Articolo metodologico

Tecnica aggiornata per una stimolazione elettrica transcranica affidabile, facile e tollerata, inclusa la stimolazione a corrente diretta transcranica

DOI:

10.3791/59204

⸱

3 gennaio 2020

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, The City College of New York, CUNY, 2Department of Clinical and Health Psychology, Center for Cognitive Aging and Memory, 3McKnight Brain Institute, University of Florida, 4MJHS Institute for Innovation in Palliative Care, 5Department of Family and Social Medicine, Albert Einstein College of Medicine

In questo articolo

Sommario

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Quando si somministra la stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS), la preparazione e il posizionamento degli elettrodi riproducibili sono fondamentali per una sessione tollerata ed efficace. Lo scopo di questo articolo è quello di dimostrare le moderne procedure di installazione aggiornate per la somministrazione del tDCS e delle relative tecniche di stimolazione elettrica transcranica, come la stimolazione transcranica alternante della corrente (tACS).

Abstract

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La stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS) è un metodo non invasivo di neuromodulazione che utilizza correnti elettriche dirette a bassa intensità. Questo metodo di stimolazione cerebrale presenta diversi vantaggi potenziali rispetto ad altre tecniche, in quanto è non invasivo, economico, ampiamente distribuibile e ben tollerato a condizione che siano amministrati attrezzature e protocolli adeguati. Anche se il tDCS è apparentemente semplice da eseguire, la corretta somministrazione della sessione tDCS, in particolare il posizionamento e la preparazione degli elettrodi, è fondamentale per garantire riproducibilità e tollerabilità. Le fasi di posizionamento e preparazione degli elettrodi sono tradizionalmente anche le più dispendiose in termini di tempo e soggette a errori. Per affrontare queste sfide, le moderne tecniche tDCS, che utilizzano copricapo a posizione fissa ed elettrodi di spugna preassemblati, riducono la complessità e i tempi di configurazione, garantendo al contempo che gli elettrodi siano posizionati in modo coerente come previsto. Questi moderni metodi tDCS presentano vantaggi per la ricerca, clinica, e remoto-supervisionato (a casa) impostazioni. Questo articolo fornisce una guida passo-passo completa per la somministrazione di una sessione tDCS utilizzando copricapo a posizione fissa ed elettrodi di spugna pre-assemblati. Questa guida illustra il tDCS utilizzando montaggi comunemente applicati destinati alla corteccia motoria e alla stimolazione della corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC). Come descritto, la selezione delle dimensioni della testa e del copricapo specifico del montaggio automatizza il posizionamento degli elettrodi. Gli elettrodi a scatto pre-saturi completamente assemblati vengono semplicemente apposti sui connettori a scatto di posizione impostati sul copricapo. Il moderno metodo tDCS è indicato per ridurre i tempi di installazione e ridurre gli errori sia per i principianti che per gli operatori esperti. I metodi descritti in questo articolo possono essere adattati a diverse applicazioni del tDCS e ad altre forme di stimolazione elettrica transcranica (tES) come la stimolazione transcranica di corrente alternata (tACS) e la stimolazione del rumore casuale transcranica (tRNS) ). Tuttavia, poiché tES è specifico dell'applicazione, a seconda dei casi, qualsiasi metodo ricetta è personalizzato per supportare il soggetto, indicazione, ambiente, e caratteristiche specifiche del risultato.

Introduzione

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La stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS) è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva in grado di modulare l'eccitabilità corticale1,2. Durante il tDCS, una corrente costante a bassa intensità, tipicamente 1-2 milliampere (mA), fluisce da un elettrodo anodo a un elettrodo catodo generando un campo elettrico debole attraverso la corteccia3,4. I protocolli tDCS convenzionali sono considerati tollerati e sicuri5. Gli effetti di una sessione di tDCS possono durare diversi minuti dopo il completamento della sessione6 con sessioni ripetute che producono cambiamenti più duraturi nella funzione cerebrale7,8. Il profilo di tollerabilità e la possibilità di produrre cambiamenti acuti o duraturi rendono il tDCS candidato per una varietà di interventi e trattamenti9,10,11. Mentre permangono domande sulla dose ottimale di tDCS12, compreso il ruolo di intensità13, polarità7 e focalità3, è accettata l'importanza di controllare il posizionamento degli elettrodi per la riproducibilità della neuromodulazione. Inoltre, la preparazione degli elettrodi è alla base anche della tollerabilità e delle relative preoccupazioni, comel'affidabilitàaccecante 14 . Mentre tDCS ha vantaggi pratici rispetto ad altri metodi di stimolazione del cervello, grazie alla sua economicità, portabilità, facilità d'uso, e tollerabilità; tuttavia, l'apparente semplicità e adattabilità della tecnica non giustifica una scarsa tecnica di preparazione e posizionamento degli elettrodi14.

