Zaktualizowana technika niezawodnej, łatwej i tolerowanej przezczaszkowej stymulacji elektrycznej, w tym przezczaszkowej stymulacji prądem stałym
3 stycznia 2020
Podczas stosowania przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS), powtarzalne przygotowanie i rozmieszczenie elektrod jest niezbędne dla tolerowanej i efektywnej sesji. Celem tego artykułu jest zademonstrowanie zaktualizowanych nowoczesnych procedur konfiguracji podawania tDCS i powiązanych technik przezczaszkowej stymulacji elektrycznej, takich jak przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS).
Celem tego filmu jest zademonstrowanie zaktualizowanych procedur konfiguracji podawania przezczaszkowej stymulacji prądem stałym, tDCS i powiązanych technik przezczaszkowej stymulacji elektrycznej, takich jak przezczaszkowa stymulacja prądem zmiennym, tACS. W tym celu demonstrujemy tDCS za pomocą powszechnie stosowanych montaży przeznaczonych do stymulacji kory ruchowej i grzbietowo-bocznej kory przedczołowej. Opisana tutaj nowoczesna technika tDCS pozwala uniknąć pomiaru taśmą w celu określenia ułożenia elektrody, kłopotliwych etapów wprowadzania gumy węglowej, żmudnych procedur zwilżania gąbek elektrod i używania gumek jako nakryć głowy.
Proces ten jest optymalizowany dzięki zastosowaniu specjalistycznego nakrycia głowy i wstępnie nasyconej elektrody zatrzaskowej. Do każdego montażu dołączone jest określone nakrycie głowy. Podczas gdy niektóre materiały będą zależeć od konkretnego protokołu badania lub leczenia, istnieją podstawowe elementy, które są ogólne w nowoczesnych aplikacjach tDCS.
Przed sesją tDCS upewnij się, że wszystkie niezbędne materiały są pod ręką. W przypadku badań naukowych przed rozpoczęciem badania uczestnik musi wyrazić zgodę na udział w badaniu. Formularz zgody zawiera szczegółowe informacje na temat protokołu badania, ryzyka i korzyści związanych z badaniem.
Formularz ten ma na celu ujawnienie uczestnikom odpowiednich informacji, aby mogli oni dobrowolnie zdecydować się na leczenie lub je odrzucić. Wynika to z praw prawnych i etycznych, ponieważ badani muszą być świadomi tego, co dzieje się z ich ciałem, a także z etycznych obowiązków badacza, aby zaangażować uczestników w ich fizyczne i psychiczne samopoczucie. Przed rozpoczęciem stymulacji należy uzyskać pisemną zgodę od uczestników.
Konfiguracja rozpoczyna się od zmierzenia obwodu głowy osoby badanej, aby określić odpowiedni rozmiar nakrycia głowy, które ma być używane. Istnieją różne rozmiary nakryć głowy w zależności od montażu elektrod. Zapoznaj się z instrukcją obsługi nakrycia głowy, aby wybrać odpowiedni rozmiar na podstawie pomiarów.
Sprawdź skórę, w której ma być umieszczona elektroda. W przypadku zaobserwowania jakichkolwiek widocznych zmian chorobowych nie należy podawać tDCS. Jeśli to możliwe, odsłoń skórę głowy, rozdzielając włosy palcami, aby upewnić się, że sól fizjologiczna przesącza się przez włosy do skóry głowy, aby poprawić jakość kontaktu między elektrodą a skórą głowy.
Używamy jednorazowej, wstępnie zmontowanej elektrody z gąbki zatrzaskowej. Wyjmij z torby dwie elektrody gąbkowe o wymiarach pięć na pięć centymetrów. Elektrody stosowane w tDCS są na ogół przewodzącymi elektrodami gumowymi zamkniętymi w gąbce nasyconej roztworem elektrolitu, głównie solą fizjologiczną.
Wstępnie nasycone i nowe elektrody są stosowane w celu zwiększenia niezawodności. Nakrycie głowy o stałej pozycji służy do mocowania elektrod nad celem mózgu. Aby dokładnie ustawić elektrody gąbkowe nad obszarem mózgu M1SO, najpierw umieść pierścień reprezentujący nasiona paska, znajdujący się w dolnej części paska, nad nasionem.
