Methodenartikel

High-definition transcraniële gelijkstroomstimulatie tijdens de slaap

DOI:

10.3791/68911

⸱

5 december 2025

 ,  , 
1Center for Sleep and Cognition, Department of Psychiatry, Beth Israel Deaconess Medical Center, 2Division of Sleep Medicine, Harvard Medical School

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol beschrijft high-definition transcraniële gelijkstroomstimulatie tijdens slaap met gelijktijdige elektro-encefalografie monitoring om causale relaties tussen doelgerichte hersengebieden en slaap te onderzoeken, evenals de bijbehorende processen.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

High-definition transcraniële gelijkstroomstimulatie (HD-tDCS) maakt een hoogfrequente modulatie van neurale activiteit tijdens de slaap mogelijk. Dit protocol presenteert een uitgebreide methodologie voor het toepassen van HD-tDCS met behulp van een 4 x 1 ringelektrodeconfiguratie, terwijl tegelijkertijd high-definition elektro-encefalografie (HD-EEG) wordt opgenomen om de slaaparchitectuur en stimulatie-effecten te monitoren. De techniek maakt systematische afstemming van meerdere parameters mogelijk, waarbij elke parameterselectie verschillende neurofysiologische uitkomsten oplevert. Dit biedt mogelijkheden om specifieke hersengebieden en oscillerende patronen te richten die specifiek zijn afgestemd op de onderzoeksvraag. Succesvolle implementatie van dit protocol vereist aandacht voor de plaatsing van elektroden, impedantiebeheer en realtime slaapstaging. De veelzijdigheid van deze methodologie en het vermogen om causale relaties in de slaapfysiologie aan te pakken, nodigen uit tot een breed scala aan toepassingen, van fundamentele neurowetenschap tot klinische interventies gebaseerd op slaapoptimalisatie. Het hier beschreven gestandaardiseerde maar flexibele kader vestigt HD-tDCS als een robuust platform voor systematisch onderzoek naar slaapneurobiologie en de klinische gevolgen daarvan.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Slaap is essentieel voor de hersengezondheid en cognitie, en specifieke slaaposcillaties hebben belangrijke ondersteunende en herstellende rollen. Het vermogen om deze slaaposcillaties te moduleren biedt unieke mogelijkheden om de causaliteit tussen slaap, hersenactiviteit en cognitie vast te stellen. Verschillende neuromodulatietechnieken zijn de afgelopen jaren ontstaan, waarbij transcraniële gelijkstroomstimulatie (tDCS) veelbelovend blijkt te zijn als een niet-invasieve benadering om neurale activiteit tijdens de slaapte moduleren 1,2,3,4.

Conventionele tDCS levert gelijkstroom via grote padelektroden, meestal 25-35 cm2, wat resulteert in relatief diffuse stimulatie5. De effectiviteit en specificiteit van tDCS tijdens slaap hangen af van verschillende belangrijke parameters die systematisch gemanipuleerd kunnen worden. De plaatsing van elektroden bepaalt fundamenteel welke corticale gebieden gestimuleerd worden; Bifrontale configuraties kunnen ofwel langzame oscillaties en slaapspoelen 6,7 versterken of de totale slaaptijd8 verminderen, afhankelijk van de montage en polariteit. De huidige intensiteit (typisch 0,2-2,0 mA) vertoont dosisafhankelijke effecten op zowel de omvang van neurofysiologische responsen als de verdraagzaamheid van de deelnemer9. Temporele parameters, waaronder totale stimulatieduur, opbouwduur en protocolstructuur (continu versus intermitterend met specifieke interstimulatieintervallen), bepalen zowel directe effecten als nawerkingen; Zo kunnen intermitterende protocollen met stimulatievrije intervallen de opwekking van de motorische cortex vergroten en de adaptatieverminderen. Daarnaast beïnvloedt de timing van stimulatie ten opzichte van de slaaparchitectuur de uitkomsten; bijvoorbeeld, slaapstimulatie in stadium 2 (N2) beïnvloedt voornamelijk de spoelen en langzame oscillaties 6,7, terwijl REM-slaapstimulatie het zelfbewustzijn tijdens dromenbeïnvloedt 11. Deze diversiteit in uitkomsten van dergelijke subtiliteiten in parameterselectie illustreert de uitmuntende gevoeligheid van slaaparchitectuur – en gerelateerde processen zoals cognitie – voor gerichte neuromodulatie.

