Artykuł metodologiczny

Wysokorozdzielcza przezczaszkowa stymulacja prądem stałym podczas snu

DOI:

10.3791/68911

⸱

5 grudnia 2025

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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Protokół ten opisuje wysokorozdzielczą przezczaszkową stymulację prądem stałym podczas snu z jednoczesnym monitorowaniem elektroencefalografii w celu zbadania przyczynowych zależności między docelowymi obszarami mózgu a snem oraz powiązanymi procesami.

Streszczenie

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

Stymulacja prądem stałym przezczaszkowym o wysokiej rozdzielczości (HD-tDCS) umożliwia wysoką precyzyjną modulację aktywności nerwowej podczas snu. Protokół ten przedstawia kompleksową metodologię stosowania HD-tDCS z konfiguracją elektrod pierścieniowych 4 x 1, jednocześnie rejestrując elektroencefalografię wysokiej rozdzielczości (HD-EEG) w celu monitorowania architektury snu i efektów stymulacji. Technika ta umożliwia systematyczne strojenie wielu parametrów, gdzie każdy wybór parametrów prowadzi do unikalnych wyników neurofizjologicznych. Daje to możliwość namierzenia konkretnych obszarów mózgu i wzorców oscylacyjnych dostosowanych do pytania badawczego. Pomyślna implementacja tego protokołu wymaga uwagi na rozmieszczenie elektrod, zarządzanie impedancją oraz możliwość etapowania etapowania snu w czasie rzeczywistym. Wszechstronność tej metodologii oraz jej zdolność do uwzględniania przyczynowych zależności w fizjologii snu skłaniają do szerokiego zakresu zastosowań – od podstawowej neurobiologii po interwencje kliniczne oparte na optymalizacji snu. Ustandaryzowane, lecz elastyczne ramy opisane tutaj ustanawiają HD-tDCS jako solidną platformę do systematycznych badań neurobiologii snu oraz jej klinicznych konsekwencji.

Wprowadzenie

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

Sen jest niezbędny dla zdrowia mózgu i funkcji poznawczej, a specyficzne oscylacje snu odgrywają kluczową rolę wspierającą i regenerującą. Zdolność modulowania tych oscylacji snu daje wyjątkowe możliwości ustalenia przyczynowości między snem, aktywnością mózgu a poznaniem. W ostatnich latach pojawiły się różne techniki neuromodulacji, a przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) obiecuje jako nieinwazyjne podejście do modulowania aktywności nerwowej podczas snu 1,2,3,4.

Konwencjonalne tDCS stosuje prąd stały przez duże elektrody padowe, zazwyczaj o wymiarach 25-35 cm2, co skutkuje stosunkowo rozproszoną stymulacją5. Skuteczność i specyficzność tDCS podczas snu zależą od kilku kluczowych parametrów, które można systematycznie manipulować. Umieszczenie elektrod zasadniczo decyduje, które obszary korowe są stymulowane; Konfiguracje dwuczołowe mogą albo wzmacniać wolne oscylacje i wrzeciona snu 6,7, albo skrócić całkowity czas snu8, w zależności od montażu i polaryzacji. Intensywność bieżąca (zazwyczaj 0,2-2,0 mA) wykazuje wpływ zależny od dawki zarówno na wielkość reakcji neurofizjologicznych, jak i tolerancję uczestników9. Parametry czasowe, takie jak całkowity czas trwania stymulacji, czas rampy oraz struktura protokołu (ciągła vs. przerywana z określonymi interwałami między stymulacjami), determinują zarówno efekty natychmiastowe, jak i następcze; Na przykład protokoły przerywane z przerwami wolnymi od stymulacji mogą zwiększyć pobudliwość kory ruchowej, jednocześnie zmniejszając adaptację10. Dodatkowo, czas stymulacji względem architektury snu wpływa na wyniki; na przykład stymulacja snu na etapie 2 (N2) głównie wpływa na wrzeciona i wolne oscylacje 6,7, podczas gdy stymulacja snu z szybkim ruchem oczu (REM) wpływa na samoświadomość podczas snów11. Ta różnorodność wyników wynikająca z takich subtelności w doborze parametrów ilustruje niezwykłą wrażliwość architektury snu – i powiązanych procesów, takich jak poznanie – na celowaną neuromodulację.

