Techniek en overwegingen bij het gebruik van 4x1 Ring High-definition transcraniële Direct Current Stimulatie (HD-tDCS)

Samenvatting

High-definition transcraniële gelijkstroom stimulatie (HD-tDCS), met zijn 4x1-ring montage, is een niet-invasieve hersenstimulatie techniek die zowel de neuromodulatory effecten van conventionele tDCS combineert met een verhoogde focality. Dit artikel geeft een systematische demonstratie van het gebruik van 4x1 HD-tDCS, en de overwegingen die nodig zijn voor een veilige en effectieve stimulatie.

Samenvatting

HD transcraniële gelijkstroom stimulatie (HD-tDCS) Onlangs is een invasieve hersenstimulatie benadering die de nauwkeurigheid van de huidige levering verhoogt de hersenen met arrays van kleinere "high-definition" elektroden, in plaats van de grotere pad- elektrodes van conventionele tDCS. Targeting wordt bereikt door bekrachtiging van elektroden geplaatst in een vooraf bepaalde configuratie. Een daarvan is de 4x1-ring configuratie. In deze benadering wordt een binnenring elektrode (anode of kathode) bovenop de doelstelling corticale gebied omringd door vier terugkeerelektroden, die helpen begrenzen het gebied van stimulatie. Levering van de 4x1-ring HD-tDCS is in staat om significante neurofysiologische en klinische effecten bij zowel gezonde proefpersonen en patiënten induceren. Verder wordt de verdraagbaarheid door studies die gebruik intensiteiten zo groot als 2,0 milliampère tot twintig minuten.

Hoewel 4x1 HD-tDCS is eenvoudig prestatiesm, de juiste elektrode positionering is belangrijk om nauwkeurig te stimuleren doel corticale gebieden en oefenen zijn neuromodulatory effecten. Het gebruik van elektroden en hardware die specifiek voor HD-tDCS getest is kritisch voor de veiligheid en verdraagbaarheid. Aangezien de meeste gepubliceerde studies over 4x1 HD-tDCS zijn gericht op de primaire motorische cortex (M1), met name voor pijn prestaties is het doel van dit artikel is tegen misbruik voor M1 stimulatie, en de overwegingen worden systematisch beschrijven voor een veilige en effectieve stimulatie. Echter, kan het hier geschetste methoden worden aangepast voor andere HD-tDCS configuraties en corticale doelen.

Inleiding

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een niet-invasieve hersenstimulatie techniek kunnen modificeren neuronale rust membraanpotentiaal en het niveau van spontane neuronale op het gebied van stimulatie en in onderling neurale netwerken ¹ waaronder de endogene μ-opioid systeem ^2, waarbij modulerende corticale prikkelbaarheid. De neuromodulatory effecten van tDCS, in combinatie met de lage kosten, eenvoudige toepassing en draagbaarheid, hebben in een breed scala van instellingen heeft geleid tot het uitgebreide gebruik in het afgelopen decennium. Deze zijn opgenomen neurofysiologische studies, cognitieve en gedragsmatige interventies en geduldige studies beoordelen van aandoeningen zoals chronische pijn, depressie, migraine, beroerte, ziekte van Parkinson en tinnitus ^3. Het leveren van gelijkstroom (DC) wordt uitgevoerd met behulp van grote pads, meestal tussen de 25-35 cm ^2, met relatief grote gebieden van de cerebrale cortex gelegen tusse stimulerenn de anode en kathode ^4. Daarom focale stimulatie van target corticale gebieden, die geen stimulatie van aangrenzende anatomische gebieden, moeilijk te bereiken met deze techniek. Verschillende benaderingen zijn onderzocht met het oog op "vorm" stroom door het variëren van inter-elektrode afstand ⁵ en verhogen / verlagen pad grootte te verlagen / verhogen modulatie in corticale gebieden onder de elektrode ^6. Toch streven naar verdere doelwit stroom terwijl het vermijden rangeren van de stroom tussen de elektroden ^7,8 blijft van belang.

High-Definition (HD)-tDCS is een nieuw ontwikkelde interventie die arrays van kleinere, speciaal ontworpen elektroden ⁹ gebruikt. Verschillende configuraties zijn getest, kan worden gewijzigd om stimulatie van targets ¹⁰ verbeteren. Onder hen is de 4x1-ring configuratie, een montage die een midden-elektrode gebruikt bovenop de doelgroep corticale regio omgevendoor vier terugkeer elektroden ^4. De centrale elektrode bepaalt de polariteit van de stimulatie als ofwel anodische of kathodische, en de stralen van de terugkeer elektroden beperken het gebied ondergaat prikkelbaarheid modulatie. Brain modelstudies blijkt dat het gebied van de cortex ondergaan modulatie met de 4x1 HD-tDCS configuratie is beperkt in vergelijking met de standaard bipolaire montage conventionele tDCS ^4. Bovendien zijn focality is robuust om weefsel (modelleren) parameters ^11. Klinische neurofysiologische studies met 4x1-ring transcraniële elektrische stimulatie bevestigen focal huidige aflevering ^12.

De potentiële toepassingen van deze interventie zijn vergelijkbaar met die van conventionele tDCS. Gedrags-en neurofysiologische studies met 4x1-ring HD-tDCS over de primaire motorische cortex (M1) verslag veranderingen in corticale prikkelbaarheid ¹³ en na-effecten die de door geïnduceerd door conventionele tDCS ^{14 mei} overleven. Huidige studies met 4x1-ring HD-tDCS ondersteunen haar verdraagbaarheid bij zowel gezonde proefpersonen ^13-15 en patiënten van ¹⁶ bij intensiteiten zo hoog als 2,0 milliampère (mA) worden geleverd voor maximaal twintig minuten. Hoewel HD-tDCS wordt goed verdragen, is het belangrijk om alleen apparaten en elektroden die zijn speciaal getest voor dit doel te gebruiken.

