頭蓋直流電流刺激(TDCは)は、いくつかの神経学的状態における初期の治療効果を示している非侵襲的脳刺激技術である。これらの治療効果の基礎となる主な機構は、皮質興奮性の調節である。したがって、皮質興奮性のオンライン監視は、ガイド刺激パラメータを助け、その治療効果を最適化するであろう。現在の記事では、リアルタイムで同時TDCはと脳波モニタリングを組み合わせた新たなデバイスの使用を確認します。
頭蓋直流電流刺激(TDCは)は、いくつかの神経学的状態における初期の治療効果を示している非侵襲的脳刺激技術である。これらの治療効果の基礎となる主な機構は、皮質興奮性の調節である。したがって、皮質興奮性のオンライン監視は、ガイド刺激パラメータを助け、その治療効果を最適化するであろう。現在の記事では、リアルタイムで同時TDCはと脳波モニタリングを組み合わせた新たなデバイスの使用を確認します。
経頭蓋直流電流刺激(TDCは)が頭皮を通して微弱電流を提供する技術です。この定電流は、皮質活動のセカンダリ変更を伴う、神経細胞膜興奮性の変化を誘導する。 TDCは、基礎となる皮質上で神経調節効果の大部分を有するが、TDCは効果も遠いニューラルネットワークで観察することができる。したがって、TDCは効果の付随脳波モニタリングはTDCはのメカニズムに関する貴重な情報を提供することができます。また、EEGの知見は、TDCは効果にとって重要な代理マーカーとすることができるので、そのパラメータを最適化するために使用することができる。この結合されたEEG-TDCは、システムはまた、発作などの皮質興奮性の異常なピークによって特徴付けられる神経学的状態の予防的治療に使用することができる。このようなシステムは、非侵襲的な閉ループ装置の基礎となる。本稿では、UTILが可能な新規デバイスを提示同時にTDCはを化とEEG。そのために、我々は、ステップ·バイ·ステップ方式での概略図、表、ビデオデモを使用して、このデバイスのアプリケーションのメインの手順について説明します。さらに、我々は脳波の技術によって測定されたTDCは、その皮質効果の臨床利用に関する文献レビューを提供します。
頭蓋直流電流刺激(TDCは)は皮質興奮性1,2,3の変化を誘導するために頭皮を連続的に送達弱く、直接電流を使用する技術である。運動皮質の興奮性のマーカーとしてモーター誘発電位を使用して、ニーチェとパウルス3は、脳の上にTDCは影響の方向は極性が固有であることを実証:陽極刺激が皮質興奮性の増加を誘導する一方、陰極刺激は、皮質の興奮性の減少を誘導。皮質の興奮性に対するこの効果は時間後に刺激以上続くことができます。皮質の興奮性これらのTDCは誘発される変化は、かなりの行動への影響をもたらすことができます。一つの重要な問題は、行動にTDCは効果のばらつきです。この変動を説明するためのいくつかの理由がある。 fMRIの4と脳波(EEG)5,6に関する研究TDCは、最も活性EFFEを持っているものの、ことを明らかにカラットは、基礎となる皮質で、刺激が脳の他の地域で広まっ変化を呼び起こす。また、TDCは効果はベースライン皮質活動7の状態に依存することが示されている。したがって、これらのソースのばらつきを考えると、TDCはの効果を測定するためのより良い代用物の使用が望ましい。
この文脈において、我々はいくつかの理由のためにTDCは皮質興奮性の影響にリアルタイムデータを提供することに付随するEEGモニタリングの使用を提案している。まず、TDCは刺激のパラメータを最適化する。第二に、治療のための新たな目標についての洞察を提供する。第三に、特に子供たちには、脳刺激時の安全を確保する。第四に、難治性てんかんすなわち閉ループシステムを持つ患者の早期発見と発作の治療を支援するために。最後に、このデバイスはまた、脳コンピュータインタフェースシステムの潜在的なアプリケーションを持っているかもしれません。
重要な役割のために、改訂2012-08; Neuroelectrics音源コントローラー、V 1.0 - 非侵襲脳刺激に関連する皮質興奮性の変化を監視するのは、この記事の目的は、新たなデバイス(StarstimÒによってEEGとTDCはの使用を結合する方法を示すことです-01、Neurolelectrics、バルセロナ、スペイン)。それは、この記事は、TDCはアプリケーションの詳細情報を提供しないことに注意すべきである。この技術の応用を完全に理解するために我々はダシルバらからTDCは上の記事を読んでお勧めします11
1。マテリアル
2。皮膚の準備
3。ヘッド測定
4。キャップ内の電極の配置
5。キャップをかぶって、その上にコントロールボックスを固定する
6。刺激と録音設定
7。デバイスを起動
8。 EEGデータを記録
TDCは、現在、大うつ病14、15、心的外傷後ストレス障害16、食品17、マリファナ18、アルコール19、喫煙20への渇望だけでなく、痛み21、耳鳴りを含む様々な神経疾患の治療手段として検討されている22、片頭痛23、てんかん24、パーキンソン病25、26、脳卒中リハビリテーション27、28および認知機能障害6、29。 表1は、エビデンスに基づくTDCは、異なる臨床症状の治療薬として使用されるモンタージュ、電極を示しています。
ほとんどの場合、TDCは後の臨床的改善は主に皮質効果に起因する。皮質の変化を定量化し、最も頻繁に使用されるものは、機能的磁気共鳴画像(fMRI)、TMS-インデックス付き皮質興奮性とelectroencephaであるため、いくつかの方法がありますlography(EEG)。 fMRIのと比較して、EEGより正確神 経活動のタイミングを反映し、貧しい空間分解能が、優れた時間分解能30を有している。また、TMS-インデックス付き皮質興奮性と比較して、EEGは、より大きな空間分解能を提供します。例えば、TDCは/ EEG装置を用いて、それがTDCはに応答して生EEG上の継続的な変化を検出することができる。 図9は、主に頭頂部に、皮質活動の減衰を示し、TDCはがオンされた後に(チャネルC3とC4)。刺激時にそれが刺激に使用したのと同じチャネルで脳活動を記録することができないことに留意されたい。
EEG上のTDCは影響が最近( 表3参照)は、いくつかの著者によって研究されてきたが、一方のみがTDCはEEGと同時に31を適用している。ほとんどの研究は、活性対に応答して、EEGパワースペクトルを解析することにより、TDCはEEGに大きな変化を示した偽TDCは。パワースペクトル解析を用いて、EEG信号は、FFT解析を用いて純粋な周波数成分の和に分解することができる。このように、信号は、各周波数における信号のパワー( 表2)上に情報を提供する、そのパワースペクトルの観点から分析することができる。
図7に、TDCは(下の赤いブラケット)中およびFFT解析(赤丸)の後に継続的な脳波活動の代表的な例を示しています。最初のピーク活動はシータ(5-7 Hz)で、アルファ(8-10 Hz)の帯域周波数の2番目に相当する。 EEGのピークの振幅をμV2で測定される。
別の例はMaeoka らによる研究。36、著者はアルファで地元減少および感情的ストレスと組み合わせる背外側前頭前皮質の陽極刺激後のベータバンド振幅の増加を発見しているから来ている。
図10 は、定量EEG(パワースペクトル)でのTDCは効果の具体例を示す図である。左背外側前頭前皮質の偽TDCはと比較した場合、正面アルファ振幅の大きさは、アクティブTDCはに対応して有意に高かった。
したがって、自動FFT分析( 図7)を用いて研究者はTDCは中および後の支 配的なEEG周波数活動の振幅(δ、θ、α、β、γ)を決定し、測定することができる。刺激およびその他の実験条件の領域に応じて、特定のEEGの周波数帯域の振幅がTDCは( 表3)に変更されると予想される。確かに、TDCは時の脳波記録にFFT解析機能を追加すると、リアルタイムで皮質の神経調節効果を理解するためのユニークな機会を提供しています。
最後に、EEG信号は時間 - 周波数ベースと呼ばれる技術や、スペクトログラムIMAで分析することができますGE。この技術は、研究目的のために有望視されてきたが、EEGこの種の分析は、まだ完全には診断の意図が検証されておらず、この目的のために8慎重に解釈されるべきである。
図8は、同じデバイスで処理EEGスペクトログラムの具体例を示す図である。

