Tecnica aggiornata per una stimolazione elettrica transcranica affidabile, facile e tollerata, inclusa la stimolazione a corrente diretta transcranica
3 gennaio 2020
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).
Lo scopo di questo video è quello di dimostrare procedure di configurazione aggiornate per la somministrazione della stimolazione della corrente continua transcranica, tDCS e relative tecniche di stimolazione elettrica transcranica, come la stimolazione transcranica a corrente alternata, tACS. In questo, dimostriamo tDCS usando montaggi comunemente applicati destinati alla corteccia motoria e alla stimolazione della corteccia prefrontale dorsolaterale. La moderna tecnica tDCS qui spiegata evita la misurazione del nastro per determinare il posizionamento degli elettrodi, le ingombranti fasi di inserimento della gomma di carbonio, le noiose procedure di bagnatura delle spugne degli elettrodi e l'uso di elastici come copricapo.
Questo processo è ottimizzato utilizzando un copricapo specializzato e un elettrodo del connettore a scatto pre-saturo. Per ogni montaggio, c'è un copricapo specifico. Mentre alcuni materiali dipenderanno dal protocollo specifico dello studio o del trattamento, ci sono articoli di base che sono generali nelle moderne applicazioni tDCS.
Prima della sessione tDCS, assicurati che tutti i materiali necessari siano utili. Per le prove di ricerca, prima dell'inizio dello studio, il soggetto deve 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 di accettare o rifiutare il trattamento. Nasce da diritti legali ed etici, in quanto i soggetti devono essere consapevoli di ciò che accade al loro corpo, e anche dalle responsabilità etiche di un ricercatore per coinvolgere i partecipanti nel loro benessere fisico e mentale. Un consenso scritto deve essere raccolto dai partecipanti prima dell'inizio della stimolazione.
L'impostazione inizia misurando innanzitutto la circonferenza della testa del soggetto per determinare la dimensione appropriata del copricapo da utilizzare. Ci sono diverse dimensioni di copricapo a seconda del montaggio dell'elettrodo. Consultare il manuale d'uso del copricapo per selezionare le dimensioni appropriate in base alle misurazioni.
Ispezionare la pelle in cui si prevede di posizionare l'elettrodo. Se si osservano lesioni visibili, non somministrare tDCS. Se possibile, esporre il cuoio capelluto sendo i capelli con le dita per assicurarsi che l'soluzione salina si insepi attraverso i capelli nel cuoio capelluto, per migliorare la qualità del contatto tra l'elettrodo e il cuoio capelluto.
Stiamo impiegando un elettrodo di spugna a scatto preassemblato ad uso singolo. Rimuovere due elettrodi di spugna di cinque centimetri per cinque centimetri dalla borsa. Gli elettrodi utilizzati in tDCS sono generalmente elettrodi di gomma conduttivi racchiusi in una spugna satura di soluzione elettrolita, per lo più salina.
Elettrodi pre-saturi e nuovi vengono utilizzati per migliorare l'affidabilità. Il copricapo a posizione fissa viene utilizzato per fissare gli elettrodi sopra il bersaglio cerebrale. Per posizionare con precisione gli elettrodi di spugna sulla regione cerebrale M1SO, posizionare prima l'anello che rappresenta la nasione della cinghia, situato nella parte inferiore della cinghia, sopra la nasione.
La nasione è la porzione anteriore al cervello, situata tra la fronte e il naso. Quindi, 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, posizionata simmetricamente su entrambi i lati della testa.
La parte elastica posteriore della cinghia deve essere posizionata sopra l'inione, il punto più prominente dell'osso occipitale. Assicurarsi che il copricapo sia aderente ma non a disagio stretto. Collegare il cavo di collegamento del catodo nero al corrispondente driver nero di ingresso del dispositivo tDCS.
Ripetere questa posizione per il cavo di connessione anodo rosso per la rispettiva posizione sul dispositivo tDCS. Assicurarsi che la polarità della connessione sia corretta, poiché gli effetti di tDCS sono considerati specifici della polarità. Nel contesto del tDCS e della stimolazione elettrica in generale, l'anodo è il terminale positivo in cui la corrente positiva entra nel corpo, e il catodo è il terminale negativo dove la corrente positiva esce dal corpo.
Nel contesto del tACS, non esiste un concetto di anodo e catodo, poiché entrambi i terminali agiranno in alternativa anodo e catodo. Prima di iniziare la sessione tDCS, assicurarsi che l'argomento sia comodo e sveglio. Verificare che il dispositivo sia acceso, che i cavi siano collegati correttamente e che il copricapo e l'elettrodo siano direttamente situati.
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 seguiti correttamente. Controllare la qualità del contatto sul misuratore di impedenza. Se la qualità di contatto complessiva del soggetto è anormalmente bassa, ciò potrebbe indicare una configurazione impropria degli elettrodi, con conseguente elevata impedenza.