Het doel van dit artikel is om een ​​systematische demonstratie van het gebruik van 4x1-ringelektroden voor HD-tDCS bieden. Stimulatie van de M1 gekozen, omdat het de meest voorkomende montage in verschillende klinische onderzoek instellingen. Echter, de beschreven werkwijzen worden aangepast voor het richten van andere hersengebieden zoals de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC). Zoals hier getoond, correct elektrode positie is eenvoudig uit te voeren maar belangrijk om nauwkeurig stimuleren doel corticale gebieden. We hopen dat deze demonstratie zal bijdragen tot bevordering en verbetering van de strengheid van de toekomstige HD-tDCSproeven, die aanvullend bewijs over de mechanismen en de toepassingen van deze nieuwe interventie zal bieden.

Protocol

1. Contra-indicaties en bijzondere overwegingen

1. Voorafgaand aan installatie-apparaat, bevestigen dat de deelnemer geen enkele contra-indicaties voor HD-tDCS hebben. Het lijkt aannemelijk dat deze contra dezelfde zijn als bij conventionele tDCS (tabel 1). Andere speciale overwegingen, zoals de patiënt medicijnen, moet ook rekening worden gehouden. Bijvoorbeeld, zou het centraal zenuwstelsel werkende geneesmiddelen het gewenste effect van de stimulatie te veranderen.
2. Inspecteer de hoofdhuid van de deelnemer grondig voor cutane laesies, zoals snijwonden of inflammatoire tekenen. Vermijd het stimuleren van gebieden van de hoofdhuid die dergelijke laesies tonen. Bovendien moeten stimulatie worden vermeden bij patiënten met schedel gebreken of metalen implantaten. Als het doel van de proef is om specifiek te bestuderen deze patiëntenpopulatie, moeten extra voorzorgsmaatregelen en speciale dosis aandacht te houden (bijvoorbeeld met computationele forward modellen) ¹⁷ worden genomen .

2. Materieel

1. Ervoor zorgen dat alle benodigde materialen zijn gemakkelijk verkrijgbaar (tabel 2).
2. Integreer de plastic HD behuizingen in de modulaire elektro-encefalogram (EEG) opname cap. De middenelektrode moet overeenkomen met het doelgebied, in deze demonstratie de M1, en de straal van de vier dispersieve worden aangepast op basis van het protocol dat wordt bestudeerd. In deze demonstratie, gebruiken we een straal van ongeveer 7,5 cm, met de centrale elektrode geplaatst over M1 en locatie van de terugkeer elektroden 'die ruwweg overeenkomt met CZ, F3, T7 en P3 in de International 10-20 EEG-systeem ^18.
3. Vóór elke stimulatiesessie, zet de conventionele tDCS apparaat (Soterix 1x1 Low-intensiteit DC Stimulator) en de Multichannel Stimulatie adapter en controleer of de batterijen zijn opgeladen. Een "low battery" indicatie op beide apparaat gaat branden, als dat niet het geval is, wat aangeeft dat de batterij-es moeten worden vervangen. Na controle batterijlading, kunnen de apparaten worden uitgeschakeld tot vlak voor de stimulatie. De conventionele tDCS apparaat is een batterij-aangedreven apparaat dat gelijkstroom levert met een intensiteit van een paar mA. Een stroom geregeld en niet een spanningsgestuurde stimulator voorkeur door veranderende elektrode impedantie. Het gebruik van voedingsadapters wordt altijd afgeraden om veiligheidsredenen, om het per ongeluk levering van grotere intensiteiten voorkomen. De werking van dit apparaat werd beschreven in ons vorige artikel ^19. Door de conventionele inrichting tDCS de Multichannel Stimulatie Adapter (figuur 1) wordt geleverd aan de DC 4x1 HD-tDCS configuratie waardoor neuromodulatie beperkt tot het gewenste gebied.
4. Voorafgaand aan elke sessie, Inspecteer de elektroden voor gebruik op tekenen van ongewone slijtage of beschadiging. De HD-tDCS elektroden zijn herbruikbaar, maar hebben een beperkt aantal van de totale aanvragen (zie discussion). Elektrode samenstellingen, gebruikt voor HD-tDCS moeten speciaal zijn ontworpen of getest voor dit doel. De benadering gedemonstreerd in dit artikel wordt Ag / AgCl elektroden gesinterde ring (Figuur 2). Het gebruik van deze elektroden, in combinatie met geschikte elektrisch geleidende gel en HD kunststof kozijnen, is aangetoond dat veranderingen in stimulatie-elektrode potentiaal en pH-veranderingen in de gel te minimaliseren, terwijl er geen significante verwarming ^9,20, bijgevolg resulteert in een veiliger en effectieve benadering op dan andere elektroden.
5. Sluit de kabels van vijf Ag / AgCl gesinterde ring elektroden op de bijpassende ontvangers op de 4x1 adapter output kabel. De middenelektrode zal degene waarin de polariteit van de stimulatie hetzij anodische of kathodische zijn. Zorg ervoor dat het midden-elektrode draad aansluit bij het centrum ontvanger stekker. Sluit vervolgens de resterende elektroden in de omliggende pluggen. Opgemerkt wordt dat deopstelling van de vier dispersieve in de ontvanger pluggen niet kritisch, aangezien zij allen dezelfde polariteit zijn.

