Nuestro arnés patentado y personalizado impreso en 3D proporciona una entrega rápida y confiable de estimulación eléctrica transcraneal multielectrodo (ME-tES) en el consultorio y administrada de forma remota.
Artículo de método
Nuestro arnés patentado y personalizado impreso en 3D proporciona una entrega rápida y confiable de estimulación eléctrica transcraneal multielectrodo (ME-tES) en el consultorio y administrada de forma remota.
Presentamos una descripción general de un enfoque novedoso y patentado para crear cascos personalizados impresos en 3D que permiten la estimulación eléctrica transcraneal de múltiples electrodos, incluso en el hogar. Se utiliza una resonancia magnética estructural (IRM) para optimizar un montaje que se dirige a áreas/redes cerebrales clave y luego se carga en un servidor seguro para diseñar un casco personalizado que, en última instancia, se imprime en 3D. El arnés permite la colocación rápida de múltiples electrodos (<1 min por electrodo) con una precisión comparable a la de las mediciones manuales 10-10. Realizamos más de 1,400 sesiones en 63 adultos mayores con lesiones o enfermedades neurológicas. Describimos un programa de capacitación eficiente para los compañeros de estudio (por ejemplo, cónyuges) que permitió una tasa de éxito del 100% y más de 900 sesiones administradas de forma remota. Los socios del estudio y los participantes informaron altos niveles de confianza y satisfacción con la experiencia. Debido a que las ubicaciones de los electrodos se basan en modelos computacionales personalizados, el arnés es ideal para técnicas que requieren precisión (p. ej., estimulación por interferencia temporal, ultrasonido focalizado transcraneal, estimulación magnética transcraneal).
La estimulación eléctrica transcraneal (EET) tiene un potencial significativo para tratar los déficits cognitivos, emocionales y motores derivados de lesiones y enfermedades neurológicas, especialmente teniendo en cuenta los perfiles favorables de tolerabilidad y seguridad 1,2,3,4. Específicamente, una revisión de seguridad seminal encontró solo el perfil de efectos secundarios bien establecido (p. ej., hormigueo, picazón, sensación de ardor), pero no evidencia de eventos adversos inesperados en 33,000 sesiones, independientemente de la población2. Del mismo modo, recientemente informamos una ausencia de eventos de seguridad y perfiles de efectos secundarios prácticamente idénticos para la estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) activa y simulada en 3,046 sesiones con 292 adultos mayores en todo el espectro de demencia3. Esta gran seguridad y tolerabilidad han llevado a que la entrega remota de tES utilizando montajes convencionales de doble electrodo esté ampliamente disponible 5,6, gracias en parte a los materiales (por ejemplo, correas para la cabeza premedidas, esponjas prehumedecidas) que facilitan la colocación rápida y confiable de los electrodos. La combinación de estos factores facilitó las clínicas tES supervisadas a distancia que tratan una variedad de afecciones neurológicas y psiquiátricas7 pero que se basan principalmente en el enfoque tradicional basado en almohadillas grandes (por ejemplo, 25 cm2-35 cm2).
Muchos menos estudios han investigado el uso de tES remotos de alta definición/multielectrodos (EM) 8,9 a pesar de la evidencia de que puede proporcionar más estimulación focal 10,11,12, personalizarse 13 y tener efectos mayores y más duraderos14 que la estimulación tradicional basada en almohadillas. La relativa escasez de trabajo en esta área probablemente refleja las mayores necesidades de ME-tES dados los distintos materiales (por ejemplo, múltiples electrodos pequeños, uso de gel en lugar de esponjas empapadas en solución salina), el potencial de una mayor complejidad de montaje y la necesidad asociada de una colocación más precisa de los electrodos. En este documento, presentamos un arnés patentado, personalizado e impreso en 3D que supera muchos de estos desafíos y permite una configuración y entrega rápidas y confiables de ME-tES. Este enfoque supera las limitaciones potenciales de las opciones existentes, como las gorras de neopreno que se pueden colocar mal fácilmente, pueden no ajustarse bien y tienen poca flexibilidad al mover el cabello para garantizar un contacto óptimo con los electrodos. También proporcionamos evidencia que respalda el uso del arnés para la estimulación remota de corriente continua transcraneal (EM-tDCS) en adultos mayores en todo el espectro de demencia. En conjunto, nuestros resultados respaldan firmemente los beneficios del arnés personalizado y son prometedores para otras formas de neuromodulación, así como para los métodos que evalúan la neurofisiología.