High-definition tDCS (HD-tDCS) gebruikt kleinere elektroden, zoals de 4 x 1 ringmontage (ongeveer 0,95 cm² oppervlakte versus 2-35 cm² voor conventionele rubberen elektroden), wat een meer focale targeting van hersengebieden mogelijk maakt met verbeterde ruimtelijke precisie – gedefinieerd als het vermogen om elektrische stroom binnen een specifiek doel te concentreren terwijl de verspreiding naar aangrenzende gebieden wordt geminimaliseerd – vergeleken met grotere rubberen elektroden die a prioriworden gebruikt. HD-tDCS produceert ook een meer begrensde elektrische veldverdeling, en de opgewekte stroom is grotendeels beperkt tot corticale gebieden direct onder de elektroden13. Deze geavanceerde ruimtelijke specificiteit minimaliseert off-target effecten en effent de weg voor zeer precisie functionele correlaties tussen de stimulatieplaatsen en de waargenomen uitkomsten14. Deze selectiviteit maakt nauwkeuriger testen van hersenregio-specifieke hypothesen mogelijk, terwijl confounding invloeden door onbedoelde stimulatie van aangrenzende corticale gebiedenworden verminderd 5,12,13,14,15. De verbeterde focale precisie en nauwkeurigheid van HD-tDCS maken mechanistische onderzoeken van specifieke hersengebieden en hun associaties met verschillende aspecten van slaapfysiologie en cognitie mogelijk. De aanpasbaarheid van HD-tDCS wordt versterkt wanneer deze wordt gecombineerd met continue neurofysiologische opnames, zoals continue high-definition elektro-encefalografie (EEG). Een platform met zo'n translationeel potentieel is dus in staat zowel fundamenteel neurowetenschappelijk onderzoek als de ontwikkeling van klinische interventies voor slaap- en neuropsychiatrische aandoeningente bevorderen 4.

Dit protocol beschrijft een uitgebreide methodologie voor het toepassen van HD-tDCS tijdens slaap met behulp van een 4 x 1 ringconfiguratie, terwijl tegelijkertijd EEG wordt opgenomen om de slaaparchitectuur en stimulatie-effecten te monitoren. De aanpak is veelzijdig ontworpen en stelt onderzoekers in staat om stimulatieparameters aan te passen om diverse onderzoeksvragen met betrekking tot slaapneurowetenschap te beantwoorden.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De studie werd goedgekeurd en uitgevoerd volgens de ethische richtlijnen van ons instituut. Geïnformeerde toestemming met volledige uitleg over de procedures, risico's en voordelen werd verkregen van de deelnemers aan de studie.

1. Contra-indicaties en veiligheidsoverwegingen

  1. Bevestig vóór de experimentele opzet dat de deelnemer geen contra-indicaties heeft voor HD-tDCS op basis van de huidige veiligheidsrichtlijnen16,17 (Tabel 1).
  2. Controleer de hoofdhuid van de deelnemer grondig op huidlaesies. Vermijd stimulerende gebieden met schade of ontsteking.
  3. Bekijk de medicatie van de deelnemer, aangezien centrale zenuwstelselwerkende middelen de effecten van stimulatie kunnen veranderen.
  4. Verkrijg geïnformeerde toestemming met volledige uitleg over de procedures, risico's en voordelen.
  5. Screenen basissymptomen16 op bestaande symptomen die verward kunnen worden met stimulatiegerelateerde effecten16,17. Deze omvatten: hoofdpijn, hoofdhuidongemak, tintelingen, jeuk, branderig gevoel, roodheid van de huid, slaperigheid, concentratieproblemen en stemmingswisselingen.

2. Voorbereiding van apparatuur

OPMERKING: Dit protocol beschrijft het gebruik van aparte, onafhankelijke apparaten voor HD-tDCS en EEG-opname (Figuur 1). Sommige commercieel verkrijgbare systemen integreren zowel stimulatie- als opnamemogelijkheden binnen één apparaat. Gebruikers van dergelijke geïntegreerde systemen dienen fabrikantspecifieke instructies te raadplegen.

  1. Verzamel alle benodigde apparatuur en materialen (Tabel 2, Figuur 2 en Figuur 3).
  2. Zorg ervoor dat het conventionele tDCS-apparaat een adequate voeding heeft.
    1. Zet beide apparaten aan en controleer de stroomstatus volgens de specificaties van de fabrikant.
    2. Voor batterijvoede apparaten: Als de indicatoren voor lage batterijen oplichten, vervang dan de batterijen (voor door de gebruiker vervangbare systemen) of laad het apparaat op (voor geïntegreerde batterijsystemen).
    3. Voor softwaregestuurde apparaten: Controleer de stroomstatus via de besturingsinterface.
    4. Voor netgevoede apparaten: Zorg voor een goede aansluiting op het stopcontact met geschikte medische isolatie.
  3. Controleer alle elektroden op tekenen van ongebruikelijke slijtage of schade.
    1. Voor Ag/AgCl gesinterde ringelektroden: Controleer op afzettingen van elektrolyseproducten op het elektrodeoppervlak.
    2. Voor koolstofrubberen elektroden: Controleer op scheuren, brosheid of ongelijke slijtage.
    3. Voor wegwerpelektroden: Controleer of ze de limieten voor wegwerpgebruik of aanbevolen gebruik niet hebben overschreden.
    4. Vervang beschadigde of overmatig gebruikte elektroden volgens de richtlijnen van de fabrikant voor vervangingsfrequentie.
  4. Verbind de kabels van de Ag/AgCl gesinterde ringelektroden op de bijpassende ontvangers op de 4 x 1 adapter uitgangskabel.
    1. Verbind de middenelektrodekabel met de centrale ontvangerstekker.
    2. Verbind de overige elektroden met de omliggende stekkers.

