Laboratoryjne podawanie przezskórnej stymulacji nerwu błędnego usznego (taVNS): technika, celowanie i rozważania

Podsumowanie

Opisano metodologiczny opis techniki, potencjalnych celów i prawidłowego podawania przezskórnej stymulacji nerwu błędnego (taVNS) na ucho ludzkie.

Streszczenie

Nieinwazyjna stymulacja nerwu błędnego (VNS) może być stosowana za pomocą nowatorskiej, rozwijającej się techniki neuromodulacyjnej znanej jako przezskórna stymulacja nerwu błędnego (taVNS). W przeciwieństwie do VNS z implantacją szyjki macicy, taVNS jest niedrogą i niechirurgiczną metodą stosowaną do modulacji układu błędnego. taVNS jest atrakcyjny, ponieważ pozwala na szybkie przełożenie podstawowych badań VNS i służy jako bezpieczny, niedrogi i przenośny system neurostymulacji do przyszłego leczenia chorób ośrodkowych i obwodowych. Opisano tło i uzasadnienie taVNS, wraz z rozważaniami elektrycznymi i parametrycznymi, prawidłowym celowaniem w ucho i mocowaniem elektrod stymulacyjnych, indywidualnym dawkowaniem poprzez określenie progu percepcji (PT) oraz bezpiecznym podawaniem taVNS.

Wprowadzenie

Nerw czaszkowy X, lepiej znany jako nerw błędny, to duży przewód nerwowy, który ma swój początek w pniu mózgu ośrodkowego układu nerwowego i przemieszcza się po obrzeżach, obierając za cel każdy główny organ w klatce piersiowej i jamie brzusznej (Rysunek 1)¹. Stymulacja nerwu błędnego (VNS) polega na chirurgicznym wszczepieniu elektrod bipolarnych wokół lewej gałęzi szyjnej nerwu błędnego. Impulsy elektryczne są dostarczane do nerwu błędnego za pomocą wszczepionego generatora impulsów (IPG) chirurgicznie wszczepionego w klatkę piersiową². Chociaż VNS jest obecnie zatwierdzony przez FDA do leczenia padaczki, depresji opornej na leczenie i przewlekłej otyłości, jest to kosztowna procedura wymagająca wizyty w szpitalu i operacji. Długoterminowe bezpieczeństwo VNS jest dobrze znane, a większość rozważań dotyczących bezpieczeństwa dotyczy obecnych skutków ubocznych związanych z nasileniem (ochrypły głos, ból gardła) bez poważnych skutków ubocznych związanych ze stymulacją w ciągu ostatnich 25 lat jego klinicznego stosowania³.

Ostatnio pojawiła się nieinwazyjna forma VNS znana jako przezskórna stymulacja nerwu błędnego (taVNS)⁴. taVNS dostarcza stymulację elektryczną do gałęzi usznej nerwu błędnego (ABVN), łatwo dostępnego celu, który unerwia ludzkie ucho⁵. W ciągu ostatniej dekady kilka grup wykazało bezpieczeństwo i tolerancję tej metody^6,7,8, w tym wpływ na ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy9^,10, oraz efekty behawioralne^7,11,12,13 w populacjach neuropsychiatrycznych. taVNS jest również badany u osób jako obiecujący wzmacniacz cognitive^14,15 i social functioning^16,17,18. Wraz z rozwojem taVNS oferuje badaczom i klinicystom możliwość szybkiego tłumaczenia obiecujących badań VNS, które zostały opisane w różnych zaburzeniach, od urazów neurologicznych i psychologicznych^19,20,21, addiction²², inflammation^{23, and} tinnitus^24,25.

