バーチャルリアリティ暴露時の経頭蓋直流刺激の同時適用
2021年1月18日
この原稿は、心的外傷後ストレス障害を持つ退役軍人のためのバーチャルリアリティを使用して、ウォーゾーン外傷関連の手がかりへの暴露中に経頭蓋直流刺激の同時適用を可能にする新しいプロトコルを概説する。
非侵襲的な脳刺激とバーチャルリアリティの組み合わせは、心的外傷後ストレスや不安の治療を求める人々のための感情的な学習と習慣を増強するための新しいアプローチを提示します。これは、神経科学に根ざした非常に没入型でありながらポータブルなアプローチです。この技術は治療的に有効であり、個々の患者に合わせて調整することができる。
この非侵襲的な方法は、心的外傷後ストレスの患者が以前に不安を引き起こす状況が安全であることを学ぶのに役立ちます。この手順を実証することは、私の研究室の研究助手であるシドニー・ブリギドです。シドニーは、プロトコルの様々なステップを支援します。
経頭蓋直流刺激のために参加者を準備するために、参加者にヘッドストラップを置いた後、参加者の後ろに立って、以前に計算した頭囲の10%を使用して陰極電極の位置を確立し、頭のイニオンから右にこの距離を測定する。マスタイドプロセス上で右耳の後ろになるように測定に従って陰極電極を配置します。アノダル電極の位置を確立するには、以前に計算した頭囲の10%を、鼻上から測定し、前に計算したヘッド円周の5%を右に測定します。
アノーダル電極を配置し、アノードが10~20個のEEG電極AF3FP1位置に接触していることを確認します。電極を設置したら、tDCSデバイスの電源を入れ、電極を差し込みます。設定Aをロードするには、右上ボタンを押して学習モードを終了し、左上ボタンと下ボタンを使用してデバイスのマスターコードを入力します。
[OK] をクリックし、矢印がトリガーを指していることを確認します。右上ボタンを使用して、ロード設定が表示されるまで設定を移動します。左矢印を使用して、右上矢印を使用して画面の下部まで矢印をスクロールし、設定Aに戻り、左上矢印をクリックして設定Aをロードします。
刺激を開始し、刺激の前、中、および後のインピーダンスを記録します。刺激が完了したら、デバイスの電源を切る前にデバイスから電極を取り外します。参加者の非支配的手のテナー領域に2つの自己接着可処分電極活性電極パッチを配置し、電極活性ガルバニック皮膚応答データ取得ソフトウェアを開く。
以前に生成されたデータ取得テンプレートを開き、[レコードの作成] をクリックして新しい実験を作成します。電極活性信号を較正するには、電極を電極パッチに取り付け、ソフトウェアの指示に従って一度に1つの電極を校正します。両方の電極が較正されたら、参加者に深呼吸をして10秒間保持してから呼吸を止め、適切なガルバニック皮膚応答信号を確認してもらいます。
tDCSを管理するには、アシスタントにバーチャルリアリティシステムをオンにし、患者アプリケーションプログラムを開いてください。画面の解像度が 1280 ~ 720 に設定されていることを確認し、[再生] をクリックします。臨床医のコントローラー プログラムを開き、参加者の展開に最も関連するシーンに基づいて、運転シナリオを選択します。
患者アバターウィンドウで、ドライバーの位置を選択し、音量を最大65%に設定します。参加者の助けを借りて、アシスタントにヘッドマウントディスプレイを参加者の頭に置き、ディスプレイが電極を脱臼しないように注意し、快適さを確認します。アシスタントにヘッドホンを参加者の頭の上に置き、快適さを確認してもらいます。
参加者に対して、ベースライン電極活性データを収集できるように2分間静かに座るように指示し、F1を押してベースライン期間の開始をマークします。2 分後に F3 キーを押して、ベースライン期間の終了をマークします。ベースライン電極活動収集が完了したら、tDCSデバイスの電源を入れ、電極を差し込みます。
デバイスは、Bを設定するための学習モードである必要があります。設定Bがプログラムされていることを確認し、30秒のランプアップと30秒のランプダウンで合計25分の2ミリアンペア強度を適用するには、[OK]をクリックします。ランダム化ソフトウェアから取得した参加者固有のランダム化コードを入力し、[OK]をクリックします。左上ボタンを押して「はい」と表示し、刺激を開始し、オフをクリックしてドライブを開始します。各ドライブスルーは、VR 環境でのみ 30 秒以上の運転で開始するようにします。
最初のセッションでは、先にアップなどの最初のドライブスルー中に口頭プロンプトを使用してVRイベントの発生を通して参加者を導く、3、2、1、行く道待ち伏せがあります。あなたは3、2、1で前方に待ち伏せ道路を見るつもりです。VRメニューで適切なシーンを選択しながら。
各 VR イベントを、各イベント間で 10 秒以上の運転で管理します。VR イベントの管理中に、VR イベントが管理されるたびに、アシスタントがキーボードの F2 キーを押して、スキンコンダクタンス データ取得を監視するようにします。参加者Aは、皮膚のコンダクタンストレースを目視で調べると、第3回VRセッションから最終6回目のVRセッションの間に、最初のVRセッションからプロトコルの中間点までのセッション間の習慣化の兆候を示しているように見える。
参加者Bの生の皮膚コンダクタンストレースの目視検査は、最初のドライブスルーと第3のドライブスルーを比較する際のセッション内の習慣を示しているように見える。参加者Cの生皮膚伝導率データの目視検査は、参加者Aと比較してあまり厳しい習慣性プロファイルを示していないように見えるが、それにもかかわらず、参加者Cはセッション内の習慣化の間および内の両方を示す。さらに、参加者Aと同様に、皮膚コンダクタンスレベルは、残りの5回のセッションと比較して、最初のVRセッション中に数値的に高くなります。
参加者Dからの生の皮膚の伝導度データは、視覚的に検出可能な皮膚伝導応答がない場合に適切な分析のために低すぎると考えることができる皮膚伝導レベルを示す。アーティファクトの持続性と電極信号損失があっても、持続的に低い皮膚伝導レベルと視覚的に検出可能な皮膚伝導率応答の欠如は、この個体にはまだ明らかである。プロトコルでは、重要なステップは、tDCS電極が正しい位置に留まることを保証し、インピーダンスが許容値内にあることを確認し、参加者の安全上の不快感を監視することです。
tDCSは、解剖学的MRIに基づく電極と投薬の位置を含むモンタージュを個別化することによって最適化することができます。MRIは、時間の経過に伴う神経変化を評価するためにさらに使用することができます。
概要
この研究は、経頭蓋直流刺激（tDCS）と仮想現実を統合する新しいプロトコルを提示し、心的外傷後ストレス障害（PTSD）に苦しむ退役軍人を支援します。この没入型アプローチは、トラウマに関連する刺激に対する感情的学習と習慣化を促進することを目的としています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 心理学
- トラウマと不安の治療
背景
- PTSDは退役軍人にとって重要な問題であり、しばしば革新的な治療アプローチを必要とします。
- tDCSと仮想現実を組み合わせることで、治療効果を高める可能性があります。
- このプロトコルは、不安を誘発するシナリオに安全にさらされるための環境を作るように設計されています。
- この方法は、携帯性と患者ごとのカスタマイズが可能な治療オプションを提供します。
研究目的
- tDCSと仮想現実暴露の同時適用の手順を開発すること。
- PTSD患者の感情的学習と習慣化を改善すること。
- この非侵襲的な組み合わせの治療効果を評価すること。
使用された方法
- このプロトコルでは、参加者が仮想現実環境に従事している間にtDCSを適用します。
- 参加者は慎重な電極配置で準備され、皮膚電気活動を通じてモニタリングされます。
- 刺激の強度と持続時間の具体的な設定がtDCSデバイスにプログラムされています。
- データ収集は、トラウマに関連する刺激を模倣するように設計されたVRシナリオにさらされている間に行われます。
主要な結果
- 皮膚伝導データの視覚的検査により、複数のセッションにわたる習慣化の兆候が示されています。
- 参加者は、セッション間の習慣化とセッション内の習慣化の程度が様々に表示されました。
- tDCSとVRを併用することで、トラウマに関連する刺激の感情的処理が向上します。
結論
- この研究は、tDCSとVRの組み合わせによるPTSDの治療アプローチの有望性を示しています。
- 結果は、感情調整とトラウマ処理の潜在的な改善を示唆しています。
