Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

Elektrode positionering en Montage in Transcranial Direct Current Stimulatie

doi: 10.3791/2744 Published: May 23, 2011

Summary

Transcraniele gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een gevestigde techniek voor het moduleren van corticale prikkelbaarheid

Abstract

Transcraniele gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een techniek die is intensief onderzocht in het afgelopen decennium als deze methode biedt een niet-invasieve en veilig alternatief voor corticale prikkelbaarheid 2 te veranderen. De effecten van een sessie van tDCS kan duren enkele minuten, en de gevolgen daarvan zijn afhankelijk van de polariteit van de stimulatie, zoals dat cathodal stimulatie een afname van de corticale prikkelbaarheid induceert, en anodal stimulatie veroorzaakt een toename van de corticale prikkelbaarheid kan duren dan de periode van stimulatie 6. Deze effecten zijn onderzocht in de cognitieve neurowetenschappen en ook klinisch in een verscheidenheid van neuropsychiatrische aandoeningen - vooral wanneer het over een aantal opeenvolgende sessies 4. Een gebied dat is aandacht trekken van neurowetenschappers en clinici is het gebruik van tDCS voor de modulatie van pijn-gerelateerde neurale netwerken 3,5. Modulatie van twee belangrijke corticale gebieden in pijn onderzoek werd onderzocht: primaire motorische cortex en de dorsolaterale prefrontale cortex 7. Vanwege de cruciale rol van de elektrode montage, in dit artikel tonen we verschillende alternatieven voor de plaatsing van de elektroden voor tDCS klinische proeven op pijn; bespreken van voor-en nadelen van elke methode van de stimulatie.

Protocol

1. Materialen

  1. Controleer of u alle materialen die nodig zijn (tabel 1, figuur 1).
    TDCS apparaten moeten worden accu-aangedreven en fungeren als een constante stroom stimulator met een maximale output in de miliAmps bereik. Bij sommige apparaten kan de accu's in rekening worden gebracht. Constante spanning (voltage controlled) stimulators zijn niet geschikt voor tDCS. Het gebruik van stopcontacten aan de macht van het apparaat is niet handig of gepast als mal functionerende apparaten kunnen grote intensiteit van de elektrische stroom te leveren, zonder waarschuwing.
  2. Elektroden gebruikt voor tDCS over het algemeen bestaan ​​uit een metalen of geleidende rubber elektroden ingesloten in een geperforeerde zak spons die is verzadigd met een elektrolyten (vloeistof met zout). Een andere mogelijkheid is het gebruik van rubber elektrode met geleidende gel. Langdurig passage van gelijkstroom stroom in metalen elektrode (waar de elektronen van de stimulator worden omgezet naar ionen gedragen door het lichaam 8) kan produceren ongewenste elektrochemische producten zoals pH veranderingen. De spons pocket mag optreden om fysiek gescheiden, en dus buffer, de huid van de elektrochemische veranderingen.
  3. Om deze reden moeten metaal of rubber elektroden nooit op de huid tijdens tDCS. Zo ook tijdens stimulatie gebruiker moet waakzaam zijn tegen de spons uitdroging en beweging. Een andere verwante overweging is de duurzaamheid en herbruikbaarheid van tDCS elektroden. Onze ervaring is dat, vooral wanneer de polariteit van de elektroden wordt gedraaid, en een goede stimulatie voorwaarden consequent volgehouden, rubber en metaal elektroden kunnen worden hergebruikt. De keuze van de elektrolyt is hieronder verder besproken. Uit operationele ervaring, is het aanbevolen om te gebruiken vlak, en niet te grof geperforeerde sponzen, omdat zij het ​​best de elektrolyt geleiding oplossing te absorberen en zorgen voor een uniforme contact met de huid 8.
  4. Er is de mogelijkheid om actuele verdoving toe te passen. Speciaal voor kortdurend stimulatie, indien ramping niet mogelijk is, kan het voorkomen dat somatosensorische perceptie en onaangename gewaarwording die voortvloeien uit TDC stimulatie. Een andere reden voor het gebruik van plaatselijke toepassing van lokale anesthetica is om zo goed vergelijkbaarheid tussen schijn en actieve tDCS voorwaarden te scheppen, omdat er geen onderwerp zou voelen als er stroom is of niet en een optimale verblindend situatie zou zijn gewaarborgd. Deze aanpak is bijzonder gevoelig bij de planning van grotere intensiteit te gebruiken als verblindend zou minder effectief zijn in deze situatie 7. Hoewel gevoel / pijn en irritatie van de huid zijn niet altijd gecorreleerd, kan overmatig gebruik van topische anesthetica maskeren ernstige bijwerkingen zoals een brandend.