3. Metingen

Hoofdomvang en lokalisatie van het gebied van stimulatie zijn identiek aan die van conventionele tDCS, zoals in onze eerdere artikel ^19. De stappen zal opnieuw worden in detail beschreven voor verdere verduidelijking.

1. Heeft de deelnemer zitten comfortabel in een stoel, met een hoofdsteun kan hebben.
2. De stimulatie plaats wordt bepaald door het protocol van belang voor de onderzoekers, aangezien stimulatie van verschillende gebieden resulteert in verschillende oorzaken. Meestal wordt de internationale 10-20 EEG systeem ¹⁸ gebruikt voor hoofdmetingen, zoals hieronder beschreven.
3. Ten eerste, lokaliseren de vertex (Cz).
   1. Om dit te doen, meet de afstand van de nasion aan de INION en verdeel de afstand met de helft. De nasion is de plek op de kruising van the voorhoofd en de nasale botten, en de INION is de meest prominente punt van de occipitale bot (figuur 3). Markeer de plek als een lijn, met behulp van een olie potlood of een niet-toxisch stift op waterbasis.
   2. Ten tweede, meet de afstand tussen de linker en rechter voor-auricular punten (dwz het gebied juist voor de tragus). Verdeel deze afstand met de helft, en markeer de plek met een lijn. Sluit nu beide lijnen om een ​​kruis te maken. Het punt waar beide lijnen elkaar kruisen komt overeen met Cz.
4. Afhankelijk van het protocol bestudeerd, identificeren de doelplaats op de weg.
   1. Ter stimulering via primaire motorische cortex (M1) Bereken 20% van de afstand van Cz naar links of rechts pre-auriculaire punt beginnen de meting bij Cz (figuur 3). Voor een meer precieze bepaling van dit gebied kan het gebruik van adjunct methoden zoals neuronavigatie systemen of transcraniële magnetische stimulatie (TMS) geschikt.

4. Huid Voorbereiding

1. Bereid de huid op de stimulatie plaats door scheiding van de haren. Een alcohol doekje kan worden gebruikt om te helpen verwijderen talg of haarproducten van de hoofdhuid. Niet schuren de huid. Zorg dat er geen huidafwijkingen aanwezig zijn.

5. Elektrode Positionering en Device Setup

1. Na het meten van afmetingen van de kop en de voorbereiding van de huid, vindt het merk dat overeenkomt met de M1.
2. Vervolgens, het bijhouden van de M1 merk in zicht, plaatst de modulaire EEG-registratie cap op het hoofd van het onderwerp terwijl het centrum kunststof behuizing over de markering. Om de M1 kruisteken op de hoofdhuid in het zicht te houden, kan men het haar rond te bewegen voordat de HD behuizing overheen. Zorg ervoor dat de dop past precies, maar comfortabel, en pas de positie van de vier terugkeer plastic behuizingen. Hoewel andere benaderingen zijn zeker haalbaar, in een eerdere proef ¹⁶ we gepositioneerd de terugkeer elektroden in een straal van BENADERENDEely 7.5 cm van M1. Hun locaties grofweg overeenkwam Cz, F3, T7 en P3 (figuur 4). Stel vervolgens de riemen van de EEG cap.
3. Met behulp van een meetlint, bevestigen dat de inter-elektrode afstand is toereikend op basis van het onderzoeksprotocol.
4. Gebruik van het einde van een houten wattenstaafje, scheid de haar door de opening in de kunststof behuizing totdat de hoofdhuid wordt blootgesteld. Herhaal onder elke behuizing.
5. Introduceren ongeveer 1,5 ml van elektrisch geleidende gel door de opening van elke kunststof, vanaf het hoofdoppervlak. Toepassing van de gel kan worden bereikt met behulp van een plastic spuit. Zorg ervoor, verspreiden gel buiten de omtrek van de kunststof behuizing, omdat dit kan leiden tot rangeren van elektrische stroom en onvoldoende stroom (figuur 5).
6. Vervolgens, met zijn ruw oppervlak naar beneden en de gladde afgeronde kant boven, plaats een Ag / AgCl gesinterde ring elektrode in elke HD kunststof behuizing. Met despuit of de zuiger als richtlijn eventueel lager de ringelektrode tot deze op de bodem van de plastic behuizing.
7. Voeg wat meer gel om de elektrode te dekken, en gebruik vervolgens de doppen die bij de HD plastic omhulsels om de elektrodes te vergrendelen (Figuur 6). Deze limiet zal de elektrode op zijn plaats te houden gedurende de stimulatie. Draai het kapje om het in positie te blokkeren. Als de plastic dop niet gemakkelijk gedraaid kan niet te veel kracht. Opnieuw aanpassen van de elektrode zoals beschreven in 5.6, en dan proberen om de dop op zijn plaats te vergrendelen. De dop van de HD plastic behuizing is ontworpen om gemakkelijk schakelen als de Ag / AgCl gesinterde ringelektrode volledig en op de juiste positie geplaatst.
8. Om de spanning op de elektrode kabels, loop ze rond elke plastic behuizing en plak ze terug te brengen tot de stoel of om kleren van het onderwerp (figuur 7).
9. Sluit het afgeronde einde van de output-kabel aan op de 4x1 adapter output poort.
10. Gebruik de ingang kabel to Sluit de 4x1 Multichannel Stimulatie Adapter voor de conventionele tDCS apparaat. Sluit de kegel-stekker van de ingang aan op de 4x1-adapter ingang poort en sluit het andere uiteinde van de kabel-ingang (twee banaanstekkers) aan de uitgang van de conventionele tDCS apparaat. Belangrijker is dat de kabel die wordt bestempeld als "Center" is degene die DC polariteit geleverd vanuit het centrum elektrode als ofwel anodische of kathodische zal bepalen. Merk op dat bij gebruik van de 4x1 Multichannel Stimulatie adapter in combinatie met de conventionele tDCS apparaat is er geen schakelaar of knop voor het selecteren van centrum-anode of kathode-center. Deze polariteit wordt bepaald door het aansluiten van de kabel connector banaanstekkers de conventionele tDCS apparaat outputs, zoals hierboven beschreven. In tDCS en HD-tDCS, "anode" verwijst naar de relatief positieve terminal waar positieve stroom in het lichaam. Aan de andere kant, de "kathode" is de relatieve negatieve terminal waar positieve stroom tduivin het lichaam verlaat.
11. Als de aansluitingen klaar zijn, zet beide apparaten.
12. Zorg ervoor dat de impedantie waarden binnen een voldoende keus door te draaien aan de "Mode Select" knop in de 4x1 Multichannel Stimulatie Adapter "Scan". Het apparaat zal dan scant de elektroden, die de impedantie van een elektrode in een tijd in de etalage. De "Lead toggle" knop kan worden gebruikt om deze automatisch schakelen van de elektroden in het scherm schakelen. De knop kan worden ingedrukt om de weergave op de geselecteerde elektrode te vergrendelen, en onderzoekt de impedantie. Daarna kan het opnieuw worden ingedrukt om het apparaat aan de elektrode weergegeven te wijzigen. De 4x1 Multichannel Stimulatie Adapterinrichting zal meten impedantie in "kwaliteit-eenheden". Het contact kwaliteit wordt genormaliseerd naar deze "kwaliteit-eenheden" door de testschakeling gebaseerd op het feit dat de elektrode weerstand niet lineair met de elektrode-interface van elektrochemische processen ^21, en ​​elektrode weerstand (impedantie) kandaarom misleidend. Bijvoorbeeld, de weerstand gemeten schijnbaar is volledig afhankelijk van de teststroom ^22. Lagere "kwaliteit units" waarden zijn gewenst. Hoewel geen strikte richtlijnen beschikbaar voor date, waarden kleiner dan of gelijk aan 1,50-2,0 "kwaliteit units" zijn gebruikt als scheiding in eerdere studies ^15,16.

