Jednoczesne zastosowanie przezczaszkowej stymulacji prądem stałym podczas ekspozycji na rzeczywistość wirtualną
18 stycznia 2021
Ten manuskrypt przedstawia nowy protokół umożliwiający jednoczesne zastosowanie przezczaszkowej stymulacji prądem stałym podczas ekspozycji na sygnały związane z traumą w strefie wojennej za pomocą wirtualnej rzeczywistości dla weteranów z zespołem stresu pourazowego.
Połączenie nieinwazyjnej stymulacji mózgu z wirtualną rzeczywistością stanowi nowatorskie podejście do wspomagania uczenia się emocjonalnego i habituacji dla osób poszukujących leczenia stresu pourazowego i lęku. Jest to bardzo wciągające, ale przenośne podejście zakorzenione w neurobiologii. Technika ta może być skuteczna terapeutycznie i może być dostosowana do indywidualnego pacjenta.
Ta nieinwazyjna metoda może pomóc pacjentom ze stresem pourazowym nauczyć się, że sytuacje, które wcześniej wywoływały lęk, mogą być bezpieczne. Procedurę zademonstruje Sydney Brigido, asystentka naukowa z mojego laboratorium. Sydney będzie pomagać w różnych etapach protokołu.
Aby przygotować uczestnika do przezczaszkowej stymulacji prądem stałym, po założeniu opaski na głowę na uczestniku, należy stanąć za uczestnikiem, aby ustalić położenie elektrody katodowej za pomocą wcześniej obliczonych 10% obwodu głowy i zmierzyć tę odległość od wejścia głowy w prawo. Umieść elektrodę katodową zgodnie z pomiarami tak, aby znajdowała się mniej więcej za prawym uchem na wyrostku sutkowatym. Aby ustalić położenie elektrody anodowej, należy odmierzyć wcześniej obliczone 10% obwodu głowy od nasion w górę oraz wcześniej obliczone 5% obwodu głowy w prawo.
Umieść elektrodę anodową i sprawdź, czy anoda dotyka od 10 do 20 lokalizacji elektrody EEG AF3FP1. Po umieszczeniu elektrod włącz urządzenie tDCS i podłącz elektrody. Aby załadować ustawienie A, naciśnij prawy górny przycisk, aby wyjść z trybu nauki i użyj lewego górnego i dolnego przycisku, aby wprowadzić kod główny urządzenia.
Kliknij przycisk OK i upewnij się, że strzałka jest skierowana na spust. Użyj prawego górnego przycisku, aby poruszać się po ustawieniach, aż pojawi się ustawienie obciążenia. Użyj strzałek w lewo, aby przewinąć strzałkę w dół ekranu, używając strzałki w prawym górnym rogu, aby przejść przez wszystkie ustawienia z powrotem do ustawienia A i kliknij strzałkę w lewym górnym rogu, aby załadować ustawienie A. Naciśnij razem prawy górny i lewy dolny przycisk, aby sprawdzić impedancję i potwierdzić, że istnieje odpowiedni kontakt między elektrodami tDCS a czaszką uczestnika.
Rozpocznij stymulację i zapisz impedancję przed, w trakcie i po stymulacji. Po zakończeniu stymulacji wyjmij elektrody z urządzenia przed wyłączeniem urządzenia. Umieść dwie samoprzylepne jednorazowe plastry elektrody aktywności elektrodermalnej na obszarze kłębka niedominującej ręki uczestnika i otwórz oprogramowanie do akwizycji danych o galwanicznej reakcji skóry o aktywności elektrodermalnej.
Otwórz wcześniej wygenerowany szablon pozyskiwania danych i kliknij utwórz rekord, aby utworzyć nowy eksperyment. Aby skalibrować sygnał aktywności elektrodermalnej, przymocuj elektrodę do łatki elektrody i postępuj zgodnie z instrukcjami oprogramowania, aby skalibrować jedną elektrodę na raz. Po skalibrowaniu obu elektrod poproś uczestnika o wzięcie głębokiego wdechu i wstrzymanie go przez 10 sekund przed wydechem, aby zapewnić odpowiedni sygnał reakcji galwanicznej skóry.
Aby podać tDCS, poproś asystenta, aby włączył system rzeczywistości wirtualnej i otworzył program aplikacyjny dla pacjenta. Sprawdź, czy rozdzielczość ekranu jest ustawiona na 1280 na 720 i kliknij przycisk odtwarzania. Otwórz program kontrolera lekarza i wybierz scenariusz jazdy na podstawie sceny, która jest najbardziej odpowiednia dla wdrożenia uczestnika.
