Gelijktijdige toepassing van transcraniële gelijkstroomstimulatie tijdens blootstelling aan virtual reality
January 18th, 2021
Dit manuscript schetst een nieuw protocol om de gelijktijdige toepassing van transcraniële gelijkstroomstimulatie mogelijk te maken tijdens blootstelling aan traumagerelateerde signalen in oorlogsgebied met behulp van virtual reality voor veteranen met posttraumatische stressstoornis.
De combinatie van niet-invasieve hersenstimulatie met virtual reality biedt een nieuwe benadering van augment emotional learning en gewenterij voor mensen die behandeling zoeken voor posttraumatische stress en angst. Dit is een zeer meeslepende maar draagbare aanpak geworteld in neurowetenschappen. De techniek kan therapeutisch effectief zijn en kan worden afgestemd op de individuele patiënt.
Deze niet-invasieve methode kan patiënten met posttraumatische stress helpen te leren dat eerder angst-provocerende situaties veilig kunnen zijn. Sydney Brigido, een onderzoeksassistent van mijn laboratorium, demonstreert de procedure. Sydney zal helpen met de verschillende stappen van het protocol.
Om een deelnemer voor te bereiden op transcraniële gelijkstroomstimulatie, gaat u na het plaatsen van de hoofdband op de deelnemer achter de deelnemer staan om de locatie voor de kathodale elektrode vast te stellen met behulp van de eerder berekende 10% van de hoofdomtrek en meet deze afstand van het inion van het hoofd naar rechts. Plaats de kathodale elektrode volgens de metingen zodanig dat deze zich ongeveer achter het rechteroor op het mastoïde proces bevindt. Om de locatie voor de anodale elektrode vast te stellen, meet u de eerder berekende 10% van de hoofdomtrek vanaf de nasion up en de eerder berekende 5% van de hoofdomtrek naar rechts.
Plaats de anodale elektrode en controleer of de anode de AF3FP1-locaties van de 10 tot 20 EEG-elektrode raakt. Wanneer de elektroden zijn geplaatst, schakelt u het tDCS-apparaat in en sluit u de elektroden aan. Om instelling A te laden, drukt u op de knop rechtsboven om de studiemodus te verlaten en gebruikt u de knoppen linksboven en linksonder om de hoofdcode van het apparaat in te voeren.
Klik op OK en zorg ervoor dat de pijl naar de trigger wijst. Gebruik de knop rechtsboven om door de instellingen te gaan totdat de belastingsinstelling wordt weergegeven. Gebruik de linkerpijlen om de pijl naar de onderkant van het scherm te schuiven met behulp van de pijl rechtsboven om alle instellingen terug te zetten naar instelling A en klik op de pijl linksboven om instelling A te laden.Druk op de knoppen rechtsboven en linksonder om de impedantie te controleren om te bevestigen dat er voldoende contact is tussen de tDCS-elektroden en de schedel van de deelnemer.
Start de stimulatie en noteer de impedantie voor, tijdens en na de stimulatie. Verwijder na afloop van de stimulatie de elektroden uit het apparaat voordat u het apparaat uitschakelt. Plaats twee zelfklevende wegwerpelektroden van de elektrodenseactiviteitselektrode op het gebied van de niet-dominante hand van de deelnemer en open de software voor het verzamelen van galvanische huidresponsgegevens voor elektrodermale activiteit.
Open de eerder gegenereerde sjabloon voor gegevensverzameling en klik op Record maken om een nieuw experiment te maken. Om het electrodermal activity signaal te kalibreren, bevestigt u een elektrode aan een elektrode patch en volgt u de software instructies om één elektrode tegelijk te kalibreren. Wanneer beide elektroden zijn gekalibreerd, vraagt u de deelnemer om diep in te ademen en deze 10 seconden vast te houden voordat hij uitademt om een adequaat galvanisch huidresponssignaal te garanderen.
Als u het tDCS wilt beheren, moet u een assistent het virtual reality-systeem inschakelen en het patiënttoepassingsprogramma openen. Controleer of de schermresolutie is ingesteld op 1280 bij 720 en klik op afspelen. Open het controllerprogramma van de arts en selecteer het rijscenario op basis van de scène die het meest relevant is voor de implementatie van de deelnemer.
Selecteer onder het avatarvenster van de patiënt de bestuurderspositie en stel het geluidsvolume in op maximaal 65%. Laat de assistent met de hulp van de deelnemer het op het hoofd gemonteerde display op het hoofd van de deelnemer plaatsen, waarbij hij erop zorgt dat het display de elektroden niet ontwricht en controleert op comfort. Laat de assistent de hoofdtelefoon op het hoofd van de deelnemer plaatsen en controleer op comfort.
Instrueer de deelnemer om twee minuten stil te zitten om de gegevens over de elektroden van de uitgangselektrode te kunnen verzamelen en druk op F1 om het begin van de referentieperiode te markeren. Druk na twee minuten op F3 om het einde van de basislijnperiode te markeren. Na voltooiing van de verzameling van de elektroden van de basislijn, schakelt u het tDCS-apparaat in en sluit u de elektroden weer aan.
Het apparaat moet zich in de studiemodus bevinden voor instelling B.Klik op OK om te bevestigen dat instelling B is geprogrammeerd en om een intensiteit van twee milliampère toe te passen, in totaal 25 minuten met een helling van 30 seconden omhoog en een helling van 30 seconden naar beneden. Voer de deelnemerspecifieke randomisatiecode in die is opgehaald uit de randomisatiesoftware en klik op OK. Druk op de knop linksboven om ja aan te geven om de stimulatie te starten en klik erop om de schijf te starten. Zorg ervoor dat elke drive-through begint met ten minste 30 seconden rijden alleen in de VR-omgeving.