Se la qualità del contatto continua ad essere bassa dopo aver regolato il copricapo e/o aver integratore giudiziosamente la salina, è possibile premere Pre-Stim Tickle, se disponibile sul dispositivo, per ottenere una migliore qualità di contatto. Programmare la durata, l'intensità o, se applicabile al dispositivo, l'impostazione delle condizioni fittizie della sessione tDCS. Si noti che si consiglia di accenderli alcuni stimolatori prima che venga effettuato il contatto tra gli elettrodi e la pelle.
Se si utilizza un dispositivo tES per la sessione tDCS, assicurarsi di selezionare l'impostazione della forma d'onda tDCS. Avviare tDCS premendo il pulsante Start. Al fine di ridurre eventuali effetti avversi, alcuni dispositivi includono l'aumento automatico della corrente all'inizio della stimolazione, in cui il dispositivo aumenta lentamente la corrente per 30 secondi.
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. Alcuni soggetti possono provare disagio durante il periodo tDCS iniziale. In questi casi, la corrente può essere moderatamente diminuita per un periodo temporaneo man mano che il soggetto si adegua.
Quindi, aumentare gradualmente la corrente fino al livello desiderato. Questa funzione può dipendere dal dispositivo utilizzato e dal protocollo. Gli elettrodi non devono essere disidratati durante la stimolazione per garantire una buona qualità di contatto.
Se gli elettrodi diventano disidratati, è possibile utilizzare una siringa per aggiungere gradualmente più salina agli elettrodi. Se l'aggiunta di soluzione salina non migliora la qualità del contatto, confermare la sensazione della pelle dal soggetto. Al termine della sessione di stimolazione, il dispositivo scenderà dall'intensità del trattamento a zero mA.
Rimuovere il copricapo caricato con gli elettrodi dal cuoio capelluto del soggetto. Infine, spegnere il dispositivo. Questa tabella confronta la differenza complessiva tra i metodi tradizionali dell'applicazione tDCS e i metodi tDCS aggiornati, come spiegato in questo video.
Inoltre, abbiamo condotto un esperimento in cui abbiamo misurato i tempi di configurazione utilizzando i metodi tDCS tradizionali e moderni. Per questo, abbiamo reclutato esperti e principianti in entrambi i metodi e misurato quanto tempo ogni partecipante ha impiegato per condurre la configurazione. La configurazione è stata ripetuta cinque volte e ogni prova è stata cronometrata individualmente.
I risultati mostrano che il metodo moderno richiedeva tempi di configurazione significativamente inferiori per i partecipanti esperti e alle prime armi rispetto al metodo tradizionale. Utilizzando il metodo tDCS tradizionale, il tempo medio di configurazione dell'esperto è stato di circa otto minuti. Utilizzando il metodo tDCS tradizionale, il tempo medio di configurazione preso dal principiante è stato di circa 10 minuti e mezzo.
I principianti hanno commesso errori di configurazione e in genere non sono stati in grado di ottenere una configurazione senza errori, anche dopo cinque sessioni. Utilizzando il moderno metodo tDCS, il tempo medio di configurazione preso dagli esperti è stato di poco superiore a un minuto. Utilizzando il moderno metodo tDCS, il tempo medio di configurazione preso dai principianti è stato di circa 2 minuti e mezzo.
I principianti erano generalmente in grado di ottenere una configurazione senza errori entro la quinta sessione, e qualsiasi errore era minore. Il moderno metodo tDCS consente il posizionamento degli elettrodi con precisione comparabile a un operatore esperto che misura le posizioni tradizionali di EEG 10-10. Per operatore o autoapplicazione, il moderno metodo tDCS è altamente affidabile.
Il moderno approccio tDCS spiegato qui aumenta l'affidabilità dell'installazione riducendo al contempo i tempi di configurazione della stimolazione.
Panoramica
In questo articolo vengono illustrate procedure aggiornate per l'impostazione dell'applicazione della stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) e di tecniche correlate come la stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS). Una corretta preparazione e posizionamento degli elettrodi sono fondamentali per sessioni efficaci.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Elettrofisiologia
- Stimolazione elettrica transcranica
Sfondo
- La stimolazione cerebrale non invasiva mediante tDCS.
- Il posizionamento degli elettrodi influenza l'efficacia della stimolazione e il comfort del soggetto.
- Le tecniche moderne mirano a semplificare il processo di configurazione.
- Le considerazioni etiche richiedono il consenso informato dei partecipanti.
Scopo dello studio
- Fornire una guida chiara per la configurazione della tDCS e della tACS.
- Migliorare l'affidabilità del posizionamento degli elettrodi.
- Ottimizzare il comfort del partecipante durante le sessioni di stimolazione.
Metodi Utilizzati
- Misurazione della circonferenza cranica per l'adattamento del casco.
- Utilizzo di elettrodi con connettore a scatto pre-saturati.
- Casco specifico per diverse configurazioni di elettrodi.
- Monitoraggio dell'impedenza per valutare la qualità del contatto.
