Methodenartikel

Hochauflösende transkranielle Gleichstromstimulation während des Schlafs

DOI:

10.3791/68911

⸱

5. Dezember 2025

 ,  , 
1Center for Sleep and Cognition, Department of Psychiatry, Beth Israel Deaconess Medical Center, 2Division of Sleep Medicine, Harvard Medical School

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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

Dieses Protokoll beschreibt hochauflösende transkranielle Gleichstromstimulation während des Schlafs mit gleichzeitiger elektroenzephalografischer Überwachung, um kausale Zusammenhänge zwischen den Zielregionen und dem Schlaf sowie deren zugehörige Prozesse zu untersuchen.

Zusammenfassung

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

Hochauflösende transkranielle Gleichstromstimulation (HD-tDCS) ermöglicht eine hochpräzise räumliche Modulation der neuronalen Aktivität während des Schlafs. Dieses Protokoll stellt eine umfassende Methodik zur Anwendung von HD-tDCS unter Verwendung einer 4-x-1-Ringelektrodenkonfiguration vor, während gleichzeitig hochauflösende Elektroenzephalographie (HD-EEG) aufgezeichnet wird, um Schlafarchitektur und Stimulationseffekte zu überwachen. Die Technik ermöglicht eine systematische Abstimmung mehrerer Parameter, wobei jede Parameterauswahl unterschiedliche neurophysiologische Ergebnisse erzielt. Dies bietet Möglichkeiten, spezifische Hirnregionen und oszillatorische Muster gezielt auf die Forschungsfrage zugeschnitten zu behandeln. Eine erfolgreiche Umsetzung dieses Protokolls erfordert die Aufmerksamkeit für die Platzierung der Elektroden, das Impedanzmanagement und die Echtzeit-Schlaf-Staging-Fähigkeit. Die Vielseitigkeit dieser Methodik und ihre Fähigkeit, kausale Zusammenhänge in der Schlafphysiologie zu untersuchen, laden zu einer breiten Palette von Anwendungen ein, von der Grundlagenneurowissenschaft bis hin zu klinischen Interventionen auf Basis der Schlafoptimierung. Der hier beschriebene standardisierte, aber flexible Rahmen etabliert HD-tDCS als eine robuste Plattform für systematische Untersuchungen der Schlafneurobiologie sowie ihrer klinischen Konsequenzen.

Einleitung

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Schlaf ist entscheidend für die Gehirngesundheit und Kognition, und spezifische Schlafoszillationen haben eine wichtige unterstützende und wiederherstellende Rolle. Die Fähigkeit, diese Schlafoszillationen zu modulieren, bietet einzigartige Möglichkeiten, die Kausalität zwischen Schlaf, Gehirnaktivität und Kognition herzustellen. In den letzten Jahren sind verschiedene Neuromodulationstechniken entstanden, wobei die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) vielversprechend als nicht-invasiver Ansatz zur Modulation der neuronalen Aktivität während des Schlafs 1,2,3,4 zeigt.

Konventionelles tDCS leitet Gleichstrom über große Polsterelektroden, typischerweise 25–35 cm2, an, was zu einer relativ diffusen Stimulationführt. Die Wirksamkeit und Spezifität von tDCS während des Schlafs hängt von mehreren Schlüsselparametern ab, die systematisch manipuliert werden können. Die Platzierung der Elektroden bestimmt grundlegend, welche kortikalen Regionen stimuliert werden; Bifrontale Konfigurationen können entweder langsame Schwingungen und Schlafspindeln 6,7 verstärken oder die gesamte Schlafzeit8 reduzieren, abhängig von Montage und Polarität. Die aktuelle Intensität (typischerweise 0,2–2,0 mA) zeigt dosisabhängige Effekte sowohl auf die Stärke neurophysiologischer Reaktionen als auch auf die Teilnehmertoleranz9. Temporale Parameter, einschließlich der gesamten Stimulationsdauer, Ramp-Dauer und Protokollstruktur (kontinuierlich vs. intermittierend mit spezifischen Interstimulationsintervallen), bestimmen sowohl die unmittelbaren als auch die Nachwirkungen; Beispielsweise können intermittierende Protokolle mit stimulationsfreien Intervallen die Anregbarkeit des motorischen Kortex erhöhen und gleichzeitig die Anpassungreduzieren. Zusätzlich beeinflusst der Zeitpunkt der Stimulation im Verhältnis zur Schlafarchitektur die Ergebnisse; zum Beispiel betrifft die Schlafstimulation im Stadium 2 (N2) hauptsächlich Spindeln und langsame Schwingungen 6,7, während die REM-Schlafstimulation das Selbstbewusstsein während der Träumebeeinflusst 11. Diese Vielfalt der Ergebnisse solcher Feinheiten bei der Parameterauswahl veranschaulicht die exquisite Sensitivität der Schlafarchitektur – und verwandter Prozesse wie Kognition – gegenüber gezielter Neuromodulation.