In effetti, l'apparente semplicità del tDCS ha, in alcuni casi, incoraggiato un'attenzione insufficiente alle attrezzature adeguate, alle forniture e alla formazione degli operatori14. In primo luogo, è necessario un posizionamento affidabile degli elettrodi per la riproducibilità. Il posizionamento degli elettrodi tDCS sul cuoio capelluto segue tipicamente il sistema 10-20, che è un metodo utilizzato per il posizionamento e l'applicazione di elettrodi di elettroencefalografia (EEG). Nel metodo tradizionale tDCS, si tratta di misurazione del nastro per stabilire la posizione dell'elettrodo, con diverse misurazioni ad ogni sessione15,16,17. Un marcatore viene utilizzato per etichettare le posizioni del cuoio capelluto. C'è il potenziale per questo processo di provocare la variabilità del posizionamento degli elettrodi (ad esempio, come diversi operatori posizionano il nastro di misurazione), soprattutto in condizioni di alta produttività - anche se una formazione e una certificazione rigorose dell'operatore possono mitigare la variabilità. Nel metodo tDCS convenzionale, gli elettrodi vengono quindi pressati manualmente sulle coordinate misurate e sulle cinghie in gomma applicate in modo ad hoc18 (ad esempio, la tenuta delle bande potrebbe non essere coerente tra gli operatori che influenzano l'espulsione di liquido dalle spugne, la tollerabilità del soggetto e persino la deriva nella posizione dell'elettrodi19,20). Come per la posizione degli elettrodi, questa variabilità può essere mitigata con protocolli espliciti e formazione, anche se tale dettaglio spesso non è descritto nei rapporti pubblicati. In circostanze particolari in cui l'elettrodo pad è separato dal cuoio capelluto da crema / gel senza l'uso di spugna21, è necessario prestare attenzione per evitare il contatto diretto elettrodo-pelle che conduce invariabilmente a una combustione14. Un metodo alternativo meno comune per il tDCS utilizza un tappo elastico22,23, che dipende dalla deformazione della testa specifica del soggetto che non distorce la posizione dell'elettrodo e rischia di diffondersi e di colmare sotto il tappo (non visibile all'operatore). Rispetto alle tradizionali tecniche basate su elastici o a berretto elastico, la moderna tecnica tDCS qui presentata rende la preparazione e i passaggi di posizionamento critici degli elettrodi più robusti e affidabili.

Un'altra procedura chiave nel tDCS è l'assemblaggio degli elettrodi. Gli elettrodi tDCS convenzionali sono multi-parte. Queste parti separate, che devono essere assemblate con attenzione dall'operatore, sono costituite da elettrodi metallici o in gomma conduttiva, che l'operatore racchiude in una tasca di spugna perforata e satura con soluzione salina15. Anche se non è complesso, il processo di assemblaggio degli elettrodi richiede formazione e vigilanza ad ogni sessione, poiché un piccolo errore come il metallo / gomma sporgenti dalla spugna e il contatto con il soggetto o il volume del fluido salina può portare a lesioni cutanee14. La moderna tecnica tDCS supera queste preoccupazioni utilizzando elettrodi/spugne pre-saturate preassemblate che inoltre includono un connettore a scatto affidabile per il copricapo. Gli elettrodi preassemblati e pre-saturi sono singoli usi, mitiganti problemi di riproducibilità e rischi di contaminazione con spugne riutilizzate14,20.

Lo scopo di questo articolo è quello di dimostrare le moderne procedure di configurazione per la somministrazione di tDCS e le relative tecniche di stimolazione elettrica transcranica, come la stimolazione transcranica alternata della corrente (tACS), la stimolazione transcranica del rumore del riscatto (tRNS)24e la stimolazione transcranica della corrente pulsata (tPCS) e le sue varianti25. Questa guida illustra il tDCS utilizzando montaggi comunemente applicati destinati alla corteccia motoria26 e alla stimolazione della corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC)27. La moderna tecnica tDCS qui illustrata evita la misurazione del nastro per determinare il posizionamento degli elettrodi, l'inserimento ingombrante di elettrodi in fibra di carbonio, la noiosa procedura di bagnatura delle spugne di elettrodi e l'uso di elastici o tappi elastici come copricapo. Questo processo è ottimizzato utilizzando un copricapo specializzato a posizione fissa e un elettrodo del connettore a scatto pre-saturo. Il copricapo a posizione fissa è costituito da cinghie degnate di posizionare automaticamente gli elettrodi tDCS allo standard 10-10 EEG19. La posizione predeterminata dell'elettrodo fornita da queste cinghie elimina la necessità di misurazioni e calcoli estesi, aumentando così la riproducibilità, l'efficacia temporale e la manipolazione del soggetto. È necessaria solo una misurazione di raccordo una tantera (utilizzata per determinare la dimensione corretta del cinturino da utilizzare) alla prima visita. Gli elettrodi di spugna preassemblati ad uso singolo sono pre-assemblati nel volume ottimizzato della salina e con l'elettrodo di gomma inserito e fissato, riducendo al minimo il rischio di contatto diretto tra la gomma/metallo e la pelle, così come sopra/sotto-ammollo. L'utilizzo di copricapo a posizione fissa ed elettrodi di spugna preassemblati (Figura 1) non solo riduce significativamente la possibilità di smarrimento degli elettrodi a causa di un errore di misurazione, ma rende anche la somministrazione di tDCS più facile e più efficace in termini di tempo. Per ogni montaggio, c'è un copricapo specifico. Questo articolo userà due montaggi come esempi. Il primo montaggio è l'M1-SO in cui l'anodo è posizionato sulla regione corrispondente alla corteccia motoria primaria (M1) e il catodo viene posizionato sopra la regione contralaterale sovraorbitale (SO) (Figura 2A). Il secondo montaggio è il montaggio bifrontale, in cui l'anodo è posizionato sopra la destra e il catodo è posizionato sopra il DLPFC sinistro (F3/F4, Figura 2C). I metodi qui descritti non si limitano ai montaggi di cui sopra e possono essere adattati alle altre configurazioni, riducendo significativamente la possibilità di smarrimento degli elettrodi a causa di errori di misura, rendendo più efficiente l'applicazione del tDCS e delle relative tecniche tES. I copricapi moderni qui descritti sono specifici per il montaggio degli elettrodi (ad esempio, M1-SO, F3/F4) e diversi copricapo verrebbero utilizzati per montaggi separati. Anche se, la tecnica moderna riduce il numero di passi e rende efficiente la somministrazione della tecnica tES, il nuovo approccio richiede ancora una formazione per far funzionare lo stimolatore.