- 全体として、この方法は不安関連障害の治療戦略を強化する可能性があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Combining non-invasive neuromodulation with immersive virtual reality offers a novel strategy for addressing treatment-resistant anxiety disorders by targeting neural circuits underlying fear extinction. This approach supports mechanistic de-risking in early discovery by enabling objective, quantifiable readouts of physiological habituation during controlled exposure. The integration of tDCS with VR provides a translatable platform for evaluating target engagement and therapeutic potential in neuropsychiatric indications.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of ventromedial prefrontal cortex modulation as a mechanistic target for fear regulation and emotional learning.
- Operational Value: Supports target hypothesis testing through simultaneous delivery of neuromodulation and standardized trauma-related cues in a controlled environment.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative electrodermal activity readouts that serve as pharmacodynamic biomarkers of arousal and habituation.
- Operational Value: Establishes a reproducible, within-subjects design for assessing dose-response relationships between stimulation parameters and physiological output.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery and clinical application by using a disease-relevant system (veterans with PTSD) to assess target-mediated changes in hyperarousal.
- Operational Value: Facilitates go/no-go decisions by providing longitudinal, session-based data on habituation trends across multiple exposures.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation to lead optimization by providing a platform to assess functional target modulation and behavioral correlates of therapeutic intervention.
- Discovery Biology: Supports mechanistic de-risking by isolating the effect of prefrontal tDCS on autonomic responses to threat-related stimuli.
- Screening: Enables assay readiness through standardized VR scenarios and real-time monitoring of skin conductance as a quantitative readout.
- Analytics: Generates time-series physiological data that allow comparison of within- and between-session changes in arousal.
- Translational Research: Connects neuromodulation effects to clinical outcomes via measurable changes in psychophysiological responses during trauma cue exposure.
- Enterprise Reuse: The tDCS+VR framework can be adapted across anxiety-indicative models by modifying virtual scenarios and stimulation montages.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by linking neuromodulation to measurable reductions in physiological arousal.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized electrode placement, impedance monitoring, and fixed stimulation parameters (2 mA, 25 min).
- Strategic Value: Reduces biological risk in neuropsychiatric programs by enabling early assessment of target engagement in a human-relevant context.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by quantifying habituation as a biomarker of therapeutic response.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neuromodulation safety, electrode placement, and virtual reality system synchronization.
- Dependent on tDCS hardware capable of precise current delivery and impedance tracking, plus EDA acquisition systems.
- Necessitates cross-team standardization between neuroscience, clinical, and data analysis teams for consistent protocol execution.
- Adaptation across model systems requires validation of electrode montages and VR scenario relevance to the target anxiety phenotype.
- Practical limitations include inter-individual variability in skin conductance responses and the need for rigorous artifact control during data collection.
