Przezskórna stymulacja nerwu błędnego usznego na uchu ludzkim

Streszczenie

Źródło: Badran, B. W., et al. Laboratoryjne podawanie przezskórnej stymulacji nerwu błędnego usznego usznego (taVNS): technika, celowanie i rozważania. J. Vis. Exp. (2019 rok)

Ten film przedstawia przezskórną stymulację nerwu błędnego (taVNS), nieinwazyjną metodę modulowania aktywności mózgu. Elektrody umieszcza się na przedniej ścianie zewnętrznego przewodu słuchowego i tragusie, celując w gałąź uszną nerwu błędnego (ABVN). Po stymulacji powstały impuls nerwowy przemieszcza się do pnia mózgu, gdzie wpływa na wiele obszarów mózgu i ich funkcje

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem ludzi zostały przeprowadzone zgodnie z instytucjonalnymi, krajowymi i międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi dobrostanu ludzi i zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję rewizyjną.

1. Materiały

1. Upewnij się, że wszystkie materiały wymagane do podania taVNS są przygotowane (rysunek 1). Stymulator taVNS może być urządzeniem zasilanym bateryjnie, które spełnia lokalne przepisy bezpieczeństwa lub zasilanym z konwencjonalnego gniazdka elektrycznego z wbudowanymi mechanizmami bezpieczeństwa, które zapobiegają niezamierzonym przepięciom elektrycznym. Wymagany jest stymulator prądu stałego (sterowany prądem) o maksymalnej mocy wyjściowej 5 mA.
2. W przypadku taVNS należy stosować elektrody stymulacyjne wykonane z okrągłego metalu przewodzącego (cyna, Ag/AgCl, złoto) w połączeniu z medium przewodzącym, takim jak żel elektrolitowy lub pasta przewodząca (patrz tabela materiałów). Alternatywnie użyj elektrod przewodzących wykonanych z elastycznych przewodzących elektrod węglowych i żelu przewodzącego, które mogą, ale nie muszą, być adhezyjne. Nigdy nie umieszczaj elektrod bezpośrednio na skórze bez medium przewodzącego, ponieważ może to stanowić niepotrzebne ryzyko dla uczestnika i powodować dyskomfort lub ból.
3. Korzystać z uruchomionego na komputerze oprogramowania skryptowego (patrz tabela materiałów), które jest zaprogramowane i służy do sterowania stymulatorem i inicjowania stymulacji o określonych parametrach. Parametry te obejmują natężenie prądu (mA), szerokość impulsu (μs), częstotliwość (Hz), cykl pracy (czas włączania/wyłączania, s) i czas trwania sesji (min).
4. Użyj wacików nasączonych alkoholem (70% alkoholu izopropylowego), aby przygotować powierzchnię skóry przed przymocowaniem elektrod do ucha. Usuwa to oleje powierzchniowe ze skóry i zmniejsza opór skóry, zapewniając stymulację na bezpiecznym poziomie mocy.

2. Celowanie w uszy i przygotowanie skóry

1. Do przeprowadzania taVNS w środowisku badawczym należy stosować następujące ogólne kryteria włączenia: Wiek 18–70 lat, brak bólu twarzy lub ucha, brak niedawnego urazu ucha, brak metalowych implantów, w tym rozruszników serca, brak ciąży.
2. W eksperymentach z udziałem zdrowych uczestników w warunkach laboratoryjnych należy stosować następujące kryteria wykluczenia: osobista lub rodzinna historia napadów padaczkowych, zaburzenia nastroju lub układu krążenia, uzależnienie od alkoholu lub niedawnego zażywania nielegalnych narkotyków, wszelkie środki farmakologiczne, o których wiadomo, że zwiększają ryzyko napadów.
3. Posadź uczestnika na wygodnym łóżku lub krześle w pozycji leżącej na plecach lub w innej zrelaksowanej pozycji z nogami uniesionymi i podpartą głową.
4. Sprawdź lewe ucho uczestnika. Upewnij się, że nie jest założona żadna biżuteria, a cały makijaż i balsam zostały usunięte. Upewnij się, że w miejscu stymulacji nie ma przeciwwskazań związanych ze skórą, w tym oparzeń słonecznych, skaleczeń, zmian chorobowych, otwartych ran.
5. Znajdź cel stymulacji, oznaczony przez przednią ścianę zewnętrznego przewodu słuchowego na zewnątrz, znajdując tragus. Stymulacja będzie dostarczana do części przewodu słuchowego znajdującej się bezpośrednio za tragusem (ryc. 2).
6. Użyj wacika nasączonego alkoholem, aby delikatnie wyszorować miejsce docelowe, zarówno wewnętrznie, jak i zewnętrznie, aby zmniejszyć opór skóry i zwiększyć przewodność.