Zasadniczo, taVNS jest metodologicznie podobny do tradycyjnie stosowanej przezskórnej elektrycznej stymulacji nerwów (TENS) stosowanej w leczeniu zaburzeń bólowych układu mięśniowo-szkieletowego²⁶. Różnica polega na tym, że taVNS jest dostarczany do określonych anatomicznych celów ucha, które uważa się za unerwione przez ABVN⁵. Dziedzina ta nadal określa optymalne cele stymulacji²⁷, chociaż dwa najczęstsze miejsca to przednia ściana zewnętrznego kanału słuchowego (tragus) i małżowina uszna. Stymulacja pozorowana może być prowadzona poprzez stymulację płatka ucha, obszaru, który uważa się za minimalny unerwienie ABVN (Rysunek 2). Alternatywnie, pozorowanie może być dostarczane za pomocą metody kontroli biernej, w której elektrody są przymocowane do miejsc aktywnych, ale nie jest dostarczana stymulacja. Parametry stymulacji mogą różnić się w zależności od grupy, jednak według literatury stymulacja jest dostarczana w sposób pulsacyjny (szerokość impulsu: 250–500 μs, częstotliwość: 10–25 Hz) i dostarczany przy zindywidualizowanym prądzie stałym (<5 mA). Prąd stymulacji różni się w zależności od indywidualnego i eksperymentalnego protokołu, przy czym wiele grup bada różne intensywności w funkcji indywidualnego progu percepcyjnego (PT). PT jest definiowany jako minimalna ilość prądu wywołująca odczuwalne odczucie w miejscu docelowym i jest zwykle określany za pomocą oszacowania parametrycznego za pomocą dostosowanego oprogramowania do testowania sekwencyjnego (PEST) opisanego w niniejszym raporcie.

taVNS to bezpieczna technika, która może być stosowana w warunkach laboratoryjnych lub klinicznych. Skutki uboczne taVNS są minimalne, a najczęstszym skutkiem ubocznym jest podrażnienie lub zaczerwienienie skóry. Większość badań taVNS dotyczy stymulacji lewego ucha, ponieważ uważa się, że jest ona bezpieczniejsza, chociaż dane z dużego badania (Badran i in. 2018) pokazują, że stymulacja prawostronna nie zwiększa ryzyka zdarzeń niepożądanych. Ze względu na bogactwo literatury na temat jednostronnej stymulacji lewej strony, zilustrujemy typową konfigurację taVNS dla badań laboratoryjnych badających zastosowanie lewostronnej taVNS jako interwencji.

Protokół

Ten eksperymentalny protokół ilustruje typową konfigurację taVNS do użytku w warunkach laboratoryjnych lub klinicznych, w której naszym celem jest stymulacja przedniej ściany kanału słuchowego (tragus) w pozycji leżącej na plecach za pomocą okrągłej metalowej elektrody o średnicy 8mm. Metody te można naśladować w przypadku alternatywnych aktywnych miejsc leczenia, po prostu zmieniając pozycję elektrody na małżowinę konchową. Wszystkie metody i procedury zostały zatwierdzone przez IRB przez Human Research Protection Program (HRPP) w City College New York.

1. Materiały

1. Upewnij się, że wszystkie materiały wymagane do podania taVNS są przygotowane (Rysunek 3). 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), 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 z powierzchni skóry i zmniejsza opór skóry, zapewniając stymulację na bezpiecznym poziomie mocy.

2. Celowanie w uszy i przygotowanie skóry

1. Do przeprowadzenia taVNS w środowisku badawczym należy zastosować 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 (Rysunek 4).
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 rozmieszczenie elektrod

1. Jeśli używasz elektrod jednorazowych, należy je wizualnie sprawdzić, aby upewnić się, że odsłonięta jest czysta, wolna od korozji powierzchnia. Upewnij się, że elektrody są zdezynfekowane, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się bakterii między obiektami. 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 <1 mm pasty 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 przymocowanego 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, a katoda stykała się z przednią częścią tragusa.
   nuta: W przypadku prowadzenia stymulacji pozorowanej przypiąć elektrodę do płatka ucha (kontrola aktywna). 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 krytyczną wartością 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. Powtarzaj 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 wypowiada swoją czwartą odpowiedź TAK.
4. Użyj przykładu, w którym znajdowanie progu PT jest wymienione w tabeli 1, aby pomóc w określeniu PT.