Nasion to część znajdująca się przed mózgiem, znajdująca się między czołem a nosem. Następnie wyreguluj górną część paska tak, aby była prostopadła do dolnej części paska. Górna część paska ma znajdować się mniej więcej nad uchem, symetrycznie umieszczona po obu stronach głowy.
Tylna elastyczna część paska powinna być umieszczona nad wejściem, najbardziej widocznym punktem kości potylicznej. Upewnij się, że nakrycie głowy jest dobrze dopasowane, ale nie nieprzyjemnie ciasne. Podłącz połączeniowy czarnej katody do odpowiedniego czarnego sterownika wejściowego urządzenia tDCS.
Powtórz to dla czerwonego połączeniowego anody dla jego odpowiedniego położenia na urządzeniu tDCS. Upewnij się, że polaryzacja połączenia jest prawidłowa, ponieważ efekty tDCS są uważane za specyficzne dla polaryzacji. W kontekście tDCS i ogólnie stymulacji elektrycznej, anoda jest biegunem dodatnim, w którym prąd dodatni dostaje się do ciała, a katoda jest biegunem ujemnym, w którym prąd dodatni wychodzi z ciała.
W kontekście tACS nie ma pojęcia anody i katody, ponieważ oba zaciski będą działać naprzemiennie jako anoda i katoda. Przed rozpoczęciem sesji tDCS upewnij się, że pacjent czuje się komfortowo i jest przytomny. Upewnij się, że urządzenie jest włączone, są prawidłowo podłączone, a nakrycie głowy i elektroda są prawidłowo umieszczone.
Miernik impedancji jest drugorzędną metodą zapewniającą dobry kontakt, ale nie zastępuje potrzeby upewnienia się, że wszystkie kroki protokołu są przestrzegane prawidłowo. Sprawdź miernik impedancji pod kątem jakości styku. Jeśli ogólna jakość kontaktu z obiektem jest nienormalnie niska, może to wskazywać na nieprawidłową konfigurację elektrod, co skutkuje wysoką impedancją.
Jeśli jakość kontaktu jest nadal niska po wyregulowaniu nakrycia głowy i/lub rozsądnym uzupełnieniu soli fizjologicznej, możesz nacisnąć Pre-Stim Tickle, jeśli jest dostępny w Twoim urządzeniu, aby uzyskać lepszą jakość kontaktu. Zaprogramuj czas trwania sesji tDCS, intensywność lub, jeśli ma to zastosowanie w Twoim urządzeniu, ustawienie warunków pozorowanych. Należy pamiętać, że niektóre stymulatory zaleca się włączyć przed nawiązaniem kontaktu elektrod ze skórą.
Jeśli używasz urządzenia tES do sesji tDCS, upewnij się, że wybrałeś ustawienie przebiegu tDCS. Zainicjuj tDCS, naciskając przycisk Start. W celu zmniejszenia wszelkich niepożądanych skutków, niektóre urządzenia zawierają funkcję automatycznego zwiększania prądu na początku stymulacji, w której urządzenie powoli zwiększa prąd przez 30 sekund.
Na początku stymulacji badani często odczuwają swędzenie i/lub mrowienie pod elektrodami, które następnie w większości przypadków zanika. Niektórzy pacjenci mogą odczuwać dyskomfort podczas początkowego okresu tDCS. W takich przypadkach prąd może być umiarkowanie zmniejszony na tymczasowy okres, gdy obiekt się dostosuje.
Następnie stopniowo zwiększaj prąd wsteczny do pożądanego poziomu. Ta funkcja może zależeć od używanego urządzenia i protokołu. Elektrody nie mogą być odwodnione podczas stymulacji, aby zapewnić dobrą jakość kontaktu.
Jeśli elektrody ulegną odwodnieniu, możesz użyć strzykawki, aby stopniowo dodawać więcej soli fizjologicznej do elektrod. Jeśli dodanie soli fizjologicznej nie poprawi jakości kontaktu, potwierdź odczucie skórne od pacjenta. Pod koniec sesji stymulacji urządzenie zmniejszy intensywność leczenia do zera mA.
Zdejmij nakrycie głowy z elektrodami ze skóry głowy fotografowanej osoby. Na koniec wyłącz urządzenie. W poniższej tabeli porównano ogólną różnicę między tradycyjnymi metodami aplikacji tDCS a zaktualizowanymi metodami tDCS, jak wyjaśniono w tym filmie.