In deze gids illustreren we de meest typische tDCS set-up voor pijnbestrijding: met behulp van geleidend rubber elektroden, zakvormige geperforeerd sponzen, zowel op het hoofd, zonder plaatselijke verdoving.

2. Metingen

  1. Zorg ervoor dat het onderwerp is comfortabel zit.
  2. Het gebied van de stimulatie wordt gevonden door het meten van de hoofdhuid. Meestal is de conventie van de EEG 10/20 systeem wordt gebruikt 7. De site van stimulatie hangt af van uw experimentele benadering.
  3. Zoek lokalisatie van de Vertex (figuur 2):
    Meet de afstand van nasion om INION en Mark halverwege met behulp van een huid marker.
    Nasion - punt tussen het voorhoofd en neus, op de kruising van de nasale botten (figuur 3).
    INION - meest prominente punt van de achterhoofdsknobbel bot (figuur 3).
    Meet de afstand tussen de pre-auriculaire punten en markeren halverwege. Markeer beide halverwege spots om de Vertex te vinden.
    1. Te vinden van de primaire motorische cortex, of M1, gebruik 20% van de auriculaire meting en gebruiken deze meting van Cz door auriculaire lijn (aan de zijkant van de Vertex) (figuur 4). Deze plek moet overeenkomen met C3/C4 EEG locatie. Deze methode van lokalisatie is genoeg, gezien de focality van de traditionele grote elektroden tDCS. Voor meer focale tDCS, kunnen andere methoden van corticale lokalisatie nodig zijn.
    2. Te vinden van de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) 9,10: Een praktische methode is om vooruit te meten vijf centimeter van de M1 locatie of naar de 10/20 EEG-systeem te gebruiken. Dit moet overeenkomen met de F3 of F4 EEG locatie, zoals hier te zien (Figuur 5). Deze methode van het bepalen van de stimulatie site is voldoende als met behulp van traditionele tDCS elektroden. Voor meer focale tDCS, kunnen andere methoden van corticale lokalisatie nodig zijn, zoals neuronavigatie.

3. Skin Voorbereiding

  1. Inspecteer de huid voor een pre-verlaten irritatie, snijwonden, of letsels - voorkomen dat het stimuleren van meer dan beschadigde huid en op schedel laesies.
  2. Voor het verhogen van geleiding, af te stappen haren van de plaats van stimulatie en het reinigen van de oppervlakte van de huid om enig teken van lotion, vuil, enz. verwijderen enlaten drogen. Voor personen met dik haar, kan het gebruik van geleidende gel nodig.
  3. Bij gebruik van herbruikbare elektroden, inspecteer de rubber-inleg en sponzen op slijtage. Inspecteer de rubber-inleg en sponzen op slijtage. Als er aanwijzingen zijn van verslechtering, gooien de vuile componenten en gebruik van een nieuwe elektrode.

