung der tDCS / EEG Vorrichtung ist es möglich, fortlaufend Änderungen im EEG in Reaktion auf tDCS erkennen. 9 zeigt die Dämpfung der kortikalen Aktivität, vor allem auf dem parietalen Region, nachdem die tDCS auf (Kanäle C3 eingeschaltet wurde und C4). Beachten Sie, dass während der Stimulation ist es nicht möglich, Gehirnaktivität in den gleichen Kanälen zur Stimulation verwendet aufzuzeichnen.

Die Auswirkungen der tDCS auf EEG wurden kürzlich von mehreren Autoren untersucht (siehe Tabelle 3), aber nur einer hat tDCS und EEG gleichzeitig 31 angelegt. Die meisten Studien zeigten eine signifikante EEG-Veränderungen nach tDCS durch die Analyse der EEG-Leistungsspektrum in Reaktion auf aktiven gegenüberSchein-tDCS. Mit Leistungsspektrumsanalyse können EEG-Signale in eine Summe von reinem Frequenzkomponenten mit FFT-Analyse zerlegt werden. Auf diese Weise können die Signale in Bezug auf ihre Leistungsspektrums, der Angaben von der Signalstärke Leistung bei jeder Frequenz (Tabelle 2) analysiert.

Abbildung 7 zeigt ein repräsentatives Beispiel eines laufenden EEG-Aktivität während tDCS (rote Klammer auf der Unterseite) und nach FFT-Analyse (roter Kreis). Der erste Peak Aktivität entspricht theta (5-7 Hz) und die zweite auf alpha (8-10 Hz) Band-Frequenzen. Die Amplitude des EEG Peaks wird in uV 2 gemessen.

Ein weiteres Beispiel kommt aus der Studie von Maeoka et al. 36, in dem die Autoren fanden eine lokale Abnahme der Alpha-und eine Zunahme der Beta Band Amplituden nach anodischer Stimulation des dorsolateralen präfrontalen Kortex mit emotionalem Stress verbunden.

Abbildung 10 zeigt ein anschauliches Beispiel für die Auswirkungen der tDCS auf quantitative EEG (Leistungsspektrum). Die Größe des frontalen alpha Amplitude war signifikant höher als Reaktion auf active-tDCS wenn zur Schein-tDCS des linken dorsolateralen präfrontalen Kortex verglichen.

Daher ist die Verwendung der automatischen FFT-Analyse (Abbildung 7) der Prüfer ist in der Lage zu bestimmen, und messen Sie die Amplitude der vorherrschenden Frequenz EEG Aktivitäten (Delta, Theta, Alpha, Beta, Gamma) während und nach der tDCS. Abhängig von der Region der Stimulation und anderen experimentellen Bedingungen wird die Amplitude des EEG spezifische Frequenzbänder voraussichtlich nach tDCS (Tabelle 3) zu ändern. In der Tat, indem sie das FFT-Analyse der EEG-Aufzeichnung während tDCS bietet eine einzigartige Gelegenheit, um die kortikale neuromodulatorischen Effekte in Echtzeit zu verstehen.

Schließlich können EEG-Signale mit einer Technik, die eine Zeit-Frequenz-basierte oder Spektrogramm IMA analysierendenge. Diese Technik wurde als vielversprechend für die Forschung, jedoch ist diese Art von EEG-Analyse noch nicht vollständig validiert für diagnostische Absichten und sollten mit Vorsicht zu diesem Zweck 8 interpretiert werden.

8 zeigt ein veranschaulichendes Beispiel eines EEG-Spektrogramm von der gleichen Vorrichtung verarbeitet werden.

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Abbildung 1. Liste der benötigten Materialien für die simultane EEG-Monitoring während tDCS: Neopren Kappe, Control Box, Kabel, Elektroden, Maßband, Kochsalzlösung und Bluetooth USB.

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Abbildung 2. Lokalisierung von Vertex (Cz) auf der Kopfhaut 11: Messen Sie den Abstand von nasion zu inion und Mark halbwegs mit einer HautMarker.