5. Dostarczanie stymulacji

1. Gdy badany poczuje się komfortowo, elektrody stymulacyjne są odpowiednio przymocowane do pożądanego celu, a próg percepcyjny jest określony na żądaną szerokość i częstotliwość impulsu, rozpocznij stymulację.
2. Użyj komputera z graficznym interfejsem użytkownika generującym impulsy (np. stimDesigner, freeware dołączonym do tego manuskryptu) podłączonego do jednostki akwizycji danych (DAQ) do sterowania systemem stymulacji. Oprogramowanie powinno wyprowadzać impulsy TTL jako programowalne ustawienia ( Rysunek 5). Impulsy TTL będą przesyłane BNC do portu "trigger in" stymulatora. Ten interfejs oprogramowania/stymulatora umożliwia modulację częstotliwości, cyklu pracy (czas włączenia/wyłączenia) i czasu trwania sesji ( Rysunek 6). Używany graficzny interfejs użytkownika jest dołączony jako bezpłatny zasób o otwartym kodzie źródłowym do tego rękopisu.
   1. Upewnij się, że stymulacja jest dostarczana na bardzo wysokich poziomach, takich jak 200% klasy PT ^8,< sup class = "xref">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.

6. Po taVNS

1. Po zakończeniu stymulacji zapisz obiektywne dane dotyczące dyskomfortu stymulacji i skutków ubocznych. Chociaż taVNS, podobnie jak wszczepialny VNS, ma ograniczone obawy dotyczące bezpieczeństwa^8,28, monitoruj i rejestruj odczucia, dyskomfort i wszelkie zdarzenia niepożądane w skali od 0 do 10²⁹.
2. Wyjmij elektrodę stymulacyjnej z ucha i usuń resztki pasty przewodzącej z ucha pacjenta za pomocą wacika nasączonego alkoholem.
3. Użyj alkoholu do czyszczenia i dezynfekcji elektrody stymulacyjnej natychmiast po wyjęciu z ucha pacjenta.
4. Sprawdź ucho pod kątem zaczerwienienia lub podrażnienia w miejscu stymulacji i zapisz wszelkie obserwacje.

Wyniki

Gdy przeprowadza się odpowiednie przygotowanie skóry, progi percepcyjne są odwrotnie skorelowane z szerokością impulsu stymulacji. Wraz ze wzrostem szerokości impulsu próg percepcyjny maleje (Rysunek 7). Wstępne badania tej grupy badające wpływ szerokości impulsu na PT u osób zdrowych (spełniających kryteria włączenia/wyłączenia wymienione powyżej) wykazały, że łączne ogólne (n = 15, 7 kobiet, średnia wieku 26,5 ± 4,99) PT przy 100 μs = 3,92 ± 1,1 mA; 200 μs = 2,24 ± 0,74 mA; 500 μs = 1,24 ± 0,41 mA. Progi te sugerują, że do stymulacji o parametrach szerokości impulsu 500 μs wymagany jest stymulator prądu o natężeniu do 5 mA, a dla niższych szerokości impulsów wymagany jest stymulator o natężeniu co najmniej 10 mA (tab. 2). Wymagane jest precyzyjne dostrojenie prądu, przy czym do precyzyjnej stymulacji konieczne jest dostrojenie prądu z przyrostami 0,1 mA.

Dostarczanie stymulacji przy 200% PT jest tolerowane i względnie bezbolesne, jak pokazują skale numerycznej oceny bólu (NRS)9^,30. Skala NRS to system oceny bólu od 0 do 10, w którym osoby zgłaszają ból lub dyskomfort²⁹. Zarówno aktywna, jak i pozorowana stymulacja wykazują podobnie niski poziom bólu (NRS <3 dla wszystkich szerokości impulsów stymulacji. Dokładniej rzecz ujmując, biologicznie aktywny impuls o szerokości 500 μs dostarczany przy 25 Hz jest podawany średnio jako Aktywny = 1,98 ± 0,83, Pozorny = 2,17 ± 1,27 (n = 25, 9 kobiet, średni wiek 25,16 ± 4,16 lat) (Tabela 3). Oceny bólu dla innych parametrów nie są bardziej bolesne niż parametr 25 Hz, a szczegóły można znaleźć we wcześniejszych grupach work³⁰.

Bezpieczeństwo i tolerancja sesji trwających od 30 minut do 1 godziny przy 20-50% cyklu pracy były szeroko opisywane w literaturze, a niektóre badania przewidujące wiele sesji tego samego dnia były rozłożone na 12-15 godzin w odstępie 12-15 godzin^12,31. Nie zgłoszono żadnych poważnych zdarzeń niepożądanych u 60 osób biorących udział w kilku seriach eksperymentów, w których uczestnicy uczestniczyli od 1 do 8 powtarzających się wizyt w odstępie co najmniej 24 godzin.

taVNS, podawany zgodnie z opisem w tym manuskrypcie, okazał się modulować autonomiczny układ nerwowy, indukować funkcjonalne zmiany aktywności mózgu mierzone za pomocą fMRI BOLD i był pilotowany w leczeniu zaburzeń neuropsychiatrycznych i pomocy w rehabilitacji.