TDCS wysokiej rozdzielczości (HD-tDCS) wykorzystuje mniejsze elektrody, takie jak montaż pierścieniowy 4 x 1 (około 0,95 cm² powierzchni w porównaniu do 2-35 cm² dla konwencjonalnych elektrod gumowych), co pozwala na bardziej ogniskowe celowanie obszarów mózgu z większą precyzją przestrzenną – definiowane jako zdolność koncentrowania prądu elektrycznego w określonym celu przy jednoczesnym minimalizowaniu rozprzestrzeniania się na sąsiednie obszary – w porównaniu do większych gumowy elektrod stosowanych wcześniej12. HD-tDCS generuje również bardziej ograniczony rozkład pola elektrycznego, a generowany prąd jest w dużej mierze ograniczony do obszarów korowych bezpośrednio pod elektrodami13. Ta zaawansowana specyficzność przestrzenna minimalizuje efekty poza celem i toruje drogę do wysokiej precyzyjnej korelacji funkcjonalnej między miejscami stymulacji a obserwowanymi wynikami14. Ta selektywność pozwala na dokładniejsze testowanie hipotez specyficznych dla regionu mózgu, jednocześnie ograniczając zakłócające wpływy niezamierzonej stymulacji sąsiednich obszarów kory 5,12,13,14,15. Zwiększona precyzja ogniskowa i dokładność HD-tDCS umożliwiają mechanistyczne badania konkretnych obszarów mózgu oraz ich powiązań z różnymi aspektami fizjologii i poznania snu. Elastyczność HD-tDCS jest wzmacniana w połączeniu z ciągłymi zapisami neurofizjologicznymi, takimi jak ciągła elektroencefalografia wysokiej rozdzielczości (EEG). Dlatego platforma o tak dużym potencjałie translacyjnym jest zdolna do rozwoju zarówno podstawowych badań neuronaukowych, jak i rozwoju interwencji klinicznych w zakresie snu i schorzeń neuropsychiatrycznych4.

Protokół ten opisuje kompleksową metodologię stosowania HD-tDCS podczas snu, wykorzystując konfigurację pierścienia 4 x 1, jednocześnie rejestrując EEG w celu monitorowania architektury snu i efektów stymulacji. Podejście to zostało zaprojektowane tak, aby było wszechstronne, pozwalając badaczom dostosowywać parametry stymulacji do różnych pytań związanych z neurobiologią snu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Badanie zostało zatwierdzone i przeprowadzone zgodnie z wytycznymi etycznymi naszego instytutu. Od uczestników badania uzyskano świadomą zgodę z pełnym wyjaśnieniem procedur, ryzyka i korzyści.

1. Przeciwwskazania i kwestie bezpieczeństwa

  1. Przed rozpoczęciem eksperymentu należy potwierdzić, że uczestnik nie ma przeciwwskazań do HD-tDCS zgodnie z aktualnymi wytycznymi bezpieczeństwa16,17 (Tabela 1).
  2. Dokładnie sprawdź skórę głowy uczestnika pod kątem zmian skórnych. Unikaj stymulowania miejsc z uszkodzeniami lub stanem zapalnym.
  3. Przejrzyj leki uczestnika, ponieważ leki działające na ośrodkowy układ nerwowy mogą zmieniać efekty stymulacji.
  4. Uzyskaj świadomą zgodę z pełnym wyjaśnieniem procedur, ryzyka i korzyści.
  5. Przesiew objawów wyjściowych16 pod kątem wcześniejszych objawów, które mogą być mylone z efektami stymulacyjnymi 16,17. Należą do nich: ból głowy, dyskomfort skóry głowy, mrowienie, swędzenie, pieczenie, zaczerwienienie skóry, senność, trudności z koncentracją oraz zmiany nastroju.