4. Positie van de elektroden

  1. Na het vinden van de plaats van stimulatie en de huid voorbereiding moet je plaats een van de elastiek of rubber hoofdbanden rond het hoofd omtrek. De elastische hoofdband dient te worden geplaatst onder de INION als om beweging te vermijden tijdens de stimulatie. De elastische banden moet worden gemaakt van niet-geleidend materiaal (of zij zal fungeren als elektroden) en niet-absorberend materiaal (om de banden absorberen vocht uit de sponzen te vermijden).
  2. Elke zijde van de sponzen moet na iedere duik met een zoutoplossing. Voor een 35 cm 2 spons, kan ongeveer 6 ml van de oplossing per kant voldoende (totaal 12 ml per spons). Wees voorzichtig niet meer dan genieten van de spons (niet te natte-er mag geen water lekken zijn, maar ook niet droog als een goede elektrode contact). Voorkomen dat het weglekken van vocht over het onderwerp. U kunt gebruik maken van een spuit om meer oplossing toe te voegen indien nodig.
    Er is bewijs dat de elektrolyt-oplossingen met lagere NaCl-concentraties (15 mm) worden gezien als meer gemak voelen tijdens tDCS dan die oplossingen met een hogere NaCl concentraties (220 mm) 11,12. Sinds de ionische sterkte van gedemineraliseerd water is veel minder dan die van alle NaCl-oplossingen, is er een aanzienlijk grotere spanning nodig is om stroom te voeren over de elektrode en door de huid in vergelijking met NaCl-oplossingen. Het is dus het gebruik van oplossingen met een matige NaCl-concentratie aanbevolen, in het bereik van 15 mm tot 140 mm, zoals tDCS bij deze concentraties is de kans groter te worden opgevat als comfortabel, vereist matig lagere voltage terwijl waarmee een goede geleiding van de stroom. 11 Het gebruik van gels (overgenomen van toepassingen zoals EEG), is ook beschouwd als - een van de belangrijkste beperking is de toegenomen gedoe van de set-up clean-up na stimulatie, zonder bewezen voordeel ten aanzien van resultaat bij het gebruik van geperforeerde spons elektroden.
  3. Sluit de kabels aan het apparaat.
    Neem contact op met uw stimulator handleiding op als de stimulator moet worden ingeschakeld voor of na het aansluiten gepositioneerde elektroden op de stimulator. Met behulp van alle stimulatoren, moeten de elektroden niet worden losgekoppeld of aangesloten bij de stroom is in gang gezet. Zorg ervoor dat de verbinding polariteit correct is als de effecten van tDCS zijn zeer specifieke polariteit (meestal rood geeft aan dat de anode elektrode, en zwart of blauw geeft aan dat de kathode elektrode, dit is de conventie, maar contact op met uw toestel). Merk op dat in het kader van tDCS (en meer in het algemeen elektrische stimulatie in het algemeen), "Anode" altijd de relatieve positieve terminal waar een positieve stroom intro van het lichaam, terwijl de "kathode" geeft de relatieve negatieve terminal waar de positieve stroom gaat dan de aangegeven lichaam.
  4. Steek de stekker snoer pin in de opening van de houder op de geleidende rubber inzet.
  5. Schuif de geleidende rubber inzet in de spons. De geïsoleerde deel van de kabel steekt uit de spons-pocket opening. Zorg ervoor dat de gehele geleidende rubber inzet wordt gedekt door de spons en dat er geen enkel deel van de connector pin koord zichtbaar is.
  6. Plaats een spons elektrode onder de elastische hoofdband. Zorg ervoor dat veel vloeistof niet wordt uitgeworpen uit de spons tot de hoofdhuid tijdens dit proces als dit zal stroom verspreid over de hoofdhuid en putten de spons van de vloeistof.
  7. Sluit de tweede elastische hoofdband om de eerste elastische hoofdband op basis van de elektrode montage die u wilt gebruiken (tabel 2). Andere elastische hoofdbanden kunnen worden gebruikt.
  8. Leg de tweede spons elektrode op het hoofd van de tweede elastische hoofdband. Zorg ervoor dat u deze plaatsen op het gemarkeerde gebied dat u wilt stimuleren.
  9. Het pad van het ene apparaat terminal, via een elektrode, over het lichaam, door de tweede elektrode, en terug naar het tweede apparaat terminal vormt een circuit - de totale weerstand van die (som van de elektroden en het lichaam weerstand) kunnen worden gemeten. Als de algehele weerstand abnormaal hoog is, kan dit duiden op ongepast elektrode set-up. Als uw apparaat te meten weerstand - dit zou aan te bevelen - de indicatie veld moet tonen van relevante elektrode contact. Idealiter moet men streven naar de impedantie hebben onder 5k Ohm. Sommige apparaten geven aan de spanning over de weg in plaats van verzet - in dit geval weerstand kan berekend worden met behulp van eenvoudig ohm wet (Resistance = Geef spanning / stroom toegepast). Veel apparaten nog steeds een indicatie van de weerstand te bieden in de loop van de stimulatie, die voorziet in een nuttige manier om een ​​potentieel gevaarlijke sporensituatie (zoals een drogen elektrode). In sommige gevallen zal het apparaat automatisch beëindigd stimulatie of te verminderen stimulatie-intensiteit als de weerstand toeneemt boven een bepaalde drempel.