W oknie awatara pacjenta wybierz pozycję kierowcy i ustaw głośność dźwięku na 65% maksimum. Z pomocą uczestnika poproś asystenta, aby umieścił wyświetlacz montowany na głowie uczestnika, uważając, aby wyświetlacz nie przemieszczał elektrod i sprawdź, czy jest wygodny. Poproś asystenta, aby założył słuchawki na głowę uczestnika i sprawdził, czy jest komfortowo.
Poinstruuj uczestnika, aby siedział cicho przez dwie minuty, aby umożliwić zebranie danych dotyczących podstawowej aktywności elektrodermalnej, a następnie naciśnij F1, aby zaznaczyć początek okresu wyjściowego. Po dwóch minutach naciśnij F3, aby zaznaczyć koniec okresu linii bazowej. Po zakończeniu podstawowego zbierania aktywności elektrodermalnej włącz urządzenie tDCS i ponownie podłącz elektrody.
Urządzenie powinno być w trybie nauki dla ustawienia B. Kliknij OK, aby potwierdzić, że ustawienie B jest zaprogramowane i zastosować intensywność dwóch miliamperów, w sumie 25 minut z 30-sekundowym wzrostem i 30-sekundowym zmniejszeniem. Wprowadź specyficzny dla uczestnika kod losowy pobrany z oprogramowania do randomizacji i kliknij przycisk OK. Naciśnij lewy górny przycisk, aby wskazać tak, aby rozpocząć stymulację i kliknij, aby rozpocząć jazdę. Upewnij się, że każdy przejazd rozpoczyna się od co najmniej 30 sekund jazdy tylko w środowisku VR.
W przypadku pierwszej sesji poprowadź uczestnika przez występowanie wydarzeń VR za pomocą podpowiedzi słownej podczas pierwszego przejazdu, np. Na górze za trzy, dwa, jeden, go, będzie zasadzka drogowa. Zobaczysz zasadzkę drogową przed sobą za trzy, dwa, jeden. Podczas wybierania odpowiedniej sceny w menu VR.
Zarządzaj każdym wydarzeniem VR z co najmniej 10 sekundami jazdy między każdym wydarzeniem. Podczas administrowania zdarzeniami VR poproś asystenta, aby naciskał F2 na klawiaturze za każdym razem, gdy zdarzenie VR jest administrowane, aby monitorować pozyskiwanie danych dotyczących przewodnictwa skóry. Na podstawie oględzin śladów przewodnictwa skórnego, uczestnik A wydaje się wykazywać oznaki przyzwyczajenia między sesjami od pierwszej sesji VR do środka protokołu podczas trzeciej sesji VR do ostatniej szóstej sesji VR.
Oględziny śladu surowego przewodnictwa skóry dla uczestnika B wydają się wskazywać na przyzwyczajenie w trakcie sesji, porównując pierwszy przejazd z trzecim przejazdem. Oględziny surowych danych dotyczących przewodnictwa skóry u uczestnika C wydają się wykazywać mniej wyraźny profil habituacji w porównaniu z uczestnikiem A. Niemniej jednak uczestnik C wykazuje habituację zarówno pomiędzy, jak i w trakcie sesji. Ponadto, podobnie jak w przypadku uczestnika A, poziom przewodnictwa skóry jest liczbowo wyższy podczas pierwszej sesji VR w porównaniu z pozostałymi pięcioma sesjami.
Surowe dane dotyczące przewodnictwa skóry od uczestnika D pokazują, że poziom przewodnictwa skóry można uznać za zbyt niski do prawidłowej analizy przy braku wizualnie wykrywalnych reakcji przewodnictwa skóry. Nawet przy utrzymywaniu się artefaktów i utracie sygnału elektrody, utrzymujący się niski poziom przewodnictwa skórnego i brak wizualnie wykrywalnych reakcji przewodnictwa skóry są nadal widoczne dla tej osoby. W protokole krytycznymi krokami są upewnienie się, że elektrody tDCS pozostają we właściwej pozycji, że impedancja mieści się w dopuszczalnych wartościach oraz obserwowanie dyskomfortu uczestnika dla bezpieczeństwa.
tDCS można zoptymalizować poprzez indywidualizację montażu, w tym lokalizację elektrod i dawkowanie w oparciu o anatomiczny rezonans magnetyczny. Rezonans magnetyczny może być dalej wykorzystywany do oceny zmian neuronalnych w czasie.
Przegląd
To badanie przedstawia nowy protokół integrujący stymulację transkranialną prądem stałym (tDCS) z rzeczywistością wirtualną w celu pomocy weteranom cierpiącym na zaburzenie stresu pourazowego (PTSD). Zaawansowane podejście ma na celu ułatwienie uczenia się emocjonalnego i przyzwyczajania się do bodźców związanych z traumatycznymi doświadczeniami.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Psychologia
- Leczenie traum i lęków
Tło
- PTSD jest istotnym problemem wśród weteranów, często wymagającym innowacyjnych podejść terapeutycznych.