Rysunek 1: Projekcje odprowadzające nerwu błędnego i przekrój poprzeczny.(A) Eferentne projekcje nerwu błędnego celują w każdy główny narząd na ciele, wywierając szeroki wpływ na funkcje organizmu (B) Przekrój nerwu błędnego, demonstrując wewnętrzną anatomię nerwu jako szereg wiązek nerwów zawartych w jednej głównej ścieżce. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Cele uszne taVNS. Celowanie w ABVN można osiągnąć poprzez stymulację przedniej ściany zewnętrznego przewodu słuchowego, oznaczonej w szczególności tragusem (A1) lub małżowiną małżowską (A2). Stymulację pozorowaną podaje się do płatka ucha (S). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Kluczowe komponenty. Minimalne składniki wymagane do prawidłowego podawania taVNS to: (A) elektrody do stymulacji uszu, (B) żel przewodzący i podkładki nasączone alkoholem, (C) komputer zdolny do wysyłania i odbierania impulsów TTL do (D) stymulatora prądu stałego w celu wyzwolenia stymulacji. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Przykładowa konfiguracja. To zdjęcie pokazuje osobę otrzymującą taVNS z lewego ucha, gdy jest w pozycji do poddania się eksperymentalnemu paradygmatowi. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Zrzut ekranu graficznego interfejsu użytkownika używanego do stymulacji. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Manipulacje falami stymulacji elektrycznej. Prąd elektryczny o bezpośredniej fali prostokątnej może być dostarczany przy różnych parametrach. Rysunek ten przedstawia kluczowe właściwości przebiegu, które można zmienić w celu osiągnięcia pożądanych efektów biologicznych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 7: Wartości progów percepcji przy rosnących szerokościach impulsów. Wraz ze wzrostem szerokości impulsu zmniejsza się próg percepcyjny (PT). Większość zdrowych osób będzie miała PT w granicach 2 odchyleń standardowych (SD) od tych średnich wartości. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Tabela 1: Przykład sposobu określania progu percepcyjnego (PT). W poniższej tabeli przedstawiono przykładową sekwencję odpowiedzi Tak/Nie używaną do parametrycznego określania PT.

Tabela 2: Poziomy prądu stymulacji. Wartości prądu stymulacji w mA (200% PT) dla każdej szerokości impulsu (n=15).

Tabela 3: PT, prąd stymulacji i wartości bólu dla sugerowanych parametrów stymulacji. Wartości prądu stymulacji w mA (200% PT) dla każdej szerokości impulsu (n=25).

Plik uzupełniający: Freeware GUI używany w tym protokole. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

Podobnie jak w przypadku wszystkich nowych metod, wszystkie opisane kroki mają kluczowe znaczenie dla bezpiecznego podawania taVNS. Najważniejszą kwestią jest bezpieczeństwo pacjenta, które obejmuje nie tylko ograniczanie ryzyka przed taVNS poprzez odpowiednie badania przesiewowe, ale także monitorowanie badanych podczas stymulacji pod kątem dyskomfortu, bólu lub zdarzeń niepożądanych. Oto trzy najważniejsze kwestie, które należy wziąć pod uwagę przy podawaniu taVNS. Badania przesiewowe w kierunku przeciwwskazań taVNS - przeciwwskazania są następujące: jakakolwiek obecna lub przeszła historia zaburzeń sercowo-naczyniowych, ból twarzy lub ucha, niedawny uraz ucha, metalowe implanty powyżej poziomu szyi. W celu prawidłowego przygotowania skóry pacjenta, usunięcie wszelkich olejków powierzchniowych, brudu lub makijażu z powierzchni skóry za pomocą alkoholu pomaga w przewodzeniu elektrod, zmniejsza napięcie stymulacji wymagane do napędzania stymulatora i ostatecznie skutkuje bardziej tolerowaną i bezpieczną sesją stymulacji. Zachęca się do stosowania stymulatora i elektrod spełniających wytyczne dotyczące przezczaszkowej stymulacji elektrycznej o niskiej mocy (LOTES)³². LOTES ustala wytyczne i standardy branżowe dla stymulatorów elektrycznych, które są przeznaczone do stymulacji głowy i szyi, i zachęca się grupy do zapoznania się z tym dokumentem przed zbudowaniem własnych systemów. Zaleca się stosowanie stymulatora wtykowego zatwierdzonego przez FDA (patrz tabela materiałów) lub niskonapięciowego (<50 V), zasilanego bateryjnie, stabilizatora prądu z wbudowanymi odpowiednimi środkami bezpieczeństwa, aby uniknąć niezamierzonego nadmiernego dostarczania prądu do miejsca stymulacji. Upewnij się, że elektrody są wyprodukowane i zmontowane do określonego użytku w taVNS. Upewnij się, że aktualne wytyczne dotyczące produkcji i inżynierii są przestrzegane jako odniesienie, jeśli używane są niestandardowe systemy wyprodukowane w laboratorium.