5. Start tDCS

  1. Voorafgaand aan de procedure te starten, scherm onderwerpen voor eventuele contra-indicaties (zie bespreking).
  2. Het onderwerp moet worden versoepeld, comfortabel en wakker tijdens de procedure. Ongecontroleerde interferentie met de huidige corticale activiteit tijdens tDCS moet worden vermeden. Voor stimulatie van de motorische cortex gebied, heeft aangetoond dat intensieve cognitieve inspanning los van het doelgebied, maar ook enorme activatie van de motorische cortex bij langdurige samentrekken van de spieren van de effecten van tDCS 13 afschaft.
  3. Pas de instellingen op de tDCS stimulator die u wilt stimuleren met, zoals de intensiteit, de tijd, en indien van toepassing op uw toestel, de sham voorwaarde instelling (figuur 10). Merk op dat sommige stimulatoren moeten worden ingeschakeld, voordat u het contact tussen de elektroden en de huid is gemaakt om elektrische schokken te vermijden.
  4. Nu start u de tDCS. Ter beperking van eventuele negatieve effecten beginnen stroom door speedramp de huidige. Veel commerciële apparaten zijn uitgerust met voorzieningen automatisch oprit de huidige in-en uitgeschakeld. Een punt dat moet worden opgemerkt is dat de proefpersonen meestal blijven voelen sommige lokale sensatie, zelfs nadat de huidige is gestaakt.
  5. Sommige onderwerpen kunnen ongemak tijdens de eerste tDCS periode. In dergelijke gevallen kan de stroom kan enigszins worden verminderd voor een tijdelijke periode, bijvoorbeeld met 50%, als het onderwerp past, geleidelijk weer verhoogd tot het gewenste niveau. Deze functie is mogelijk afhankelijk van het apparaat wordt gebruikt.
  6. Aan het begin van de stimulatie, zal de meerderheid van de proefpersonen zien een lichte jeuk, die vervolgens verdwijnt in de meeste gevallen. Ook snelle veranderingen van de stimulerende circuit onmiddellijk zou leiden tot perifere zenuwen vuren. Het onderwerp kan merken zo kort netvlies fosfenen met elektroden de buurt van de ogen. Deze effecten kunnen grotendeels worden voorkomen door speedramp de huidige op en neer aan het begin en einde van de behandeling. Dit kan ook voorkomen dat de duizeligheid of vertigo incidenteel gemeld wanneer de huidige plotseling wordt verhoogd of verlaagd. 7
  7. Na de stimulatie, moet de stroom worden opgevoerd er ook af op de High-Definition tDCS (HD-tDCS):. TDCS met elektroden kleiner is dan ongeveer 2 cm 2 is genaamd HD-tDCS en vaak gebruik maakt van tal van elektrode (meer dan twee) te begeleiden stroom door de hersenen voor specifieke toepassingen 14. Deze methoden paper alleen gericht op conventionele tDCS (het gebruik van grotere spons elektroden), en het is belangrijk om te benadrukken dat de HD-tDCS specifieke elektroden 15, huid voorbereiding, en stimulator hardware vereist. Het is niet aan te raden om tDCS met behulp van 1-2 mA van de spons elektroden 14,15 toe te passen.