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Abbildung 3. Stimulation Screenshot: a) Die elektrische Stimulation Modus (tDCS, tACS, tRNS, Schein), b) Gesamtdauer der elektrischen Stimulation, c) Elektrodenanlage nach Kanälen; d) tDCS und EEG-Kanal-Konfiguration; e) tDCS Rampen Dauer; f) EEG Aufnahmedauer.

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Abbildung 4. Montieren Screenshot: Elektroden überprüfen Impedanz vor der Stimulation beginnt.

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Abbildung 5. Starten Screenshot: a) LAUNCH Hintern auf, b) Vertikale graue Balken vor tDCS, c) Vertikale graue Leiste während tDCS, d) Vertikale grauen Balken nach tDCS, e) Impedanz neu zu überprüfen; f) Abbruch-Taste.

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Abbildung 6. EEG Zeitbereich: überprüfen Sie die Grundlinie laufenden EEG-Aktivität und wählen EEG Band-Frequenzen bei Bedarf (gelber Pfeil rechts unten).

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Abbildung 7. EEG-Leistungsspektrum: Überprüfen Sie die vorherrschende EEG Frequenzband (roter Kreis) nach automatischer Fast-Fourier-Transformation (FFT) Analyse über den rohen laufenden EEG-Aktivität (rotes Rechteck auf dem Boden).

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Abbildung 8. EEG Spektrogramm: EEG-Signale (rotes Rechteck auf dem Boden) kann auch in Bildern (roter Kreis) mit einer Technik namens Zeit-Frequenz-Basis umgewandelt werden.

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Abbildung 9. Dämpfung des parietalen EEG-Aktivität in Reaktion auf anodale tDCS (Anode = C3; Cathode = C4). Beachten Sie, dass während der Stimulation nicht möglich Hirnaktivität in den gleichen Kanälen zur Stimulation verwendet aufzeichnen. Klicke hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen .

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Abbildung 10. tDCS Auswirkungen auf EEG-Leistungsspektrum: Note Unterschiede in frontalen alpha (a) und beta (b) Amplitude in Reaktion auf active-tDCS wenn zur Schein-tDCS über dem linken dorsolateralen präfrontalen Kortex verglichen.

Krankheit Autoren Anode Elektrode Positionierung Kathode Elektrode Positionierung
Depression Boggio et al, 2008;. Loo et al 2012. DLPFC Supraorbital
Schmerz Fregni et al., 2006, M1 Supraorbital
Stroke Lindenberg et al., 2010, M1 M1
Boggio et al., 2007, M1 (betroffene Seite) Supraorbital
Supraorbital MI (nicht betroffene Seite)
Tinnitus Fregni et al., 2006, LTA Supraorbital
Parkinson Benninger et al., 2010, M1/DLPFC Mastoid
Fregni et al., 2006, M1 Supraorbital
Migräne Antal et al., 2011, V1 Oz
Der Missbrauch von Alkohol Boggio et al., 2008, R / L - DLPFC L / R - DLPFC

Tabelle 1. tDCS Elektrode Montagen in verschiedenen klinischen Bedingungen Legends: LTA, links temporoparietalen Bereich; V1, Sehrinde; DLPFC, dorsolateralen präfrontalen Kortex, M1, Motor Cortex, R, Rechts, L, links..

Bands Symbol Frequenz (Hz) Beste Aufnahme Website Weitere prominente während ...
Delta δ 1-4 Frontal (Erwachsene), Posterior (Kinder) Tief Stadien des Schlafes (3 und 4)
Theta θ 5-7 Diffuse in der Kopfhaut Schläfrigkeit
Alpha α 8-12 Posterior Regionen Erwacht, mit geschlossenen Augen
Beta β 13-30 Frontal Geistige Anstrengung, tiefen Schlaf
Gamma γ 31-45 Somato-sensorischen Kortex Kurzzeitgedächtnis Aufgaben und taktile Stimulation

Tabelle 2. EEG-Frequenzbänder.