Risultati principali
- Illustrate tecniche efficaci di posizionamento degli elettrodi.
- Evidenziato l'importanza del comfort e del consenso del partecipante.
- Fornito un approccio semplificato alla configurazione della stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS).
- Messo in rilievo l'importanza della corretta manipolazione dell'apparecchiatura.
Conclusioni
- Procedure moderne aumentano l'efficacia della stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS).
- Un'impostazione corretta è essenziale per ottenere risultati affidabili.
- La sicurezza e il comfort del partecipante sono aspetti fondamentali nella ricerca.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Metodo
Metodi di stimolazione elettrica transcranica (tES) come tDCS, tACS e tRNS sono utilizzati con crescente frequenza nella ricerca preclinica e nella fase iniziale di scoperta per modulare circuiti neurali e valutare l'interazione con il bersaglio in sistemi rilevanti per la malattia. Protocolli di stimolazione affidabili, standardizzati e ben tollerati sono essenziali per generare dati riproducibili nei flussi di lavoro di validazione del bersaglio e di screening fenotipico. La tecnica aggiornata descritta riduce la variabilità di configurazione e gli errori dipendenti dall'operatore, favorendo un'applicazione costante in tutte le fasi della biologia della scoperta e dello sviluppo dei saggi.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Permette una neuromodulazione precisa e ripetibile di bersagli corticali per indagare i ruoli causali nei fenotipi associati alle malattie.
- Valore operativo: L'equipaggiamento cranico standardizzato e gli elettrodi preassemblati riducono al minimo i tempi di preparazione e gli errori di posizionamento, migliorando la produttività nelle schermature per la validazione dei bersagli.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Fornisce letture neurofisiologiche quantificabili quando combinato con EEG o saggi comportamentali, supportando studi di risposta alla dose e di meccanismo d'azione.
- Valore operativo: Il monitoraggio dell'impedenza e gli elettrodi pre-saturati garantiscono una qualità di contatto stabile, riducendo la variabilità dei dati nelle applicazioni di screening ad alto rendimento.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Consente la modellizzazione di sistemi rilevanti per le malattie, permettendo una stimolazione corticale non invasiva in specie precliniche o modelli derivati dall'uomo per valutare la modulazione del bersaglio.
- Valore operativo: L'adattabilità alle forme d'onda tACS e tRNS consente una progettazione flessibile dei protocolli per la modulazione neuromodulante specifica per frequenza negli studi meccanicistici di riduzione del rischio.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si inserisce nel continuum dalla biologia della scoperta all'identificazione del capostipite, in cui una modulazione neurale affidabile supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi nel processo di validazione precoce del bersaglio.
- Biologia della Scoperta: Consente una perturbazione controllata dei circuiti neurali per valutare il coinvolgimento di specifici bersagli in fenotipi rilevanti per la malattia.
- Screening: Una configurazione standardizzata e il monitoraggio dell'impedenza favoriscono la somministrazione riproducibile della stimolazione su piastre per saggi o coorti di soggetti.
- Analisi: Favorisce la raccolta di parametri elettrofisiologici o comportamentali utili per confrontare le diverse condizioni di stimolazione e gli effetti dei composti.
- Ricerca Translazionale: Garantisce continuità dai modelli in vitro o in vivo al targeting corticale rilevante per l'uomo, quando i meccanismi della malattia coinvolgono una disregolazione corticale.
- Riutilizzo Aziendale: Un sistema di testiera con posizione fissa e di elettrodi a innesto consente una standardizzazione tra studi e tra siti diversi per programmi di neuromodulazione multiprogetto.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva nella modulazione del bersaglio grazie a una somministrazione dello stimolo affidabile e a bassa variabilità.
- Valore operativo: Tempi di allestimento ridotti e minori tassi di errore aumentano l'efficienza operativa nei flussi di scoperta focalizzati sulle neuroscienze.
- Valore strategico: Una maggiore riproducibilità dei dati sostiene decisioni più accurate di tipo go/no-go nella priorizzazione dei bersagli e nell'identificazione dei composti guida.
- Impatto sul portafoglio: Decisioni di avanzamento corrette per il rischio sono migliorate riducendo il rumore biologico nei saggi basati sulla neuromodulazione.
Considerazioni sull'implementazione
- Formazione in neuroanatomia e selezione del posizionamento degli elettrodi per un preciso targeting corticale.
- Accesso a dispositivi di stimolazione elettrica transcranica (tES) con forme d'onda programmabili (tDCS, tACS, tRNS) e monitoraggio dell'impedenza.
- Standardizzazione delle dimensioni dell'equipaggiamento per la testa e dei protocolli di posizionamento degli elettrodi tra diversi siti di ricerca.
- Considerazioni adattative per diverse popolazioni di soggetti, inclusi modelli pediatrici o con neurodegenerazione.
- I limiti includono la dipendenza da un'adeguata preparazione cutanea e saturazione con soluzione salina per un contatto ottimale tra elettrodi e cuoio capelluto.