2. Przygotowanie sprzętu

UWAGA: Protokół ten opisuje użycie oddzielnych, niezależnych urządzeń do nagrywania HD-tDCS i EEG (Rysunek 1). Niektóre komercyjnie dostępne systemy integrują zarówno możliwości stymulacji, jak i nagrywania w jednym urządzeniu. Użytkownicy takich zintegrowanych systemów powinni zapoznać się z instrukcjami specyficznymi dla producenta.

  1. Zbierz cały niezbędny sprzęt i materiały (Tabela 2, Rysunek 2 i Rysunek 3).
  2. Upewnij się, że konwencjonalne urządzenie tDCS ma odpowiednie zasilanie.
    1. Włącz oba urządzenia i sprawdź stan zasilania zgodnie ze specyfikacją producenta.
    2. W przypadku urządzeń zasilanych bateriami: Jeśli zapalą się wskaźniki niskiego poziomu baterii, wymień baterie (w systemach wymiennych przez użytkownika) lub naładuj urządzenie (w przypadku zintegrowanych systemów baterii).
    3. W przypadku urządzeń sterowanych programowo: Sprawdź status zasilania za pomocą interfejsu sterującego.
    4. W przypadku urządzeń zasilanych z sieci: Upewnij się, że jest prawidłowo podłączone do gniazdka z odpowiednią izolacją medyczną.
  3. Sprawdź wszystkie elektrody pod kątem oznak nietypowego zużycia lub uszkodzeń.
    1. W przypadku elektrod pierścieniowych spiekanych Ag/AgCl: Sprawdź osady produktów elektrolizy na powierzchni elektrody.
    2. W przypadku elektrod z gumy węglowej: Sprawdź pęknięcia, kruchość lub nierówne zużycie.
    3. W przypadku jednorazowych elektrod: Sprawdź, czy nie przekroczyły one limitów jednorazowego lub zalecanego użycia.
    4. Wymień uszkodzone lub nadmiernie używane elektrody zgodnie z wytycznymi producenta dotyczącymi częstotliwości wymiany.
  4. Podłącz kable elektrod pierścieniowych Ag/AgCl ze spiekanymi odbiornikami na kablu wyjściowym adaptera 4 x 1.
    1. Podłącz przewód elektrody środkowej do wtyczki odbiornika.
    2. Podłącz pozostałe elektrody do otaczających wtyczek.

