Stimolazione transcutanea del nervo vago auricolare sull'orecchio umano

Abstract

Fonte: Badran, B. W., et al. Somministrazione di laboratorio della stimolazione transcutanea del nervo vago auricolare (taVNS): tecnica, targeting e considerazioni. J. Vis. Exp. (2019)

Questo video mostra la stimolazione transcutanea del nervo vago auricolare (taVNS), un metodo non invasivo per modulare l'attività cerebrale. Gli elettrodi sono posizionati sulla parete anteriore del condotto uditivo esterno e del trago, mirando al ramo auricolare del nervo vago (ABVN). Quando stimolato, l'impulso nervoso risultante viaggia verso il tronco encefalico, dove influenza più regioni del cervello e le loro funzioni

Protocollo

Tutte le procedure che coinvolgono partecipanti umani sono state eseguite in conformità con le linee guida istituzionali, nazionali e internazionali per il benessere umano e sono state esaminate dal comitato di revisione istituzionale locale.

1. Materiali

1. Assicurarsi che tutti i materiali necessari per somministrare taVNS siano preparati (Figura 1). Lo stimolatore taVNS può essere un dispositivo alimentato a batteria che soddisfa le normative di sicurezza locali o alimentato da una presa elettrica convenzionale con meccanismi di sicurezza integrati che impediscono sovratensioni elettriche involontarie. È necessario uno stimolatore a corrente costante (a corrente controllata) con una potenza massima di 5 mA.
2. Per la taVNS, utilizzare elettrodi di stimolazione costituiti da un metallo conduttivo rotondo (stagno, Ag/AgCl, oro) combinato con un mezzo conduttivo come il gel elettrolitico o la pasta conduttiva (vedere la Tabella dei materiali). In alternativa, utilizzare elettrodi conduttivi realizzati con elettrodi di carbonio conduttivi flessibili e gel conduttivo che possono essere adesivi o meno. Non posizionare mai gli elettrodi direttamente sulla pelle senza un mezzo conduttivo, poiché ciò potrebbe comportare un rischio inutile per il partecipante e causare disagio o dolore.
3. Utilizzare un software di script che esegue il computer (vedi Tabella dei materiali) che viene programmato e utilizzato per controllare lo stimolatore e avviare la stimolazione con parametri specifici. Questi parametri includono l'intensità di corrente (mA), l'ampiezza dell'impulso (μs), la frequenza (Hz), il ciclo di lavoro (tempo di accensione/spegnimento, s) e la durata della sessione (min).
4. Utilizzare tamponi per la preparazione dell'alcol (alcol isopropilico al 70%) per preparare la superficie della pelle prima di collegare gli elettrodi all'orecchio. Questo rimuove gli oli superficiali dalla pelle e riduce la resistenza della pelle, garantendo che la stimolazione venga erogata a livelli di potenza sicuri.

2. Targeting dell'orecchio e preparazione della pelle

1. Utilizzare i seguenti criteri generali di inclusione per condurre taVNS nell'ambito della ricerca: età 18-70, nessun dolore facciale o all'orecchio, nessun trauma recente all'orecchio, nessun impianto metallico inclusi pacemaker, non incinta.
2. Negli esperimenti che coinvolgono partecipanti sani in un ambiente di laboratorio, utilizzare i seguenti criteri di esclusione: storia personale o familiare di convulsioni, umore o disturbi cardiovascolari, dipendenza da alcol o uso recente di droghe illecite, da qualsiasi agente farmacologico noto per aumentare il rischio di convulsioni.
3. Far sedere il partecipante su un comodo letto o sedia in posizione supina o in un'altra posizione rilassata con le gambe sollevate e la testa sostenuta.
4. Ispezionare l'orecchio sinistro del partecipante. Assicurati che non siano attaccati gioielli e che tutto il trucco e la lozione siano stati rimossi. Verificare che non ci siano controindicazioni cutanee nel sito di stimolazione, tra cui scottature, tagli, lesioni, piaghe aperte.
5. Trova il bersaglio della stimolazione, segnato dalla parete anteriore del condotto uditivo esterno esternamente trovando il trago. La stimolazione verrà erogata alla porzione del condotto uditivo direttamente dietro il trago (Figura 2).
6. Utilizzare un tampone per la preparazione dell'alcol per strofinare delicatamente il sito target, sia internamente che esternamente, per ridurre la resistenza della pelle e aumentare la conduttanza.

3. Preparazione e posizionamento degli elettrodi

1. Se si utilizzano elettrodi non monouso, ispezionarli visivamente per assicurarsi che sia esposta una superficie pulita e priva di corrosione. Assicurarsi che gli elettrodi siano disinfettati per prevenire la diffusione di batteri tra i soggetti. Questo può essere fatto usando alcol o salviette sterilizzanti per strofinare gli elettrodi. Se si utilizzano elettrodi monouso, andare al passaggio 3.2.
2. Stendere uniformemente un sottile strato di pasta conduttiva sulla superficie dell'elettrodo. Questo distribuirà l'elettricità al sito di stimolazione. Per un elettrodo rotondo di 8 mm di diametro, è sufficiente una quantità di pasta delle dimensioni di un pisello. Stendere la pasta utilizzando uno stretto applicatore di legno fino a formare un sottile strato di pasta <1 mm su entrambi gli elettrodi.
3. Collegare i cavi degli elettrodi al dispositivo di stimolazione mentre il dispositivo è spento e verificare la polarità degli elettrodi (elettrodo rosso/positivo: anodo, elettrodo nero/negativo: catodo). Questo è un dettaglio importante in quanto il targeting è specifico per la polarità: l'anodo (terminale rosso/positivo) è l'elettrodo posizionato all'interno del condotto uditivo e che mira alla parete anteriore del condotto uditivo esterno. Il catodo (terminale nero/negativo) si trova all'esterno dell'orecchio, attaccato al trago. Per una stimolazione fittizia, l'anodo viene posizionato sul lato anteriore dell'orecchio.
4. Agganciare l'elettrodo a molla sul trago con l'anodo che entra in contatto con la parete anteriore del condotto uditivo esterno e il catodo che entra in contatto con la parte anteriore del trago.
   NOTA: Se si esegue una stimolazione fittizia, agganciare l'elettrodo al lobo dell'orecchio (controllo attivo). In alternativa, la stimolazione fittizia può essere erogata collegando clip di stimolazione al sito attivo e non erogando corrente elettrica (controllo passivo).
5. Poiché i soggetti sentiranno la pressione degli elettrodi agganciati all'orecchio, assicurarsi che questa pressione non sia scomoda o dirompente per il flusso sanguigno regionale, come dimostrato dalla pelle bianca pallida nel sito della clip o dal dolore fisico percepito dal soggetto. Dopo questo punto, determinare la soglia percettiva (PT) che verrà descritta nella fase procedurale successiva.