- Łączenie tDCS z rzeczywistością wirtualną może poprawić wyniki terapii.
- Protokół został zaprojektowany, aby stworzyć bezpieczne środowisko do narażenia na scenariusze wywołujące lęk.
- Ta metoda zapewnia przenośną i indywidualnie dostosowaną opcję leczenia.
Cel badania
- Opracowanie procedury jednoczesnego stosowania tDCS i ekspozycji w rzeczywistości wirtualnej.
- Poprawa uczenia się emocjonalnego i przyzwyczajania się dla pacjentów z PTSD.
- Ocena skuteczności tej nieinwazyjnej kombinacji w terapii.
Stosowane metody
- Protokół obejmuje stosowanie tDCS na uczestnikach podczas ich zaangażowania w środowiska rzeczywistości wirtualnej.
- Uczestnikom są zakładane elektrody z dbałością o prawidłowe umiejscowienie i są monitorowani poprzez aktywność elektrodermiczną.
- Do urządzenia tDCS są programowane konkretne ustawienia intensywności i czasu stymulacji.
- Zbieranie danych odbywa się podczas narażenia na scenariusze VR zaprojektowane tak, aby naśladować bodźce traumatyczne.
Główne wyniki
- Wizyjna inspekcja danych przewodności skóry wskazuje na oznaki przyzwyczajania się w trakcie wielu sesji.
- Uczestnicy wykazywali różne stopnie przyzwyczajania się między sesjami i w trakcie sesji.
- Zastosowanie tDCS obok VR przyczynia się do lepszego przetwarzania emocjonalnego bodźców związanych z traumatycznymi doświadczeniami.
Wnioski
- To badanie pokazuje obiecujące podejście terapeutyczne w leczeniu PTSD poprzez kombinację tDCS i VR.
- Wyniki sugerują potencjalne poprawy w regulacji emocjonalnej i przetwarzaniu traum.
- Ogólnie rzecz biorąc, ta metoda może poprawić strategie leczenia zaburzeń związanych z lękiem.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Combining non-invasive neuromodulation with immersive virtual reality offers a novel strategy for addressing treatment-resistant anxiety disorders by targeting neural circuits underlying fear extinction. This approach supports mechanistic de-risking in early discovery by enabling objective, quantifiable readouts of physiological habituation during controlled exposure. The integration of tDCS with VR provides a translatable platform for evaluating target engagement and therapeutic potential in neuropsychiatric indications.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of ventromedial prefrontal cortex modulation as a mechanistic target for fear regulation and emotional learning.
- Operational Value: Supports target hypothesis testing through simultaneous delivery of neuromodulation and standardized trauma-related cues in a controlled environment.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative electrodermal activity readouts that serve as pharmacodynamic biomarkers of arousal and habituation.
- Operational Value: Establishes a reproducible, within-subjects design for assessing dose-response relationships between stimulation parameters and physiological output.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery and clinical application by using a disease-relevant system (veterans with PTSD) to assess target-mediated changes in hyperarousal.
- Operational Value: Facilitates go/no-go decisions by providing longitudinal, session-based data on habituation trends across multiple exposures.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation to lead optimization by providing a platform to assess functional target modulation and behavioral correlates of therapeutic intervention.
- Discovery Biology: Supports mechanistic de-risking by isolating the effect of prefrontal tDCS on autonomic responses to threat-related stimuli.
- Screening: Enables assay readiness through standardized VR scenarios and real-time monitoring of skin conductance as a quantitative readout.
- Analytics: Generates time-series physiological data that allow comparison of within- and between-session changes in arousal.
- Translational Research: Connects neuromodulation effects to clinical outcomes via measurable changes in psychophysiological responses during trauma cue exposure.
- Enterprise Reuse: The tDCS+VR framework can be adapted across anxiety-indicative models by modifying virtual scenarios and stimulation montages.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by linking neuromodulation to measurable reductions in physiological arousal.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized electrode placement, impedance monitoring, and fixed stimulation parameters (2 mA, 25 min).
- Strategic Value: Reduces biological risk in neuropsychiatric programs by enabling early assessment of target engagement in a human-relevant context.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by quantifying habituation as a biomarker of therapeutic response.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neuromodulation safety, electrode placement, and virtual reality system synchronization.
- Dependent on tDCS hardware capable of precise current delivery and impedance tracking, plus EDA acquisition systems.
- Necessitates cross-team standardization between neuroscience, clinical, and data analysis teams for consistent protocol execution.
- Adaptation across model systems requires validation of electrode montages and VR scenario relevance to the target anxiety phenotype.
- Practical limitations include inter-individual variability in skin conductance responses and the need for rigorous artifact control during data collection.