6. Na de procedure

  1. Regelmatig te evalueren transcraniële DC stimulatie en om de veiligheid van deze techniek over een lange periode van tijd te nemen, is het raadzaam om een ​​vragenlijst van nadelige effecten te gebruiken.
  2. Zo'n vragenlijst moet eventuele nadelige effecten geassocieerd met tDCS. De meest voorkomende bijwerkingen zijn tintelend gevoel, jeuk en een branderig gevoel, hoofdpijn en ongemak. Vindt u een voorbeeld van zo'n vragenlijst in het artikel van Brunoni et al.. (2011) 16. Het wordt ook aanbevolen om kwantitatief te verzamelen over de schadelijke effecten, zoals een 1 tot 5 of 1 tot 10 graad schaal.
  3. Men moet deze bijwerking vragenlijst ook gebruiken nadat de conditie van sham stimulatie tot een betere vergelijkbaarheid tussen de twee stimulatie situaties te onthullen. Er is bewijs dat schijnvertoning stimulatie een vergelijkbare hoeveelheid jeuk en tintelingen als actieve stimulatie veroorzaakt.

7. Representatieve resultaten:

Met de juiste setup, moet de tDCS scherm van het apparaat dat ofwel stroom vloeit tijdens een actieve tDCS situatie, of het apparaat moet sham-modus weer te geven bij het ​​uitvoeren van een schijnvertoning stimulatie procedure (figuur 10).

Van de nota, zelfs met het apparaat aangeeft dat stroom door het systeem, kan de huidige daadwerkelijk gerangeerd door de huid. Om dit effect te voorkomen, wordt aanbevolen om voldoende afstand tussen de elektroden. Volgens de modelstudies raden we aan om van ten minste 8 cm bij gebruik van 5x7cm elektroden 17.

Daarnaast is het aan te raden om de computer het hoofd modellen 14 en neurofysiologische studies te raadplegen. Deze extra stappen zou ervoor zorgen dat een specifieke montage wordt in verband gebracht met significante veranderingen in de corticale exciteerbaarheid in het gebied dat wordt onderzocht.

Vertegenwoordiger voor anodal stimulatie is een increase prikkelbaarheid van de hersenen, terwijl cathodal stimulatie leidt tot een vermindering van de corticale prikkelbaarheid. Solide aanwijzingen dat hier is geopenbaard in trials gericht op de primaire motorische cortex (figuur 6).

De variatie van de elektrode omvang leidt tot een variatie van focale effecten. Met een daling van de diameter van de elektrode, kan een meer focale stimulatie worden bereikt. Dit kan bewezen worden door gebruik te maken TMS over de motorische cortex. Aan de andere kant door een verhoging van elektrode grootte is het mogelijk om een functioneel ineffectieve elektrode (Figuur 8).

Met sessie duur van 20 minuten of meer en met meerdere sessies meer opeenvolgende dagen, zullen de na-effecten van tDCS langer duren. Voorbeeld hiervan is de behandeling van pijn syndromen.

Een belangrijk punt is de locatie van de referentie-elektrode. Als een extracephalic positie wordt gekozen, moet onderzoeker zich bewust zijn van de huidige distributie als de referentie-elektrode kan de piek van de geïnduceerde stroom verplaatsen en wijzigen van de effecten van tDCS.

Figuur 1
Figuur 1. Materialen

Figuur 2
Figuur 2: Vertex positie. Corticale gebieden gemarkeerd volgens het 10/20 systeem.

Figuur 3
Figuur 3: Nasion en INION Position

Figuur 4
Figuur 4: Motor cortex Position. Corticale gebieden gemarkeerd volgens het 10/20 systeem.

Figuur 5
Figuur 5: DLPFC Position. DLPFC = dorsolaterale prefrontale cortex. Corticale gebieden gemarkeerd volgens het 10/20 systeem.