Weet de conventionele tDCS apparaat niet activeren tijdens de 4x1 Multichannel Stimulatie Adapter is in "Scan" (impedantiecontrolesignaal) modus, zoals stimulatie niet zal worden geleverd aan het onderwerp.

13. Als impedantie waarden zijn buiten deze gewenste limieten, de dop van de kunststof behuizing met daarin de elektrode met hoge impedantie en verwijder de Ag / AgCl gesinterde ring elektrode. Volg de hierboven beschreven procedures (dat wil zeggen 5,4-5,7) om het haar en de elektrode aanpassen om optimale impedantie te verkrijgen. Controleer de impedantie weer, zoals vermeld in 5.12. Zodra de beoogde kwaliteit waarde wordt bereikt, vervance de dop op de behuizing. Herhaal deze procedure voor andere elektroden nodig. Optimale kwaliteit indicatie kan variëren van persoon tot persoon, maar een kwaliteitsindicator hoger in een elektrode is dan in de andere kan slecht contact in die elektrode geven.
14. Zodra de impedantie kwaliteit voor alle elektroden wordt bevestigd te zijn binnen het gewenste bereik, zet de "modus te selecteren" knop in de 4x1 Multichannel Stimulatie Adapter van "Scan" op "Pass". Met deze instelling kan de stroom door te geven van de conventionele tDCS apparaat via de elektroden in het 4x1-apparaat. De operator is nu klaar om de stimulatie te beginnen.

6. Prikkel

1. Zorg ervoor dat de deelnemer comfortabel zit in de stoel en blijft wakker tijdens de stimulatie.
2. HD-tDCS wordt nu toegepast met behulp van de knoppen van de conventionele tDCS een inrichting zoals in ons vorige artikel ^19. Bevestig de duur en intensiteit van de stimulatie wordt geleverd en pashet apparaat indien nodig. Bovendien bepalen de wijze van de sessie (sham of actieve stimulatie). Als de sham-modus wordt gekozen, zal het apparaat automatisch stroom te leveren voor een periode van slechts dertig seconden. Deze benadering is beschreven succesvol voor blinden deelnemers in zowel conventionele tDCS ²³ en HD-tDCS ¹⁵ trials zijn.
3. Inleiding van de HD-tDCS sessie door op de knop "Start" van het conventionele tDCS apparaat. Het licht "Start" knippert als DC intensiteit opgevoerd en vervolgens licht continu als doelwit stroom is bereikt. De timer geeft dan de resterende tijd en de "True Actueel" indicator zal de stroomsterkte in de middelste elektrode en de vier terugkeer elektroden gecombineerd tonen.
4. Het is misschien het geval dat proefpersonen aangeven ongemak, jeuk of tintelingen tijdens de initiële stimulatie periode ²⁴ zijn. Moeten deze symptomen te ongemakkelijk, is het aanbevolen dat de stroomsterkte te manually uitloopt door 0,2-0,5 mA voor een paar seconden met de "Relax"-functie tot het onderwerp voelt comfortabel. Onmiddellijk na de stroomsterkte moet weer geleidelijk verhoogd tot de oorspronkelijke dosis. Bovengenoemde sensaties doorgaans de neiging te vervagen na een paar minuten van de stimulatie.