3. EEG-kap en HD-tDCS elektrodevoorbereiding (Figuur 2 en Figuur 3)

  1. Selecteer de juiste EEG-kap voor de deelnemer op basis van de hoofdomtrek. Raadpleeg de handleiding van de fabrikant voor de keuze van EEG-dopmaat.
  2. Bepaal de polariteitsconfiguratie van HD-tDCS elektroden op basis van de studiedoelstellingen. Voor anodale stimulatie dient de centrale elektrode als anode (positief) en de omliggende elektroden als kathodes (negatief). Voor kathodede stimulatie dient de centrale elektrode als kathode (negatief) en de omliggende elektroden als anoden (positief). Veelvoorkomende plaatsingen (en verwachte hersendoelen) zijn onder andere:
    1. Gebruik de bilaterale frontolaterale (F3/F4) plaatsing om de prefrontale cortex6 te targeten.
    2. Gebruik de centrale (Cz) plaatsing om sensorimotorische gebieden18 te targeten.
    3. Gebruik de occipitale (Oz) plaatsing om de visuele cortex19 te targeten.
    4. Gebruik de pariëtale (P3/P4) om associatiecortexen20 te targeten.
    5. Optioneel) Gebruik computationele veldmodellering om stroomverdeling te visualiseren en te optimaliseren ( Figuur 4):
      1. Verkrijg de structurele MRI van de deelnemer indien beschikbaar, of gebruik een standaard kopmodel.
      2. Gebruik veldmodelleringssoftware (bijv. SIMNIBS, ROAST of fabrikantspecifieke tools zoals HD-Explore) om stroomstroom21,22 te simuleren.
      3. Posities en stimulatieparameters van de invoerelektrode (stroomintensiteit, polariteit).
      4. Evalueer de voorspelde veldverdeling om voldoende doelstelling van het beoogde gebied te waarborgen.
      5. Pas de elektrodeposities aan indien nodig om de veldfocaliteit en intensiteit bij het doel te optimaliseren.
  3. Verwijder de EEG-opname-elektroden op de gekozen stimulatielocatie van de EEG-kap. Hierdoor kunnen de HD-tDCS stimulatie-elektroden deze posities innemen zodat ze direct contact met de hoofdhuid hebben via dezelfde openingen in de kap. De verwijderde EEG-elektroden kunnen tijdens stimulatie geen betekenisvolle gegevens van deze locaties registreren vanwege verzadiging van de stimulatiestroom.
  4. Plaats de HD-tDCS-elektroden of elektrodehouders in de condensator (Figuur 2).
    OPMERKING: Sommige HD-tDCS-systemen gebruiken elektroden die direct in de dop worden geplaatst zonder aparte houders. Volg de instructies van de fabrikant.
    1. Voor systemen met elektrodehouders: Positioneer en beveilig de houders zodat de zijde met een kap naar de buitenkant van de EEG-kap gericht is en de tegenovergestelde kant (zonder kap) naar de binnenkant van de EEG-kap kijkt, zodat deze contact maakt met de hoofdhuid van de deelnemer.
    2. Voor systemen met direct inbrengelektroden: Volg de richtlijnen van de fabrikant voor de juiste oriëntatie van de elektrode en het bevestigingsmechanisme.
  5. Breng een lijmgeleidende pasta aan (hoge viscositeit, chloridevrij; Ten-20) pasta om de EEG-kap te bereiden, zoals aanbevolen door de fabrikant.
    1. Draai de EEG-dop binnenstebuiten om en plaats deze op een schuimkop van metaal.
    2. Maak eventuele kreukels in de stof van de pet glad.
    3. Gebruik een tongspatel om de EEG-elektroden af te dekken met pasta. Gebruik geen pasta op HD-tDCS stimulatie-elektroden.
    4. Vorm de pasta tot koepels. Breng minder pasta aan aan de voorkant waar minder haar zit en meer op de kruin en achterkant van het hoofd.
    5. Vermijd het aanbrengen van te veel pasta op elke elektrodeplek en het aanbrengen van pasta op de stof, want overmatig morsen kan bruggen veroorzaken.