High-Definition tDCS (HD-tDCS) verwendet kleinere Elektroden, wie die 4 x 1 Ringmontage (etwa 0,95 cm² Oberfläche gegenüber 2–35 cm² bei herkömmlichen Gummielektroden), die eine stärkere gezielte Zielerfassung von Hirnregionen mit verbesserter räumlicher Präzision ermöglicht – definiert als die Fähigkeit, elektrischen Strom innerhalb eines bestimmten Ziels zu konzentrieren und gleichzeitig die Ausbreitung auf benachbarte Bereiche zu minimieren – im Vergleich zu größeren, a priori12 verwendeten Gummielektroden. HD-tDCS erzeugt außerdem eine stärker begrenzte elektrische Feldverteilung, und der erzeugte Strom beschränkt sich größtenteils auf kortikale Bereiche direkt unter denElektroden 13. Diese fortgeschrittene räumliche Spezifität minimiert Off-Target-Effekte und ebnet den Weg für hochpräzise funktionelle Korrelationen zwischen den Stimulationsstellen und den beobachteten Ergebnissen14. Diese Selektivität ermöglicht eine genauere Überprüfung von hirnregionsspezifischen Hypothesen und reduziert gleichzeitig störende Einflüsse durch unbeabsichtigte Stimulation benachbarter kortikaler Bereiche 5,12,13,14,15. Die verbesserte fokale Präzision und Genauigkeit von HD-tDCS ermöglicht mechanistische Untersuchungen spezifischer Hirnregionen und deren Assoziationen mit unterschiedlichen Aspekten der Schlafphysiologie und Kognition. Die Anpassungsfähigkeit von HD-tDCS wird verstärkt, wenn sie mit kontinuierlichen neurophysiologischen Aufzeichnungen wie der kontinuierlichen hochauflösenden Elektroenzephalographie (EEG) kombiniert wird. Daher ist eine Plattform mit solch translationalem Potenzial in der Lage, sowohl die Grundlagenforschung der Neurowissenschaften als auch die Entwicklung klinischer Interventionen für Schlaf- und neuropsychiatrische Erkrankungenvoranzutreiben 4.

Dieses Protokoll beschreibt eine umfassende Methodik zur Anwendung von HD-tDCS während des Schlafs unter Verwendung einer 4-x-1-Ringkonfiguration, während gleichzeitig EEG aufgezeichnet wird, um die Schlafarchitektur und die Stimulationseffekte zu überwachen. Der Ansatz ist vielseitig gestaltet und ermöglicht es Forschern, die Stimulationsparameter anzupassen, um verschiedene Forschungsfragen im Zusammenhang mit der Schlafneurowissenschaft zu beantworten.

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Protokoll

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

Die Studie wurde genehmigt und nach den ethischen Richtlinien unseres Instituts durchgeführt. Die Teilnehmer der Studie erhielten eine informierte Einwilligung mit vollständigen Erklärungen zu den Verfahren, Risiken und Vorteilen.

1. Kontraindikationen und Sicherheitsaspekte

  1. Vor dem Aufbau des Experiments sollten gemäß den aktuellen Sicherheitsrichtlinien16,17 (Tabelle 1) keine Kontraindikationen für HD-tDCS festgestellt werden.
  2. Untersuchen Sie die Kopfhaut des Teilnehmers gründlich auf Hautläsionen. Vermeiden Sie es, Bereiche mit Schäden oder Entzündungen zu stimulieren.
  3. Überprüfen Sie die Medikamente des Teilnehmers, da das zentrale Nervensystem wirkende Medikamente die Wirkung der Stimulation beeinflussen können.
  4. Erlangen Sie eine informierte Einwilligung mit vollständigen Erklärungen zu den Verfahren, Risiken und Vorteilen.
  5. Screenen Sie Baseline-Symptome16 auf bereits bestehende Symptome, die mit stimulationsbedingten Effekten verwechselt werden könnten16,17. Dazu gehören: Kopfschmerzen, Kopfhautbeschwerden, Kribbeln, Juckreiz, Brennen, Hautrötung, Schläfrigkeit, Konzentrationsschwierigkeiten und Stimmungsschwankungen.