Jednym z czynników branych pod uwagę przy taVNS jest zapewnienie, że napięcie wyjściowe stymulatora prądu stałego może przezwyciężyć opór skóry i dostarczyć prąd wymagany do stymulacji. Prawo Ohma (V=IR) pokazuje zależność między prądem (I) a rezystancją skóry (R). Zalecany jest stymulator stołowy o napięciu co najmniej 20 V, aby uniknąć systemu o zbyt małej mocy. Ciepło wytwarzane przez skórę głowy lub otoczenie może powodować degradację pasty przewodzącej. W takim przypadku zaleca się przerwanie stymulacji i ponowne przygotowanie skóry i elektrod za pomocą nowej pasty przewodzącej.

Ograniczeniem taVNS jest ogromna przestrzeń parametrów. Nie wiadomo, co jest ważniejsze – szerokość impulsu czy częstotliwość. Brakuje danych z ostatnich badań taVNS, które odpowiadałyby na takie pytania. Różne efekty behawioralne wynikają z różnych szerokości impulsów, częstotliwości i prądów stymulacji 13,33,34,35,36,37,38,39.

W tej chwili sugeruje się, że szerokość impulsu 500 μs jest najbardziej aktywna biologicznie⁹. Jeśli chodzi o częstotliwość, wykazano, że 25 Hz jest częstotliwością efektywną, chociaż obecnie prowadzone są badania nad optymalnymi, takimi jak wyższe częstotliwości (>25 Hz), obustronna stymulacja (lewe i prawe ucho) oraz eksperymentalne paradygmaty wybuchów. Potrzebne są badania badające różne parametry stymulacji, alternatywne miejsca stymulacji i optymalizację cyklu pracy, aby rozwinąć i udoskonalić metodę taVNS.

taVNS jest obiecującą, nieinwazyjną alternatywą dla konwencjonalnego VNS. taVNS zapewnia niedrogą (<5000 USD w zademonstrowanej konfiguracji eksperymentalnej, koszt w dużej mierze zależy od rodzaju użytego stymulatora) i prostą metodę, która może być wykorzystana do przełożenia pozytywnych wyników w modelach zwierzęcych badających zastosowanie VNS na różne zaburzenia, nieinwazyjną modulację autonomicznego układu nerwowego oraz potencjalnie zminiaturyzowaną i zoptymalizowaną pod kątem domowej neuromodulacji w leczeniu zaburzeń neuropsychiatrycznych i innych.

Przyszły potencjał i możliwe zastosowania taVNS są ogromne. taVNS może służyć jako obiecujące leczenie wspomagające lub samodzielne leczenie zaburzeń neuropsychiatrycznych, takich jak depresja i padaczka, trening rehabilitacyjny sparowany z taVNS w celu przywrócenia lub przyspieszenia uczenia się zachowania⁴⁰, zmniejszenia odpowiedzi zapalnej^41,42 i może być potencjalnie stosowany w celu poprawy wydajności i funkcji autonomicznej ^8,10.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
70% chusteczki nasączone alkoholem izopropylowym	Wszelkie	dotyczy	Wszelkie waciki nasączone alkoholem używane do skóry w odpowiednim przypadku.
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