7. Na de procedure

1. Na de sessie is voltooid, kan resistenties in alle kanalen opnieuw gemeten worden indien gewenst. Open de plastic doppen en verwijder voorzichtig de Ag / AgCl gesinterde ring elektroden uit de darmen. Indien nodig, gebruik maken van het stompe uiteinde van een wattenstaafje om te voorkomen dat trekken aan de elektrode draden. Elektroden moeten voorzichtig met kraanwater worden gewassen om de gel te verwijderen en vervolgens gedroogd voordat u het opbergt.
2. Verwijder vervolgens de EEG cap met de ingebedde kunststof behuizingen. Verwijder niet de EEG cap met de plastic doppen gesloten, zoals haren van de deelnemer mag worden gevangen in de kappen en / of darmen. De plastic behuizingen moet dan worden gereinigdverwijderen gel, en gedroogd met een papieren handdoek.
3. Met behulp van een papieren handdoek, verwijder de resterende gel uit het hoofd van de proefpersoon. Omdat de gel is water oplosbaar, kan wat water worden gebruikt om te helpen verwijderen.
4. Het wordt aanbevolen om de deelnemer te vragen om een vragenlijst invullen na elke stimulatie sessie te controleren op eventuele bijwerkingen (tabel 3).

Resultaten

Als de elektroden op passende wijze worden gepositioneerd en de impedantie waarden binnen een voldoende keus, zal DC-stromen van de anode naar de meervoudige kathoden (voor anode centrum 4x1 HD-tDCS) voor de duur van de stimulatie. De doelstelling stroomsterkte zal worden geleverd door de conventionele tDCS apparaat en getoond in de "Ware huidige" indicator. Evenzo, als de sham-modus wordt gekozen, zal het apparaat automatisch stoppen leveren DC ongeveer dertig seconden na de inleiding, en de indicator zal stopzetting van de DC levering (figuur 8) tonen.

Het is gebruikelijk dat deelnemers jeuk, tinteling of een licht brandend gevoel bij het begin van de stimulatie te melden. Deze verschijnselen worden vaak waargenomen tijdens zowel schijnvertoning en actieve HD-tDCS ^15,16 en moet aangeven dat DC wordt geleverd zoals bedoeld. Echter, ze meestal de neiging te verdwijnen na de eerste paar minuten van de stimulatie.

inhoud "> Het is meestal aangenomen dat hersengebieden met meer stroom hebben meer kans gemoduleerd te zijn, terwijl de regio's zullen weinig of verwaarloosbare stroom wordt niet rechtstreeks getroffen. Als zodanig is het brandpunt stroom geproduceerd door 4x1-HD-tDCS zou zijn wordt naar gelokaliseerde neuromodulatie produceren. Computational ^4,14,15 modellen hebben aangetoond dat 4x1-ring HD-tDCS resulteert in focale hersenstimulatie, vergeleken met conventionele tDCS (Figuur 9). Zoals gerapporteerd door Datta et al.. ^4,11, de gebied corticale exciteerbaarheid modulatie geïnduceerd door 4x1-ring HD-tDCS werd in de ring perimeter beperkt, en de piek van elektrisch veld was onder de middenelektrode. Daarentegen conventionele tDCS veroorzaakte stimulatie van verschillende andere gebieden zoals de ipsilaterale en bilaterale temporale frontale kwabben en het elektrisch veld piek midden tussen de twee elektroden in plaats van onder een van hen.

HD-tDCS is een roman technique en dus de gevolgen ervan zijn niet onderzocht zo uitgebreid als die van conventionele tDCS. Echter, de mogelijke toepassingen zijn vergelijkbaar met andere nog te worden onderzocht. Huidige studies met 4x1-ring HD-tDCS tonen aan dat bij gezonde vrijwilligers het kan beduidend warmte en koude sensorische drempels te verlagen, en leiden tot een marginale pijnstillend effect voor koude pijndrempels (figuur 10) ^15. Bovendien kan significante veranderingen in corticale prikkelbaarheid veroorzaken, zoals gemeten met motor evoked potentials ^13,14 (Figuur 11). In fibromyalgiapatiënten, actieve 4x1-ring HD-tDCS induceerde een significante vermindering waargenomen pijn (figuur 12) en aanzienlijk toegenomen mechanische detectielimieten in vergelijking met placebo ^16.

Studies HD-tDCS en conventionele tDCS vergelijken zal belangrijk zijn om de effecten van elk optreden helderen. Echter, een tien minuten Sessio n van anodale HD-tDCS op 2,0 mA is reeds gerapporteerd door Kuo et al.. ¹⁴ tot meer prominente, langduriger prikkelende na-effecten en draaglijker stimulatie dan conventionele tDCS (figuur 13) uit te oefenen, het ondersteunen van het gebruik in onderzoek en potentieel in klinische settings.

Figuur 1. 4x1 meerkanaals stimulatie Adapter (links) verbonden conventionele tDCS inrichting (rechts).

Figuur 2. Ag / AgCl gesinterde ring elektroden, met gladde afgeronde (zwart) en ruwe oppervlakken. De elektroden zijn verbonden met de overeenkomstige ontvangers op de 4x1 adapter uitgangskabel.

tp_upload/50309/50309fig3.jpg "/>
Figuur 3. Anatomische oriëntatiepunten (links) en de primaire motorische cortex (M1) lokalisatie gebaseerd op de International 10-20 EEG System (rechts).

Figuur 4. Voorgestelde positionering voor HD elektroden gebaseerd op de 10-20 EEG systeem. Andere montages kunnen ook worden getest.

Figuur 5. Elektrische gel applicatie (links). Om te voorkomen dat stroom van rangeren tussen elektroden, moet ervoor worden genomen om te voorkomen dat de verspreiding van elektrische gel buiten de grenzen van de kunststof behuizing (rechts).

