Gleichzeitige Anwendung der transkraniellen Gleichstromstimulation während der Virtual-Reality-Exposition
18. Januar 2021
Dieses Manuskript skizziert ein neuartiges Protokoll, das die gleichzeitige Anwendung der transkraniellen Gleichstromstimulation während der Exposition gegenüber Kriegstrauma-bezogenen Hinweisen unter Verwendung virtueller Realität für Veteranen mit posttraumatischer Belastungsstörung ermöglicht.
Die Kombination von nicht-invasiver Hirnstimulation mit virtueller Realität stellt einen neuartigen Ansatz zur Verbesserung des emotionalen Lernens und der Gewöhnung für Menschen dar, die eine Behandlung für posttraumatischen Stress und Angstzustände suchen. Dies ist ein hochgradig immersiver und dennoch tragbarer Ansatz, der in den Neurowissenschaften verwurzelt ist. Die Technik könnte therapeutisch wirksam sein und auf den einzelnen Patienten zugeschnitten werden.
Diese nicht-invasive Methode kann Patienten mit posttraumatischem Stress helfen zu lernen, dass zuvor angstauslösende Situationen sicher sein können. Demonstriert wird das Verfahren von Sydney Brigido, einer Forschungsassistentin aus meinem Labor. Sydney wird bei den verschiedenen Schritten des Protokolls behilflich sein.
Um einen Teilnehmer auf die transkranielle Gleichstromstimulation vorzubereiten, stellen Sie sich nach dem Auflegen des Kopfgurts auf den Teilnehmer, um den Standort für die Kathodenelektrode anhand der zuvor berechneten 10% des Kopfumfangs festzulegen und diesen Abstand vom Kopfinion nach rechts zu messen. Platzieren Sie die Kathodenelektrode entsprechend den Messungen so, dass sie sich ungefähr hinter dem rechten Ohr auf dem Mastoidprozess befindet. Um die Position für die Anodalelektrode zu bestimmen, messen Sie die zuvor berechneten 10% des Kopfumfangs vom Nasion aufwärts und die zuvor berechneten 5% des Kopfumfangs rechts.
Platzieren Sie die Anodalelektrode und überprüfen Sie, ob die Anode die Positionen der AF3FP1-Elektrode mit 10 bis 20 EEG berührt. Wenn die Elektroden platziert wurden, schalten Sie das tDCS-Gerät ein und schließen Sie die Elektroden an. Um Einstellung A zu laden, drücken Sie die obere rechte Taste, um den Studienmodus zu verlassen, und verwenden Sie die oberen und unteren linken Tasten, um den Mastercode des Geräts einzugeben.
Klicken Sie auf OK und stellen Sie sicher, dass der Pfeil auf die Auslöse zeigt. Verwenden Sie die Schaltfläche oben rechts, um durch die Einstellungen zu gehen, bis die Ladeeinstellung angezeigt wird. Verwenden Sie die Pfeile nach links, um den Pfeil zum unteren Bildschirmrand zu scrollen, indem Sie den Pfeil oben rechts verwenden, um alle Einstellungen zurück zu Einstellung A zu durchlaufen, und klicken Sie auf den Pfeil oben links, um die Einstellung A zu laden.Drücken Sie die Tasten oben rechts und unten links zusammen, um die Impedanz zu überprüfen, um zu bestätigen, dass ein ausreichender Kontakt zwischen den tDCS-Elektroden und dem Schädel des Teilnehmers besteht.
Starten Sie die Stimulation und zeichnen Sie die Impedanz vor, während und nach der Stimulation auf. Entfernen Sie nach Abschluss der Stimulation die Elektroden aus dem Gerät, bevor Sie das Gerät ausschalten. Legen Sie zwei selbstklebende Einweg-Elektroden-Elektroden-Pflaster auf den Thenarbereich der nicht dominanten Hand des Teilnehmers und öffnen Sie die elektrodermale Aktivität galvanische Hautreaktionsdatenerfassungssoftware.