Ponadto przeprowadziliśmy eksperyment, w którym zmierzyliśmy czasy przezbrajania przy użyciu tradycyjnych i nowoczesnych metod tDCS. W tym celu zrekrutowaliśmy ekspertów i nowicjuszy w obu metodach i zmierzyliśmy, ile czasu zajęło każdemu uczestnikowi przeprowadzenie konfiguracji. Konfigurację powtórzono pięć razy, a każda próba była mierzona indywidualnie.
Wyniki pokazują, że nowoczesna metoda wymagała znacznie mniej czasu na przygotowanie zarówno dla ekspertów, jak i początkujących uczestników niż metoda tradycyjna. Przy użyciu tradycyjnej metody tDCS średni czas konfiguracji potrzebny ekspertowi wynosił około ośmiu minut. Korzystając z tradycyjnej metody tDCS, średni czas konfiguracji potrzebny nowicjuszowi wynosił około 10 1/2 minuty.
Nowicjusze popełniali błędy w konfiguracji i na ogół nie byli w stanie osiągnąć bezbłędnej konfiguracji, nawet po pięciu sesjach. Korzystając z nowoczesnej metody tDCS, średni czas konfiguracji potrzebny ekspertom wyniósł nieco ponad minutę. Korzystając z nowoczesnej metody tDCS, średni czas konfiguracji potrzebny nowicjuszom wynosił około 2 1/2 minuty.
Nowicjusze byli na ogół w stanie osiągnąć bezbłędną konfigurację do piątej sesji, a wszelkie błędy były niewielkie. Nowoczesna metoda tDCS pozwala na umieszczenie elektrod z precyzją porównywalną do doświadczonego operatora mierzącego tradycyjne pozycje EEG 10-10. W przypadku zastosowania przez operatora lub do samodzielnego zastosowania, nowoczesna metoda tDCS jest wysoce niezawodna.
Nowoczesne podejście tDCS opisane tutaj zwiększa niezawodność konfiguracji, jednocześnie skracając czas konfiguracji stymulacji.
Przegląd
W niniejszym artykule zaprezentowano zaktualizowane procedury przygotowawcze do przeprowadzania przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) oraz technik pokrewnych, takich jak przezczaszkowa stymulacja prądem zmiennym (tACS). Prawidłowe przygotowanie i rozmieszczenie elektrod są kluczowe dla skuteczności sesji.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektrofizjologia
- Przezczaszkowa stymulacja elektryczna
Wstęp
- tDCS jest nieinwazyjną techniką stymulacji mózgu.
- Umiejscowienie elektrod wpływa na skuteczność stymulacji oraz komfort badanego.
- Nowoczesne techniki mają na celu uproszczenie procesu przygotowania aparatury.
- Względy etyczne wymagają uzyskania świadomej zgody od uczestników.
Cel badania
- Aby zapewnić przejrzysty przewodnik dotyczący konfiguracji tDCS i tACS.
- Aby zwiększyć niezawodność rozmieszczenia elektrod.
- Aby poprawić komfort uczestników podczas sesji stymulacji.
Zastosowane metody
- Pomiar obwodu głowy w celu dopasowania czepka.
- Stosowanie wstępnie nasyconych elektrod z konektorem snap.
- Specjalistyczne czepki dla różnych montaży elektrod.
- Monitorowanie impedancji w celu kontroli jakości kontaktu.
Główne wyniki
- Przedstawiono skuteczne techniki rozmieszczenia elektrod.
- Omówiono znaczenie komfortu i zgody uczestnika.
- Przedstawiono usprawnione podejście do konfiguracji tDCS.
- Podkreślono znaczenie prawidłowej obsługi sprzętu.
Wnioski
- Zmodernizowane procedury zwiększają skuteczność tDCS.
- Prawidłowa konfiguracja jest niezbędna do uzyskania wiarygodnych wyników.