Protocollo

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Il City College di New York, CUNY Institutional Review Board (IRB) ha approvato questo protocollo.

1. Materiali

  1. Prima della sessione tDCS, assicurarsi che siano disponibili tutti i materiali necessari. Mentre alcuni materiali dipenderanno dal protocollo specifico dello studio/trattamento, esistono elementi di base generali nell'applicazione tDCS moderna, come illustrato di seguito (Tabella 1, Figura 3).
    1. Preparare un dispositivo tDCS: un dispositivo tDCS a batteria che funziona come stimolatore a corrente costante con una potenza massima nella gamma milliamp. È possibile utilizzare un dispositivo tES con un'impostazione tDCS (ad esempio, Soterix Medical 1x1 tES).
    2. Preparare elettrodi a spugna a scatto monouso (ad esempio, Soterix Medical 5x5 cm snap elettrodi).
    3. Preparare la soluzione salina e l'applicatore, da utilizzare se l'elettrodo si disidrata durante la sessione. Poiché gli elettrodi preassemblati sono già imbevuti di un volume di soluzione salina pre-determinata come sufficiente, potrebbe essere aggiunta una quantità minima di salina, se presente. Fare attenzione a non immergere la spugna ed evitare perdite e gocciolanti aggiungendo gradualmente e con attenzione la salina solo se necessario.
  2. Preparare il copricapo a posizione fissa. Qui vengono utilizzati due modelli di ingranaggio-headgear (M1-SO e bifrontal).
  3. Preparare i cavi di collegamento. Lo snap-headgear include già i cavi necessari, che un'estremità ha configurato per collegare alla stimolazione (banana maschile) e l'altra estremità configurata per accettare lo snap pad (snap femminile). Questo può differire a seconda del copricapo a posizione fissa scelto.
  4. Preparare moduli pertinenti (ad esempio modulo di consenso, pre e post-questionari, moduli di screening, moduli di raccolta dati) e altri materiali specifici per l'intervento, a quanto applicabile.

2. Moduli pertinenti

  1. Quando il soggetto arriva, prima saluta il soggetto, e poi chiedigli di sedersi comodamente in posizione eretta su una sedia.
  2. Per le prove di ricerca, prima dello studio, hanno il soggetto dare il consenso a partecipare allo studio. Il modulo di consenso include dettagli sul protocollo di ricerca, i rischi e i benefici dello studio. Questo modulo ha lo scopo di divulgare informazioni appropriate ai soggetti in modo che possano fare una scelta volontaria per accettare o rifiutare il trattamento. Nasce da diritti legali ed etici. Un soggetto deve essere consapevole di ciò che accade al suo corpo e delle responsabilità etiche di un ricercatore per coinvolgere il partecipante nel suo benessere fisico e mentale.
  3. Per le prove di ricerca, raccogliere un consenso scritto dai partecipanti prima di qualsiasi procedura di studio sono eseguite. Mostra il modulo di consenso all'oggetto. Un esperimento può continuare solo se il soggetto sceglie di firmare il modulo di consenso.
  4. Vagliare il soggetto in base ai criteri di inclusione ed esclusione delineati nel protocollo dello studio.
  5. Se non sono presenti controindicazioni e il soggetto accetta ancora di partecipare, chiedere al soggetto di compilare tutti gli altri moduli necessari (ad esempio, modulo demografico, pre-questionari pertinenti, ecc.)
  6. Se il soggetto comprende pienamente e acconsente alla procedura da seguire e ha compilato i moduli necessari, passare alla fase successiva.

3. Misure

  1. Iniziare l'installazione misurando prima la circonferenza della testa del soggetto per determinare la dimensione appropriata del copricapo da utilizzare. Per misurare la circonferenza della testa del soggetto, iniziare dalla parte più prominente della fronte intorno alla parte più larga della parte posteriore della testa, andando sopra i capelli e sopra le orecchie. Le fasce di testa a posizione fissa richiedono una misura significativamente inferiore rispetto ai metodi convenzionali di posizionamento degli elettrodi per il tDCS15 e inoltre richiedono solo misurazioni alla prima visita quando viene selezionato l'head-gear.
    NOTA: I copricapi diversi possono variare nella gamma di dimensioni offerte e nelle misure di circonferenza corrispondenti a ciascuna dimensione. Per il copricapo utilizzato in questa dimostrazione, le taglie disponibili sono piccole (52-55,5 cm), medie (55,5-58,5 cm), grandi (58,5-62 cm) ed extra-large (62-65 cm).
  2. Con il soggetto seduto comodamente su una sedia, procedere a misurare la circonferenza della testa per determinare la dimensione appropriata del copricapo.
  3. Consultare il manuale specifico del copricapo per selezionare la dimensione appropriata del copricapo (ad esempio, piccolo, medio, grande) in base al montaggio dell'elettrodo desiderato e alla circonferenza della testa del soggetto. Per la maggior parte dei montaggi degli elettrodi, ci possono essere diverse dimensioni di copricapo a seconda delle dimensioni della testa del soggetto.