4. Opzet van deelnemers

  1. Laat de deelnemer comfortabel in een stoel zitten.
  2. Breng de gezichts- en aardreferentie-elektroden aan met een kleefgeleidende pasta met behulp van gouden beker-elektroden. Bevestig de elektroden met medisch tape.
    1. Maak plekken schoon met een alcoholuittje, exfolieer met licht schurende voorbereidingsgel (bijv. Nuprep) op een wattenstaafje (bijvoorbeeld wattenstaafje), en verwijder alle vloeistoffen met een droog gaas. Elektrodelocaties volgen de standaard polysomnografie-montagevereisten voor slaapstadiering volgens criteria23 van de American Academy of Sleep Medicine (AASM) en omvatten:
      Referentie (voorhoofd); dienen als referentie-elektroden
      A1/A2 (mastoïden, bot achter de oren); dienen als referentie-elektroden.
      LOC/ROC (rechter en linker buitenste canthi bij de ogen, rechts omhoog, links omlaag); Registreer oogbewegingen.
      EMG's (2 op de kin); Noteer spiertonus om slaapstadia te onderscheiden.
      Grond (sleutelbeen/sleutelbeen); stabiliseert de versterker en vermindert common-mode ruis.
    2. Vul elektroden met een kleefgeleidende pasta en breng het aan op de plek, zonder dat de pasta aan de achterkant van de elektrode wordt blootgesteld.
    3. Voor de HD-tDCS retourelektrode plaats je de relevante stimulatie-elektrode op het sleutelbeen en bevestig je deze met tape. Breng zoutoplossing of gel aan volgens de specificaties van de fabrikant.
  3. Lokaliseer en markeer het centrale punt voor het plaatsen van de EEG-dop.
    1. Lokaliseer eerst het knooppunt (Cz).
      1. Meet de afstand van de nasie (samenvloeiing van voorhoofd en neusbeenderen) tot de inion (het meest prominente punt van het achterhoofdsbeen). Markeer het halve punt met een lijn.
      2. Meet de afstand tussen de linker- en rechter pre-auriculaire punten. Markeer het halve punt met een lijn.
      3. Cz ligt op het kruispunt van deze lijnen. Spray het haar lichtjes met water met een spuitfles ( Figuur 3) om het plaatsen van de EEG-dop te vergemakkelijken.
  4. Draai de voorbereide EEG-kap stevig en comfortabel om op het hoofd van de deelnemer, waarbij je de Cz-elektrode met de gemarkeerde Cz-plek richt. Bevestig de EEG-kap op het hoofd van de deelnemer met de kinbanden.
  5. Vul met een spuit de elektrodeplaatsen met geleidende gel (bijv. e-gel).
    1. Trek de elektrode iets omhoog en steek de grote, stompe naaldpunt in het midden van de elektrode. Beweeg voorzichtig met de naald om het haar uit de weg te halen en breng geleidende gel aan (~0,5 mL). Duw de elektrode voorzichtig naar beneden om een sterke verbinding te garanderen tussen de gel, de lijmgeleidende pasta en de hoofdhuid.
    2. Vermijd het verspreiden van gel buiten de omtrek van de elektrodeplaats om stroomoverdracht te voorkomen.
    3. Breng meer geleidende gel aan op de kruin en achterkant van het hoofd om de hogere haardichtheid te compenseren.
    4. Druk elke elektrode tegen de hoofdhuid.
  6. Plaats de Ag/AgCl gesinterde ringelektroden in elke HD-tDCS elektrodehouder ( Figuur 2, rechter paneel).
    1. Plaats het met het ruwe oppervlak naar beneden en het gladde, afgeronde oppervlak naar boven.
    2. Laat de ringelektrode zakken totdat deze op de basis van de houder rust.
    3. Voeg meer hoog-viscositeit geleidende gel (bijv. HD-gel) toe om de elektrode te bedekken.
    4. Gebruik de meegeleverde doppen om de elektroden op hun plaats te vergrendelen.