3. Przygotowanie elektrod EEG i HD-tDCS (Rysunek 2 i Rysunek 3)

  1. Wybierz odpowiedni rozmiar czapki EEG dla uczestnika na podstawie obwodu głowy. Zapoznaj się z instrukcją producenta dotyczącą wyboru rozmiaru kondensatora EEG.
  2. Określ konfigurację polaryzacji elektrod HD-tDCS na podstawie celów badania. Przy stymulacji anodowej elektroda środkowa pełni funkcję anody (dodatnia), a otaczające elektrody jako katody (ujemne). Dla stymulacji katodowej elektroda środkowa pełni rolę katody (ujemnej), a otaczające elektrody jako anody (dodatnie). Typowe miejsca (i oczekiwane cele mózgowe) to:
    1. Użyj dwustronnego ustawienia czołowo-bocznego (F3/F4), aby ukierunkować korę przedczołową6.
    2. Użyj centralnego (cz) umiejscowienia, aby celować w obszary sensoryczno-ruchowe18.
    3. Użyj pozycji potylicznej (Oz), aby ukierunkować korę wzrokową19.
    4. Użyj kości ciemieniowej (P3/P4) do celowania w kory asocjacyjnej20.
    5. Opcjonalnie) Wykorzystanie obliczeniowego modelowania pola do wizualizacji i optymalizacji rozkładu prądu ( rysunek 4):
      1. Uzyskaj strukturalne MRI uczestnika, jeśli jest dostępne, lub użyj standardowego modelu głowy.
      2. Użyj oprogramowania do modelowania terenu (np. SIMNIBS, ROAST lub narzędzi specyficznych dla producenta, takich jak HD-Explore), aby zasymulować przepływ prądu 21,22.
      3. Pozycje elektrod wejściowych i parametry stymulacji (natężenie prądu, polaryzacja).
      4. Oceń przewidywany rozkład pola, aby zapewnić odpowiednie celowanie w zamierzony obszar zainteresowania.
      5. Dostosuj pozycje elektrod w razie potrzeby, aby zoptymalizować ogniskość i intensywność pola na celu.
  3. Usuń elektrody rejestrujące EEG w wybranym miejscu stymulacji z nasadki EEG. Pozwala to elektrodam stymulacyjnym HD-tDCS zajmować te pozycje, dzięki czemu mają bezpośredni kontakt ze skórą głowy przez te same otwory w nasadce. Usunięte elektrody EEG nie mogą rejestrować istotnych danych z tych miejsc podczas stymulacji ze względu na nasycenie prądem stymulacyjnym.
  4. Wkładaj elektrody HD-tDCS lub uchwyty na elektrody do kondensacji (Rysunek 2).
    UWAGA: Niektóre systemy HD-tDCS wykorzystują elektrody bezpośrednio wkładane do nasadki, bez oddzielnych uchwytów. Postępuj zgodnie z instrukcjami producenta.
    1. W przypadku systemów z uchwytami na elektrody: Ustaw i zabezpiecz uchwyty tak, aby strona z nasadką była skierowana na zewnątrz kapy EEG, a przeciwległa strona (bez kapsułki) skierowana do wnętrza kapsułki EEG, tak aby stykała się ze skórą głowy uczestnika.
    2. W przypadku systemów z elektrodami z bezpośrednim wstawianiem: Przestrzegaj wytycznych producenta dotyczących prawidłowej orientacji i mechanizmu zabezpieczenia elektrod.
  5. Nałóż klejową pastę przewodzącą (o wysokiej lepkości, wolna od chlorków; Ten-20) do przygotowania nasadki EEG, zgodnie z zaleceniami producenta.
    1. Odwróć nasadkę EEG na lewą stronę i załóż ją na piankową głowicę.
    2. Spłaszcz wszelkie zagniecenia na tkaninie czapki.
    3. Używając dźwigacza językowego, pokryj elektrody EEG pastą. Nie używaj pasty na elektrodach stymulujących HD-tDCS.
    4. Uformuj pastę w kopuły. Nakładaj mniej pasty z przodu, gdzie jest mniej włosów, a więcej na czubku głowy i z tyłu głowy.
    5. Unikaj nakładania zbyt dużej ilości pasty na każde miejsce elektrody i zostawiania pasty na tkaninie, ponieważ nadmierne rozlanie może powodować powstawanie mostów.