4. Preparazione della pelle

  1. Ispezionare la pelle in cui si prevede che l'elettrodo sia posizionato. In questo protocollo, posizionare gli elettrodi seguendo il M1-SO o il montaggio bifrontale. Se si osservano lesioni, non somministrare tDCS.
  2. Assicurarsi che l'area sia priva di segni di lozione, sporcizia, ecc.
  3. Negli approcci tradizionali in cui vengono utilizzati elettrodi riutilizzabili, ispezionare gli inserti in gomma e le spugne per l'usura ad ogni sessione. Qui, nell'approccio moderno con elettrodi monouso, questo passaggio non è strettamente necessario. Tuttavia, ispezionare nuovi elettrodi per l'integrità e la saturazione.

5. Posizionamento elettrodo

  1. Rimuovere due elettrodi snap pre-saturi 5 cm x 5 cm dai loro pacchetti.
  2. Agganciare gli elettrodi a scatto monouso sul copricapo in base alle posizioni fisse sul copricapo. Queste posizioni sono specifiche del montaggio e basate sul copricapo selezionato. Il montaggio utilizzato è specifico dello studio.
  3. Facoltativamente, esporre delicatamente il cuoio capelluto separando i capelli del soggetto con le dita per assicurare che la salina filtra attraverso i capelli nel cuoio capelluto, migliorando la qualità del contatto tra l'elettrodo e il cuoio capelluto.
  4. Assicurarsi che la spugna sia fissata al cinturino, posizionare il copricapo sulla testa del soggetto.
    1. Nel montaggio M1SO del copricapo a scatto con stimolazione "anodale" di M1, posizionare l'anodo vicino alla corteccia motoria e il catodo sull'area sopraorbitale. Per posizionare con precisione gli elettrodi sulle loro posizioni designate del cuoio capelluto, posizionare innanzitutto l'anello che rappresenta la nasiona del cinturino, situato nella parte inferiore del cinturino, sopra la nasion. La nasion è il punto anteriore al cervello, situato tra la fronte e il naso. Regolare la parte superiore del cinturino in modo che sia perpendicolare alla parte inferiore del cinturino. La parte superiore del cinturino è destinata a sedersi approssimativamente sopra l'orecchio, posizionato simmetricamente su entrambi i lati della testa. Quindi, posizionare la parte elastica posteriore della cinghia sopra l'inione. La polarità anodo/catodo può essere invertita a seconda dell'applicazione.
    2. Nel montaggio bifrontale (F3/F4) del copricapo a scatto con stimolazione "anodale" del DLPFC sinistro, posizionare l'anodo vicino alla corteccia prefrontale dorsale sinistra e il catodo vicino alla corteccia prefrontale dorsale destra. La polarità anodo/catodo può essere invertita a seconda dell'applicazione.
  5. In alcuni soggetti con i capelli lunghi, chiedere al soggetto di legare i capelli indietro o fissare i capelli strettamente mentre il copricapo viene posizionato. Ciò consentirà una configurazione più coerente dell'elettrodo e diminuirà il rischio di disagio causato dal tirando accidentale dei capelli del soggetto.
    NOTA: I capelli lunghi possono anche presentare una barriera per il fluido dall'elettrodo per saturare al cuoio capelluto, e possono essere delicatamente separati sotto l'elettrodo.
  6. Assicurarsi che il copricapo sia aderente, ma non scomodamente stretto. Selezionare la dimensione corretta del copricapo che non causa disagio al soggetto, garantendo gli elettrodi spugna sono tenuti in modo affidabile al cuoio capelluto.
  7. Collegare il cavo nero (catodo) e il cavo rosso (anodo) al dispositivo tES. Consultare il manuale di funzionamento per lo stimolatore per stabilire se lo stimolatore è acceso prima o dopo il collegamento degli elettrodi posizionati allo stimolatore.
    1. Mentre lo stimolatore è attivo, assicurarsi che gli elettrodi siano collegati quando il flusso di corrente è stato avviato.
  8. Per lo snap-headgear, collegare il cavo catodo nero nel driver nero di ingresso corrispondente del dispositivo tDCS e ripetere questo per il cavo anodo rosso per la rispettiva posizione sul dispositivo tDCS. Assicurarsi che la polarità di connessione sia corretta in quanto gli effetti del tDCS sono specifici della polarità.
    NOTA: Quando si utilizza un dispositivo tDCS, l'elettrodo anodo è il terminale positivo in cui la corrente positiva entra nel corpo e l'elettrodo catodo è un terminale negativo dove la corrente positiva esce dal corpo. Quando si utilizza un dispositivo tACS, l'anodo e il catodo non sono considerati positivi o negativi, in quanto entrambi i terminali agiranno in alternativa anodo e catodo. Convenzionalmente, il rosso indica l'elettrodo anodo, e il nero o il blu indica l'elettrodo catodo (assicurarsi che lo stesso vale per il dispositivo in uso).