Öffnen Sie die zuvor generierte Datenerfassungsvorlage, und klicken Sie auf Datensatz erstellen, um ein neues Experiment zu erstellen. Um das elektrodermale Aktivitätssignal zu kalibrieren, befestigen Sie eine Elektrode an einem Elektrodenpflaster und befolgen Sie die Softwareanweisungen, um eine Elektrode nach der anderen zu kalibrieren. Wenn beide Elektroden kalibriert wurden, bitten Sie den Teilnehmer, tief einzuatmen und ihn vor dem Ausatmen 10 Sekunden lang zu halten, um ein angemessenes galvanisches Hautreaktionssignal zu gewährleisten.
Um das tDCS zu verwalten, lassen Sie einen Assistenten das Virtual-Reality-System einschalten und öffnen Sie das Patientenanwendungsprogramm. Überprüfen Sie, ob die Bildschirmauflösung auf 1280 x 720 eingestellt ist, und klicken Sie auf Wiedergabe. Öffnen Sie das Controller-Programm des Klinikers und wählen Sie das Fahrszenario basierend auf der Szene aus, die für den Einsatz des Teilnehmers am relevantesten ist.
Wählen Sie im Patienten-Avatar-Fenster die Fahrerposition aus und stellen Sie die Lautstärke auf 65% des Maximums ein. Lassen Sie den Assistenten mit Hilfe des Teilnehmers das Head-Mounted-Display auf den Kopf des Teilnehmers legen, achten Sie darauf, dass das Display die Elektroden nicht verrenkt und auf Komfort überprüft. Lassen Sie den Assistenten die Kopfhörer auf den Kopf des Teilnehmers legen und überprüfen Sie den Komfort.
Weisen Sie den Teilnehmer an, zwei Minuten lang ruhig zu sitzen, damit die Elektrodermalaktivitätsdaten zu Beginn der Baseline-Aktivität erfasst werden können, und drücken Sie F1, um den Beginn des Baseline-Zeitraums zu markieren. Drücken Sie nach zwei Minuten F3, um das Ende des Basiszeitraums zu markieren. Schalten Sie nach Abschluss der Elektrodenaktivitätserfassung zu Beginn das tDCS-Gerät ein und schließen Sie die Elektroden wieder an.
Das Gerät sollte sich im Lernmodus für die Einstellung B befinden.Klicken Sie auf OK, um zu bestätigen, dass einstellung B programmiert ist, und um eine Intensität von zwei Milliampere anzuwenden, insgesamt 25 Minuten mit einem 30-sekundenigen Hochlauf und einem 30-sekundenigen Ramp down. Geben Sie den teilnehmerspezifischen Randomisierungscode ein, der von der Randomisierungssoftware abgerufen wurde, und klicken Sie auf OK. Drücken Sie die obere linke Taste, um Ja anzuzeigen, um die Stimulation zu starten, und klicken Sie auf Aus, um das Laufwerk zu starten. Stellen Sie sicher, dass jede Durchfahrt mit mindestens 30 Sekunden Fahrt nur in der VR-Umgebung beginnt.
Führen Sie den Teilnehmer in der ersten Sitzung mit einer verbalen Aufforderung während der ersten Durchfahrt durch das Auftreten von VR-Ereignissen, z. B. Up ahead, there will be a road am hinterhalt in three, two, one, go. Sie werden einen Straßenhbust sehen, der in drei, zwei, eins vor Ihnen liegt. Bei Auswahl der passenden Szene im VR-Menü.
Verwalten Sie jedes VR-Ereignis mit mindestens 10 Sekunden Fahrt zwischen den einzelnen Veranstaltungen. Während die VR-Ereignisse verwaltet werden, drücken Sie bei jedem VR-Ereignis F2 auf der Tastatur, um die Erfassung der Hautleitfähigkeitsdaten zu überwachen. Basierend auf der visuellen Inspektion der Hautleitfähigkeitsspuren scheint Teilnehmer A Anzeichen einer Gewöhnung zwischen den Sitzungen von der ersten VR-Sitzung bis zum Mittelpunkt des Protokolls während der dritten VR-Sitzung bis zur letzten sechsten VR-Sitzung zu zeigen.