4. Determinazione della soglia percettiva (PT)

NOTA: La soglia percettiva è un valore critico utilizzato per determinare la potenza della stimolazione taVNS. Questo valore è definito come la quantità minima di elettricità necessaria per percepire la stimolazione elettrica sulla pelle descritta come una sensazione di pizzicore o formicolio.

1. Determina il PT utilizzando una semplice ricerca parametrica binaria step-up e step-down. Per prima cosa accendere lo stimolatore e impostare l'uscita su 3 mA. Erogare un treno di 1 secondo di stimolazione taVNS all'ampiezza dell'impulso desiderata (in genere 250-500 μs) e alla frequenza (25 Hz, può variare in base all'applicazione).
2. Chiedi al soggetto se ha sentito la stimolazione. La sensazione è generalmente riportata come una sensazione di "solletico" o "pizzicore".
   1. Se SÌ, abbassare l'intensità della stimolazione del 50% e ripetere il passaggio 4.2. Se NO, aumentare l'intensità della stimolazione del 50% e ripetere il passaggio 4.2.
3. Ripetere il processo descritto al punto 4.2 fino a registrare un minimo di 4 risposte "SÌ", in cui la quarta risposta SÌ deve essere successiva a un NO. L'intensità (in mA) del PT sarà il valore al quale il soggetto dichiara la sua quarta risposta SÌ.
4. Utilizzare l'esempio di ricerca della soglia PT elencato nella Tabella 1 per facilitare la determinazione del PT.

5. Erogazione della stimolazione

1. Una volta che il soggetto si sente a proprio agio, gli elettrodi di stimolazione correttamente collegati al bersaglio desiderato e la soglia percettiva determinata all'ampiezza e alla frequenza dell'impulso desiderate iniziano la stimolazione.
2. Utilizzare un computer che esegue un'interfaccia utente grafica per la generazione di impulsi (GUI, ad es. stimDesigner) collegata a un'unità di acquisizione dati (DAQ) per pilotare il sistema di stimolazione. Il software dovrebbe emettere impulsi TTL (transistor-transistor) come impostazioni programmabili (Figura 3). Gli impulsi TTL verranno inviati tramite un cavo a baionetta Neill-Concelman (BNC) alla porta di "trigger in" dello stimolatore. Questa interfaccia software/stimolatore consente la modulazione della frequenza, del ciclo di lavoro (tempo di accensione/spegnimento) e della durata della sessione (Figura 4).
   1. Assicurati che la stimolazione venga erogata a livelli di super-soglia, come il 200% di PT8,9. Ad esempio, se il PT è stato determinato a 0,8 mA, la stimolazione verrà erogata a 1,6 mA.
   2. Assicurarsi che le linee guida per i cicli di lavoro siano seguite quando si eseguono lunghe sessioni di stimolazione. I cicli di lavoro tipici hanno periodi di "accensione" di 30-60 s e periodi di "spegnimento" di 60-120 s o cicli di lavoro del 20-50%.
   3. Variare la durata della sessione di stimolazione (tempo totale). Gli studi suggeriscono che sessioni di stimolazione di 30-60 minuti con un ciclo di lavoro del 25% sono sicure e prive di effetti collaterali acuti o eventi avversi. Queste sessioni possono essere ripetute in modo sicuro tra 12-24 ore e l'altra.
      >NOTA: la sicurezza del taVNS non è chiara per periodi più lunghi di sessioni di stimolazione, cicli di lavoro percentuali più elevati (>40%), paradigmi accelerati e dosi di corrente di stimolazione più elevate.

Risultati

Figura 1: Componenti chiave. I componenti minimi richiesti per una corretta somministrazione di taVNS sono i seguenti: (A) elettrodi di stimolazione dell'orecchio, (B) gel conduttivo e tamponi per la preparaz...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
70% Salviette con alcol isopropilico	Qualsiasi	N/A	Qualsiasi tampone per la preparazione dell'alcol utilizzato per la pelle in modo appropriato.
Stimolatore a corrente costante (attivabile)	N/A	Soterix Medical	prodotto per uso personalizzato da Soterix Medical
Elettrodi conduttivi monouso	N/A	costruiti su misura	sono costruiti su misura presso il City College Neural Engineering Lab (Badran/Bikson)
Software Matlab con GUI di stimolazione	MathWorks	N/A	MATLAB utilizzato per la programmazione del modello di impulsi
Ten20 Pasta conduttiva	Weaver and Company	N/A	Pasta conduttiva utilizzata per la somministrazione di stimolazione

Stimolatore Gli elettrodi di stimolazione