Las secciones a continuación se refieren a a) los miembros del equipo del estudio, que son personal de investigación capacitado, generalmente con títulos de licenciatura, que son supervisados por un psicólogo clínico con licencia que está certificado por la Junta en Neuropsicología Clínica, y b) los socios del estudio, que generalmente son cónyuges o hijos adultos de los participantes, ninguno de los cuales tenía experiencia previa con tES. Actualmente no existen criterios claramente definidos para quienes supervisan tES, aunque tener un título avanzado (por ejemplo, Ph.D., M.D.) y estar adecuadamente capacitado en metodología y bien informado sobre seguridad y tolerabilidad son requisitos razonables y consistentes con quienes impulsan la investigación en esta área.
En todas las sesiones (en la oficina y a distancia), los miembros del equipo del estudio administraron un cuestionario de tolerabilidad estándar15 al final de cada sesión. Los miembros del equipo del estudio también monitorearon todas las sesiones para detectar cualquier problema de seguridad y comenzaron cada sesión preguntando sobre cualquier cambio en la salud o los medicamentos desde la última sesión.
1. Creación de cascos (Figura 1)

Figura 1: Proceso para crear un casco personalizado y administrar estimulación eléctrica transcraneal multielectrodo en casa. Abreviaturas: ME-tES = estimulación eléctrica transcraneal multielectrodo; Resonancia magnética = resonancia magnética. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Personalización del casco ME-tES. (A) Ejemplos adicionales de cascos ME-tES personalizados que muestran la flexibilidad del enfoque. (B) Se utilizan cinco tamaños de espaciadores flexibles según sea necesario para garantizar un contacto al ras con el cuero cabelludo. (C) Ejemplo de espaciador colocado en el extremo del soporte del electrodo. Abreviatura: ME-tES = estimulación eléctrica transcraneal multielectrodo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Validación del arnés
NOTA: Se informan datos variables de los primeros 63 participantes que completaron la EM-tDCS con el arnés. No todos los datos estaban disponibles para todos los participantes debido a cambios en el protocolo o factores pragmáticos (p. ej., omitir o falta de tiempo para adquirir cuestionarios opcionales). Todos los participantes completaron el número programado de sesiones. Todos estos participantes fueron diagnosticados con lesiones o enfermedades neurológicas que incluían demencia del tipo Alzheimer (n = 22), deterioro cognitivo leve amnésico (n = 13), afasia progresiva primaria (n = 12), atrofia cortical posterior (n = 11), demencia frontotemporal variante conductual (n = 2), lesión cerebral anóxica (n = 2) y demencia con cuerpos de Lewy (n = 1). La edad media fue de 68,9 años y el 50,8% eran mujeres.
3. Formación para ME-tES a distancia
NOTA: A continuación se muestra el siguiente programa de capacitación riguroso para los socios del estudio y los datos de eficacia asociados. La capacitación inicialmente requería 5 días, pero se modificó para adoptar un enfoque de dominio de habilidades dada la alta tasa de éxito en los primeros participantes. Complete los cuestionarios estándar de tolerabilidad después de cada sesión15.
Parámetros de estimulación y sesiones totales:
Creamos con éxito el 100% de los intentos de cascos (63/63), demostrando una línea confiable y eficiente para cascos personalizados. Cada arnés incluía entre 5 y 22 electrodos, dependiendo del participante y del estudio (observamos que también son posibles menos o más ubicaciones de electrodos). Entregamos amplitudes por canal de 4 mA o menos y corriente total basada en el cuero cabelludo en todos los electrodos de menos de 16 mA. En total, realizamos 1.449 sesiones con el casco.