Autoren Anode Elektrode Positionierung Kathode Elektrode Positionierung EEG-Kanäle (Anzahl) Hauptergebnisse
Ardolino et al., 2005, Fp1 C4 4 Bilaterale Zunahme des frontalen Delta-und Theta-Bands.
Keeser et al., 2011, F3 Fp2 25 Abnahme der frontalen und präfrontalen delta Band.
Marshall et al., 2011, F3/F4 Mastoide 7 - Non-REM-Schlaf: frontal Abnahme der Delta-Band.
- REM-Schlaf: weltweite Zunahme von Gamma-Band.
Wirth et al., 2011, F3 Rechte Schulter 52 Globale Rückgang in Delta-Band.
Zaehle et al., 2011, F3 Mastoide 32 - Anodal: lokale Erhöhung von theta und alpha-Bands.
- Kathodischer: lokale Abnahme der Theta-und Alpha-Bands.
Jacobson et al., 2011, Zwischen T4-Fz Fp1 27. Abnahme der rechten frontalen Theta-Band.
Polania et al., 2011, C3 Fp3 62 - Globale Synchronisation aller untersuchten Bands.
Maeoka et al., 2012, F3 Fp2 128 Lokale Anhebung in Beta-und Alpha-Bands verringert.

Tabelle 3. Studien zur Analyse der Auswirkungen von tDCS auf EEG-Aufzeichnungen.

Diskussion

Sicherheitsfragen

Zunächst sollte für alle Themen Kontraindikationen für tDCS 11 gescreent werden. Prüfen Sie auch für Hautläsionen oder Krankheiten, da es Anzeichen für tDCS induzierten Läsionen nach Integrität der Haut. Wenn tDCS stark über einen verletzten Bereich angedeutet, ist es möglich, bei niedrigeren Intensität, dh 0,5-1,0 mA tun. Es ist jedoch nicht gewährleistet, dass dies Hautirritationen oder Läsionen zu verhindern. Somit sollte der Zustand der Haut unter den Elektroden vor und nach tDCS 2 kontrolliert werden.

Impedanz und Elektroden

Elektrodenimpedanzen sollte so niedrig wie möglich. Dies verringert das Risiko für interne und externe Störgeräusche oder verzerrte Signale. Impedanzen sollte auch nochmals zu überprüfen, wenn es irgendein Artefakt in dem Signal 37.

Alle Elektroden müssen von guter Qualität mit intakten Flächen sein. Renutzbare Elektroden mit inkonsistenten Oberflächen können ungleichmäßig Stromdichten. Alle Oberflächenelektroden sollte mit ausreichend leitendes Gel aufgetragen werden, um niedrige Impedanzen zu gewährleisten, und die Impedanzen sollte für Artefakte 37 überprüft werden.

Closed-Loop-Systeme

Ein Closed-Loop-System ist ein System, das zur Diagnose und Behandlung von Anomalien elektrophysiologischen sie unverzüglich 8, 10. Ein anschauliches Beispiel ist die EEG-Spike-Detektor für eines entgegenkommenden Beschlagnahme. Dieses Prinzip wurde erfolgreich bei Patienten mit schwerer Epilepsie angewendet. Morrell und Kollegen 9 behandelten 191 Patienten mit schwer behandelbarer Epilepsie mit einem Gehirn implantierten Stimulator und beobachteten eine signifikante Reduktion der Anfallshäufigkeit sowie Verbesserungen in der Lebensqualität. Trotz des Erfolgs, sind invasive Verfahren mit Risiken und Komplikationen wie lokale Infektion oder unerwünschte Stimmung oder kognitiven Wirkungen und damit verbunden einer alterntive, nicht-invasive Ansatz wünschenswert. Daher kann die vorliegende Gerät stellen eine interessante Option für jene Patienten, die eine schnelle Diagnose und neurophysiologischen sofortige Behandlung, wie zum Beispiel Patienten mit Epilepsie müssen.