図1。 TDCは中に同時EEG監視のために必要な材料のリスト:ネオプレンキャップ、コントロールボックス、ケーブル、電極、測定テープ、食塩水とBluetooth USB。

図2。頭皮11頂点の局在(CZ):途中でスキンを使用してイニオンとマークに[後]の距離を測定マーカー。

図3。刺激スクリーンショット:)電気刺激モード(TDCは、TACS、のtRNS、偽)、電気刺激のb)の合計デュレーションと、c)電極位置決めチャンネルによると、d)TDCはとEEGチャンネル構成、e)の TDCはランピング期間、F) EEG記録期間。

図4。スクリーンショットをマウントします:チェック電極インピーダンスを刺激が始まる前に。

図5。 )LAUNCHバット:スクリーンショットを起動します TDCは前b)の縦の灰色のバー;;でTDCは中のc)の縦の灰色のバー; TDCは後d)の垂直灰色のバー、e)のインピーダンスの再チェック、f)は ABORTボタン。

図6。 EEGタイムドメイン:ベースラインの継続的な脳波の活動をチェックし、EEG帯の周波数を選択し必要な場合(右下の黄色の矢印)。

図7。脳波パワースペクトル:生継続脳波上自動高速フーリエ変換(FFT)解析(下の赤い長方形)の後に優勢な脳波の周波数帯(赤い円)を確認します。
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図8。 EEGスペクトログラム:EEG信号(下の赤い長方形)も基づく時間-周波数と呼ばれる技術を使用して画像(赤丸)に変換することができます。

図9。陽極TDCはに応じて頭頂脳波活動の減衰(陽極= C3;カソ ード= C4)。刺激中、それが刺激に使用したのと同じチャンネルで脳の活動を記録することはできません。ことに注意して大きい図を表示するには、ここをクリックしてください 。