2. Ausrüstungsvorbereitung

HINWEIS: Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung separater, unabhängiger Geräte für HD-tDCS- und EEG-Aufzeichnungen (Abbildung 1). Einige kommerziell erhältliche Systeme integrieren sowohl Stimulations- als auch Aufzeichnungsfunktionen in einem einzigen Gerät. Nutzer solcher integrierter Systeme sollten herstellerspezifische Anweisungen konsultieren.

  1. Sammeln Sie alle notwendigen Ausrüstungen und Materialien (Tabelle 2, Abbildung 2 und Abbildung 3).
  2. Stellen Sie sicher, dass das herkömmliche tDCS-Gerät über eine ausreichende Stromversorgung verfügt.
    1. Schalten Sie beide Geräte ein und überprüfen Sie den Stromstatus gemäß den Herstellerspezifikationen.
    2. Für batteriebetriebene Geräte: Wenn die Anzeigen für niedrige Akku leuchten, wechseln Sie die Batterien (bei vom Benutzer austauschbaren Systemen) oder laden Sie das Gerät auf (bei integrierten Batteriesystemen).
    3. Für softwaregesteuerte Geräte: Überprüfen Sie den Stromstatus über die Steuerschnittstelle.
    4. Für Netzgeräte: Stellen Sie eine ordnungsgemäße Verbindung zur Steckdose mit geeigneter medizinischer Isolierung sicher.
  3. Überprüfen Sie alle Elektroden auf Anzeichen ungewöhnlichen Verschleißes oder Schäden.
    1. Für Ag/AgCl-gesinterte Ringelektroden: Überprüfen Sie auf Ablagerungen von Elektrolyseprodukten auf der Elektrodenoberfläche.
    2. Bei Kohlenstoffgummi-Elektroden: Überprüfen Sie Risse, Sprödigkeit oder ungleichmäßigen Verschleiß.
    3. Für Einwegelektroden: Überprüfen Sie, ob sie die Einweg- oder empfohlenen Nutzungsgrenzen nicht überschritten haben.
    4. Ersetzen Sie beschädigte oder stark beanspruchte Elektroden gemäß den Herstellerempfehlungen für die Austauschfrequenz.
  4. Verbinden Sie die Kabel der Ag/AgCl-gesinterten Ringelektroden mit den passenden Empfängern des 4 x 1 Adapter-Ausgangskabels.
    1. Verbinden Sie das mittlere Elektrodenkabel mit dem Stecker des Mittelempfängers.
    2. Verbinden Sie die verbleibenden Elektroden mit den umliegenden Steckdosen.