Figuur 6
Figuur 6: Verandering in corticale prikkelbaarheid als gevolg van de huidige polariteit en tDCS montage. Tabel: geïnduceerde effecten van TDC stimulatie van de grootte van de motor evoked potential (MEP), beoordeeld door transcraniële magnetische stimulatie (TMS). MEP amplitudes na stimulatie worden gegeven in procent van de MEP, zonder stimulatie. Merk op dat alleen de motorische cortex (M1) - contralaterale supra-orbitale (FP2) montage instelling leidt tot een aanzienlijke toename van de MEP grootte na anodal en een daling van de MEP amplitude na cathodal stimulatie. Er zijn geen significante effecten op de MEP amplitude in andere tDCS montages. Figuur: Elektrode Placements 6 (gemodificeerd van Nitsche 2000).

Figuur 7
Figuur 7: Elektrode Maten

Figuur 8
Figuur 8: Het verlagen van de grootte van de elektrode leidt tot een meer focaal effect van tDCS. Spier-evoked potential (MEP) amplitude grootte van de abductor digiti minimi (ADM) en van de eerste dorsale interosseus spier (FDI) tijdens anodal of cathodal tDCS. Met behulp van de toestand van een 35 cm 2 elektrode, anodal en cathodal tDCS van invloed op de MEP amplitude grootte van de ADM en de directe buitenlandse investeringen in vergelijkbare mate. Bij deze montage zijn beide handen spier vertegenwoordiging gebieden zich onder de stimulerende elektrode. In het geval van een kleinere elektrode, die alleen wordt geplaatst over de representatieve gebied van de ADM, de effecten van de MEP amplitude veranderingen van de corticale representatie buitenlandse directe investeringen zijn niet reproduceerbaar (zie de gele kolom) 18 (aangepaste versie van Nitsche 2007).

Figuur 9
Figuur 9: Tissue-afhankelijk stroomdichtheid. Stroomdichtheden berekend in verschillende weefsels. Omvang van de huidige dichtheid is afhankelijk van de geleidbaarheid van het weefsel. Merk op dat ongeveer 10% van de huidige dichtheid van de grijze stof 19 (gemodificeerd van Wagner 2007a) bereikt.

Figuur 10
Figuur 10: Verschillende stimulatie voorwaarden: actief versus schijnvertoning. Sommige tDCS apparaten bieden set ups voor actieve en sham conditie. Meestal van toepassing stimulatie is aangeduid met een lichtsignaal.

Materiaal
TDCS apparaat
9V batterij (2x)
Twee rubberen hoofd bands
Twee geleidende rubber elektroden
Twee spons elektroden
Kabels
NaCl-oplossing
Meting Tape

Tabel 1. Materialen

Anode Elektrode positionering Kathode Elektrode positionering Opmerkingen Voorbehoud
Primaire motorische cortex (M1) Supra-Orbital Dit is de meest gebruikte montage. Het is bewezen dat de corticale prikkelbaarheid kan worden gewijzigd tot 40% 6 (figuur 6). Anodal stimulatie resulteert in neuronale depolarisatie en het vergroten van neuronale prikkelbaarheid, terwijl cathodal stimulatie heeft een tegengestelde resultaten 6. Slechts een motorische cortex wordt gestimuleerd - is wellicht een probleem voor de bilaterale pijnsyndromen worden. Ook het verstorende effect van de supra-orbitale elektrode moet worden overwogen.
Primaire motorische cortex (M1) Primaire motorische cortex - Interessante benadering wanneer er een bi-hemisferische onevenwichtigheid tussen motor cortex (zoals in een beroerte)
- Kan gebruikt worden met twee anodal stimulatie-elektroden (zie de zesde rij), waar cathodal elektrode wordt geplaatst in de supraorbitale gebied bijvoorbeeld.
Elektroden kan worden te dicht bij elkaar-issue van de rangeren.
Een afname van de oppervlakte van de elektroden zal de mate van shunting langs de huid 19
Daarom rangeren mogelijk verband niet alleen aan elektrode plaatsing, maar ook om elektrode grootte.
De relatieve weerstand van de weefsels is afhankelijk van de elektrode positie en grootte van de totale weerstand, waarop de stroom is afhankelijk van de elektrode eigenschappen 19.
Dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) Supra-Orbital Meest gebruikt voor DLPFC stimulatie - positieve resultaten voor de behandeling van depressie 20 en ook chronische pijn 3. Alleen eenzijdige DLPFC stimulatie situatie is mogelijk met deze montage.
Dorsolaterale prefrontale cortex Dorsolaterale prefrontale cortex - Interessante benadering wanneer er een bi-hemisferische onbalans.
- Kan gebruikt worden voor een twee anodal stimulatie situatie (zie zesde rij), waar cathodal elektrode wordt geplaatst in de supraorbitale gebied bijvoorbeeld.
Elektroden kan worden te dicht bij elkaar-issue van de rangeren 19. (Zie tweede rij, vierde kolom).
Achterhoofd Vertex Interessant actieve controle voor chronische pijn proeven of voor de modulatie van de visuele cortex. Bij gebruik als actieve controle, zijn referentie-elektroden geplaatst op verschillende locaties-probleem van de vergelijkbaarheid tussen intra-en inter-experimentele benaderingen.
Twee anodal elektroden, bijv. zowel Motor cortices Supra-Orbital Gelijktijdige verandering in de corticale prikkelbaarheid Transcallosal remming zou kunnen toevoegen een storende factor 21
Een elektrode op een corticale doel, bijv. primaire motorische cortex (M1) Extra-Cranial Vermijd het verstorende effect van twee elektroden met tegengestelde polariteiten in de hersenen 7. Afhankelijk van het beoogde doel, kan de huidige verdeling niet optimaal zijn en dus leiden tot ineffectieve stimulatie 22