5. HD-EEG systeemopstelling

  1. Bereid de juiste software voor voor de opnamecomputer.
  2. Als er een high-density headbox (of vergelijkbare hardware) bij betrokken is, zorg dan dat alle elektroden op de juiste versterkers zijn aangesloten. Deze fase kan het gebruik van een glasvezelconnectorkabel omvatten, en er kunnen variaties zijn in de opstelling van de opnamehardware.
  3. Steek de stimulatie-elektroden in dit stadium niet.
  4. Zet de versterker aan en start de EEG-opnamesoftware.
    1. Na het aanmaken van een nieuw studiebestand selecteer je de profieloptie die geschikt is voor een montage met hoge dichtheid.
    2. Controleer de bestemming voor bestandsopslag en filters die geschikt zijn voor de montage.
  5. Controleer de impedanties.
    1. Stel de impedantielimiet in op 25 kΩ en streef naar impedanties onder 10 kΩ.
    2. Voor elektroden met een hoge impedantie kunt u de volgende aanpassingen overwegen:
      1. Als alle of de meeste te hoog staan, controleer dan of alle elektroden goed verbonden zijn. Controleer de referentie-elektrode en doe indien nodig opnieuw de referentie-elektroden.
      2. Als alle of de meeste ongewoon laag zijn, controleer dan of de aarde is aangesloten.
      3. Als de helft helemaal rood is, controleer dan de strakkheid van de condensator en versterker.
      4. Als een individuele elektrode hoog staat, druk dan op de elektrode. Als de impedantie hoog blijft, voeg dan meer geleidende gel toe met de spuit, schraap voorzichtig de hoofdhuid met de spuittip voor de hoofdhuidelektrode, of herhaal de gezichtselektrode. Als het probleem aanhoudt of er een overmatige impedantie wordt gedetecteerd, controleer dan de verbinding tussen de condensator, de connector en de versterker.
  6. Begin met het opnemen van EEG.
  7. Voer biokalibraties uit.
    1. Vraag de deelnemer om zijn ogen te openen en te sluiten gedurende ~10 seconden. Let op alfa-activiteit bij de meeste deelnemers. Verwacht grotere amplitudes bij posterieure kanalen dan bij voorkanalen. Let op amplitudevariaties over de hoofdhuid.
    2. Vraag de deelnemer om naar links, rechts, omhoog en omlaag te kijken. Vraag vervolgens de deelnemer om zijn tanden op elkaar te klemmen. Let op bewegingen in de oog- en kinelektrode-opnames.
    3. Vraag de deelnemer om een paar keer te knipperen.
      OPMERKING: Blink-artefacten moeten verschijnen als grote afbuigingen in de frontale elektroden (bijv. Fp1, Fp2), omdat deze het dichtst bij de ogen liggen. Elektroden verder van de ogen kunnen kleinere uitbuigingen vertonen.
    4. Voeg extra biokalibraties toe zoals voorgeschreven door het studieprotocol (bijv. ademhaling, ledemaatbeweging, enz.).

6. HD-tDCS stimulatoropstelling

  1. Maak de HD-tDCS stimulatie-elektroden en de stimulator klaar. Sluit de elektroden pas aan de stimulator nadat de volgende eerst zijn voltooid.
    1. Zorg ervoor dat de stimulator is aangesloten op een stopcontact, of dat de batterijen volledig zijn opgeladen en correct geïnstalleerd.
    2. Zet de stimulator aan.
  2. Nadat het apparaat is ingeschakeld, steek je de elektrodekabel aan de achterkant van het apparaat.
    OPMERKING: Het niet aanzetten van het apparaat vóór het aansluiten kan leiden tot een lichte schok. Een lange of speciaal bestelde elektrodekabel kan nodig zijn zodat de stimulatie kan worden geactiveerd vanuit de controlekamer of een locatie buiten de slaapruimte om de kans op verstoring van de slaap van de deelnemer te verkleinen.
  3. Stel stimulatieparameters in op basis van het onderzoeksontwerp. Instellingen omvatten de intensiteit, golfvorm (dit is DC voor tDCS-protocollen), duur en ramptijden.
    OPMERKING: Deze parameters variëren afhankelijk van het beoogde doel en de fysiologie binnen de hersenen. De meeste apparaten hebben ook instellingen om stimulatie- en schijnprotocollen te scheiden. In dit stadium moet de stroomverdeling voor de stimulatiemontage worden geconfigureerd. Voor een typische 4 x 1 configuratie ontvangt de middenelektrode 100% van de geprogrammeerde stroomintensiteit, terwijl deze stroom wordt verdeeld over de vier retourelektroden (elk 25%).
  4. Stel actieve stimulatie of schijnmodus in volgens het studieprotocol. Als de studie blinding betreft, zijn passende stappen nodig om te voorkomen dat deelnemers of onderzoekers weten welke modus wordt gebruikt. Sommige stimulatoren hebben ingebouwde stimulatie-/schijnfuncties om hierbij te helpen.
  5. Als de HD-tDCS-elektroden een hoge impedantie vertonen (bijvoorbeeld groter dan 600 kΩ), voer dan een korte teststimulatie uit (5-10 seconden bij geprogrammeerde intensiteit) onder de SAM-instelling om de connectiviteit te controleren. Idealiter voltooi je dit voordat de deelnemer in slaap valt.
    1. Onder de SHAM-instelling geef je de puls af. Verwacht dat de impedantie 3-5 s daalt na het afleveren van de puls. Zodra impedantievermindering is bevestigd, wordt de stimulatie onmiddellijk afgebroken (de totale testduur mag niet langer zijn dan 10 seconden).
    2. Voeg meer hoogviskeuze geleidende gel toe en/of controleer de verbindingen totdat de impedantie daalt tot minder dan 20-25 kΩ wanneer een schijnpuls wordt toegepast.

