Методическая статья

Персонализированный напечатанный на 3D-принтере головной убор для многоэлектродной транскраниальной электростимуляции

DOI:

10.3791/68815

⸱

9 сентября 2025 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Research Program on Cognition and Neuromodulation Based Interventions, Departments of Psychiatry & Neurology, University of Michigan, Ann Arbor, 2Mental Health Service, VA Ann Arbor Healthcare System, 3Research and Development, Soterix Medical, 4Department of Biomedical Engineering, City College of New York

В этой статье

Краткое содержание

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

Наш запатентованный, персонализированный головной убор, напечатанный на 3D-принтере, обеспечивает быструю и надежную доставку в офис и дистанционно с помощью многоэлектродной транскраниальной электростимуляции (ME-tES).

Аннотация

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

Мы представляем обзор нового, запатентованного подхода к созданию персонализированных 3D-печатных головных уборов, которые позволяют проводить транскраниальную электростимуляцию с помощью нескольких электродов даже в домашних условиях. Структурная магнитно-резонансная томография (МРТ) используется для оптимизации монтажа, который нацелен на ключевые области мозга/сети, а затем загружается на защищенный сервер для разработки индивидуальных головных уборов, которые в конечном итоге печатаются на 3D-принтере. Оголовок позволяет быстро размещать несколько электродов (<1 мин на электрод) с точностью, сравнимой с ручными 10-10 измерениями. Мы провели более 1400 сеансов с участием 63 пожилых людей с неврологическими травмами или заболеваниями. Мы описываем эффективную программу обучения для партнеров по обучению (например, супругов), которая позволила достичь 100% успеха и провести более 900 дистанционных сессий. Партнеры и участники исследования сообщили о высоком уровне доверия и удовлетворенности опытом. Поскольку расположение электродов основано на персонализированном вычислительном моделировании, головной убор идеально подходит для методов, требующих точности (например, стимуляция временной интерференции, транскраниальный сфокусированный ультразвук, транскраниальная магнитная стимуляция).

Введение

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

Транскраниальная электростимуляция (ТЭС) обладает значительным потенциалом для лечения когнитивного, эмоционального и двигательного дефицита, возникающего в результате неврологических травм и заболеваний, особенно учитывая благоприятные профили переносимости и безопасности 1,2,3,4. В частности, в обзоре безопасности был обнаружен только хорошо установленный профиль побочных эффектов (например, покалывание, зуд, ощущение жжения), но не было доказательств неожиданных нежелательных явлений в течение 33 000 сеансов, независимо от популяции2. Кроме того, недавно мы сообщили об отсутствии событий безопасности и практически идентичных профилях побочных эффектов для активной и симуляции транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS) в 3046 сеансах с 292 пожилыми людьми с деменцией3-го спектра. Такая высокая безопасность и переносимость привели к тому, что дистанционная доставка tES с использованием обычных двухэлектродных монтажей широкодоступна5,6, отчасти благодаря материалам (например, предварительно измеренным ремешкам для головы, предварительно смоченным губкам), которые обеспечивают быструю и надежную установку электродов. Сочетание этих факторов способствовало дистанционному наблюдению клиник tES, которые лечат ряд неврологических и психиатрическихзаболеваний7, но в основном полагаются на традиционный подход на основе больших (например, 25 см 2-35 см2) на основе прокладок.

В гораздо меньшем числе исследований изучалось использование дистанционной многоэлектродной (МЭ) tES 8,9, несмотря на доказательства того, что она может обеспечить более высокую степень фокальной стимуляции 10,11,12, быть персонализированной13 и иметь более значительные, более длительные эффекты14 по сравнению с традиционной стимуляцией на основе прокладок. Относительная малое количество работ в этой области, вероятно, отражает большие потребности в ME-tES с учетом различных материалов (например, несколько небольших электродов, использование геля вместо губок, пропитанных солевым раствором), потенциал для большей сложности монтажа и связанную с этим потребность в более точном размещении электродов. В этой статье мы представляем запатентованный, персонализированный, напечатанный на 3D-принтере головной убор, который преодолевает многие из этих проблем и обеспечивает быструю и надежную настройку и доставку ME-tES. Этот подход позволяет обойти потенциальные ограничения существующих вариантов, таких как неопреновые колпачки, которые могут быть легко смещены, могут плохо сидеть и иметь небольшую гибкость при перемещении волос для обеспечения оптимального контакта с электродами. Мы также предоставляем доказательства, подтверждающие использование головного убора для дистанционной стимуляции МЭ-транскраниальным постоянным током (МЭ-ТДКС) у пожилых людей с деменцией. В совокупности наши результаты убедительно подтверждают преимущества персонализированных головных уборов и открывают перспективы для других форм нейромодуляции, а также для методов оценки нейрофизиологии.