Tabel 2. Elektrode positionering 7

Opmerking: Het is mogelijk dat de verschillen tussen de verschillende elektrode posities misschien wel de activering van verschillende neuronale populaties te wijten aan verschillende elektrische veld oriëntaties.

Discussion

Kritische stappen:

Aspecten vooraf worden gecontroleerd om startprocedure:

  • In de eerste plaats, moeten patiënten worden gescreend om te bepalen of er sprake is van contra-indicaties voor tDCS - deze contra-indicaties kunnen worden voor de toepassing. Dit geldt ook voor vragen zoals de aanwezigheid van ernstige of frequente hoofdpijn, chronische huidaandoening, of bijwerkingen van een eerdere tDCS behandeling. Als hij of zij heeft een metalen in het hoofd of had een ernstig hersenletsel, kan de anatomische veranderingen te wijzigen stroom 23,24. Geschiedenis van de inbeslagneming, de zwangerschap en de geschiedenis van een beroerte zijn meestal niet streng contra-indicaties - en inderdaad, misschien inclusiecriteria in sommige klinische studies.
  • Controleren op eventuele letsels op de hoofdhuid-extra thema's dienen specifiek te worden geïnterviewd en gecontroleerd op de aanwezigheid van huidziekten. Als er laesies dient tDCS procedure worden vermeden of, in voorkomend geval, ervoor gezorgd dat de stimulatie niet zal worden uitgevoerd direct boven of over de laesie. Het stimuleren van een andere site kan worden beschouwd. Het is gemeld dat herhaalde dagelijkse tDCS klinisch significante irritatie van de huid veroorzaakt onder de elektroden bij sommige patiënten 7. Er is bewijs van tDCS geïnduceerde letsels volgens de integriteit van de huid. Zo is aangetoond uitgebreide roodheid en bruin krokant intracutane veranderingen met onregelmatige ronde vormen te wijten aan BDP stimulatie met een intensiteit van 2 mA voor een periode van 2 weken inclusief vijf sessies per week 25. Als tDCS sterk aangegeven of moet worden uitgevoerd, is het mogelijk rekening te houden met het stimuleren met een lagere intensiteit, zoals 0,5 tot 1,0 mA, maar het is niet gegarandeerd dat dit huidirritaties of laesies te voorkomen. Daarom moet de conditie van de huid onder de elektroden worden geïnspecteerd voor en na tDCS 7.
  • Controleer dan de connectors van de kabels voor elektrolyse. Gebruik een ander paar als evident. Het is aanbevolen om de kabels controleren na ongeveer twee maanden van gebruik.

Tijdens beide-actief of sham-tDCS vraag dan altijd of onderwerp nog steeds comfortabel voelt en in staat is om de procedure voort te zetten.