Figuur 6. Placement van ringelektrode in plastic behuizing. Het ruwe oppervlak van de elektrode moet naar beneden en de gladde afgeronde zijde naar boven. De ringelektrode moet vervolgens worden neergelaten totdat deze op de basis van de kunststof behuizing (links) en de kap vergrendeld (rechts).

Figuur 7. Voorbeeld 4x1 HD-tDCS setup.

Figuur 8. Levering van actieve (links) en sham-modus (rechts) met conventionele tDCS apparaat. Van DaSilva et al.. ^19.

Figuur 9. Rekenmodel vergelijking tussen primaire motorische cortex 4x1-ring HD-tDCS (boven) en conventionele tDCS behulp van een standaard bipolaire spons montage (hieronder). Klik hier voor een grotere afbeelding te bekijken .

Figuur 10. Warmte en koude sensorische drempels en koud pijndrempels gemeten bij gezonde proefpersonen vóór (pre) en na (post) 4x1-ring HD-tDCS. Het protocol bestond bij de levering van 2mA van actieve anodale HD-tDCS of sham stimulatie van de primaire motorische cortex gedurende 20 minuten. Gewijzigd van Borckardt et al.. ^15. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

p_upload/50309/50309fig11.jpg "/>
Figuur 11. Effecten van 4x1-ring HD-tDCS op de motor evoked potentials (MEP) amplitude bij gezonde proefpersonen. Het protocol bestond bij de levering van 1mA van actieve anodale HD-tDCS of sham stimulatie van de primaire motorische cortex gedurende 20 minuten. MEP werden gemeten voor en na de stimulatie en de amplitude van deze genormaliseerd aan die van de basislijn. Whiskers vertegenwoordigen standaarddeviaties. Gewijzigd ten opzichte van Caparelli-Daquer, et al.. ^13.

Figuur 12. Effecten van 4x1-ring HD-tDCS op ervaren pijn bij fibromyalgie patiënten. Patiënten werden gevraagd naar hun algemene pijn te beoordelen met behulp van een visuele numerieke schaal voor, onmiddellijk en 30 min. na stimulatie. Het protocol bestond uit enkele sessies van actieve anodische en kathodische HD-tDCS, geleverd aan de linkerkant primaire motorische cortex (2mEen voor 20 min) en sham stimulatie. Whiskers vertegenwoordigen standaard fout. Modificatie van Villamar et al.. ^16.

Figuur 13. Vergelijking van de nawerkingen geïnduceerd door anodische en kathodische stimulatie met behulp van conventionele tDCS en 4x1-ring HD-tDCS. Motor evoked potential (MEP) amplitude werd gemeten voor en na de levering van 2mA van conventionele tDCS of 4x1 HD-tDCS gedurende 10 minuten. Opeenvolgende evaluaties werden uitgevoerd om het tijdsverloop van nawerkingen evalueren. MEP amplitude post-stimulatie werd genormaliseerd tot die van de baseline. Modificatie van Kuo et al.. ^14.

Heb je ooit ...	Had een negatieve reactie op TMS / tDCS?
	Had een seizure?
	Had een onverklaarbaar verlies van bewustzijn?
	Had een beroerte?
	Had een ernstig hoofdletsel?
	Had een operatie aan je hoofd?
	Had geen hersenen gerelateerde, neurologische aandoeningen?
	Had een ziekte die hersenletsel kan hebben veroorzaakt?
	Heeft u last van frequente of ernstige hoofdpijn?
	Heeft u metaal in je hoofd (buiten de mond), zoals granaatscherven, chirurgische clips, of fragmenten uit het lassen?
	Heeft u geïmplanteerde medische apparaten zoals pacemakers of medische pompen?
	Gebruikt u medicijnen?
	Bent u zwanger, of bent u seksueel actief en niet zeker weet of je zwanger zou kunnen zijn?
	Heeft iemand in uw familie lijdt aan epilepsie?
	Heeft u verder nog nodig hebtuitleg over tDCS / HD-tDCS of daarmee samenhangende risico's?

Tabel 1. Screening op contra-indicaties en bijzondere overwegingen voordat tDCS / HD-tDCS.

Materieel	Een conventionele tDCS apparaat
	Een 4x1 Multichannel Stimulatie Adapter
	Vier 9-volt accu's
	Een modulaire elektro opname cap
	Vijf Ag / AgCl gesinterde ringelektroden
	Vijf speciaal ontworpen HD plastic behuizingen en hun respectieve caps
	Een plastic zuiger
	Kabels
	Een meetlint
	Een houten wattenstaafje
	Elektrisch geleidende gel
	Een 3 - of 5-ml spuit
	Plakband
	Papieren handdoeken

Tabel 2. Materialen.

Hebt u een of meer van de volgende symptomen of bijwerkingen?	Voer in de onderstaande ruimte een waarde (1-4). 1-Afwezig 2-Mild 3-Matige 4-Ernstige	Indien aanwezig, denk je dat dit is gerelateerd aan HD-tDCS? 1-Geen 2-Remote 3-Mogelijke 4-Waarschijnlijke 5-Definite	Aantekeningen
Hoofdpijn
Nekpijn
Hoofdhuid pijn
Hoofdhuid brandwonden
Tintelingen
Roodheid van de huid
Slaperigheid
Moeite met concentreren
Acute stemmingsverandering
Andere (specificeren):

Tabel 3. Nadelig effect screening na HD-tDCS.