図10。脳波パワースペクトル上のTDCは効果:ノート前頭アルファの違い()とベータ(B) 振幅。
| 病気 | 著者 | アノード電極ポジショニング | カソード電極ポジショニング |
| うつ病 | エミリオら、2008;。ローら、2012。 | DLPFC | 眼窩上の |
| 痛み | Fregni ら 、2006 | M1 | 眼窩上の |
| ストローク | リンデンら 、2010 | M1 | M1 |
| ジョら 、2007 | M1(患側) | 眼窩上の | |
| 眼窩上の | MI(非患側) | ||
| 耳鳴り | Fregni ら 、2006 | LTA | 眼窩上の |
| パーキンソン | Benninger ら 、2010 | M1/DLPFC | 乳様突起 |
| Fregni ら 、2006 | M1 | 眼窩上の | |
| 片頭痛 | アンタルら 、2011 | V1 | オズ |
| アルコールの乱用 | エミリオら 、2008 | R / L - DLPFC | L / R - DLPFC |
表1。 TDCは、さまざまな臨床条件でモンタージュを電極伝説:LTA、左頭頂領域と、左L; V1、視覚野、DLPFC、背外側前頭前皮質、M1、運動皮質、R、右。
| バンド | シンボル | 周波数(Hz) | 最高の記録サイト | 中にもっと目立つ... |
| デルタ | δ | 1-4 | 正面(成人)、後部(子供) | 睡眠の深い段(3,4) |
| シータ | θ | 5-7 | 頭皮に拡散 | 眠気 |
| アルファ | α | 8-12 | 後方地域 | 目を閉じて、目覚め |
| ベータ | β | 13-30 | 正面 | 精神的な努力、深い眠り |
| ガンマ | γ | 31-45 | 体性感覚皮質 | 短期記憶課題と触覚刺激 |
表2。脳波の周波数帯。
| 著者 | アノード電極ポジショニング | カソード電極ポジショニング | EEGチャンネル(番号) | 主な調査結果 |
| Ardolino ら 、2005 | FP1 | C4 | 4 | 前頭デルタとシータバンドの二国間の増加となりました。 |
| Keeser ら 、2011 | F3 | FP2 | 25 | 前頭葉と前頭デルタ帯で減少。 |
| マーシャルら 、2011 | F3/F4 | 乳様突起 | 7 | - ノンレム睡眠:デルタバンドの正面減少。 - レム睡眠:ガンマバンドの世界的な増加となりました。 |
| ヴィルトら 、2011 | F3 | 右肩 | 52 | デルタバンドでのグローバル減少。 |
| Zaehle ら 、2011 | F3 | 乳様突起 | 32 | - 陽極:Tのローカル増加ヘタとアルファバンド。 - 正極:シータとアルファバンドの地元の減少となりました。 |
| ヤコブソンら 、2011 | T4-FZ間 | FP1 | 27 | 右前頭シータ帯で減少。 |
| Polania ら 、2011 | C3 | FP3 | 62 | - すべての勉強のバンドのグローバル同期。 |
| Maeoka ら 、2012年 | F3 | FP2 | 128 | ローカルベータの増加やアルファバンドを減少させた。 |
表3。 EEGレコーディングでTDCはの影響を分析する研究。
安全性の問題
当初、被験者はTDCは11任意の禁忌のために選別されるべきである。皮膚の完全性に応じてTDCは誘発病変の証拠があるので、皮膚病変または疾患のためにも確認してください。 TDCは強く病変領域上で示されている場合には、低い強度、 すなわち 0.5〜1.0ミリアンペアでそれを行うことが可能である。しかし、これは、皮膚の炎症や病変を防止することを保証するものではありません。したがって、電極の下の皮膚の状態はTDCは2前後で検査する必要があります。
インピーダンスと電極
電極のインピーダンスは、できるだけ低くあるべきである。これは、内部と外部のノイズの干渉や歪んだ信号のリスクを低減します。信号37に存在する任意のアーティファクトがあるたびインピーダンスはまた再チェックする必要があります。
全ての電極はそのまま表面と良好な品質でなければなりません。リ一貫性のない表面と使える電極が不均一な電流密度を作成することができます。すべての表面電極は、低インピーダンスを確保するのに十分な導電性ゲルが印加されるべきであり、インピーダンスはアーティファクト37をチェックするべきである。
閉ループシステム