3. EEG-Kappe und HD-tDCS-Elektrodenvorbereitung (Abbildung 2 und Abbildung 3)

  1. Wählen Sie die passende EEG-Kappe für den Teilnehmer basierend auf dem Kopfumfang aus. Siehe das Herstellerhandbuch zur Auswahl der EEG-Kappengröße.
  2. Bestimmen Sie die Polarkonfiguration der HD-tDCS-Elektroden basierend auf den Studienzielen. Bei der anodalen Stimulation dient die mittlere Elektrode als Anode (positiv), während die umliegenden Elektroden als Kathoden (negativ) fungieren. Bei der kathodalen Stimulation dient die mittlere Elektrode als Kathode (negativ), während die umliegenden Elektroden als Anoden (positiv) fungieren. Häufige Platzierungen (und erwartete Gehirnziele) sind:
    1. Verwenden Sie die bilaterale frontolaterale (F3/F4)-Position, um den präfrontalen Cortex6 zu zielen.
    2. Verwenden Sie die zentrale (Cz) Platzierung, um die sensorimotorischen Bereiche18 anzuvisieren.
    3. Verwenden Sie die Occipitalposition (Oz), um den visuellen Kortex19 zu zielen.
    4. Verwenden Sie das parietale (P3/P4), um die Assoziationskortikse20 gezielt anzuvisieren.
    5. Optional) Verwenden Sie computergestützte Feldmodellierung, um die Stromverteilung zu visualisieren und zu optimieren ( Abbildung 4):
      1. Erhalte das strukturelle MRT des Teilnehmers, falls verfügbar, oder verwende ein Standardkopfmodell.
      2. Verwenden Sie Feldmodellierungssoftware (z. B. SIMNIBS, ROAST oder herstellerspezifische Tools wie HD-Explore), um den Stromfluss21,22 zu simulieren.
      3. Eingangselektrodenpositionen und Stimulationsparameter (Stromintensität, Polarität).
      4. Bewerten Sie die vorhergesagte Feldverteilung, um eine angemessene Zielerfassung des gewünschten Interessensgebiets sicherzustellen.
      5. Passen Sie die Elektrodenpositionen nach Bedarf an, um die Feldschärfe und Intensität am Ziel zu optimieren.
  3. Entfernen Sie die EEG-Aufzeichnungselektroden an der gewählten Stimulationsstelle von der EEG-Kappe. Dadurch können die HD-tDCS-Stimulationselektroden diese Positionen einnehmen, sodass sie durch dieselben Öffnungen in der Kappe direkten Kontakt mit der Kopfhaut haben. Die entfernten EEG-Elektroden können während der Stimulation keine aussagekräftigen Daten von diesen Stellen erfassen, da der Stimulationsstrom gesättigt ist.
  4. Setzen Sie die HD-tDCS-Elektroden oder Elektrodenhalter in die Kappe ein (Abbildung 2).
    HINWEIS: Einige HD-tDCS-Systeme verwenden Elektroden, die direkt in die Kappe eingeführt werden, ohne separate Halter. Befolgen Sie herstellerspezifische Anweisungen.
    1. Für Systeme mit Elektrodenhaltern: Positionieren und sichern Sie die Halter so, dass die Seite mit der Kappe zur Außenseite der EEG-Kappe zeigt und die gegenüberliegende Seite (ohne Kappe) zur Innenseite der EEG-Kappe zeigt, sodass sie die Kopfhaut des Teilnehmers berührt.
    2. Für Systeme mit Direkteinführungselektroden: Befolgen Sie die Herstellerrichtlinien für die korrekte Ausrichtung der Elektroden und den Sicherungsmechanismus.
  5. Auftragen Sie eine klebrige leitfähige Paste (hohe Viskosität, chloridfrei; Ten-20) Paste zur Vorbereitung der EEG-Kappe, wie vom Hersteller empfohlen.
    1. Drehen Sie die EEG-Kappe auf links und setzen Sie sie auf einen Schaumstoffkopf.
    2. Glätten Sie alle Falten im Stoff der Mütze.
    3. Mit einem Zungenspatel bedecken Sie die EEG-Elektroden mit Paste. Verwenden Sie keine Paste auf HD-tDCS-Stimulationselektroden.
    4. Forme die Paste zu Kuppeln. Trage weniger Paste vorne auf, wo weniger Haare sind, und mehr am Scheitel und Hinterkopf.
    5. Vermeiden Sie es, zu viel Paste auf jede Elektrodenstelle aufzutragen und Paste auf den Stoff zu bringen, da übermäßiges Verlaufen zu Brücken führen kann.