Discussie

Kritische stappen

Aspecten te worden gecontroleerd voordat het starten van de procedure

Voordat u begint met het stimuleren, moeten onderzoekers ervoor zorgen dat de deelnemer heeft geen contra-indicaties voor HD-tDCS. Tabel 1 geeft een aantal belangrijke overwegingen in aanmerking moet worden genomen en vat de belangrijkste contra-indicaties, waaronder de aanwezigheid van metalen implantaten of apparaten in het hoofd, ernstige hersenletsel of belangrijke huidletsels. De onderzoeker moet inspecteren op de aanwezigheid van deze laatste binnen de 4x1-ring perimeter tijdens de voorbereiding voor de plaatsing van de elektroden. We hebben geen toepassing van de techniek aanbevolen als dergelijke laesies aanwezig. Dit is belangrijk omdat, hoewel huidletsels zijn niet gemeld bij gebruik van de HD-elektroden en behuizingen getoond in dit artikel, is de huid schade gemeld na de levering van een aantal opeenvolgende sessies van conventionele tDCS ^3, in het bijzonder indien uitgevoerd overa periode van 14 dagen ^25.

De aanwezigheid van metalen implantaten of defecten in de schedel of de hersenen parenchym kan aanzienlijk wijzigen stroom ^17,26 en resulteren in stimulatie van andere dan de beoogde corticale gebieden. Om veiligheidsredenen moeten prikkels worden vermeden bij patiënten met geïmplanteerde medische apparatuur. Relatieve contra-indicaties zijn onder andere de aanwezigheid van epilepsie of een voorgeschiedenis van een beroerte, tenzij de studie die specifiek is gericht op het bestuderen van deze voorwaarden. HD-tDCS dient vermeden te worden bij zwangere vrouwen vanwege een gebrek aan gegevens over veiligheid.

Het is van het grootste belang om de polariteit van de kabels te controleren bij het aansluiten van de 4x1 Multichannel Stimulatie Adapter voor de conventionele tDCS apparaat. Indien dit niet gebeurt kan dit leiden tot het leveren van de verkeerde soort stimulatie aan de deelnemer. Zorg ervoor dat de kabel met het opschrift als "Centrum", die vaak kan rood, is aangesloten op de juiste aansluiting (anode of kathode).

De exploitant dient ook visueel te inspecteren de Ag / AgCl gesinterde ring elektroden voor het bewijs van de depositie van elektrolyse producten voor elk gebruik en vervang ze indien geïndiceerd. Na elke stimulatie actieve sessie producten van elektrochemische reacties zijn te bouwen op het ruwe oppervlak op de bodem van de elektroden. Daarom wordt het aanbevolen dat elke elektrode in het midden van de 4x1 configuratie voor twee actieve stimulatie alleen sessies. Vervolgens kan het worden gedraaid en gebruikt als een van de retourelektroden. Nadat elk van de vijf elektroden in een set fungeerden als middenelektrode tweemaal wordt aanbevolen een nieuw stel elektroden te gebruiken. Het is eenvoudig te labelen elke elektrode en noteer het aantal toepassingen om te draaien op een gecoördineerde wijze. Naast de verdraagbaarheid, wordt de (beperkte) rotatie van elektroden ook bedoeld om een ​​hoge impedantie geval waar de huidige zal niet gelijk verdeeld voorkomen across de vier terugkeer elektroden. De exploitant is verantwoordelijk voor het controleren van contact kwaliteit voorafgaand aan de stimulatie (zoals uitgelegd in stappen 5,12-5,14), en ervoor te zorgen dat er geen abnormaal hoge weerstand waarden worden waargenomen.

Het kan voorkomen dat de deelnemers bewegen hun hoofd overmatig of onbedoeld trek de kabels en verjagen of breken ze. Om deze reden, is het raadzaam om lus elke kabel rond de kunststof behuizing en tape de 4x1 adapter uitgang aan op een oppervlak (dwz de stoel of kleding van de deelnemer).

Desgewenst kan het mogelijk zijn om topische anesthetica aan de hoofdhuid teneinde mogelijke oncomfortabele gevoelens voorkomen en verbeteren blindering van deelnemers aan de studie. Er moet echter rekening mee worden gehouden dat, hoewel de brandwonden zijn niet gemeld bij HD-tDCS, is er een klein theoretisch risico voor dit nadelig effect zou kunnen zijn en het gebruik van topische anesthetica kunnen voorkomen dat deelnemers uit rAPPORTAGE het tijdens de stimulatie. In deze demonstratie, en in onze eerdere studies hebben we geen gebruik topische verdoving als ongemak wordt gewoonlijk gerapporteerd als licht.

Zoals hierboven vermeld, om optimale resultaten is het zeer belangrijk om de elektrische gel kan verspreiden buiten de grenzen van de kunststof behuizing. Anders huidige kracht shunt van de ene elektrode naar de andere.

Belangrijke overwegingen bij het ​​stimuleren

Tenzij dit noodzakelijk is in het kader van de onderzoeksopzet, mag het onderwerp niet te slapen, lezen of andere manier afgeleid tijdens de stimulatie sessie. Dit is belangrijk omdat het is beschreven dat intense cognitieve inspanning, verveling of slapen, spieractiviteit en andere activiteiten die leiden tot veranderingen in corticale prikkelbaarheid kan resulteren in veranderde en tegengesteld effecten van conventionele tDCS ^27.

Bij aanvang van de stimulation, en om bijwerkingen te voorkomen plotseling begin van de stroom, het apparaat automatisch actuele hellingen op en neer over een periode van dertig seconden. Om soortgelijke redenen, niet schakelen tussen "Pass" en "Scan" modes terwijl de conventionele tDCS apparaat is het genereren van stroom. Het is altijd raadzaam om periodiek te onderwerpen of ze comfortabel met de procedure te voelen, om ervoor te zorgen dat de stimulatie veilig verloopt vragen.