Die visuelle Inspektion der rohen Hautleitfähigkeitsverfolgung für Teilnehmer B scheint beim Vergleich des ersten Drive-Through mit dem dritten Drive-Through auf eine Gewöhnung innerhalb der Sitzung hinzuweisen. Die visuelle Inspektion der rohen Hautleitfähigkeitsdaten für Teilnehmer C scheint im Vergleich zu Teilnehmer A ein weniger starkes Gewöhnungsprofil zu zeigen.Nichtsdestotrotz zeigt Teilnehmer C sowohl zwischen als auch innerhalb der Sitzungsgewöhnung. Darüber hinaus ist der Hautleitwert ähnlich wie bei Teilnehmer A während der ersten VR-Sitzung im Vergleich zu den verbleibenden fünf Sitzungen numerisch höher.
Rohe Hautleitfähigkeitsdaten von Teilnehmer D zeigen einen Hautleitwert, der für eine ordnungsgemäße Analyse als zu niedrig angesehen werden kann, da keine visuell nachweisbaren Hautleitfähigkeitsreaktionen auf der Haut bestehen. Selbst bei der Persistenz von Artefakten und dem Verlust von Elektrodensignalen sind die anhaltend niedrigen Hautleitfähigkeitswerte und das Fehlen visuell nachweisbarer Hautleitfähigkeitsreaktionen für diese Person immer noch offensichtlich. Im Protokoll bestehen kritische Schritte darin, sicherzustellen, dass die tDCS-Elektroden in der richtigen Position bleiben, dass die Impedanz innerhalb akzeptabler Werte liegt und auf Beschwerden der Teilnehmer aus Sicherheitsgründen zu achten.
tDCS kann durch Individualisierung der Montage optimiert werden, einschließlich der Position der Elektroden und der Dosierung basierend auf der anatomischen MRT. MRT kann weiterhin verwendet werden, um neuronale Veränderungen im Laufe der Zeit zu beurteilen.
Übersicht
Diese Studie präsentiert ein neuartiges Protokoll, das transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) mit virtueller Realität integriert, um Veteranen zu helfen, die unter posttraumatischer Belastungsstörung (PTBS) leiden. Der immersive Ansatz zielt darauf ab, emotionales Lernen und Gewöhnung als Reaktion auf traumabedingte Reize zu erleichtern.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Psychologie
- Behandlung von Trauma und Angst
Hintergrund
- PTBS ist ein bedeutendes Problem bei Veteranen, das oft innovative Behandlungsansätze erfordert.
- Die Kombination von tDCS mit virtueller Realität könnte therapeutische Ergebnisse verbessern.
- Das Protokoll ist darauf ausgelegt, eine sichere Umgebung für die Exposition gegenüber angstauslösenden Szenarien zu schaffen.
- Diese Methode bietet eine tragbare und patientenspezifische Behandlungsoption.
Zweck der Studie
- Ein Verfahren für die gleichzeitige Anwendung von tDCS und virtueller Realitätsexposition zu entwickeln.
- Emotionales Lernen und Gewöhnung für PTBS-Patienten zu verbessern.
- Die Wirksamkeit dieser nicht-invasiven Kombination in der Therapie zu bewerten.
Verwendete Methoden
- Das Protokoll beinhaltet tDCS, das auf Teilnehmer angewendet wird, während sie mit virtuellen Realitätsumgebungen interagieren.
- Die Teilnehmer werden mit sorgfältiger Elektrodenplatzierung vorbereitet und durch elektrodermale Aktivität überwacht.
- Spezifische Einstellungen für Stimulationsintensität und -dauer werden in das tDCS-Gerät programmiert.
- Die Datenerfassung erfolgt während der Exposition gegenüber VR-Szenarien, die traumatische Reize nachahmen sollen.
Hauptergebnisse
- Die visuelle Inspektion der Hautleitfähigkeitsdaten zeigt Anzeichen einer Gewöhnung über mehrere Sitzungen hinweg.
- Die Teilnehmer zeigten unterschiedliche Grade der Gewöhnung zwischen und innerhalb der Sitzungen.
- Die Verwendung von tDCS zusammen mit VR trägt zu einer besseren emotionalen Verarbeitung traumabedingter Reize bei.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie zeigt einen vielversprechenden therapeutischen Ansatz für PTBS durch die Kombination von tDCS und VR.
- Die Ergebnisse deuten auf mögliche Verbesserungen in der emotionalen Regulation und Traumaverarbeitung hin.
- Insgesamt könnte diese Methode die Behandlungsstrategien für angstbezogene Störungen verbessern.
Häufig gestellte Fragen
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.