6. Avviare tDCS

  1. Prima di iniziare la sessione tDCS, assicurarsi che il soggetto sia confortevole e sveglio.
  2. Verificare che il dispositivo sia acceso, che i cavi siano collegati correttamente e che il copricapo e l'elettrodo siano posizionati correttamente. Il misuratore di impedenza è un metodo secondario per garantire un buon contatto, ma non sostituisce la necessità di assicurarsi che tutti i passaggi del protocollo siano aderisti.
  3. Controllare il misuratore di impeditto per la qualità del contatto. Il dispositivo utilizzato in questa dimostrazione mostra informazioni impedimento in tempo reale. Questo può essere specifico del dispositivo, in modo da acquisire familiarità con il misuratore di impedenza sul dispositivo utilizzato.
    1. Se la qualità complessiva del contatto del soggetto è anormalmente bassa, ciò potrebbe indicare una configurazione impropria degli elettrodi, con conseguente forte impedimento. Se la qualità del contatto continua ad essere bassa dopo aver regolato il copricapo e/o l'integrazione giudiziosa di salina, premere "pre-stim solletico" (se disponibile sul dispositivo utilizzato) per ottenere una migliore qualità del contatto.
  4. Controllare se il dispositivo dispone di batteria sufficiente. I dispositivi progettati per le prove tDCS hanno un avviso di batteria scarica facilmente visibile - per il dispositivo utilizzato qui direttamente sopra l'interruttore on / off c'è un indicatore di avviso a batteria scarica.
  5. Programmare la durata della sessione tDCS, l'intensità o (se applicabile al dispositivo utilizzato) l'impostazione della condizione fittizia (per gli studi con accecamento operatore per quanto riguarda la condizione sham vs real tDCS, l'impostazione sarà programmata da personale indipendente o pre-codificata nel dispositivo28). Si noti che alcuni stimolatori sono raccomandati per essere accesi prima che venga effettuato il contatto tra gli elettrodi e la pelle.
    1. Se la sessione tDCS viene amministrata utilizzando un dispositivo tES, selezionare l'impostazione della forma d'onda tDCS.
    2. Quando si applica una forma d'onda tES diversa da tDCS, ad esempio tACS o tPCS, assicurarsi che il dispositivo sia correttamente programmato, inclusi la forma d'onda e la frequenza.
  6. Avviare il tDCS premendo il pulsante Start. Al fine di ridurre eventuali effetti negativi, i dispositivi includono la rampa di corrente automatica all'inizio della stimolazione, insieme a una rampa automatica verso il basso alla fine. All'inizio della stimolazione, i soggetti spesso percepiscono una sensazione di prurito e/o formicolio sotto gli elettrodi, che poi svanisce nella maggior parte dei casi.
  7. Poiché alcuni soggetti possono provare disagio durante i primi minuti di tDCS, diminuire moderatamente la corrente utilizzando temporaneamente la manopola Relax mentre il soggetto si regola. Quindi, aumentare gradualmente il backup corrente fino al livello desiderato. Questa funzionalità può dipendere dal dispositivo utilizzato e dal protocollo.
    1. Assicurarsi che il soggetto non tocchi il dispositivo, il copricapo e/o gli elettrodi durante la sessione di stimolazione. Assicurarsi che tutte le regolazioni necessarie vengano gestite solo dall'operatore.
    2. Per alcuni soggetti, improvvisi cambiamenti nell'intensità della corrente possono produrre vertigini o vertigini, nonché fosfine retiniche se la corrente viene improvvisamente aumentata o diminuita. Per evitare queste sensazioni avverse, assicurarsi di consentire un ramp-up e ramp-down tempo per la stimolazione. Come accennato in precedenza, i dispositivi tDCS offrono un periodo automatico di rampa-up/down. Controllare il dispositivo per i dettagli specifici.
  8. Assicurarsi che il soggetto rimanga confortevole ed eviti movimenti inutili.
  9. Se gli elettrodi diventano disidratati, come può essere indicato da una diminuzione della qualità del contatto, utilizzare una siringa per aggiungere gradualmente una quantità misurata di salina agli elettrodi. Ci possono essere piani sperimentali in cui gli elettrodi tDCS sono posizionati sulla testa con largo anticipo rispetto alla stimolazione in modo tale che quando la stimolazione è programmata per l'avvio gli elettrodi sono stati sulla testa per qualche tempo e possono diventare disidratati.
    NOTA: Elettrodi progettati per il tDCS, come gli elettrodi a scatto, sono stati sviluppati dal produttore per mantenere la saturazione nel corso di una sessione tDCS (ad esempio, decine di minuti). Tuttavia, alcuni ambienti (come l'atmosfera eccezionalmente secca di condizionamento d'aria) possono accelerare la disidratazione degli elettrodi. Gli elettrodi a scatto sono pre-saturi, quindi la necessità di ulteriore salina è ridotta al minimo.
    1. Per evitare la flebo salina a causa della gravità, assicurarsi l'applicazione graduata sul bordo superiore delle spugne.
    2. Per ridurre al minimo la disidratazione, evitare un lungo periodo di tempo tra l'installazione del tDCS e l'inizio del tDCS o se inevitabile (un compito lungo che deve essere condotto dopo l'applicazione del copricapo ma prima dell'applicazione tDCS), aggiungere controlli per confermare la saturazione della spugna e ostacolare.
  10. Evitare di toccare gli elettrodi durante la stimolazione. Se l'aggiunta di salina non migliora la qualità del contatto, confermare la sensazione della pelle dal soggetto. Ogni prova e dispositivo avrà criteri esplicitamente specifici per qualsiasi passo di regolazione del copricapo o elettrodo prima o durante il tDCS, incluso quando la stimolazione viene interrotta in base all'impedimento e/o alla sensazione del soggetto.
  11. Alla fine della sessione di stimolazione, il dispositivo si allontanerà dall'intensità del trattamento a 0 mA. Non permettere al soggetto di rimuovere il copricapo da solo. Non rimuovere il copricapo prima che il dispositivo indichi che la stimolazione è completa con una corrente pari a zero. Mentre le attuali rampe verso il basso, alcuni soggetti possono segnalare sensazioni aumentate come formicolio. Queste sensazioni minori si fermano dopo che l'intensità corrente ritorna a zero.
  12. Quando il dispositivo ha terminato la rampa verso il basso e la corrente è zero, spegnerlo.