Voor de eerste sessie begeleidt u de deelnemer door het optreden van VR-evenementen met behulp van een verbale prompt tijdens de eerste drive-through, zoals, Verderop, zal er een hinderlaag over de weg zijn in drie, twee, één, gaan. Je ziet een hinderlaag voor je in drie, twee, één. Tijdens het selecteren van de juiste scène in het VR-menu.
Beheer elk VR-evenement met een minimum van 10 seconden rijden tussen elk evenement. Terwijl de VR-gebeurtenissen worden beheerd, moet u een assistent op F2 op het toetsenbord laten drukken telkens wanneer een VR-gebeurtenis wordt beheerd om de verwerving van huidgeleidingsgegevens te controleren. Op basis van visuele inspectie van de huidgeleidingssporen lijkt deelnemer A tekenen van gewent tussen de sessies door te vertonen, van de eerste VR-sessie tot het middelpunt van het protocol tijdens de derde VR-sessie tot de laatste zesde VR-sessie.
Visuele inspectie van de ruwe huidgeleidingstracering voor deelnemer B lijkt te wijzen op gewen gewenking binnen de sessie bij het vergelijken van de eerste drive-through met de derde drive-through. Visuele inspectie van ruwe huidgeleidingsgegevens voor deelnemer C blijkt een minder sterk gewentprofiel te vertonen in vergelijking met deelnemer A.Niettemin toont deelnemer C zowel tussen als binnen de sessie gewent. Bovendien, en vergelijkbaar met deelnemer A, is het huidgeleidingsniveau numeriek hoger tijdens de eerste VR-sessie in vergelijking met de resterende vijf sessies.
Ruwe huidgeleidingsgegevens van deelnemer D tonen een huidgeleidingsniveau aan dat als te laag kan worden beschouwd voor een goede analyse met een afwezigheid van visueel detecteerbare huidgeleidingsreacties. Zelfs met de persistentie van artefacten en elektrodesignaalverlies zijn de aanhoudend lage huidgeleidingsniveaus en de afwezigheid van visueel detecteerbare huidgeleidingsreacties nog steeds zichtbaar voor deze persoon. In het protocol zijn kritieke stappen om ervoor te zorgen dat de tDCS-elektroden in de juiste positie blijven, dat impedantie binnen aanvaardbare waarden ligt en om te letten op ongemak van de deelnemer voor de veiligheid.
tDCS kan worden geoptimaliseerd door de montage te individualiseren, inclusief de locatie van elektroden en dosering op basis van anatomische MRI. MRI kan verder worden gebruikt om neurale veranderingen in de loop van de tijd te beoordelen.
Overzicht
Deze studie presenteert een nieuw protocol dat transcraniële directe stroom stimulatie (tDCS) integreert met virtuele realiteit om veteranen te helpen die lijden aan posttraumatische stressstoornis (PTSD). De immersieve aanpak beoogt emotioneel leren en habituatie te faciliteren als reactie op trauma-gerelateerde signalen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Psychologie
- Trauma- en angstbehandeling
Achtergrond
- PTSD is een belangrijk probleem onder veteranen en vereist vaak innovatieve behandelingsbenaderingen.
- Het combineren van tDCS met virtuele realiteit zou de therapeutische resultaten kunnen verbeteren.
- Het protocol is ontworpen om een veilige omgeving te creëren voor blootstelling aan angstopwekkende scenario's.
- Deze methode biedt een draagbare en op de patiënt afgestemde behandelingsoptie.
Doel van het onderzoek
- Om een procedure te ontwikkelen voor de gelijktijdige toepassing van tDCS en virtuele realiteit blootstelling.
- Om emotioneel leren en habituatie voor PTSD-patiënten te verbeteren.
- Om de effectiviteit van deze niet-invasieve combinatie in therapie te beoordelen.
Gebruikte methoden
- Het protocol omvat tDCS die wordt toegepast op deelnemers terwijl ze zich bezighouden met virtuele realiteit omgevingen.
- Deelnemers worden voorbereid met zorgvuldige elektrodeplaatsing en worden gemonitord door middel van electrodermale activiteit.
- Specifieke instellingen voor stimulatie-intensiteit en -duur worden geprogrammeerd in het tDCS-apparaat.
- Gegevensverzameling vindt plaats tijdens blootstelling aan VR-scenario's die zijn ontworpen om traumatische signalen na te bootsen.
Belangrijkste resultaten
- Visuele inspectie van huidgeleidingsgegevens geeft tekenen van habituatie over meerdere sessies aan.
- Deelnemers vertoonden verschillende graden van habituatie tussen sessies en binnen sessies.
- Het gebruik van tDCS naast VR draagt bij aan betere emotionele verwerking van trauma-gerelateerde signalen.
Conclusies
- Deze studie toont een veelbelovende therapeutische aanpak voor PTSD door de combinatie van tDCS en VR.
- De bevindingen suggereren mogelijke verbeteringen in emotionele regulatie en traumaverwerking.
- Over het algemeen zou deze methode de behandelingsstrategieën voor angstgerelateerde stoornissen kunnen verbeteren.
Veelgestelde vragen
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.
