Gelijktijdige toepassing van transcraniële gelijkstroomstimulatie tijdens blootstelling aan virtual reality
18 januari 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 waarin transcraniale gelijkstroomstimulatie (tDCS) wordt geïntegreerd met virtual reality om veteranen met posttraumatische stressstoornis (PTSS) te helpen. De immersieve benadering is erop gericht om emotioneel leren en habituatie als reactie op trauma-gerelateerde cues te faciliteren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Psychologie
- Behandeling van trauma en angst
Achtergrond
- PTSS is een aanzienlijk probleem onder veteranen, waarvoor vaak innovatieve behandelmethoden nodig zijn.
- Het combineren van tDCS met virtual reality zou de therapeutische resultaten kunnen verbeteren.
- Het protocol is ontworpen om een veilige omgeving te creëren voor blootstelling aan angstaanjagende scenario's.
- Deze methode biedt een draagbare en op de patiënt afgestemde behandeloptie.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een procedure voor de gelijktijdige toepassing van tDCS en virtual reality exposure.
- Het verbeteren van het emotionele leren en de habituatie bij patiënten met PTSS.
- Het beoordelen van de effectiviteit van deze niet-invasieve combinatie binnen de therapie.
Gebruikte methoden
- Het protocol omvat de toepassing van tDCS bij deelnemers terwijl zij interageren met virtual reality-omgevingen.
- Deelnemers worden voorbereid met zorgvuldige plaatsing van de elektroden en worden gemonitord via electrodermale activiteit.
- Specifieke instellingen voor de stimulatie-intensiteit en -duur worden in het tDCS-apparaat geprogrammeerd.
- De gegevensverzameling vindt plaats tijdens blootstelling aan VR-scenario's die zijn ontworpen om traumatische cues na te bootsen.
Belangrijkste resultaten
- Visuele inspectie van de huidgeleidingsgegevens wijst op tekenen van habituatie over meerdere sessies heen.
- Deelnemers vertoonden verschillende graden van habituatie tussen sessies en binnen sessies.
- Het gebruik van tDCS in combinatie met VR draagt bij aan een betere emotionele verwerking van trauma-gerelateerde cues.
Conclusies
- Deze studie demonstreert een veelbelovende therapeutische benadering voor PTSS via de combinatie van tDCS en VR.
- De resultaten suggereren potentiële verbeteringen in emotionele regulatie en traumaverwerking.
- Over het algemeen zou deze methode behandelstrategieën voor angstgerelateerde stoornissen kunnen verbeteren.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
De combinatie van niet-invasieve neuromodulatie met immersieve virtuele realiteit biedt een nieuwe strategie voor de behandeling van therapieresistente angststoornissen door neurale circuits te targeten die ten grond liggen aan angstextinctie. Deze benadering ondersteunt mechanistische risicoreductie in de vroege ontdekkingsfase door objectieve, kwantificeerbare read-outs van fysiologische habituatie tijdens gecontroleerde blootstelling mogelijk te maken. De integratie van tDCS met VR biedt een vertaalbaar platform voor het evalueren van target-engagement en het therapeutisch potentieel bij neuropsychiatrische indicaties.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek mogelijk naar de modulatie van de ventromediale prefrontale cortex als mechanistisch doelwit voor angstregulatie en emotioneel leren.
- Operationele waarde: Ondersteunt het testen van doelhypothesen door gelijktijdige toediening van neuromodulatie en gestandaardiseerde trauma-gerelateerde cues in een gecontroleerde omgeving.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantitatieve metingen van de electrodermale activiteit die dienen als farmacodynamische biomarkers voor opwinding en habituatie.
- Operationele waarde: Stelt een reproduceerbaar within-subjects ontwerp vast voor het beoordelen van dosis-responsrelaties tussen stimulatieparameters en fysiologische output.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Slaat een brug tussen ontdekking en klinische toepassing door een ziekterevante populatie (veteranen met PTSS) te gebruiken om doelgerichte veranderingen in hyperarousal te beoordelen.
- Operationele waarde: Faciliteert go/no-go-beslissingen door longitudinale, sessiegebaseerde gegevens te verschaffen over habituatietrends over meerdere blootstellingen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie tot lead-optimalisatie door een platform te bieden voor de beoordeling van functionele targetmodulatie en gedragsmatige correlaten van therapeutische interventie.
- Discovery Biology: Ondersteunt mechanische risicoreductie door het effect van prefrontale tDCS op autonome reacties op dreigingsgerelateerde stimuli te isoleren.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk via gestandaardiseerde VR-scenario's en real-time monitoring van de huidgeleidbaarheid als kwantitatieve readout.
- Analytics: Genereert fysiologische tijdreeksgegevens die vergelijking mogelijk maken van intra- en intersessionele veranderingen in arousal.
- Translationeel onderzoek: Verbindt neuromodulatie-effecten met klinische uitkomsten via meetbare veranderingen in psychofysiologische reacties tijdens blootstelling aan trauma-cues.
- Enterprise Reuse: Het tDCS+VR-raamwerk kan worden aangepast voor verschillende angstindicatieve modellen door virtuele scenario's en stimulatiemontages te wijzigen.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Biedt voorspellende zekerheid bij targetvalidatie door neuromodulatie te koppelen aan meetbare reducties in fysiologische arousal.
- Operationele waarde: Garandeert reproduceerbaarheid door gestandaardiseerde elektrodeplaatsing, impedantiemonitoring en vaste stimulatieparameters (2 mA, 25 min).
- Strategische waarde: Vermindert het biologische risico in neuropsychiatrische programma's door vroege beoordeling van target engagement in een menselijk relevante context mogelijk te maken.
- Impact op de portfolio: Onderbouwt risicogecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door habituatie te kwantificeren als een biomarker voor therapeutische respons.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in neuromodulatieveiligheid, elektrodeplaatsing en synchronisatie van virtual reality-systemen.
- Afhankelijk van tDCS-hardware die in staat is tot nauwkeurige stroomtoediening en impedantiemeting, plus EDA-acquisitiesystemen.
- Vereist standaardisatie tussen de teams voor neurowetenschappen, kliniek en data-analyse voor een consistente uitvoering van het protocol.
- Aanpassing aan verschillende modelsystemen vereist validatie van de elektrodeconfiguraties en de relevantie van het VR-scenario voor het doelfenotype van angst.
- Praktische beperkingen omvatten interindividuele variabiliteit in huidgeleidingsreacties en de noodzaak van strikte artefactcontrole tijdens de gegevensverzameling.