7. Dopo la procedura

  1. Rimuovere copricapo caricato con gli elettrodi dal cuoio capelluto del soggetto.
  2. Scollegare gli elettrodi a scatto dalla cinghia. Smaltire gli elettrodi a scatto (in quanto sono monouso).
  3. Ispezionare la pelle sotto gli elettrodi. Il rossore da lieve a moderato è previsto durante il tDCS5,11,29, la maggior parte semplicemente dalla pressione30.
  4. Amministrare un questionario di eventi avversi per valutare i possibili effetti collaterali. Questionari di eventi avversi possono includere eventuali effetti negativi tipicamente associati con tDCS, come formicolio, prurito e sensazione di bruciore, mal di testa e disagio. Esempi di tale questionario sono disponibili in Brunoni et al. (2011)31.
  5. Anche se tDCS è considerato sicuro quando si seguono i protocolli standard5, eseguire una procedura di monitoraggio degli eventi avversi durante lo sviluppo del protocollo di qualsiasi studio. Soprattutto in alcune popolazioni di pazienti, grave evento avverso può verificarsi non correlato a tDCS. Le procedure di monitoraggio degli eventi avversi includono una linea d'azione da seguire se il soggetto segnala effetti collaterali imprevisti o gravi durante o dopo la sessione. Seguire attentamente e attenzione le procedure di monitoraggio degli eventi avversi.

Risultati

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I moderni metodi tDCS descritti nella guida dovrebbero semplificare la configurazione di tDCS e quindi ridurre i tempi di preparazione aumentando al contempo l'affidabilità. I tempi di installazione sono stati misurati utilizzando i metodi tDCS tradizionali e moderni. È stata data una considerazione separata per gli esperti rispetto ai principianti per ogni metodo (n. 8). Ogni principiante o operatore esperto ha condotto l'installazione cinque volte. Per il metodo tradizionale tDCS sia esperti che novizi hanno esaminato le istruzioni di preparazione15, nonché istruzioni aggiuntive prima delle prime prove di installazione. Per il metodo tDCS moderno, sia esperti che principianti hanno esaminato una versione precedente di questa guida. In tutti i casi, agli operatori è stato permesso di porre domande agli osservatori e di istruzioni, se necessario, che sarebbero state prese in considerazione nel tempo di setup. Gli osservatori non hanno altrimenti fornito un feedback. L'affidabilità è stata valutata dall'osservatore dopo ogni prova su una scala 1-3 come: (1) Scarsa configurazione con sostanziale errore nel posizionamento degli elettrodi (>5 cm) e/o significativo contatto con elettrodo irregolare con la pelle (>50% della superficie della spugna che non contatta la pelle), e/o altri errori significativi; (2) Errore moderato o piccolo nel posizionamento degli elettrodi (3-5 cm) e/o contatto moderato irregolare con la pelle (30-50% della superficie della spugna che non contatta la pelle) e/o altri errori minori; (3) Nessun errore evidente nel posizionamento degli elettrodi o contatto significativo di elettrodo irregolare con la pelle, e nessun altro errore significativo.

Metodo tradizionale
Il metodo tradizionale richiede misurazioni per la posizione M1-SO prima di ogni applicazione utilizzando il protocollo di misurazione basato sul sistema EEG 10-20. Le spugne dovevano essere assemblate e sature. Agli operatori alle prime armi è stato dato un manuale di istruzioni con indicazioni per la misurazione del sistema EEG 10–20, che potevano leggere prima dello studio. Questo manuale di istruzioni è stato conservato durante le prove per riferimento. Sia l'esperto che il principiante hanno completato 5 prove di configurazione, incluse le misurazioni della testa richieste ad ogni prova. I singoli tempi impiegati per ogni prova di installazione sono stati registrati (Figura 4). Il tempo medio di attrezzi impiegato dall'esperto è stato di 7,93 minuti. Il tempo medio di attrezzi impiegato dal novizio è stato di 10,47 minuti. I novizi sono stati generalmente in grado di ottenere un'installazione senza errori anche alla quinta sessione. Gli esperti hanno commesso errori di configurazione poco frequenti.

Metodo Moderno
I metodi moderni richiedono che la circonferenza della testa di ogni soggetto sia misurata una volta per determinare la dimensione appropriata del copricapo da utilizzare (S: 52-55,5 cm, M: 55.5–58.5 cm, L: 58.5–62 cm, XL: 62-65 cm). Le spugne erano preassemblate e pre-saturate. I singoli tempi impiegati per ogni prova di installazione sono stati registrati (Figura 4). Il tempo medio di attrezzi impiegato dall'esperto è stato di 1,23 minuti. Il tempo medio di attrezzi impiegato dal novizio è stato di 2,53 minuti. I novizi sono stati generalmente raggiunti un setup senza errori per la quinta sessione e gli eventuali errori sono stati minori. Gli esperti non hanno commesso errori di configurazione. Il moderno approccio tDCS aumenta l'affidabilità della configurazione riducendo al contempo i tempi di configurazione della stimolazione.