Resultados de la validación:
Hubo una diferencia promedio de 8,6 mm entre las ubicaciones de los electrodos del arnés con la medición manual de las mismas ubicaciones en los primeros 54 arneses (Figura 3A). Esta diferencia (es decir, <1 cm) está dentro del margen de error esperado que surge de la medición manual, ya que 1) la medición manual es inherentemente variable, especialmente a lo largo de los días y cuando la realizan diferentes miembros del equipo del estudio, 2) las habilidades/experiencia de medición pueden variar entre los miembros del equipo del estudio, 3) las diferencias individuales en el tamaño/forma de la cabeza y el cabello crean un error de medición, 4) Los montajes complejos interactúan con #1-3 para crear variabilidad y requieren tiempos de configuración extensos. De hecho, este proceso nos llevó a identificar y corregir la deriva en el proceso de medición del equipo de estudio (es decir, el arnés proporcionó una verdad fundamental objetiva). La naturaleza de cuerpo rígido del arnés (aunque el material se optimizó para equilibrar la comodidad, la flexibilidad y la rigidez) y las lengüetas de orientación (por ejemplo, nasion) esencialmente eliminan el error en la ubicación de los electrodos y, como se señaló anteriormente, las ubicaciones se basan en el mismo proceso que el software de modelado computacional. La colocación del arnés requiere <1 min; el tiempo total de configuración con 20 electrodos es de ~ 10 min (incluido el llenado de los soportes, la colocación del electrodo, la medición de impedancias); una reducción sustancial en comparación con la medición manual (normalmente ~45 min dependiendo de la ubicación de los electrodos).

Figura 3: Entrenamiento para el arnés ME-tES. (A) Diferencia promedio entre la medición de la mano y el arnés (en mm). NOTA: Identificamos varias imprecisiones asociadas con la medición de la mano durante el proceso de comparación que llevaron a modificaciones de procedimiento (p. ej., colocación de cinta métrica, puntos auriculares). (B) Diferencia promedio entre el casco colocado por el compañero de estudio y el miembro capacitado del equipo de estudio en el primer y último día de capacitación. Los círculos negros representan la media general del grupo; los círculos grises representan a participantes individuales. Abreviatura: ME-tES = estimulación eléctrica transcraneal multielectrodo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Resultados de la formación:
Los socios del estudio colocaron con precisión el arnés en el primer intento, como lo demuestra una diferencia promedio de solo 3 mm en relación con el lugar donde lo colocó nuestro equipo de estudio. Esta diferencia fue de 1,74 mm en el último día de entrenamiento (Figura 3B). Es importante destacar que el 100% de los informantes completaron con éxito la capacitación dentro de los 5 días disponibles.
Los compañeros de estudio capacitados realizaron 929 sesiones en el hogar del participante (rango: 5-61 sesiones/participante). No hubo problemas de seguridad. La tolerabilidad se evaluó mediante los cuestionarios estándar, pero no se informa aquí debido a nuestros hallazgos previos de experiencias sensoriales comparables entre la EM-tDCS activa y simulada 3,15. La Tabla 1 muestra que los participantes y los compañeros de estudio informaron altos niveles de confianza después de la primera sesión, que aumentaron aún más a niveles cercanos al techo en la sesión final de capacitación. Además, los participantes y los socios del estudio informaron niveles cercanos al techo de satisfacción con la experiencia remota de ME-tDCS después de su sesión final.
Tabla 1: Experiencias de los compañeros de estudio y participantes con el uso del casco y la realización y recepción de ME-tDCS a distancia. Medidas adquiridas después de la primera sesión, la sesión de entrenamiento final (~5ª) y la sesión final de ME-tDCS. Abreviatura: ME-tDCS = estimulación de corriente continua transcraneal multielectrodo. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Nuestro arnés personalizado proporciona un método fácil de usar para la administración remota de ME-tES, incluso en adultos mayores con lesiones y enfermedades neurológicas. Nuestros datos demuestran que la colocación automatizada de electrodos para el arnés era comparable a las mediciones manuales. Es importante destacar que la colocación compartida de electrodos basada en resonancia magnética significa que tES se administró utilizando los espejos del arnés que se muestran a través de modelos computacionales. Las lengüetas de orientación personalizadas garantizan una colocación adecuada, y el diseño de la barra transversal permite a los usuarios acceder a las ubicaciones de los electrodos y mitigar posibles factores de confusión, especialmente con respecto al movimiento del cabello para garantizar un acceso claro al cuero cabelludo. Estos beneficios son ventajas notables en relación con los enfoques existentes (por ejemplo, gorros de neopreno; redes para la cabeza medidas a mano) que son potencialmente más lentos, menos precisos y propensos a un contacto deficiente debido al cabello, especialmente en entornos remotos (por ejemplo, en el hogar).