Протокол

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

В следующих разделах речь идет о а) членах исследовательской группы, которые являются обученными научными сотрудниками, как правило, со степенью бакалавра, под руководством лицензированного клинического психолога, сертифицированного Советом в области клинической нейропсихологии, и б) партнерах по исследованию, которые, как правило, являются супругами или взрослыми детьми участников, ни один из которых ранее не имел опыта работы с ТЭС. В настоящее время нет четко определенных критериев для тех, кто осуществляет надзор за ТЭО, хотя наличие ученой степени (например, Ph.D., M.D.) и соответствующая подготовка по методологии и хорошая осведомленность о безопасности и переносимости являются разумными требованиями и согласуются с теми, кто стимулирует исследования в этой области.

На всех сессиях (в офисе и удаленно) члены исследовательской группы проводили стандартный опросник о переносимости15 в конце каждой сессии. Члены исследовательской группы также контролировали все сеансы на предмет любых проблем с безопасностью и начинали каждый сеанс с вопроса о любых изменениях в состоянии здоровья или лекарствах с момента последнего сеанса.

1. Создание головного убора (Рисунок 1)

figure-protocol-1
Рисунок 1: Процесс создания персонализированных головных уборов и проведения многоэлектродной транскраниальной электростимуляции в домашних условиях. Сокращения: ME-tES = многоэлектродная транскраниальная электростимуляция; МРТ = магнитно-резонансная томография. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

  1. Получение измерений напора:
    ПРИМЕЧАНИЕ: Персонализированный головной убор в настоящее время требует структурной магнитно-резонансной томографии (МРТ), поскольку это обеспечивает высокоточные 3D-измерения головы каждого человека.
    1. Получите структурное сканирование (т.е. T1) с использованием параметров, которые согласуются с несколькими исследованиями национального уровня (например, SCAN, ADNI). Соберите анатомическое изображение всей головы с высоким разрешением, взвешенное по T1, с использованием испорченного градиентного сбора данных (SPGR) в стационарном режиме визуализации (TR/TE = 6,95/2,92 мс, угол поворота = 8°, поле зрения = 256 × 256 мм2, размер матрицы = 256 x 256; толщина среза = 1 мм; 208 сагиттальных срезов; размер вокселя = 1 x 1 x 1 мм3).
      1. Если доступ к таким МРТ-сканированиям с высоким разрешением и МРТ с другими (иногда более низкими) разрешениями широко недоступен, используйте МРТ-сканирование клинического уровня T1 с диапазоном размеров вокселей (например, 0,98мм3; 0,94 × 0,94 × 3,00мм3). Используйте клиническую последовательность FLAIR, когда T1 имеет недостаточное качество.
      2. В случаях плохой сегментации тканей и . При создании файлов STL используйте программное обеспечение для сверточных нейронных сетей (например, SynthSR) или аналогичное программное обеспечение для преобразования сканов в синтетический, скорректированный на смещение изотропный MP-RAGE T116,17. Попробуйте выполнить этот шаг, когда толщина среза клинического Т1 превышает параметры, необходимые для создания точного головного убора.
        ПРИМЕЧАНИЕ: В настоящее время разрабатываются альтернативные подходы к получению необходимых 3D-измерений головы (например, 3D-сканирование головы), которые будут реализованы, как только они станут доступны.
  2. Выполнение вычислительного моделирования на основе МРТ (опционально):
    1. Используйте программное обеспечение для вычислительного моделирования (например, ROAST18) для разработки персонализированной вычислительной модели течения электрического тока с использованием МРТ-сканирования T1. Убедитесь, что расположение электродов соответствует стандартной системе 10-10 или 10-5.
  3. Разработка головных уборов
    1. Загрузите МРТ-сканирование T1 участника на защищенный сервер для сегментации кожи головы и создания головных уборов.
    2. Укажите количество и расположение держателей электродов с помощью стандартной системы 10-10 (или 10-5), чтобы убедиться, что головной убор соответствует моделированию «наземной истины». Подождите, пока программное обеспечение автоматически а) разместит перекладины, соединяющие держатели электродов, чтобы сформировать жесткую оболочку, которая позволит пользователю перемещать волосы вокруг опорных стержней, и б) определит анатомические ориентиры (например, назион, инион, ушная раковина), чтобы разместить «ориентирующие выступы», которые накладываются на эти области и позволяют пользователю быстро разместить головной убор.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Большинство сканов не требовали ручной коррекции. Деформация мягких тканей может наблюдаться вокруг ушей, лица и шеи, которые находятся ниже оболочки головного убора, а небольшие расхождения (несколько миллиметров) могут быть объяснены прокладками и тонкой гибкостью самой нейлоновой рамы. В некоторых исключительных случаях (например, при смещении положений объекта или анизотропных МРТ с низким разрешением) коррекция может быть применена в виде вручную рассчитанной матрицы поворота и/или апскейлера сверхвысокого разрешения.
  4. 3D-печать:
    1. Загрузите файл 3D-модели (например, ». STL») на соответствующий 3D-принтер (например, принтер селективного лазерного спекания (SLS) с медицинским нейлоном-12 (PA12) или стереолитографический принтер (SLA) со смолой).
    2. После печати убедитесь, что шероховатые края сглажены наждачной бумагой, если это необходимо.
  5. Размещение головного убора:
    1. Разместите ориентирующие выступы в соответствующих местах на голове.
    2. Закрепите головной убор с помощью ремней на крючке и липучке под подбородком для двустороннего головного убора или вокруг головы для одностороннего головного убора.
    3. При необходимости применяйте мягкие спейсеры, чтобы компенсировать незначительные зазоры между держателями электродов и кожей головы. Убедитесь, что все остальные держатели электродов остаются в контакте с кожей головы после добавления спейсеров.
    4. Заполните электрододержатели проводящим гелем.
    5. Поместите электрод в держатель, обеспечив контакт с гелем. Наденьте колпачок на фиксирующий электрод.