4. Ustawienie uczestników

  1. Usiądź uczestnika wygodnie na krześle.
  2. Aplikuj elektrody odniesienia twarzy i ziemi klejącą klejącą masą przewodzącą za pomocą złotych elektrod kubkowych. Zabezpiecz elektrody taśmą medycznej.
    1. Oczyść miejsca gazą alkoholowym, złuszczać łagodnie ściernym żelem przygotowującym (np. Nuprep) na waciku (np. patyczkiem higienicznym) i usunąć wszystkie płyny suchą gazą. Miejsca elektrod spełniają standardowe wymagania montażowe polisomnografii dotyczące etapów snu zgodnie z kryteriami Amerykańskiej Akademii Medycyny Snu (AASM)nr 23 i obejmują:
      Odniesienie (czoło); Służą jako elektrody referencyjne
      A1/A2 (sutki, kość za uszami); służą jako elektrody referencyjne.
      LOC/ROC (prawy i lewy zewnętrzny canthi przy oczach, prawy uniesiony, lewy opuszczony); Rejestruj ruchy oczu.
      EMG (2 na brodę); Zapisuj napięcie mięśni, aby rozróżnić fazy snu.
      Uziemienie (obojczyk/obojczyk); stabilizuje wzmacniacz i redukuje szum wspólny.
    2. Napełnij elektrody klejącą pastą przewodzącą i nałóż na miejsce pracy, unikając odsłaniania pasty z tyłu elektrody.
    3. W przypadku elektrody powrotnej HD-tDCS umieść odpowiednią elektrodę stymulacyjną na obojczyku i zabezpiecz ją taśmą. Stosuj roztwór soli fizjologicznej lub żel zgodnie ze specyfikacją producenta.
  3. Zlokalizuj i zaznacz centralny punkt do umieszczenia kaptury EEG.
    1. Najpierw zlokalizuj wierzchołek (Cz).
      1. Zmierz odległość od nosa (połączenia kości czołowych i nosowych) do nacięcia (najbardziej widocznego punktu kości potylicznej). Zaznacz połowę drogi linią.
      2. Zmierz odległość między lewym a prawym punktem przeduchowym. Zaznacz połowę drogi linią.
      3. Cz leży na skrzyżowaniu tych linii. Delikatnie spryskaj włosy wodą za pomocą sprzacza ( rysunek 3), aby ułatwić umieszczenie kapułki EEG.
  4. Odwróć przygotowaną czapkę EEG ciasno i wygodnie na głowie uczestnika, celując w elektrodę Cz z oznaczonym miejscem Cz. Przymocuj czepkę EEG na głowie uczestnika za pomocą pasków podbródkowych.
  5. Za pomocą strzykawki wypełnij miejsca elektrod żelem przewodzącym (np. e-żelem).
    1. Lekko podciągnij elektrodę i włóż grubą, tępą końcówkę igły w środek elektrody. Delikatnie poruszaj igłą, aby odsunąć włosy i nałóż żel przewodzący (~0,5 mL). Delikatnie dociśnij elektrodę w dół, aby zapewnić mocne połączenie żelu, klejącej pasty przewodzącej a skóry głowy.
    2. Unikaj rozprzestrzeniania żelu poza obwód elektrody, aby zapobiec przesuwaniu prądu.
    3. Nałóż bardziej przewodzący żel na czubek głowy i tył głowy, aby zrekompensować większą gęstość włosów.
    4. Dociskaj każdą elektrodę do skóry głowy.
  6. Umieść elektrody pierścieni spiekanej Ag/AgCl w każdym uchwytie elektrody HD-tDCS ( rysunek 2, prawy panel).
    1. Umieść tak, że szorstka powierzchnia jest skierowana w dół, a gładka, zaokrąglona powierzchnia do góry.
    2. Opuść elektrodę pierścieniową, aż spocznie na podstawie uchwytu.
    3. Dodaj więcej żelu przewodzącego o wysokiej lepkości (np. żelu HD), aby pokryć elektrodę.
    4. Użyj dołączonych kondensatorów, aby zablokować elektrody na miejscu.

5. Konfiguracja systemu HD-EEG

  1. Przygotuj odpowiednie oprogramowanie dla komputera nagrywającego.
  2. Jeśli w grę wchodzi headbox o wysokiej gęstości (lub podobny sprzęt), upewnij się, że wszystkie elektrody są podłączone do odpowiednich wzmacniaczy. Ten etap może obejmować użycie kabla z konektorem światłowodowym, a konfiguracja sprzętu nagrywającego może występować w różnych wariantach.
  3. Na tym etapie nie podłączaj elektrod stymulacyjnych.
  4. Włącz wzmacniacz i uruchom oprogramowanie do nagrywania EEG.
    1. Po utworzeniu nowego pliku badawczego wybierz odpowiednią opcję profilu dla montażu o wysokiej gęstości.
    2. Zweryfikowaj miejsce docelowe przechowywania plików oraz filtry odpowiednie do montażu.
  5. Sprawdź impedancje.
    1. Ustaw limit impedancji na 25 kΩ i celuj w impedancje poniżej 10 kΩ.
    2. Dla elektrod o wysokiej impedancji rozważ następujące regulacje:
      1. Jeśli wszystkie lub większość są wysokie, sprawdź, czy wszystkie elektrody są prawidłowo podłączone. Sprawdź elektrodę referencyjną i, jeśli to konieczne, ponownie ją wykonaj.
      2. Jeśli wszystkie lub większość jest wyjątkowo niska, sprawdź, czy masa jest podłączona.
      3. Jeśli połowa jest całkowicie czerwona, sprawdź, jak dobrze dopasowano jest kondensator i wzmacniacz.
      4. Jeśli pojedyncza elektroda jest wysoka, naciśnij ją w dół. Jeśli impedancja pozostaje wysoka, dodaj więcej przewodzącego żelu strzykawką, delikatnie zeskrobaj skórę głowy końcówką elektrody lub ponownie wykonaj elektrodę twarzową. Jeśli problem utrzymuje się lub wykryto nadimpedancję, sprawdź połączenie między kondensatorem, złączem a wzmacniaczem.
  6. Rozpocznij nagrywanie EEG.
  7. Wykonaj biokalibracje.
    1. Poproś uczestnika, aby otwierał i zamykał oczy przez ~10 sekund. Obserwuj aktywność alfa u większości uczestników. Spodziewaj się większych amplitud w kanałach tylnych niż w kanałach przednich. Obserwuj zmiany amplitudy na skórze głowy.
    2. Poproś uczestnika, aby patrzył w lewo, prawo, w górę i w dół. Następnie poproś uczestnika o zacisnięcie zębów. Obserwuj ruchy w oku i nagraniach elektrod podbródkowych.
    3. Poproś uczestnika, by mrugnął kilka razy.
      UWAGA: Artefakty mrugania powinny pojawiać się jako duże odchylenia w elektrodach czołowych (np. Fp1, Fp2), ponieważ znajdują się one najbliżej oczu. Elektrody dalej od oczu mogą wykazywać mniejsze odchylenia.
    4. Dodaj dodatkowe biokalibracje zgodnie z protokołem badania (np. oddychanie, ruch kończyn itp.)