Errore di posizione
Il moderno metodo tDCS consente il posizionamento degli elettrodi con precisione paragonabile a quella di un operatore esperto che misura la posizione tradizionale EEG 10-10. Ad esempio, per l'M1-S0 utilizzando un cinturino opportunamente progettato, l'errore di posizione media è 1,5 mm, che è significativamente inferiore alla dimensione dell'elettrodo (5 cm x 5 cm) e non un errore rilevante per il flusso di corrente cerebrale19. Per l'operatore o l'autoapplicazione, il moderno metodo tDCS è altamente affidabile.

Distribuzione
Il moderno metodo tDCS può essere come parte di un programma di tele-salute per pazienti malati cronici con sintomi multipli, tra cui cure palliative. Per il montaggio M1-SO, è stato raggiunto il posizionamento degli elettrodi replicabili. Non ci sono state difficoltà con la formazione dei pazienti, l'aderenza al protocollo o la tollerabilità26. Per il montaggio bifrontale replicabile e tollerabile stimolazione è stata raggiunta in entrambi i pazienti con sclerosi multipla e morbo di Parkinson32, confermando un posizionamento affidabile è stato raggiunto anche per l'autoapplicazione in materia con deficit motori.

Qualsiasi controindicazione assoluta o relativa rimarrebbe la stessa tra i metodi tradizionali e moderni. Protocolli ritenuti efficaci con il metodo tradizionale si applicherebbero al moderno, anche se il metodo moderno migliorerebbe la robustezza e la riproducibilità soprattutto nell'uso domestico o ad alta produttività.

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Figura 1: copricapo a posizione fissa ed elettrodi in spugna preassemblati. (A) Alcuni copricapi a posizione fissa includono già i cavi necessari, con spugne preassemblate progettate per agganciarsi. (B) Questa figura indica il processo di configurazione del copricapo spezzando gli elettrodi saldamente in posizione sulla cinghia della testa. (C) Gli elettrodi preassemblati sono già imbevuti in soluzione salina. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 2: montaggio M1-SO e montaggio Bifrontale. (A, B) Nella configurazione di montaggio M1-SO, l'anodo viene posizionato sopra la regione corrispondente alla corteccia motoria primaria (M1) e il catodo viene posizionato sopra la regione sovraorbitale contralaterale (SO). (A) è la vista laterale e (B) è la vista frontale. (C, D) Nella configurazione del montaggio bifrontale, l'elettrodo anodale viene posizionato sopra la destra e l'elettrodo catodale viene posizionato sopra la corteccia prefrontale dorsolaterale sinistra. (C) è la vista laterale e (D) è la vista frontale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 3: elementi che sono generalmente presenti in ogni sessione tDCS. Mentre alcuni materiali dipenderanno dall'obiettivo dello studio/trattamento, gli elementi elencati di seguito sono essenziali per la sessione tDCS descritta in questa guida. Questi elementi includono: 1) un dispositivo tDCS, 2) elettrodi a spugna a scatto monouso, 3) soluzione salina, 4) un copricapo a posizione fissa (quello che segue include i cavi di collegamento necessari) e 5) una siringa per l'applicazione salina se necessario. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 4: Tempi di configurazione e punteggi delle prestazioni per principianti ed esperti che applicano sia il metodo tDCS moderno che quello tradizionale. Operatori esperti e principianti hanno condotto la configurazione del montaggio M1-SO cinque volte utilizzando il metodo di configurazione tDCS tradizionale e il metodo di installazione moderno. Il metodo di configurazione tradizionale prevede l'assunzione di misure per la posizione M1-S0 utilizzando il sistema EEG 10-20 e quindi il posizionamento degli elettrodi nella posizione di destinazione. Per il metodo tradizionale e moderno tDCS, sia gli esperti che i principianti hanno esaminato le istruzioni di preparazione, sia istruzioni aggiuntive prima delle prime prove di installazione. Il moderno metodo di configurazione tDCS riduce i tempi di installazione e migliora le prestazioni sia per i soggetti esperti che per quelli alle prime armi perché rimuove il passo che richiede tempo delle misurazioni EEG 10-20 per il montaggio M1-S0. Quando si utilizza il moderno metodo tDCS (Pannello B2 e D2), il tempo medio di impostazione impiegato dagli esperti e dai novizi è stato rispettivamente di 1,23 minuti (0,37) e 2,53 minuti (0,48). Quando si utilizza il metodo tradizionale tDCS (Pannello B1 e D1), il tempo medio di impostazione impiegato dagli esperti e dai novizi è stato rispettivamente di 7,93 minuti (2,30) e 10,47 minuti (3,36) . Dopo ogni prova di configurazione degli elettrodi, le prestazioni sono state misurate su una scala 1-3 con 3 segnati come setup senza errori e 1 con un punteggio scadente. Le prestazioni sono state più alte per il moderno metodo tDCS sia per gli esperti che per i principianti. Per il metodo tDCS tradizionale, le prestazioni medie di esperti e principianti sono state rispettivamente di 2,75 (0,25) e 1,5 (Pannello A1 e C1). Per il metodo tDCS moderno, le prestazioni medie degli esperti e dei principianti erano rispettivamente di 3 (0) e 2,75 (sezione 0,3) (Pannello A2 e C2). Le barre di errore mostrano la deviazione standard. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Metodo ClassicoMetodo UpdatedVantaggio del metodo aggiornato
Misurazione del posizionamento dell'elettrodoPiù misure nastro ad ogni sessione.Misura a nastro singolo solo alla prima sessione.Riduzione del tempo e dell'aumento dell'affidabilità nel posizionamento degli elettrodi.
Preparazione dell'elettrodoPiù passaggi, tra cui l'assemblaggio e la saturazione.Nessuna preparazione (pre-saturata). Include il connettore a scatto.Riduzione del tempo e maggiore affidabilità nella preparazione degli elettrodi.
Ingranaggio della testaElastici con connessioni multiple.Ingranaggio singolo con connettore a scatto fisso.Riduzione del tempo e dell'aumento dell'affidabilità nel posizionamento degli elettrodi.