Die Closed-Loop-System Anwendung kann nicht bei Patienten mit Epilepsie nur beschränkt werden. Eine Reihe von neueren Studien haben vorgeschlagen, dass EEG Veränderungen können Markierungen verschiedener neuropsychiatrischen Erkrankungen 30 sein. Mit einer Kombination von tDCS und EEG könnte auch nützlich sein für die Optimierung der Parameter der Stimulation. Solche Algorithmen sind noch unbebauten, aber die Kombination von Erkenntnissen aus EEG und tDCS Studien kann in einer solchen Entwicklung zu helfen.

Im Vergleich zu TMS, die andere nicht-invasive Stimulation des Gehirns Technik ist, wird tDCS als viel mehr für therapeutische Zwecke geeignet vor allem wegen seiner geringen Kosten und relativ Portabilität. Darüber hinaus ein System, das einen Kopf mit Kappe verwendet vorgegebenen elektrode Standorte standardisieren Ort der Stimulation und die Ergebnisse verbessern. Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung besteht die Möglichkeit, mehr als einen Ort zur gleichen Zeit, die gefunden wurde, als klinisch überlegen, als herkömmliche Stimulation nach einigen Autoren 38, 39 zu fördern.

Obwohl das Gerät zeigt klare Vorteile, müssen einige Einschränkungen zu berücksichtigen, um das Gerät für die Zukunft zu verbessern. Erstens kann das Gerät nicht stimulieren und notieren EEG-Signale an der gleichen Stelle gleichzeitig (siehe Abbildung 9). Zweitens ist die Zahl der verfügbaren Kanäle zu erfassen EEG gering. Die übliche Empfehlung ist, mindestens 16-Kanäle für eine ausreichende EEG Studie 40 und noch mehr Kanäle für elektrooptische Okulographie zu Augenbewegung Artefakte erkennen verwenden. In der Tat, in den letzten Jahren gab es eine Tendenz, die Zahl von Kanälen in EEG / tDCS Untersuchungen (Tabelle 3) zu erhöhen. Obwohl die geringe Anzahl von Kanälen miGHT beeinflussen Sensibilität bei der Aufdeckung von dynamischen Veränderungen in kortikalen Erregbarkeit, kann ein solches System noch nützlich für die Suche nach Algorithmen für bestimmte Elektrode Standorten.

Offenlegungen

Diese Arbeit wurde teilweise durch neuroelektrischen, Barcelona Spanien, die das Instrument in diesem Artikel verwendet produziert unterstützt.

Danksagungen

PS erhielt finanzielle Unterstützung von CAPES, Brasilien. Diese Arbeit wurde teilweise mit einem Zuschuss von CIMIT unterstützt. Die Autoren sind auch dankbar, dass Uri Fligil für seine technische Unterstützung und Olivia Gozel und Noelle Chiavetta für ihre Hilfe bei der Bearbeitung dieses Manuskript.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Material
Neopren Headcap NeuroelectricsNE0191
Neopren HeadbandNeuroelectricsNE0201
Frontale Trockenelektrode FrontendNeuroelectricsNE0214
Gelelektrode FrontendNeuroelectricsNE0228
Gelflasche 60clNeuroelektrikNE0161
Stimulationselektrode Pi cm2NeuroelektrikNE0248
Flasche Kochsalzlösung 100mlNeuroelektrikNE0331
Schwammelektrode vorderes Ende 25 cm2NeuroelektrikNE0264
Klebeelektrode FrontendNeuroelektrikNE02525
USB Bluetooth DongleNeuroelectricsNE0311
USB-Karte mit SoftwareNeuroelectricsNE0151
gebogene SpritzeNeuroelectricsNE0141
microUSB NECBOX-LadegerätNeuroelectricsNE0131
ElektrodenkabelNeuroelectricsNE017 101
Materialname
StarStim NECBOX NeuroelektrikNE0121

Referenzen

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