figure-protocol-2
Рисунок 2: Персонализация головного убора ME-tES. (A) Дополнительные примеры персонализированных головных уборов ME-tES, которые демонстрируют гибкость подхода. (B) При необходимости используются пять размеров гибких спейсеров для обеспечения плотного контакта с кожей головы. (C) Пример распорки, размещенной на конце держателя электрода. Сокращение: ME-tES = многоэлектродная транскраниальная электростимуляция. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

2. Валидация головного убора

ПРИМЕЧАНИЕ: Представлены различные данные первых 63 участников, которые прошли ME-tDCS с использованием головного убора. Не все данные были доступны для всех участников из-за изменений в протоколе или прагматических факторов (например, отсутствие или нехватка времени для получения дополнительных анкет). Все участники выполнили запланированное количество сессий. У всех этих участников были диагностированы неврологические травмы или заболевания, которые включали деменцию типа Альцгеймера (n = 22), амнестические легкие когнитивные нарушения (n = 13), первичную прогрессирующую афазию (n = 12), атрофию задней коры головного мозга (n = 11), поведенческий вариант лобно-височной деменции (n = 2), бескислородную черепно-мозговую травму (n = 2) и деменцию с тельцами Леви (n = 1). Средний возраст составил 68,9 лет, из них 50,8% составляли женщины.

  1. Проверка точности измерения головного убора:
    1. Вручную измерьте и отметьте расположение каждого электрода на голове участника.
    2. Разместите головной убор так, как показано в пункте 1.5. Отметьте расположение каждого электрододержателя. Снимите головной убор.
    3. Измерьте разницу между местоположением, измеренным вручную, и положением головного убора (в мм).

3. Обучение дистанционному ME-tES

ПРИМЕЧАНИЕ: Ниже приведена следующая строгая программа обучения для партнеров по исследованию и связанные с ней данные об эффективности. Обучение первоначально занимало 5 дней, но было модифицировано для использования подхода к овладению навыками, учитывая высокий процент успеха у первых нескольких участников. Заполнение стандартных анкет переносимости после каждого сеанса15.