7. Slaapmonitoring en stimulatieprotocol

  1. Bereid de slaapomgeving voor.
    1. Minimaliseer omgevingslicht en geluid.
    2. Zorg voor het gerapporteerde comfort van de deelnemer.
    3. Bied de speler oordoppen aan.
    4. Noteer de tijd in de EEG-opname wanneer de lichten uitgaan.
  2. Monitor het EEG op het begin van de slaap en specifieke stadia om het stimulatieprotocol te starten op basis van het onderzoeksontwerp. Beslissingen over het stimulatieprotocol en het startpunt moeten rekening houden met de duur/continuïteit van de stimulatie (d.w.z. continu versus intermitterend) evenals de gerichte fysiologie/slaaparchitectuur.
  3. Markeer het begin van de stimulatie in de EEG-opname met een passende notatie.
  4. Als de deelnemer ontwaakt tijdens stimulatie:
    1. Stop met de stimulator.
    2. Markeer het tijdstip met een passende notatie op de EEG-opname.
    3. Houd de kans op dat de deelnemer terugkeert naar de slaapfase van interesse volgens het studieontwerp en het stimulatieprotocol.
    4. Hervat het stimulatieprotocol waar nodig. Bij gebruik van een intermitterende stimulatie-ontwerp wordt de afgebroken stimulatieperiode doorgaans als voorbij beschouwd, en de volgende stimulatie is de volgende in het schema (bijvoorbeeld, als stimulatie #3 wordt afgebroken, pikt het protocol op met stimulatie #4 zodra deze wordt hervat).
    5. Voltooi het stimulatieprotocol.
      1. Zodra de laatste stimulatieperiode is afgelopen, trek je de stimulatiekabel (die de HD-tDCS-elektroden verbindt) los van de stimulator voordat je de stimulator uitschakelt.
        OPMERKING: Ook hier kan het niet loskoppelen voordat het apparaat wordt uitgeschakeld een lichte schok veroorzaken, waardoor de deelnemer mogelijk wakker wordt.
      2. Laat de deelnemer (indien van toepassing) ongestoord blijven slapen, afhankelijk van het onderzoeksontwerp.

8. Sessie voltooien en apparatuur verwijderen

  1. Maak de deelnemer op het juiste moment wakker.
    1. Noteer de tijd in de EEG-opname wanneer de lampen aangaan.
    2. Maak de deelnemer voorzichtig wakker.
  2. Stop de EEG-opname.
  3. Koppel de apparatuur los.
    1. Verwijder de condensatoren van de HD-tDCS elektrodehouders.
    2. Verwijder voorzichtig de Ag/AgCl ringelektroden, en gebruik indien nodig een bot instrument om te voorkomen dat je aan kabels trekt.
    3. Maak de elektroden schoon met een vochtig papieren handdoekje en droog ze voor opslag.
  4. Verwijder de EEG-dop en maak de elektrodeplaatsen schoon om de gels te verwijderen.
  5. Bied de deelnemer schoonmaakmiddelen aan om gel uit hun haar en huid te verwijderen.
  6. Evalueer de beoordeling van het bijwerkingseffect na stimulatie (vergelijkbaar met de screening in stap 1.5). Documenteer de ernst (bijv. mild, matig of ernstig) en de waarschijnlijke relatie met stimulatie om de responsen op de basisscreening te vergelijken.
    OPMERKING: De meeste bijwerkingen van HD-tDCS zijn mild en voorbijgaand, en verdwijnen meestal binnen enkele uren na stimulatie16,17. Als dit niet het geval is, moeten institutionele protocollen worden ingeroepen voor het melden van ernstige bijwerkingen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wanneer het protocol correct wordt geïmplementeerd, veroorzaakt HD-tDCS tijdens de slaap meetbare en reproduceerbare veranderingen in slaaparchitectuur en fysiologie die systematisch variëren met de gekozen stimulatieparameters. De focale verdeling van bilaterale frontolaterale stimulatie in Figuur 4 – één mogelijke montage – illustreert de ruimtelijke precisie van 4 x 1 ringelektroden. Succesvolle protocolimplementatie wordt...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol biedt een gestandaardiseerd maar flexibel methodologisch kader voor het toedienen van HD-tDCS tijdens de slaap met gelijktijdige EEG-monitoring. De belangrijkste kracht van de techniek ligt in de focale, parametergestuurde neuromodulatie en het vermogen om de neurofysiologische effecten direct te monitoren. Dit maakt tests mogelijk van de oorzaak tussen gerichte hersenactiviteit en slaapgerelateerde processen.