Nuestro programa de capacitación remota fue extremadamente efectivo para capacitar a los socios del estudio para administrar ME-tDCS, ya que todos aquellos que expresaron interés pudieron cumplir con los criterios de desempeño. Específicamente, los compañeros del estudio colocaron con precisión el arnés después de una sola observación (diferencia de 3 mm; diferencia de 1,74 mm después de múltiples sesiones) y aprendieron rápidamente a realizar todas las actividades de configuración y limpieza. Los socios del estudio y los participantes informaron una confianza muy alta incluso después de un solo día de entrenamiento e informaron niveles de confianza cercanos al techo para el último día de entrenamiento. Tanto los socios del estudio como los participantes estaban muy satisfechos con la experiencia general y expresaron interés en estudios adicionales de tES (Tabla 1). Por lo tanto, nuestro arnés llena un vacío traslacional crítico al hacer que ME-tES esté disponible fuera del entorno de la oficina. Tenga en cuenta que estas conclusiones se basan en los pasos mencionados anteriormente, que son fundamentales para que los usuarios los sigan. Sin embargo, es posible que los equipos de estudio deban adaptar el enfoque de entrenamiento para otras poblaciones.
Estamos trabajando activamente para superar varias limitaciones potenciales. Por ejemplo, los requisitos actuales de resonancia magnética (p. ej., vóxeles de 1 mm3 ) pueden no estar disponibles para todos los participantes. Afortunadamente, nuestros métodos parecen sólidos dado el éxito inicial utilizando resonancias magnéticas de calidad clínica (tanto T1 como FLAIR) para desarrollar el arnés. Este desafío puede mitigarse aún más a medida que refinamos los métodos de escaneo de cabezales 3D que, en última instancia, pueden hacer que las resonancias magnéticas sean innecesarias. También hemos creado un casco "genérico" (por ejemplo, 56 cm de circunferencia) que podría proporcionar otra opción en relación con la medición manual o las gorras de neopreno. Como es el caso de estos enfoques existentes, los peinados pueden impedir la colocación precisa de los cascos y, en tales casos, los equipos deberán trabajar con los participantes para alterar los peinados o alterar su montaje. Al igual que con todos los dispositivos e intervenciones, el costo puede ser una consideración importante, y alentamos a los usuarios potenciales a considerar sus necesidades en relación con las fortalezas y limitaciones de todos los enfoques disponibles.
La naturaleza personalizada y la flexibilidad del arnés significan que los portaelectrodos se pueden modificar fácilmente de muchas maneras. Por ejemplo, ya tenemos plantillas para admitir pads tES tradicionales. Del mismo modo, varias técnicas emergentes de neuromodulación integran modelos computacionales personalizados para apuntar a regiones específicas del cerebro. Nuestro posicionamiento compartido de electrodos con estos enfoques de modelado significa que nuestro arnés es ideal para soportar técnicas basadas en la precisión, como la estimulación por interferencia temporal y el ultrasonido focalizado transcraneal, así como la estimulación magnética transcraneal personalizada. Finalmente, también hemos desarrollado modificaciones que permiten el electroencefalograma y la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano de forma aislada, así como con neuromodulación concurrente. En resumen, nuestro casco proporciona una plataforma altamente flexible que aumenta el acceso y la sostenibilidad al tiempo que minimiza la carga de los participantes y del equipo de estudio.
El arnés está actualmente patentado bajo Dispositivo de Casco de Rehabilitación Neuropsicológica y Neurológica. Solicitud de EE. UU. No.: 17/188,437 Inventor, Patente No. 11865328, e incluye modificaciones para los otros enfoques de neuromodulación y neurofisiología mencionados anteriormente. El producto tiene licencia de Soterix Medical Inc. y el autor principal (BMH), la Universidad de Michigan y el Departamento de Asuntos de Veteranos pueden recibir regalías de las ventas. ARG, KM, JM y AD son empleados de Soterix Medical Inc. No se utilizó IA en ninguna parte de este trabajo. Los posibles conflictos se mitigaron al garantizar que todos los datos fueran recopilados por miembros del equipo del estudio que no estaban relacionados con la patente, la licencia o Soterix Medical Inc. Ningún miembro de Soterix Medical, Inc. tuvo ningún papel en la planificación del estudio o la adquisición de datos, ni tuvo acceso a datos sin procesar.
El contenido de este manuscrito no representa los puntos de vista del Departamento de Asuntos de Veteranos ni del Gobierno de los Estados Unidos. También se reconoce el apoyo de subvenciones del Instituto Nacional sobre el Envejecimiento a través de R35AG072262 y R01AG058724 [ambos a BMH].
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Gel de electrodos | Signagel | N/D | |
| Tocado | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/remote | |
| MANDO MxN 10 | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/remote |
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