6. Konfiguracja stymulatora HD-tDCS

  1. Przygotuj elektrody stymulacyjne HD-tDCS oraz stymulator. Podłącz elektrody do stymulatora dopiero po wykonaniu następujących czynności.
    1. Upewnij się, że stymulator jest podłączony do gniazdka lub że jego baterie są w pełni naładowane i prawidłowo zamontowane.
    2. Włącz stymulator.
  2. Po włączeniu urządzenia podłącz kabel elektrody do tyłu urządzenia.
    UWAGA: Brak włączenia urządzenia przed podłączeniem może spowodować lekki wstrząs prądem. Może być konieczny długi lub specjalnie uporządkowany kabel elektrody, aby stymulacja mogła być wywołana z pomieszczenia kontrolnego lub poza przestrzenią sypialną, co zmniejsza ryzyko zakłócenia snu uczestnika.
  3. Ustal parametry stymulacji na podstawie projektu badania. Ustawienia obejmują intensywność, przebieg (dla protokołów tDCS będzie to DC), czas trwania oraz czasy ramp.
    UWAGA: Parametry te będą się różnić w zależności od zamierzonego celu i fizjologii w mózgu. Większość urządzeń posiada także ustawienia rozdzielające protokoły stymulacji od fałszywych. Na tym etapie należy skonfigurować bieżący rozkład dla montażu stymulacyjnego. Dla typowej konfiguracji 4 x 1 elektroda środkowa otrzymuje 100% zaprogramowanej intensywności prądu, podczas gdy prąd ten jest rozprowadzany na cztery elektrody powrotne (po 25% każda).
  4. Ustaw aktywną stymulację lub tryb pozorowania zgodnie z protokołem badania. Jeśli badanie wiąże się z oślepianiem, należy podjąć odpowiednie kroki, aby zapobiec poznaniu uczestników lub badaczy, który sposób jest stosowany. Niektóre stymulatory mają wbudowane funkcje stymulacyjne/pozorowane, które pomagają w tym procesie.
  5. Jeśli elektrody HD-tDCS wykazują wysoką impedancję (np. powyżej 600 kΩ), wykonaj krótką stymulację testową (5-10 s przy zaprogramowanej intensywności) w ustawieniu SHAM , aby sprawdzić łączność. Najlepiej wykonać to przed zaśnięciem uczestnika.
    1. W ustawieniu SHAM dostarcz impuls. Spodziewaj się, że impedancja spadnie o 3-5 sekund po podaniu impulsu. Po potwierdzeniu zmniejszenia impedancji natychmiast przerwij stymulację (całkowity czas testu nie powinien przekraczać 10 s).
    2. Dodaj więcej żelu przewodzącego o wysokiej lepkości i/lub sprawdź połączenia, aż impedancja spadnie poniżej 20-25 kΩ podczas zastosowania fałszywego impulsu.