4. Teilnehmeraufstellung

  1. Setzen Sie den Teilnehmer bequem auf einen Stuhl.
  2. Tragen Sie die Gesichts- und Masse-Referenzelektroden mit klebeleitender Paste mit Goldbecherelektroden auf. Sichern Sie die Elektroden mit medizinischem Klebeband.
    1. Reinigen Sie Stellen mit einem Alkoholabstrich, peelen Sie mit leicht abrasivem Vorbereitungsgel (z. B. Nuprep) auf einem Wattestäbchen (z. B. Wattestäbchen) und entfernen Sie alle Flüssigkeiten mit einem trockenen Mullquadrat. Elektrodenstellen entsprechen den standardisierten Anforderungen an die Polysomnographie-Montage für die Schlafstadieneinteilung gemäß den Kriterien23 der American Academy of Sleep Medicine (AASM) und umfassen:
      Referenz (Stirn); dienen als Referenzelektroden
      A1/A2 (Mastoide, Knochen hinter den Ohren); dienen als Referenzelektroden.
      LOC/ROC (rechte und linke äußere Canthi nahe den Augen, rechts erhoben, links gesenkt); Zeichnen Sie Augenbewegungen auf.
      EMGs (2 am Kinn); Zeichnen Sie den Muskeltonus auf, um die Schlafstadien zu unterscheiden.
      Boden (Schlüsselbein/Schlüsselbein); stabilisiert den Verstärker und reduziert Gleichtaktrauschen.
    2. Füllen Sie die Elektroden mit einer klebrigen leitenden Paste und tragen Sie sie auf die Stelle auf, wobei Sie vermeiden, dass die Paste auf der Rückseite der Elektrode freiliegt.
    3. Für die HD-tDCS-Rückgabeelektrode wird die entsprechende Stimulationselektrode auf das Schlüsselbein gelegt und mit Klebeband befestigt. Tragen Sie Kochsalzlösung oder -gel gemäß den Herstellerangaben auf.
  3. Lokalisieren und markieren Sie den zentralen Punkt für die Platzierung der EEG-Kappe.
    1. Zuerst lokalisiere den Knoten (Cz).
      1. Misse die Entfernung von der Nasion (Verbindung von Stirn und Nasenknochen) zum Inion (auffälligster Punkt des Hinterhauptbeins). Markiere die Halbzeit mit einer Linie.
      2. Misse den Abstand zwischen den linken und rechten präaurikulären Punkten. Markiere die Halbzeit mit einer Linie.
      3. Cz liegt an der Kreuzung dieser Linien. Besprühen Sie das Haar leicht mit Wasser und einer Sprühflasche ( Abbildung 3), um die Platzierung der EEG-Kappe zu erleichtern.
  4. Drehen Sie die vorbereitete EEG-Kappe eng und bequem auf dem Kopf des Teilnehmers um und richten Sie sich auf die Cz-Elektrode mit der markierten Cz-Stelle. Befestigen Sie die EEG-Kappe mit den Kinnriemen am Kopf des Teilnehmers.
  5. Mit einer Spritze werden die Elektrodenstellen mit leitfähigem Gel (z. B. E-Gel) gefüllt.
    1. Ziehen Sie die Elektrode leicht nach oben und führen Sie die große, stumpfe Nadelspitze in die Mitte der Elektrode ein. Wackele vorsichtig mit der Nadel, um Haare aus dem Weg zu schieben, und trage leitfähiges Gel (~0,5 ml) auf. Drücken Sie die Elektrode vorsichtig nach unten, um eine starke Verbindung zwischen Gel, klebriger leitfähiger Paste und Kopfhaut sicherzustellen.
    2. Vermeiden Sie es, Gel über den Umfang der Elektrodenstelle hinaus zu verteilen, um eine Stromumleitung zu verhindern.
    3. Tragen Sie mehr leitfähiges Gel auf Scheitel und Hinterkopf auf, um die höhere Haardichte auszugleichen.
    4. Drücken Sie jede Elektrode gegen die Kopfhaut.
  6. Positionieren Sie die Ag/AgCl-gesinterten Ringelektroden in jedem HD-tDCS-Elektrodenhalter ( Abbildung 2, rechter Panel).
    1. Platzieren Sie die raue Oberfläche nach unten und die glatte, abgerundete Oberfläche nach oben.
    2. Senken Sie die Ringelektrode, bis sie auf der Basis des Halters ruht.
    3. Fügen Sie mehr hochviskoses leitfähiges Gel (z. B. HD-Gel) hinzu, um die Elektrode zu bedecken.
    4. Verwenden Sie die mitgelieferten Kappen, um die Elektroden zu fixieren.