  1. День 1: Попросите опытного члена исследовательской группы объяснить компоненты головного убора (например, ориентирующие выступы; держатели электродов) и продемонстрируйте правильное расположение партнера по исследованию.
    1. Попросите члена бригады убедиться, что каждый держатель электрода находится на одном уровне с кожей головы, чтобы не было зазоров, которые могли бы позволить гелю вытечь. Если зазоры есть, попросите члена бригады приложить гибкие прокладки к нижней части держателя электродов (рис. 2C) и еще раз проверить все остальные держатели электродов, при необходимости установив дополнительные прокладки.
    2. Попросите члена команды продемонстрировать передовые методы, такие как удаление волос из-под держателей электродов, правильное заполнение держателя гелем (т. е. предотвращение/удаление пузырьков воздуха), размещение электродов и применение соответствующего колпачка держателя.
    3. Попросите члена команды продемонстрировать, как работать с устройством ME-tES, проверить заряд батареи и оценить импеданс электродов. Приведите примеры потенциальных проблем и способов их решения.
    4. Проведите сеанс в соответствии с требованиями исследования.
    5. Попросите члена бригады продемонстрировать правильные методы вращения, снятия, промывки и сушки (об уходе за электродами см.19).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Данные о достоверности представлены от подгруппы партнеров по исследованию (n = 33) и участников (n = 34) об их способности настраивать и проводить стимуляцию с использованием заякоренной шкалы Лайкерта после того, как они наблюдали за тем, как член исследовательской группы проводил этот первый сеанс (Таблица 1).
  2. День 2: Попросите партнера по исследованию выполнить все процедуры под наблюдением члена исследовательской группы.
    1. Попросите партнера по исследованию отметить область и обе точки ушной раковины, чтобы убедиться, что ориентирующие выступы головного убора правильно размещены на голове участника.
    2. Попросите члена исследовательской группы отметить расположение каждого держателя электрода и снять головной убор.
    3. Попросите члена исследовательской группы заменить головной убор и отметить расположение каждого держателя электрода, чтобы оценить точность партнера по исследованию относительно члена группы (рисунок 3B). Отметьте различия и при необходимости предоставьте корректирующую обратную связь.
    4. Попросите партнера по исследованию выполнить всю настройку (т.е. обеспечить плотное прилегание к коже головы, заполнение держателя гелем, установку электрода), активировать устройство, оценить импедансы и, в конечном итоге, очистить оборудование; Все это под наблюдением члена команды.
  3. Дни 3-5: Используйте стандартизированный контрольный список, чтобы член исследовательской группы контролировал партнера по исследованию на каждом этапе процесса подготовки. При необходимости предоставляйте корректирующие отзывы и советы до тех пор, пока партнер по исследованию не продемонстрирует мастерство во всем процессе настройки и очистки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В последний день снова были получены данные о точности для определения точности размещения головного убора у партнера по исследованию по сравнению с членом исследовательской группы (Рисунок 3B).
    1. В конце сеанса предоставьте партнеру по исследованию чехол для переноски со всеми необходимыми принадлежностями (например, головной убор, гель, шприцы, электроды), руководство по надлежащему уходу и техническому обслуживанию, а также второй чехол с устройством ME-tES.
      Примечание: Партнеры по исследованию (n = 31) и участники (n = 30) предоставили оценки достоверности в конце заключительной учебной сессии (Таблица 1).
  4. Дистанционные (домашние) МЭ-ТЭС:
    1. Для каждого запланированного сеанса попросите партнера по исследованию войти в систему защищенного видеозвонка с членом исследовательской группы, а затем выполнить все действия по настройке.
    2. Попросите партнера по исследованию сообщить об импедансах. Если это приемлемо, попросите члена исследовательской группы предоставить код, который партнер по исследованию должен ввести в блок ME-tDCS.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для многих установок ME-tDCS требуется одноразовый код для начала стимуляции, что предотвращает незапланированные сеансы стимуляции и оптимизирует безопасность участников.
    3. Попросите члена исследовательской группы выполнить необходимые действия сеанса с помощью видеосвязи, включая отчеты о безопасности и переносимости (например, о побочных эффектах).
    4. После завершения сеанса попросите партнера по исследованию следовать контрольному списку по уходу и обслуживанию и зарядите батареи стимулятора.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Партнеры по исследованию (n = 24) и участники (n = 24) предоставили оценки достоверности после предписанного количества дистанционных сессий.