Stimulatie bij gevoelige bevolkingsgroepen, waaronder pediatrische patiënten, kunnen een dosisaanpassing vereisen.

Praktische aspecten na de procedure

Om aanvullend bewijs over de veiligheid te verzamelen en HD-tDCS effecten te controleren, adviseren wij het ​​gebruik van een ongunstige gevolgen vragenlijst zoals die weergegeven in tabel 3, die moet worden geleverd aan de deelnemers na elke sessie. Zorg ervoor om te screenen op de aanwezigheid van de meest voorkomende adverse effecten geassocieerd met HD-tDCS, zoals ongemak, tintelingen, jeuk en een branderig gevoel. Bovendien kan van de zin van deze gegevens worden verbeterd door vragen ook kwantitatieve persoonlijke scores. Dit kan worden bereikt door een numerieke schaal voor patiënten om de intensiteit of de ernst van de bijwerkingen, bijvoorbeeld rapporteren van 1 tot 5 of 1 tot 10. Het is ook belangrijk om de bijwerking vragenlijst leveren na elke sessie schijnvertoning. Dit maakt vergelijking van de frequentie van bijwerkingen geassocieerd met zowel actieve als sham stimulatie. Voor conventionele tDCS, hebben sommige bijwerkingen gemeld nog vaker in de sham-groep ^24, hoofdpijn is hier een voorbeeld te zijn.

Eventuele wijzigingen

Voor 4x1 HD-tDCS kunnen stimulatieprotocollen worden ontworpen waarbij verschillende doelplaatsen, actuele polariteit en sterkte, en straal van de ring. Als algemene regel, zal het verhogen van 4x1 ring met een diameter Increase de diepte van de penetratie en de maximale intensiteit onder de ring ^28. Omgekeerd reduceerring straal verhoogt focality maar vermindert geïnduceerde hersenen elektrisch veld. Daarom is verder onderzoek van de optimale dosering per indicatie gerechtvaardigd.

Hoewel dit artikel is gericht op 4x1-ring HD-tDCS kunnen andere elektrode implementaties ook worden gebruikt, zoals 4x2 en 3x3 (dual band), onder anderen. Hoewel HD-tDCS biedt vele mogelijkheden voor maatwerk, de methoden voor het positioneren en het voorbereiden van elektroden, zoals hier beschreven, dient te worden gevolgd, samen met het gebruik van alleen hardware en accessoires die speciaal voor dit doel hebben getest. Dit omvat met speciale aandacht voor HD plastic behuizing ontwerp, gel, en elektroden. Zo zijn dan Ag / AgCl elektroden gesinterde ring ook getest om DC, zoals Ag pellet, Ag / AgCl pellet, Ag / AgCl klep met rubber pellet ⁹ leveren. Echter, zowel de Ag en rubber pellet elektroden inducerend veranderingen in pH en temperatuurstijgingen en elektrodepotentiaal werden gerapporteerd voor alle elektroden behalve Ag / AgCl ring en schijf. Derhalve blijkt dat Ag / AgCl elektroden ring een effectieve en veiligere aanpak hebben. In de toekomst kunnen aanpassingen van de in dit document beschreven aanpak ook gebruikt worden om interventies zoals transcraniële wisselstroom stimulatie leveren.

Beperkingen

Op dit punt, de rol van 4x1-ring HD-tDCS polariteit op de corticale exciteerbaarheid blijft onduidelijk. Hoewel neurofysiologische studies hebben gemeld dat zowel de 1,0 mA en 2,0 mA van anodale 4x1-ring HD-tDCS geleid tot verhogingen van corticale prikkelbaarheid tussen gezonde proefpersonen ^13,14, is een bredere lichaam van bewijsmateriaal die specifiek betrekking HD-tDCS studies nodig voordat een generalisatie kan worden. Daarnaast is het opmerkelijk dat de effecten van corticale prikkelbaarheid modulatie met 4x1-ring HD-tDCS kunnen tijdsafhankelijke, het bereiken van hun erwtk enkele minuten na beëindiging van de stimulatie en niet onmiddellijk na ^14,16. Daarom kan sequentiële evaluaties over verschillende tijdstippen na de interventie noodzakelijk om nauwkeurige resultaten te verkrijgen.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
One conventioneel tDCS-apparaat (Soterix 1x1 Low-intensity DC Stimulator)	Soterix Medical Inc., New York, NY, USA	1300A
One 4x1 Multichannel Stimulatie Adapter	Soterix Medical Inc., New York, NY, USA	4X1-C2
Vier 9V batterijen			Veel leveranciers beschikbaar
Eén modulaire elektro-encefalogram opname kap	EASYCAP GmbH, Duitsland	EASYCAP
Vijf Ag/AgCl gesinterde ringelektroden	Stens Biofeedback Inc., San Rafael, CA, USA	EL-TP-RNG Sintered
Vijf speciaal ontworpen plastic behuizingen en hun respectieve doppen	Soterix Medical Inc., New York, NY, USA
Eén plastic duwstaaf	Soterix Medical Inc., New York, NY, USA	PSYR-5
Kabels	Soterix Medical Inc., New York, NY, USA	CSIN-X2 Invoerkabel, CSOP-D5 Uitvoerkabel
Eén meetlint			Veel leveranciers beschikbaar
Eén houten wattenstaafje			Veel leveranciers beschikbaar
Elektrisch geleidend gel (Sigma Gel)	Parker Laboratories, New Jersey, NJ, USA	15-25
Eén 3- of 5-ml spuit			Veel leveranciers beschikbaar
Kleveband			Veel leveranciers beschikbaar
Papierhanddoeken			Veel leveranciers beschikbaar