5. HD-EEG-Systemaufbau

  1. Bereiten Sie die passende Software für den Aufnahmecomputer vor.
  2. Wenn eine hochdichte Kopfbox (oder ähnliche Hardware) verwendet wird, stellen Sie sicher, dass alle Elektroden an die entsprechenden Verstärker angeschlossen sind. Diese Stufe kann die Verwendung eines Glasfaseranschlusskabels erfordern, und es können Unterschiede bei der Einrichtung der Aufnahmehardware vorliegen.
  3. Stecken Sie in diesem Stadium keine Stimulationselektroden an.
  4. Schalten Sie den Verstärker ein und starten Sie die EEG-Aufnahmesoftware.
    1. Nachdem Sie eine neue Studiendatei erstellt haben, wählen Sie die Profiloption aus, die für eine hochdichte Montage geeignet ist.
    2. Überprüfen Sie das Ziel für die Dateispeicherung und die für die Montage geeigneten Filter.
  5. Überprüfe die Impedanzen.
    1. Setzen Sie die Impedanzgrenze auf 25 kΩ und streben Sie Impedanzen unter 10 kΩ an.
    2. Für Elektroden mit hoher Impedanz sollten folgende Anpassungen in Betracht gezogen werden:
      1. Wenn alle oder die meisten hoch sind, prüfe, ob alle Elektroden richtig verbunden sind. Überprüfen Sie die Referenzelektrode und erneuern Sie gegebenenfalls die Referenzelektroden.
      2. Wenn alle oder die meisten ungewöhnlich niedrig sind, prüfen Sie, ob die Masse angeschlossen ist.
      3. Wenn die Hälfte komplett rot ist, prüfe die Passform von Cap und Verstärker.
      4. Wenn eine einzelne Elektrode hoch ist, drücken Sie auf die Elektrode. Wenn die Impedanz hoch bleibt, geben Sie mehr leitfähiges Gel mit der Spritze, kratzen Sie vorsichtig mit der Spritzenspitze für die Kopfhautelektrode ab oder erneuern Sie die Gesichtselektrode. Wenn das Problem weiterhin besteht oder übermäßige Impedanz festgestellt wird, überprüfen Sie die Verbindung zwischen Kondensator, Stecker und Verstärker.
  6. Beginnen Sie mit der EEG-Aufnahme.
  7. Führen Sie Biokalibrierungen durch.
    1. Bitte den Teilnehmer, die Augen für ~10 Sekunden zu öffnen und zu schließen. Achten Sie auf die Alpha-Aktivität bei den meisten Teilnehmern. Rechnen Sie mit größeren Amplituden an hinteren Kanälen als an vorderen Kanälen. Achten Sie auf Amplitudenvariationen auf der Kopfhaut.
    2. Bitten Sie den Teilnehmer, nach links, rechts, nach oben und unten zu schauen. Bitte anschließend den Teilnehmer, die Zähne zusammenzubeißen. Beobachte Bewegungen im Auge und Kinn-Elektrodenaufnahmen.
    3. Bitte den Teilnehmer, ein paar Mal zu blinzeln.
      HINWEIS: Blinzelartefakte sollten als große Ablenkungen in den Frontalelektroden (z. B. Fp1, Fp2) erscheinen, da diese den Augen am nächsten sind. Elektroden, die weiter von den Augen entfernt sind, können kleinere Ablenkungen zeigen.
    4. Fügen Sie zusätzliche Biokalibrierungen hinzu, wie es das Studienprotokoll vorschreibt (z. B. Atmung, Gliedmaßenbewegung usw.).

6. HD-tDCS-Stimulator-Setup

  1. Bereiten Sie die HD-tDCS-Stimulationselektroden und den Stimulator vor. Schließen Sie die Elektroden erst mit dem Stimulator an, nachdem die folgenden vorher abgeschlossen wurden.
    1. Stellen Sie sicher, dass der Stimulator an eine Steckdose angeschlossen ist oder dass die Batterien vollständig geladen und ordnungsgemäß installiert sind.
    2. Schalte den Stimulator ein.
  2. Nachdem das Gerät eingeschaltet ist, stecken Sie das Elektrodenkabel an die Rückseite des Geräts.
    HINWEIS: Das Versäumnis, das Gerät vor dem Einstecken einzuschalten, kann zu einem leichten Schlag führen. Ein langes oder speziell bestelltes Elektrodenkabel kann notwendig sein, damit die Stimulation aus dem Kontrollraum oder außerhalb des Schlafbereichs ausgelöst werden kann, um die Wahrscheinlichkeit einer Störung des Schlafs des Teilnehmers zu verringern.
  3. Stellen Sie Stimulationsparameter basierend auf dem Studiendesign fest. Einstellungen umfassen Intensität, Wellenform (dies ist DC für tDCS-Protokolle), Dauer und Ramp-Zeiten.
    HINWEIS: Diese Parameter variieren je nach Ziel und Physiologie im Gehirn. Die meisten Geräte verfügen außerdem über Einstellungen, um Stimulations- und Scheinprotokolle zu trennen. In diesem Stadium sollte die Stromverteilung für die Stimulationsmontage konfiguriert werden. Bei einer typischen 4 x 1-Konfiguration erhält die Mittelelektrode 100 % der programmierten Stromintensität, während dieser Strom auf die vier Rücklaufelektroden (jeweils 25 %) verteilt ist.
  4. Stelle die aktive Stimulation oder den Scheinmodus gemäß dem Studienprotokoll ein. Wenn die Studie eine Verblindung beinhaltet, sind geeignete Maßnahmen erforderlich, um zu verhindern, dass Teilnehmer oder Forscher wissen, welcher Modus verwendet wird. Einige Stimulatoren haben eingebaute Stimulations- oder Scheinfunktionen, um dabei zu helfen.
  5. Wenn die HD-tDCS-Elektroden eine hohe Impedanz zeigen (z. B. größer als 600 kΩ), führen Sie unter der SAM-Einstellung eine kurze Teststimulation (5–10 s bei programmierter Intensität) durch, um die Konnektivität zu überprüfen. Idealerweise sollte dies vor dem Einschlafen des Teilnehmers erledigt werden.
    1. Unter der SHAM-Einstellung den Puls abgeben. Erwarten Sie, dass die Impedanz nach der Abgabe des Pulses um 3-5 Sekunden sinkt. Sobald die Impedanzreduzierung bestätigt ist, wird die Stimulation sofort abgebrochen (die gesamte Testdauer darf 10 Sekunden nicht überschreiten).
    2. Fügen Sie mehr hochviskoses leitfähiges Gel hinzu und/oder überprüfen Sie die Verbindungen, bis die Impedanz bei einem Scheinimpuls auf weniger als 20–25 kΩ fällt.