- Bezpieczeństwo i komfort uczestnika są nadrzędne w badaniach.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Metody przezczaszkowej stymulacji elektrycznej (tES), takie jak tDCS, tACS i tRNS, są coraz częściej wykorzystywane w badaniach przedklinicznych i wczesnych etapach odkrywania leków w celu modulowania obwodów neuronalnych oraz oceny stopnia zaangażowania celu w systemach istotnych dla danej choroby. Niezawodne, zestandaryzowane i dobrze tolerowane protokoły stymulacji są niezbędne do generowania powtarzalnych danych w procesach walidacji celu oraz screeningu fenotypowego. Opisana, zaktualizowana technika ogranicza zmienność konfiguracji oraz błędy zależne od operatora, co wspiera spójne zastosowanie metody na etapach biologii odkrywczej i rozwoju testów.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia precyzyjną i powtarzalną neuromodulację celów korowych w celu zbadania przyczynowych ról w fenotypach związanych z chorobą.
- Wartość operacyjna: Standaryzowane opaski na głowę i zmontowane wcześniej elektrody minimalizują czas przygotowania oraz błędy w rozmieszczeniu, zwiększając przepustowość w badaniach przesiewowych walidacji celów.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Dostarcza mierzalnych odczytów neurofizjologicznych w połączeniu z EEG lub testami behawioralnymi, co wspiera badania zależności dawka-odpowiedź oraz mechanizmów działania.
- Wartość operacyjna: Monitorowanie impedancji oraz zastosowanie elektrod wstępnie nasyconych zapewniają stabilną jakość kontaktu, co ogranicza zmienność danych w zastosowaniach wysokoprzepustowych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera modelowanie systemów istotnych dla chorób, umożliwiając nieinwazyjną stymulację kory u gatunków przedklinicznych lub w modelach pochodzenia ludzkiego w celu oceny modulacji celu.
- Wartość operacyjna: Możliwość adaptacji do kształtów fal tACS i tRNS pozwala na elastyczne projektowanie protokołów dla specyficznej częstotliwości neuromodulacji w badaniach nad ograniczaniem ryzyka mechanistycznego.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum od biologii odkrywczej do identyfikacji leadów, w którym wiarygodna modulacja neuronalna wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków w początkowej fazie walidacji celu.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia kontrolowaną perturbację obwodów neuronalnych w celu oceny zaangażowania celu w fenotypy istotne dla danej choroby.
- Screening: Standaryzowana konfiguracja i monitorowanie impedancji wspierają powtarzalne dostarczanie stymulacji w obrębie płytek testowych lub kohort badanych.
- Analityka: Ułatwia gromadzenie odczytów elektrofizjologicznych lub behawioralnych, które pomagają porównać warunki stymulacji oraz efekty działania związków.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość przejścia z modeli in vitro lub in vivo do celowania w obszary kory istotne dla człowieka w przypadkach, gdy mechanizmy choroby obejmują dysregulację korową.
- Wykorzystanie w skali przedsiębiorstwa: Oprawa głowy o stałej pozycji oraz system elektrod zatrzaskowych umożliwiają standaryzację między badaniami i ośrodkami w ramach wieloprojektowych programów neuromodulacji.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Pewność predykcyjna w zakresie modulacji celu dzięki niezawodnemu dostarczaniu stymulacji o niskiej zmienności.
- Wartość operacyjna: Skrócony czas przygotowania i niższy wskaźnik błędów zwiększają efektywność operacyjną w procesach badawczych skoncentrowanych na neuronauce.
- Wartość strategiczna: Poprawiona reprodukowalność danych wspiera lepsze podejmowanie decyzji typu go/no-go w priorytetyzacji celów i identyfikacji wiodących kandydatów.
- Wpływ na portfolio: Decyzje o rozwoju skorygowane o ryzyko są usprawnione dzięki redukcji szumów biologicznych w testach opartych na neuromodulacji.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Szkolenie z zakresu neuroanatomii i doboru montażu elektrod w celu precyzyjnego celowania w korę mózgową.
- Dostęp do urządzeń tES z programowalnymi kształtami fal (tDCS, tACS, tRNS) oraz monitorowaniem impedancji.
- Standaryzacja rozmiarów opasek na głowę i protokołów rozmieszczenia elektrod we wszystkich ośrodkach badawczych.
- Kwestie adaptacyjne dla różnych grup badawczych, w tym modeli pediatrycznych lub neurodegeneracyjnych.
- Ograniczenia obejmują zależność od prawidłowego przygotowania skóry i nasycenia solą fizjologiczną w celu zapewnienia optymalnego kontaktu elektrody ze skórą głowy.