3. Przygotowanie i umieszczenie elektrod

1. W przypadku korzystania z elektrod jednorazowych należy dokonać oględzin elektrod, aby upewnić się, że odsłonięta jest czysta, wolna od korozji powierzchnia. Upewnij się, że elektrody są zdezynfekowane, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się bakterii między pacjentami. Można to zrobić za pomocą chusteczek nasączonych alkoholem lub chusteczek sterylizacyjnych do szorowania elektrod. Jeśli używasz elektrod jednorazowych, przejdź do kroku 3.2.
2. Równomiernie rozprowadź cienką warstwę pasty przewodzącej na powierzchni elektrody. Spowoduje to rozprowadzenie energii elektrycznej do miejsca stymulacji. W przypadku okrągłej elektrody o średnicy 8 mm wystarczająca jest ilość pasty wielkości ziarnka grochu. Rozprowadź pastę za pomocą wąskiego drewnianego aplikatora, aby utworzyć cienką warstwę pasty <1 mm na obu elektrodach.
3. Podłącz elektrod do urządzenia stymulacyjnego, gdy urządzenie jest wyłączone i sprawdź polaryzację elektrod (czerwona/elektroda dodatnia: anoda,/elektroda ujemna: katoda). Jest to ważny szczegół, ponieważ celowanie zależy od polaryzacji - anoda (czerwony/dodatni koniec) to elektroda umieszczona wewnątrz kanału słuchowego i skierowana na przednią ścianę zewnętrznego kanału słuchowego. Katoda (końcówka/ujemna) znajduje się na zewnątrz ucha, przymocowana do tragusa. W celu stymulacji pozorowanej anodę umieszcza się po przedniej stronie ucha.
4. Przypnij elektrodę sprężynową do tragusa tak, aby anoda stykała się z przednią ścianą zewnętrznego przewodu słuchowego i katodą stykającą się z przednią częścią tragusa.
   UWAGA: Jeśli przeprowadzasz pozorowaną stymulację, przypnij elektrodę do płatka ucha (aktywna kontrola). Alternatywnie, stymulacja pozorowana może być dostarczana poprzez przymocowanie klipsów stymulacyjnych do miejsca aktywnego i brak dostarczania prądu elektrycznego (kontrola pasywna).
5. Ponieważ badani będą odczuwać nacisk elektrod przypiętych do ucha, upewnij się, że ciśnienie to nie jest nieprzyjemne ani nie zakłóca regionalnego przepływu krwi, o czym świadczy blada biała skóra w miejscu klipsa lub ból fizyczny odczuwany przez badanego. Po tym momencie określ próg percepcyjny (PT), który zostanie opisany w następnym kroku proceduralnym.

4. Wyznaczanie progu percepcyjnego (PT)UWAGA: Próg percepcyjny

jest wartością krytyczną używaną do określenia mocy stymulacji taVNS. Wartość ta jest definiowana jako minimalna ilość energii elektrycznej wymaganej do postrzegania stymulacji elektrycznej na skórze opisanej jako uczucie kłucia lub mrowienia.