閉ループシステムは、電気生理学的異常を診断し、速やか8,10それらを治療することができるシステムである。説明のための例では、対向車の発作のために脳波スパイク検出器です。この原理は、正常重症てんかん患者に適用されている。モレルら9は、脳移植刺激装置を用いた難治性てんかんで191科目を扱われ、生活の質の向上だけでなく、発作頻度の大幅な減少を観察した。成功にもかかわらず、侵襲的処置は、局所感染または不要な気分や認知効果、したがってALTERNなどのリスクや合併症に関連付けられているative、非侵襲的なアプローチが望ましい。したがって、本デバイスは、てんかん患者などの迅速神経生理学的診断と迅速な治療を必要とする患者のための興味深いオプションを表すことができる。
閉ループシステムアプリケーションはのみてんかん患者に限定されないことがあります。最近の多くの研究がEEGの変化は、様々な神経精神疾患30のマーカーであり得ることを示唆している。 TDCはEEGとを組み合わせて使用しても、刺激のパラメータを最適化するために有用であり得る。このようなアルゴリズムはまだ未発達ですが、脳波とTDCは研究からの知見の組み合わせは、このような開発に役立つ可能性があります。
別の非侵襲的な脳刺激技術であるTMSと比較し、TDCは、主に、その低コストおよび可搬性の相対的な治療目的のための多くがより適していると考えられる。また、予め定められたエレクトロとヘッドキャップを使用するシステムを有するデ位置は、刺激の位置を標準化し、結果を向上させることができる。この装置の別の利点は、何人かの著者38,39に記載の従来の刺激よりも臨床的に優れていることが見出されていると同時に、同時に複数の部位を刺激する可能性がある。
装置は、明らかな利点を示しているが、いくつかの制限は、将来のための装置を改善するために対処する必要がある。まず、デバイスが刺激します( 図9を参照)を同時に同じ場所にEEG信号を記録することはできません。第二に、EEG記録、利用可能なチャネルの数が少ない。いつもの勧告は、十分な脳波研究40と眼球運動アーチファクトを検出する電気眼球運動記録法のためにもより多くのチャネルのために少なくとも16チャネルを使用することです。実際、過去数年間でEEG / TDCは研究におけるチャネル( 表3)の数を増加する傾向があった。チャンネルのマイル数が少ないものの皮質興奮性の動的変化を検出する感性に影響をGHT、そのようなシステムはまだ特定の電極の位置のためのアルゴリズムを見つけるために有用であり得る。
この作品の一部は、この記事で使用する楽器を作り出す神経電気、バルセロナスペイン、によってサポートされていました。
PSは、ブラジル、ケープから資金援助を受けた。この作品は、部分的にCIMITからの助成金でサポートされていました。著者はまた、彼の技術支援のためにウリFligilへと、この原稿を編集中で彼らの助けのためのオリビアGozelとノエルChiavettaに感謝しています。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Material | |||
| ネオプレンヘッドキャップ | ロエレクトリックNE019 | 1 | |
| プレンヘッドバンド | ニューロエレクトリックNE020 | 1 | |
| 乾式電極フロントエンドニュー | ロエレクトリックNE021 | 4 | |
| 電極フロントエンドニュー | ロエレクトリックNE022 | 8 | |
| ボトル60cl | Neuroelectrics | NE016 | 1 |
| 刺激電極 Pi cm2 | Neuroelectrics | NE024 | 8 |
| 生理食塩水ボトル 100ml | Neuroelectrics | NE033 | 1 |
| スポンジ電極 fron-end 25 cm2 | Neuroelectrics | NE026 | 4 |
| 接着電極フロントエンド | Neuroelectrics | NE025 | 25 |
| USB Bluetooth ドングル | Neuroelectrics | NE031 | |
| ソフトウェア付きUSBカード | Neuroelectrics | NE015 | 1 |
| 面注射器 | Neuroelectrics | NE014 | 1 |
| microUSB NECBOX充電器 | Neuroelectrics | NE013 | 1 |
| 電極ケーブル | Neuroelectrics | NE017 10 | 1 |
| Material Name | |||
| StarStim NECBOX | ニューロエレクトリック | NE012 | 1 |