Результаты

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

Параметры стимуляции и общее количество сеансов:
Мы успешно создали 100% бывших головных уборов (63/63), продемонстрировав надежный и эффективный конвейер персонализированных головных уборов. Каждый головной убор включал от 5 до 22 электродов, в зависимости от участника и исследования (обратите внимание, что также возможно меньшее или большее расположение электродов). Мы обеспечили амплитуду на канал 4 мА или менее и общий ток на основе скальпа по всем электродам менее 16 мА. В общей сложности мы провели 1 449 сеансов с использованием головного убора.

Результаты валидации:
Разница между расположениями электродов головного убора при ручном измерении одних и тех же мест на первых 54 головных уборах составляла в среднем 8,6 мм (рис. 3A). Эта разница (т.е. <1 см) находится в пределах ожидаемой погрешности, возникающей при измерении рукой, поскольку: 1) измерение рукой по своей природе изменчиво, особенно в разные дни и при выполнении разными членами исследовательской группы, 2) навыки/опыт измерения могут различаться у разных членов исследовательской группы, 3) индивидуальные различия в размере/форме головы и волосах создают ошибку измерения, 4) Сложные монтажи взаимодействуют с #1-3, создавая вариативность и требуя длительного времени на настройку. Фактически, этот процесс привел нас к выявлению и коррекции дрейфа в процессе измерений исследовательской группы (т.е. головной убор обеспечил объективную наземную достоверность). Жесткость головного убора (хотя материал был оптимизирован для баланса комфорта, гибкости и жесткости) и ориентирующие выступы (например, назион) существенно устраняют ошибку в размещении электродов, и, как отмечалось выше, расположение основано на том же процессе, что и программное обеспечение для компьютерного моделирования. Установка головного убора занимает <1 минуту; общее время настройки с 20 электродами ~10 мин (включая заполнение держателей, установку электрода, измерение импеданса); Значительное сокращение по сравнению с ручным измерением (обычно ~45 мин в зависимости от расположения электродов).

figure-results-1
Рисунок 3: Тренировка для головного убора ME-tES. (A) Средняя разница между измерением руки и головным убором (в мм). ПРИМЕЧАНИЕ: Мы выявили несколько неточностей, связанных с измерением руки в процессе сравнения, которые привели к процедурным изменениям (например, размещение измерительной ленты, точки ушной раковины). (B) Средняя разница между головным убором, размещенным на партнере по исследованию, и обученным членом исследовательской группы в первый и последний дни обучения. Черные круги представляют общее среднее значение по группе; Серые круги обозначают отдельных участников. Сокращение: ME-tES = многоэлектродная транскраниальная электростимуляция. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Результаты обучения:
Партнеры по исследованию точно разместили головной убор с первой попытки, о чем свидетельствует разница в среднем всего 3 мм относительно места, где его разместила наша исследовательская группа. К заключительному дню тренировки эта разница составила 1,74 мм (рис. 3В). Важно, что 100% информантов успешно прошли обучение в течение 5 доступных дней.

Обученные партнеры по исследованию провели 929 сеансов на дому у участников (диапазон: 5-61 сеанс на участника). Проблем с безопасностью не было. Переносимость оценивалась с помощью стандартных опросников, но здесь не сообщается из-за наших предыдущих результатов сопоставимых сенсорных переживаний между активными и симуляционными ME-tDCS 3,15. Таблица 1 показывает, что участники и партнеры по исследованию сообщили о высоком уровне уверенности после первого занятия, который еще больше увеличился до уровня, близкого к потолку, к заключительному занятию. Кроме того, участники и партнеры по исследованию сообщили о почти максимальном уровне удовлетворенности опытом удаленного использования ME-tDCS после заключительного сеанса.

Таблица 1: Опыт партнеров и участников исследования при использовании головного убора, а также выполнении и приеме дистанционного ME-tDCS. Показатели, полученные после первого сеанса, заключительного сеанса обучения (~5-го) и заключительного сеанса ME-tDCS. Сокращение: ME-tDCS = многоэлектродно-транскраниальная стимуляция постоянным током. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Обсуждение