1. Określ PT za pomocą prostego binarnego wyszukiwania parametrycznego typu step-up i step-down. Najpierw włącz stymulator i ustaw wyjście na 3 mA. Dostarcz 1-sekundowy ciąg stymulacji taVNS o żądanej szerokości impulsu (zwykle 250–500 μs) i częstotliwości (25 Hz, może się różnić w zależności od zastosowania).
2. Zapytaj badanego, czy poczuł stymulację. Uczucie jest zwykle zgłaszane jako uczucie "łaskotania" lub "kłucia".
   1. Jeśli TAK, zmniejsz intensywność stymulacji o 50% i powtórz krok 4.2. Jeśli NIE, zwiększ intensywność stymulacji o 50% i powtórz krok 4.2.
3. Powtórz proces opisany w kroku 4.2 aż do zarejestrowania co najmniej 4 odpowiedzi "TAK", w których czwarta odpowiedź TAK musi nastąpić po NIE. Intensywność (w mA) PT będzie wartością, przy której badany powie swoją czwartą odpowiedź TAK.
4. Użyj przykładowego znajdowania progu PT wymienionego w tabeli 1, aby pomóc w określeniu PT.

5. Dostarczanie stymulacji

1. Gdy obiekt poczuje się komfortowo. elektrody stymulacyjne odpowiednio przymocowane do pożądanego celu, a próg percepcyjny wyznaczony na żądaną szerokość i częstotliwość impulsu, rozpocznij stymulację.
2. Użyj komputera z graficznym interfejsem użytkownika generującym impulsy (GUI, np. stimDesigner) połączonym z jednostką akwizycji danych (DAQ) do sterowania systemem stymulacji. Oprogramowanie powinno wyprowadzać impulsy logiki tranzystor-tranzystor (TTL) jako ustawienia programowalne (ilustracja 3). Impulsy TTL będą wysyłane za pomocą Bayonet Neill-Concelman (BNC) do portu "trigger in" stymulatora. Ten interfejs oprogramowania/stymulatora umożliwia modulację częstotliwości, cyklu pracy (czas włączenia/wyłączenia) i czasu trwania sesji (ilustracja 4).
   1. Upewnij się, że stymulacja jest dostarczana na poziomie superprogowym, takim jak 200% PT8,9. Na przykład, jeśli PT zostanie określone na 0,8 mA, stymulacja zostanie dostarczona przy 1,6 mA.
   2. Upewnij się, że wytyczne dotyczące cykli pracy są przestrzegane podczas przeprowadzania długich sesji stymulacji. Typowe cykle pracy mają 30–60 s okresów "włączenia" i 60–120 s okresów "wyłączenia" lub 20–50% cykli pracy.
   3. Zmieniaj długość sesji stymulacji (czas całkowity). Badania sugerują, że 30-60 minutowe sesje stymulacji przy 25% cyklu pracy są bezpieczne i wolne od jakichkolwiek ostrych skutków ubocznych lub zdarzeń niepożądanych. Sesje te można bezpiecznie powtarzać w odstępach 12–24 godzin.
      >UWAGA: bezpieczeństwo taVNS jest niejasne w przypadku dłuższych okresów sesji stymulacji, większych procentowych cykli pracy (>40%), przyspieszonych paradygmatów i wyższych dawek prądu stymulacji.

Wyniki

Rysunek 1: Kluczowe elementy. Minimalne składniki wymagane do prawidłowego podawania taVNS to: (A) elektrody do stymulacji uszu, (B) żel przewodzący i podkładki nasączone alkoholem, (C) komputer...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
70% chusteczki nasączone alkoholem izopropylowym	Dowolna	nie dotyczy	Wszelkie waciki nasączone alkoholem używane do skóry w odpowiednim zakresie.
Stymulator prądu stałego (wyzwalany)Stymulator	Soterix Medical	N/A	wyprodukowany do użytku na zamówienie przez Soterix
Medical Jednorazowe elektrody przewodzące	Specjalnie zbudowane	stymulacyjne N/A	są budowane na zamówienie w City College Neural Engineering Lab (Badran/Bikson)
Oprogramowanie Matlab z graficznym interfejsem użytkownika stymulacji	MathWorks	N/A	MATLAB używany do programowania wzorca impulsu
Ten20 Pasta przewodząca	Weaver and Company	N/A	Pasta przewodząca stosowana do podawania stymulacji

elektrody