Succesvolle en betrouwbare uitvoering...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wij erkennen de Beth Israel Deaconess Medical Center Clinical Research Coordinator Core Facility (RRID:SCR_027579) dankbaar voor hun onschatbare ondersteuning van dit werk, inclusief speciale onderzoeksruimte en infrastructuur. We danken de Core ook voor hun gulle steun die de publicatie van dit manuscript mogelijk maakte.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Ag/AgCl gesinterde ringelektrodenSoterix MedicalHD-1AGE-12 Voor stimulatieopstelling
AlcoholwattenNANAVoor EEG-opstelling
Oordopjes NANAOm de deelnemer te helpen in slaap vallen 
EC2NatusCR-003Voor EEG-opstelling
EEG-opnamekap (met bevestigde elektroden)Natus21114Voor EEG-opstelling
Elektro-gelElectro-Cap International, Inc. E11Voor EEG-opstelling
Gaasjes NANAVoor EEG-opstelling
Goudbekerelektroden NatusF-E5GH-48Voor elektrooculografie (EOG) en elektromyografie (EMG) collectie
HD-EEG-systeem met 64-kanaals mogelijkheid NatusBrain Monitor EEG AmplifierVoor EEG-opstelling
HD-gel Soterix MedicalHD-1GELVoor stimulatieopstelling
HD-tDCS elektrodehoudersSoterix MedicalHD-1A.2 Voor stimulatieopstelling
HD-tDCS stimulatieadapterSoterix Medical 4x1 Multichannel Stimulation AdapterModel 4X1-C3A Voor stimulatieopstelling
HD-tDCS stimulatiesysteem Soterix Medical M×N HD Transcranial Stimulation SystemModel 9002 Voor stimulatieopstelling
Hoodmodel voor het vastzetten en voorbereiden van gel op EEG-opnamekap (indien nodig)Voor EEG-opstelling
NuprepWeaver and Company10-30Voor EEG-opstelling
Q-tipsQ-tipshttps://www.qtips.com/Voor EEG-opstelling
ScharenNANAVoor EEG-opstelling
Gespecialiseerde verbindingskabel/snoer Soterix MedicalCUS_MxN_CBL Voor stimulatie-elektroden
Spuitfles (en kop) met waterNANAVoor EEG-opstelling
TapeNANAVoor EEG-opstelling
Tien cc-spuit met stompe punt van 16 gaugeNANAVoor EEG/stimulatie-opstelling
Ten-20Weaver and Company10-20-8Voor EEG-opstelling
TongdepressorNANAVoor EEG-opstelling
HanddoekenNANAVoor EEG-opstelling