7. Protokół monitorowania snu i stymulacji

  1. Przygotuj środowisko do snu.
    1. Minimalizuj światło i hałas otoczenia.
    2. Upewnij się, że uczestnik czuje się komfortowo.
    3. Daj uczestnikowi zatyczki do uszu.
    4. Zaznacz czas w nagraniu EEG, kiedy światła są wyłączone.
  2. Monitoruj EEG pod kątem rozpoczęcia snu oraz określonych etapów, aby rozpocząć protokół stymulacji na podstawie projektu badania. Decyzje dotyczące protokołu stymulacji i jego punktu inicjacji powinny uwzględniać czas trwania/ciągłość stymulacji (czyli ciągłą vs przerywaną), a także ukierunkowaną fizjologię/architekturę snu.
  3. Zaznacz początek stymulacji w nagraniu EEG odpowiednią notacją.
  4. Jeśli uczestnik obudzi się podczas stymulacji:
    1. Przerwij stymulator.
    2. Zaznacz punkt czasu odpowiednią notacją na nagraniu EEG.
    3. Monitoruj, czy uczestnik wróci do interesującej mnie fazy snu zgodnie z projektem badania i protokołem stymulacji.
    4. Wznowiaj protokół stymulacji w razie potrzeby. Jeśli stosujemy projekt stymulacji przerywanej, przerwany okres stymulacji jest zazwyczaj uważany za zakończony, a następna stymulacja byłaby kolejną w harmonogramie (np. jeśli Stymulacja #3 zostanie przerwana, protokół zaczyna od Stymulacji #4 po wznowieniu).
    5. Zakończ protokół stymulacji.
      1. Po zakończeniu końcowego okresu stymulacji odłącz kabel stymulacyjny (łączący elektrody HD-tDCS) od stymulatora, a następnie wyłącz stymulator.
        UWAGA: Ponownie, brak odłączenia przed wyłączeniem urządzenia może skutkować drobnym wstrząsem prądem, co może obudzić uczestnika.
      2. Pozwól uczestnikowi kontynuować sen (w razie potrzeby), bez niezakłóceń, w zależności od projektu badania.

8. Zakończenie sesji i usunięcie sprzętu

  1. Obudź uczestnika w odpowiednim momencie.
    1. Zaznacz czas w nagraniu EEG, kiedy światła są włączone.
    2. Delikatnie obudź uczestnika.
  2. Zatrzymaj nagranie EEG.
  3. Odłącz sprzęt.
    1. Usuń kondensatory z uchwytów na elektrody HD-tDCS.
    2. Delikatnie zdejmij elektrody pierścieniowe Ag/AgCl, używając tępego narzędzia, jeśli trzeba, aby nie ciągnąć za kable.
    3. Umyj elektrody wilgotnym ręcznikiem papierowym i wysusz je do przechowywania.
  4. Zdejmij nasadkę EEG i wyczyść miejsca elektrod, aby usunąć żele.
  5. Oferuj uczestnikowi środki czystości, aby usunąć żel z włosów i skóry.
  6. Ocena działań niepożądanych po stymulacji (podobna do przesiewowej w kroku 1.5). Dokumentuj nasilenie (np. łagodne, umiarkowane lub ciężkie) oraz prawdopodobny związek ze stymulacją, aby porównać reakcje na badania przesiewowe na poziomie wyjściowym.
    UWAGA: Większość zdarzeń niepożądanych HD-tDCS jest łagodna i przejściowa, zazwyczaj ustępując w ciągu kilku godzin po stymulacji16,17. Jeśli tak nie jest, należy stosować protokoły instytucjonalne w przypadku zgłaszania poważnych działań niepożądanych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Gdy protokół jest prawidłowo wdrożony, HD-tDCS podczas snu powoduje mierzalne i powtarzalne zmiany w architekturze i fizjologii snu, które systematycznie zmieniają się w zależności od wybranych parametrów stymulacji. Rozkład ogniskowy wynikający z dwustronnej stymulacji czołowej na Rysunku 4 – możliwy montaż – ilustruje precyzję przestrzenną elektrod pierścieniowych 4 x 1. Pomyślna implementacja protokołu jest potwierdzana przez kilka kluczowych wskaźników. O...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Protokół ten zapewnia ustandaryzowane, a jednocześnie elastyczne ramy metodologiczne do dostarczania HD-tDCS podczas snu z jednoczesnym monitorowaniem EEG. Główną siłą techniki jest ogniskowa, parametrycznie sterowana neuromodulacja oraz możliwość bezpośredniego monitorowania jej neurofizjologicznych efektów. Pozwala to na badania przyczynowości między ukierunkowaną aktywnością mózgu a procesami związanymi ze snem.