7. Schlafüberwachung und Stimulationsprotokoll

  1. Bereite die Schlafumgebung vor.
    1. Minimiere Umgebungslicht und -geräusche.
    2. Stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer sich wohlfühlt.
    3. Bieten Sie dem Teilnehmer Ohrstöpsel an.
    4. Markiere die Zeit in der EEG-Aufnahme, wenn die Lichter ausgeschaltet werden.
  2. Überwachen Sie das EEG auf Schlafbeginn und spezifische Stadien, um das Stimulationsprotokoll basierend auf dem Studiendesign einzuleiten. Entscheidungen bezüglich des Stimulationsprotokolls und seines Initiationspunkts sollten die Dauer/Kontinuität der Stimulation (d. h. kontinuierlich vs. intermittierend) sowie die angestrebte Physiologie/Schlafarchitektur berücksichtigen.
  3. Markiere den Beginn der Stimulation in der EEG-Aufnahme mit einer entsprechenden Notation.
  4. Wenn der Teilnehmer während der Stimulation erwacht:
    1. Brechen Sie den Stimulator ab.
    2. Markieren Sie den Zeitpunkt mit einer entsprechenden Notation auf der EEG-Aufnahme.
    3. Überwachen Sie, dass der Teilnehmer gemäß dem Studiendesign und dem Stimulationsprotokoll wieder in die Schlafphase zurückkehrt.
    4. Setzen Sie das Stimulationsprotokoll gegebenenfalls fort. Bei Verwendung eines intermittierenden Stimulationsdesigns gilt die abgebrochene Stimulationsphase typischerweise als beendet, und die nächste Stimulation wäre die nächste im Zeitplan (z. B. wenn Stimulation #3 abgebrochen wird, setzt das Protokoll mit Stimulation #4 fort, sobald sie wieder aufgenommen wird).
    5. Führe das Stimulationsprotokoll durch.
      1. Sobald die letzte Stimulationsphase vorbei ist, ziehen Sie das Stimulationskabel (das die HD-tDCS-Elektroden verbindet) vom Stimulator ab, bevor Sie den Stimulator ausschalten.
        HINWEIS: Auch hier kann das Versäumnis, vor dem Ausschalten des Geräts den Stecker zu ziehen, zu einem leichten Schlag führen, der den Teilnehmer möglicherweise weckt.
      2. Erlauben Sie dem Teilnehmer, weiterhin ungestört weiterzuschlafen, je nach Studiendesign.

8. Abschluss der Sitzung und Entfernung von Geräten

  1. Wecken Sie den Teilnehmer zur passenden Zeit.
    1. Markiere die Zeit im EEG, wenn die Lichter eingeschaltet werden.
    2. Wecken Sie den Teilnehmer sanft.
  2. Stoppt die EEG-Aufnahme.
  3. Trennen Sie das Gerät.
    1. Entferne die Kondensatoren von den HD-tDCS-Elektrodenhaltern.
    2. Entfernen Sie vorsichtig die Ag/AgCl-Ringelektroden, wobei Sie bei Bedarf ein stumpfes Werkzeug verwenden, um das Ziehen an den Kabeln zu vermeiden.
    3. Reinige die Elektroden mit einem feuchten Papiertuch und trockne sie zur Aufbewahrung.
  4. Entfernen Sie die EEG-Kappe und reinigen Sie die Elektrodenstellen, um die Gele zu entfernen.
  5. Bieten Sie dem Teilnehmer Reinigungsmittel an, um Gel aus Haaren und Haut zu entfernen.
  6. Bewerten Sie die Bewertung des unerwünschten Ereignisses nach der Stimulation (ähnlich dem Screening in Schritt 1.5). Dokumentieren Sie den Schweregrad (z. B. mild, mäßig oder schwer) und den wahrscheinlichen Zusammenhang zur Stimulation, um die Reaktionen auf das Ausgangs-Screening zu vergleichen.
    HINWEIS: Die meisten HD-tDCS-Nebenwirkungen sind mild und vorübergehend und lösen sich typischerweise innerhalb weniger Stunden nach der Stimulation16,17 ab. Falls dies nicht der Fall ist, sollten institutionelle Protokolle für die Meldung schwerer unerwünschter Ereignisse herangezogen werden.