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Nitsche, M. A., et al. Transcranial direct current stimulation: state of the art 2008. Brain Stimul. 1 (3), 206-223 (2008).
  2. Fehér, K. D., et al. Shaping the slow waves of sleep: a systematic and integrative review of sleep slow wave modulation in humans using non-invasive brain stimulation. Sleep Med Rev. 58 (1), 101438(2021).
  3. Krone, L. B., Fehér, K. D., Rivero, T., Omlin, X. Brain stimulation techniques as novel treatment options for insomnia: a systematic review. J Sleep Res. 32 (6), e13927(2023).
  4. Krone, L. B., Song, S. H., Jaramillo, V., Violante, I. R. The future of non-invasive brain stimulation in sleep medicine. J Sleep Res. 34 (5), e70071(2025).
  5. Datta, A., Bansal, V., Diaz, J., Patel, J., Reato, D., Bikson, M. Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2 (4), 201-207 (2009).
  6. Marshall, L., Helgadóttir, H., Mölle, M., Born, J. Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory. Nature. 444 (7119), 610-613 (2006).
  7. Ladenbauer, J., et al. Brain stimulation during an afternoon nap boosts slow oscillatory activity and memory consolidation in older adults. Neuroimage. 142 (1), 311-323 (2016).
  8. Frase, L., et al. Modulation of total sleep time by transcranial direct current stimulation (tDCS). Neuropsychopharmacology. 41 (10), 2577-2586 (2016).
  9. Jamil, A., et al. Systematic evaluation of the impact of stimulation intensity on neuroplastic after-effects induced by transcranial direct current stimulation. J Physiol. 595 (4), 1273-1288 (2017).
  10. Monte-Silva, K., et al. Induction of late LTP-like plasticity in the human motor cortex by repeated non-invasive brain stimulation. Brain Stimul. 6 (3), 424-432 (2013).
  11. Voss, U., et al. Induction of self awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity. Nat Neurosci. 17 (6), 810-812 (2014).
  12. Edwards, D., Cortes, M., Datta, A., Minhas, P., Wassermann, E. M., Bikson, M. Physiological and modeling evidence for focal transcranial electrical brain stimulation in humans: a basis for high-definition tDCS. Neuroimage. 74, 266-275 (2013).
  13. Datta, A., Truong, D., Minhas, P., Parra, L. C., Bikson, M. Inter-individual variation during transcranial direct current stimulation and normalization of dose using MRI-derived computational models. Front Psychiatry. 3, 91(2012).
  14. Dmochowski, J. P., Datta, A., Bikson, M., Su, Y., Parra, L. C. Optimized multi-electrode stimulation increases focality and intensity at target. J Neural Eng. 8 (4), 046011(2011).
  15. Villamar, M. F., et al. Focal modulation of the primary motor cortex in fibromyalgia using 4×1-ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): immediate and delayed analgesic effects of cathodal and anodal stimulation. J Pain. 14 (4), 371-383 (2013).
  16. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clin Neurophysiol. 128 (9), 1774-1809 (2017).
  17. Bikson, M., et al. Safety of transcranial direct current stimulation: evidence based update 2016. Brain Stimul. 9 (5), 641-661 (2016).
  18. Marshall, L., Mölle, M., Siebner, H. R., Born, J. Bifrontal transcranial direct current stimulation slows reaction time in a working memory task. BMC Neurosci. 6, 23(2005).
  19. Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol. 527 (3), 633-639 (2000).
  20. Mendes, A. J., et al. Modulation of the cognitive event-related potential P3 by transcranial direct current stimulation: systematic review and meta-analysis. Neurosci Biobehav Rev. 132, 894-907 (2022).
  21. da Silva, R., de, M. F., et al. Transcranial direct current stimulation in obsessive-compulsive disorder: an update in electric field modeling and investigations for optimal electrode montage. Expert Rev Neurother. 19 (10), 1025-1035 (2019).
  22. Farnell Sharp, A., Witney, A. Optimising electrode montages in conventional transcranial direct current stimulation and high-definition transcranial direct current stimulation of the cerebellum for pain modulation. Brain Sci. 15 (4), 344(2025).
  23. Troester, M., et al. The AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events. , American Academy of Sleep Medicine. Darien, IL. (2023).
  24. Fertonani, A., Ferrari, C., Miniussi, C. What do you feel if I apply transcranial electric stimulation? safety, sensations and secondary induced effects. Clin Neurophysiol. 126 (11), 2181-2188 (2015).
  25. Khorrampanah, M., Seyedarabi, H., Daneshvar, S., Farhoudi, M. Optimization of montages and electric currents in tDCS. Comput Biol Med. 125, 103998(2020).
  26. Im, C., Lee, J., Kim, D., Jun, S. C., Seo, H. Seeking optimal montage for single-pair transcranial direct current stimulation using Bayesian optimization and Hyperband-A feasibility study. Neuromodulation. 28 (1), 86-94 (2025).
  27. Alam, M., Truong, D. Q., Khadka, N., Bikson, M. Spatial and polarity precision of concentric high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). Phys Med Biol. 61 (12), 4506-4521 (2016).
  28. Khanmohammadi, R., Inanlu, M., Manesh, V. R. Region-specific cognitive effects of HD-tDCS in older adults: M1, DLPFC, and cerebellum. Behav Brain Res. 486 (1), 115571(2025).
  29. Batsikadze, G., Moliadze, V., Paulus, W., Kuo, M. -F., Nitsche, M. A. Partially non-linear stimulation intensity-dependent effects of direct current stimulation on motor cortex excitability in humans. J Physiol. 591 (7), 1987-2000 (2013).
  30. Lerner, O., Friedman, J., Frenkel-Toledo, S. The effect of high-definition transcranial direct current stimulation intensity on motor performance in healthy adults: a randomized controlled trial. J Neuroeng Rehabil. 18 (1), 103(2021).
  31. Effects of electrode configurations and injected current intensity on the electrical field of transcranial direct current stimulation: a simulation study. Mackenbach, C., Tian, R., Yang, Y. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 2020, 3517-3520 (2020).
  32. Evans, C., Zich, C., Lee, J. S. A., Ward, N., Bestmann, S. Inter-individual variability in current direction for common tDCS montages. Neuroimage. 260, 119501(2022).
  33. Klaus, J., Schutter, D. J. L. G. Electrode montage-dependent intracranial variability in electric fields induced by cerebellar transcranial direct current stimulation. Sci Rep. 11 (1), 22183(2021).
  34. Laakso, I., Tanaka, S., Koyama, S., De Santis, V., Hirata, A. Inter-subject variability in electric fields of motor cortical tDCS. Brain Stimul. 8 (5), 906-913 (2015).
  35. Saita, M., Ikenaka, T., Matsushima, Y. Isolation and characterization of -D-mannosidase from soy bean. J Biochem. 70 (5), 827-833 (1971).
  36. Noury, N., Hipp, J. F., Siegel, M. Physiological processes non-linearly affect electrophysiological recordings during transcranial electric stimulation. Neuroimage. 140, 99-109 (2016).
  37. Kasten, F. H., Herrmann, C. S. Recovering brain dynamics during concurrent tACS-M/EEG: an overview of analysis approaches and their methodological and interpretational pitfalls. Brain Topogr. 32 (6), 1013-1019 (2019).
  38. Fehér, K. D., Morishima, Y. Concurrent electroencephalography recording during transcranial alternating current stimulation (tACS). J Vis Exp. (107), e53527(2016).
  39. Helfrich, R. F., Schneider, T. R., Rach, S., Trautmann-Lengsfeld, S. A., Engel, A. K., Herrmann, C. S. Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation. Curr Biol. 24 (3), 333-339 (2014).
  40. Lafon, B., et al. Low frequency transcranial electrical stimulation does not entrain sleep rhythms measured by human intracranial recordings. Nat Commun. 8 (1), 1199(2017).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

High Definition tDCSSlaapneuromodulatie4x1 ringelektrodeEEG registratieSlaaparchitectuurElektrodeplaatsingImpedantiebeheerTargeting van de prefrontale cortexSlaapstadi ringFocaal elektrisch veld

Gerelateerde artikelen