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

Наш персонализированный головной убор обеспечивает удобный для пользователя метод дистанционного введения ME-tES даже у пожилых людей с неврологическими травмами и заболеваниями. Наши данные показывают, что автоматическое размещение электродов для головного убора было сопоставимо с ручными измерениями. Важно отметить, что совместное размещение электродов на основе МРТ означает, что tES доставляется с помощью зеркальных отражений головных уборов, которые отображаются с помощью вычислительных моделей. Персонализированные ориентационные выступы обеспечивают правильное размещение, а конструкция перекладины позволяет пользователю (пользователям) получить доступ к расположению электродов и уменьшить возможные путаницы, особенно в отношении движущихся волос, чтобы обеспечить свободный доступ к коже головы. Эти преимущества являются заметными преимуществами по сравнению с существующими подходами (например, неопреновые шапки; сетка на голове, измеряемая вручную), которые потенциально медленнее, менее точны и подвержены плохому контакту из-за волос, особенно в отдаленных местах (например, дома).

Наша программа дистанционного обучения оказалась чрезвычайно эффективной в обучении партнеров по исследованию применению ME-tDCS, поскольку все те, кто проявил интерес, смогли соответствовать критериям эффективности. В частности, партнеры по исследованию точно разместили головной убор после одного наблюдения (разница 3 мм; разница 1,74 мм после нескольких сеансов) и быстро научились выполнять все действия по настройке и очистке. Партнеры и участники исследования сообщили об очень высокой уверенности даже после одного дня обучения и сообщили о почти максимальном уровне уверенности к заключительному дню обучения. Как партнеры, так и участники исследования были весьма удовлетворены общим опытом и выразили заинтересованность в дополнительных исследованиях tES (Таблица 1). Таким образом, наши головные уборы заполняют критический пробел в трансляции, делая ME-tES доступным за пределами офиса. Обратите внимание, что эти выводы основаны на вышеупомянутых шагах, которые имеют решающее значение для пользователей. Тем не менее, исследовательским группам может потребоваться адаптировать подход к обучению для других групп населения.

Мы активно работаем над преодолением нескольких потенциальных ограничений. Например, текущие требования к МРТ (например, 1 мм3 вокселя) могут быть доступны не для всех участников. К счастью, наши методы кажутся надежными, учитывая первоначальный успех с использованием МРТ клинического качества (как T1, так и FLAIR) для разработки головного убора. Эту проблему можно еще больше смягчить по мере совершенствования методов 3D-сканирования головы, которые в конечном итоге могут сделать МРТ-сканирование ненужным. Мы также создали «обычные» головные уборы (например, 56 см в окружности), которые могут стать еще одним вариантом по сравнению с ручным измерением или неопреновыми кепками. Как и в случае с такими существующими подходами, прически могут препятствовать точному размещению головных уборов, и в таких случаях командам придется либо работать с участниками, чтобы изменить прически, либо изменить их монтаж. Как и в случае со всеми устройствами и вмешательствами, стоимость может быть важным фактором, и мы рекомендуем потенциальным пользователям учитывать свои потребности с учетом преимуществ и ограничений всех доступных подходов.

Индивидуальный характер и гибкость головного убора означают, что держатели электродов можно легко модифицировать любым количеством способов. Например, у нас уже есть шаблоны для поддержки традиционных контактных площадок tES. Кроме того, несколько новых методов нейромодуляции интегрируют персонализированное вычислительное моделирование для нацеливания на конкретные области мозга. Благодаря такому совместному расположению электродов с такими подходами к моделированию наши головные уборы идеально подходят для поддержки точных методов, таких как стимуляция временной интерференцией и транскраниальный сфокусированный ультразвук, а также персонализированная транскраниальная магнитная стимуляция. Наконец, мы также разработали модификации, которые позволяют проводить электроэнцефалограмму и функциональную ближнюю инфракрасную спектроскопию как изолированно, так и с одновременной нейромодуляцией. В целом, наши головные уборы представляют собой очень гибкую платформу, которая повышает доступность и устойчивость, сводя к минимуму нагрузку на участников и исследовательскую группу.

Раскрытие информации

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

В настоящее время головной убор запатентован в рамках программы «Нейропсихологическая и неврологическая реабилитация». Заявка США No: 17/188437 Изобретатель, патент No 11865328, и включает модификации для других подходов к нейромодуляции и нейрофизиологии, указанных выше. Лицензия на продукт принадлежит компании Soterix Medical Inc., и ведущий автор (BMH), Мичиганский университет и Департамент по делам ветеранов могут получать роялти от продаж. ARG, KM, JM и AD являются сотрудниками Soterix Medical Inc. Никакой ИИ не использовался ни в одной части этой работы. Потенциальные конфликты были смягчены за счет того, что все данные собирались членами исследовательской группы, которые не имели отношения к патенту, лицензии или Soterix Medical Inc. Ни один из членов Soterix Medical, Inc. не играл никакой роли в планировании исследований или сборе данных, а также не имел доступа к необработанным данным.