Skuteczne i niezawodne wykonanie HD-tDCS podczas snu wymaga uwagi na określone ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Podziękowania

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

Z wdzięcznością dziękujemy Koordynatorowi Badań Klinicznych Beth Israel Deaconess Medical Center Core Facility (RRID:SCR_027579) za ich nieocenione wsparcie w tej pracy, w tym dedykowaną przestrzeń badawczą i infrastrukturę. Dziękujemy również Core za hojne wsparcie, które umożliwiło publikację tego rękopisu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Elektrody pierścieniowe spiekane Ag/AgClSoterix MedicalHD-1WIEK-12 Do ustawienia stymulacji
Gazy alkoholoweNANADo konfiguracji EEG
Zatyczki do uszu NANAZa pomoc uczestnikowi w zasypianiu 
EC2NatusCR-003Do konfiguracji EEG
Nasadka do rejestracji EEG (z dołączonymi elektrodami)Natus21114Do konfiguracji EEG
Elektro-żelElectro-Cap International, Inc. E11Do konfiguracji EEG
Kwadraty gazy NANADo konfiguracji EEG
Złote elektrody kubkowe  NatusF-E5GH-48Do zbiorów elektrookulografii (EOG) i elektromiografii (EMG)
system HD-EEG z możliwością 64 kanałów,NatusWzmacniacz EEG monitora mózguDo konfiguracji EEG
HD-gel Soterix MedicalHD-1GELDo ustawienia stymulacji
Uchwyty na elektrody HD-tDCSSoterix MedicalHD-1A.2 Do ustawienia stymulacji
Adapter stymulacyjny HD-tDCSWielokanałowy adapter stymulacyjny Soterix Medical 4x1Model 4X1-C3A Do ustawienia stymulacji
System stymulacji HD-tDCS Soterix Medical M× N HD System Stymulacji PrzezczaszkowejModel 9002 Do ustawienia stymulacji
Model głowicy do zabezpieczania i przygotowania żelu na czapeczku do rejestracji EEG (jeśli jest potrzeba)Do konfiguracji EEG
NuprepWeaver and Company10-30Do konfiguracji EEG
Patyczki higienicznePatyczki higienicznehttps://www.qtips.com/Do konfiguracji EEG
NożyczkiNANADo konfiguracji EEG
Specjalistyczny kabel z wtyczką/kabel i nbsp;Soterix MedicalCUS_MxN_CBL Dla elektrod stymulacyjnych
Butelka ze spryskiwaczem (i kubek) z wodąNANADo konfiguracji EEG
TaśmaNANADo konfiguracji EEG
Strzykawka dziesięcioccm z tępym końcówką 16 gaugeNANADo konfiguracji EEG/stymulacji
Dziesięć-20Weaver and Company10-20-8Do konfiguracji EEG
Zgrzewacz językaNANADo konfiguracji EEG
RęcznikiNANADo konfiguracji EEG

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Wysokorozdzielcza tDCSneuromodulacja snuelektroda pier cieniowa 4x1zapis EEGarchitektura snurozmieszczenie elektrodzarz dzanie impedancjcelowanie w kor przedczo owstadia snuogniskowe pole elektryczne

Powiązane artykuły