Tabella 1: Confronto riepilogativo del metodo tDCS classico e del moderno metodo tDCS. Per quanto riguarda la posizione degli elettrodi, la preparazione degli elettrodi e l'uso dei copricapo, le moderne tecniche tDCS offrono progressi nel ridurre i tempi e aumentare l'affidabilità.

Discussione

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Dal 2000 si è registrato un aumento esponenziale del tasso (numero di prove pubblicate) e di ampiezza (gamma di applicazioni e indicazioni) per tDCS5,11,33. I moderni protocolli tDCS illustrati qui supportano potenzialmente ulteriormente l'adozione nelle sperimentazioni umane, in particolare dell'aumento delle dimensioni e dei siti (ad esempio, prove fondamentali) e, in ultima analisi, nel trattamento9 poiché queste moderne tecniche tDCS sono semplici e normalizzano i passaggi di installazione critici. Poiché la preparazione e la posizione degli elettrodi determinano la dose di tDCS12, metodi per garantire l'impostazione replicabile sono alla base di prove riproducibili. La tecnica moderna qui descritta dovrebbe essere vantaggiosa per il criterio di inclusione, ma può fornire un beneficio speciale in gruppo dove le tecniche convenzionali si rivelano impegnative a causa di condizioni del cuoio capelluto / capelli, comportamento, o in alta durata (prove multi-centro) e impostazioni remote34,35. La tecnica moderna, fornendo una fissazione più sicura degli elettrodi (ad es. rispetto alle cinghie elastiche ad hoc nella tecnica convenzionale) migliorerebbe la combinazione con terapie comportamentali aggiunte come la terapia a specchio 36,37,38, immagini visive e realtà virtuale39,40,41o terapia fisica34,42,43 44,45.

tDCS è considerata una forma sicura e conveniente di stimolazione cerebrale non invasiva5,11. Tuttavia, è ancora importante garantire che la stimolazione sia condotta seguendo le migliori pratiche14. Tutti gli operatori tDCS sono addestrati e certificati. Viene creato un protocollo dettagliato specifico per lo studio che delinea eventuali materiali aggiuntivi necessari, il montaggio degli elettrodi utilizzato, eventuali compiti, se applicabile, importanti procedure di sicurezza da seguire prima, durante e dopo la stimolazione, nonché criteri di inclusione ed esclusione specifici dello studio. Alcuni criteri di esclusione possono includere tatuaggi metallici sulla testa e/o sul collo, impianti metallici nella testa e/o nel collo, tra gli altri, ma questi non sono assoluti (ad esempio tES in soggetti con epilessia, impianto e difetti acuti del cranio)4. Molti aspetti di un protocollo di studio tDCS, come alcuni materiali, posizionamento degli elettrodi, durata, tra le altre procedure, sono specifici per la progettazione dello studio. Quando si modifica il protocollo per soddisfare le esigenze specifiche dello studio, assicurarsi che tali modifiche siano accettabili sia per il soggetto che per il ricercatore5,11.

In questa guida viene descritto un metodo tDCS moderno. Questa tecnica di applicazione tDCS contemporanea è significativamente più semplice rispetto al metodo convenzionale, e quindi è sia più veloce e meno soggetta a errori.

Dichiarazioni

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La City University di New York detiene brevetti sulla stimolazione cerebrale, di cui Marom Bikson è un inventore. Marom Bikson è co-fondatore di Soterix Medical Inc.

Ringraziamenti

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Questo lavoro è stato sostenuto dal NIH (concede 1R01NS101362-01, 1R01MH11896-01, 1R01NS095123-01, 1R01MH109289-01, 1K01AG050707).

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Stimolazione elettrica transcranica 1x1Soterix Medical Inc.2001tEL'impostazione tDCS è stata utilizzata sul dispositivo tES
Dlpfc-1 copricapo con caviSoterix Medical Inc.SNAPstrap 1300-ESOLE-S-MDlpfc-1 (taglia: adulto - medio)
Copricapo M1-SO con caviSoterix Medical Inc.SNAPstrap 1300-ESM-S-MM1-SO (taglia: adulto - medio)
Soluzione salinaSoterix Medical Inc.
Elettrodi in spugna a scatto 5x5 cmSoterix Medical Inc.SNAPpad 1300-5x5S
SiringaSoterix Medical Inc.1300SR_5Siringa per applicazione salina
1300S_5 monouso

Riferimenti

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