Благодарности

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

Содержание данной рукописи не отражает точку зрения Департамента по делам ветеранов или правительства Соединенных Штатов. Также признается грантовая поддержка от Национального института по проблемам старения через R35AG072262 и R01AG058724 [обе компании BMH].

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Электродный гельSignagelн/д
Головные уборыSoterix Medical Inc. https://soterixmedical.com/research/remote
ПУЛЬТ MxN 10Soterix Medical Inc. https://soterixmedical.com/research/remote

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clin Neurophysiol. 128 (9), 1774-1809 (2017).
  2. Bikson, M., et al. Safety of transcranial direct current stimulation: Evidence based update 2016. Brain Stimul. 9 (5), 641-661 (2016).
  3. El Jamal, C., et al. Tolerability and blinding of high-definition transcranial direct current stimulation among older adults at intensities of up to 4 mA per electrode. Brain Stimulation. 16 (5), 1328-1335 (2023).
  4. Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clin Neurophysiol. 128 (1), 56-92 (2017).
  5. Charvet, L. E., et al. Remotely-supervised transcranial direct current stimulation (tDCS) for clinical trials: Guidelines for technology and protocols. Front Syst Neurosci. 9, 26(2015).
  6. Charvet, L. E., Shaw, M. T., Bikson, M., Woods, A. J., Knotkova, H. Supervised transcranial direct current stimulation (tDCS) at home: A guide for clinical research and practice. Brain Stimul. 13 (3), 686-693 (2020).
  7. Pilloni, G., et al. Tolerability and feasibility of at-home remotely supervised transcranial direct current stimulation (RS-tDCS): Single-center evidence from 6,779 sessions. Brain Stimul. 15 (3), 707-716 (2022).
  8. Brechet, L., et al. Patient-tailored, home-based non-invasive brain stimulation for memory deficits in dementia due to Alzheimer's disease. Front Neurol. 12, 598135(2021).
  9. Van De Winckel, A., et al. Home-based transcranial direct current stimulation plus tracking training therapy in people with stroke: An open-label feasibility study. J Neuroeng Rehabil. 15 (1), 83(2018).
  10. Sharma, G., Chowdhury, S. R. 2019 IEEE Conference on computational intelligence in bioinformatics and computational biology (CIBCB). , 1-5 (2019).
  11. Borckardt, J. J., et al. A pilot study of the tolerability and effects of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) on pain perception. J Pain. 13 (2), 112-120 (2012).
  12. Datta, A., et al. 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).
  13. Rogers, G., Joodaki, M., Hopf, A., Santarnecchi, E., Guzman, R., Muller, B., Osmani, B. Increasing target engagement via customized electrode positioning for personalized transcranial electrical stimulation: A biophysical modeling study. NeuroImage. 311, 121206(2025).
  14. Kuo, H. -I., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4× 1 ring tDCS: A neurophysiological study. Brain stimul. 6 (4), 644-648 (2013).
  15. Reckow, J., et al. Tolerability and blinding of 4x1 high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) at two and three milliamps. Brain Stimul. 11 (5), 991-997 (2018).
  16. Iglesias, J. E., et al. Synthsr: A public ai tool to turn heterogeneous clinical brain scans into high-resolution T1-weighted images for 3D morphometry. Sci Adv. 9 (5), eadd3607(2023).
  17. Iglesias, J. E., et al. Joint super-resolution and synthesis of 1 mm isotropic MP-RAGE volumes from clinical MRI exams with scans of different orientation, resolution and contrast. Neuroimage. 237, 118206(2021).
  18. Huang, Y., Datta, A., Bikson, M., Parra, L. C. Realistic volumetric-approach to simulate transcranial electric stimulation-roast-a fully automated open-source pipeline. J Neural Eng. 16 (5), 056006(2019).
  19. Hampstead, B. M., Ehmann, M., Rahman-Filipiak, A. Reliable use of silver chloride HD-tDCS electrodes. Brain Stimul. 13 (4), 1005-1007 (2020).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

3D

Похожие статьи