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Ergebnisse

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

Wenn das Protokoll korrekt implementiert wird, führt HD-tDCS während des Schlafs zu messbaren und reproduzierbaren Veränderungen in der Schlafarchitektur und -physiologie, die systematisch mit den gewählten Stimulationsparametern variieren. Die fokale Verteilung durch bilaterale frontolaterale Stimulation in Abbildung 4 – eine mögliche Montage – veranschaulicht die räumliche Präzision von 4 x 1 Ringelektroden. Eine erfolgreic...

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Diskussion

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

Dieses Protokoll bietet einen standardisierten, aber flexiblen methodischen Rahmen zur Durchführung von HD-tDCS während des Schlafs mit gleichzeitiger EEG-Überwachung. Die Hauptstärke der Technik liegt in ihrer fokalen, parametergesteuerten Neuromodulation und der Fähigkeit, ihre neurophysiologischen Effekte direkt zu überwachen. Dies ermöglicht Tests zur Kausalität zwischen gezielter Gehirnaktivität und schlafbezogenen Prozessen.

Eine erfolgreiche und zuverlä...

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Danksagungen

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

Wir danken der Beth Israel Deaconess Medical Center Clinical Research Coordinator Core Facility (RRID:SCR_027579) für ihre unschätzbare Unterstützung dieser Arbeit, einschließlich spezieller Forschungsräume und Infrastruktur. Wir danken dem Core auch für die großzügige Unterstützung, die die Veröffentlichung dieses Manuskripts ermöglicht hat.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Ag/AgCl-gesinterte RingelektrodenSoterix MedicalHD-1AGE-12 Für die Stimulationseinrichtung
AlkoholabstricheNANAZur EEG-Einrichtung
Ohrstöpsel NANAFür die Unterstützung des Teilnehmers beim Einschlafen 
EC2NatusCR-003Zur EEG-Einrichtung
EEG-Aufzeichnungskappe (mit angeschlossenen Elektroden)Natus21114Zur EEG-Einrichtung
Elektro-GelElectro-Cap International, Inc. E11Zur EEG-Einrichtung
Gaze-Quadrate NANAZur EEG-Einrichtung
Goldcup-Elektroden NatusF-E5GH-48Für die Sammlung von Elektrookulographie (EOG) und Elektromyographie (EMG)
HD-EEG-System mit 64-Kanal-Fähigkeit NatusEEG-Verstärker des GehirnmonitorsZur EEG-Einrichtung
HD-gel Soterix MedicalHD-1GELFür die Stimulationseinrichtung
HD-tDCS-ElektrodenhalterSoterix MedicalHD-1A.2 Für die Stimulationseinrichtung
HD-tDCS-StimulationsadapterSoterix Medical 4x1 Multikanal-StimulationsadapterModell 4X1-C3A Für die Stimulationseinrichtung
HD-tDCS-Stimulationssystem Soterix Medical M× N HD Transkraniale StimulationssystemModell 9002 Für die Stimulationseinrichtung
Kopfmodell zur Sicherung und Vorbereitung des Gels auf der EEG-Aufzeichnungskappe (falls erforderlich)Zur EEG-Einrichtung
NuprepWeber und Gesellschaft10-30Zur EEG-Einrichtung
WattestäbchenWattestäbchenhttps://www.qtips.com/Zur EEG-Einrichtung
SchereNANAZur EEG-Einrichtung
Spezialisiertes Steckkabel/-kabel Soterix MedicalCUS_MxN_CBL Für Stimulationselektroden
Sprühflasche (und Becher) mit WasserNANAZur EEG-Einrichtung
BandNANAZur EEG-Einrichtung
Zehn-cm³-Spritze mit 16-Gauge stumpfer SpitzeNANAFür EEG-/Stimulationsaufbau
Zehn-20Weber und Gesellschaft10-20-8Zur EEG-Einrichtung
ZungenspatelNANAZur EEG-Einrichtung
HandtücherNANAZur EEG-Einrichtung

Referenzen

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