Mogelijke wijzigingen:

  • Er zijn vele varianten van de elektrode plaatsing 7 (tabel 2).
  • Er zijn vele soorten van de elektrode maten 26 (figuur 7). Voor een gegeven aangebrachte spanning, elektrode grootte van invloed op de huidige dichtheid van 18 en beïnvloedt de focality van de hersenen modulatie (figuur 8). Klinische studies hebben suggereren hoe kleiner de omvang van de elektrode hoe groter de stroomdichtheid 26, maar modellering studies suggereren dat de relatie tussen elektrode grootte en de gebied van de hersenen modulatie kunnen worden complexer 27. Bovendien kan de effecten van kleine elektrodes kwalitatief verschillen als gevolg van differentiële rangeren van de stroom in de hoofdhuid, en een grotere randeffect opzichte van de totale oppervlakte elektrode 7. Er waren drastisch superieure niveaus van het rangeren voor de kleine elektrode maten gemeld dan voor de grotere elektrode schema 19.
  • High-Definition tDCS (HD-tDCS) is een technologie die ruimtelijke focality verbetert maar vereist speciale hardware en procedurele controles 15.
  • De elektrode montage (elektrode positie en grootte), samen met de toegepaste stroom bepalen van de opgewekte elektrische veldsterkte in de hersenen die op hun beurt bepalend voor de effectiviteit van tDCS. Het gebruik van alleen elektrode stroomdichtheid, bepaald door de verhouding tussen de huidige sterkte en de grootte van de elektrode, is voorgesteld om de klinische resultaten normaliseren - maar modellering studies suggereren dat kan alleen van toepassing op een beperkt bereik en dat de totale elektrode montage ontwerp bepaalt uitkomst. In het algemeen, het verhogen van de huidige intensiteit (of de huidige dichtheid) voor een bepaalde montage resulteren in sterkere effecten. Het is belangrijk op te merken dat de huidige dichtheid aan het huidoppervlak is veel hoger dan dat in de hersenen 19 (Figuur 9).
  • De positie van de "return" ("referentie") elektrode invloed kunnen zijn op de totale stroom patroon door de hersenen, en dus zelfs de hersenen modulatie invloed onder de actieve elektroden 22. Dus het drankje van beide elektroden moeten worden overwogen.
  • De duur van de stimulatie hangt af van het doel van de experimentele benadering. Een toename van de duur van de stimulatie wordt geassocieerd met de gebeurtenis en een langere duur van de na-effecten 3,4. Maar op zijn minst een studie gerapporteerd een omkering van de effecten richtingen wanneer stimulatie duur werd verhoogd, wat suggereert dat meer intensiteit niet noodzakelijk vertaalt in een meer robuuste klinische uitkomst. Hoewel tDCS binnen gepubliceerd parameters wordt beschouwd als veilig en goed verdragen, het potentieel voor ongewenste bijwerkingen neemt toe met toenemende intensiteit (tijd, duratiop, of herhalingsfrequentie / nummer).
  • Richting van het elektrische veld: gedefinieerd door de elektroden posities en polariteit. Cathodal stimulatie vermindert meestal corticale prikkelbaarheid, terwijl anodal stimulatie meestal verhoogt de corticale prikkelbaarheid 2,3.
  • Placebo: Voor sham-tDCS hetzelfde protocol hiervoor wordt gebruikt. Echter, de huidige worden toegepast gedurende 30 seconden. Dit is een van de voordelen van tDCS in vergelijking met andere niet-invasieve hersenstimulatie methoden. Sinds het ontstaan ​​sensaties het gevolg van actief-tDCS hebben de neiging om alleen voorkomen in een vroeg stadium van de aanvraag, deze schijnvertoning methode maakt het moeilijk voor de patiënt om de placebo te onderscheiden van actieve tDCS toepassing. Deze eerste en korte stimulatie is een betrouwbare methode van de met placebo 28.
  • Merk op dat de techniek ook toegepast kan worden bij het ​​gebruik van andere transcraniële elektrische therapieën, zoals TAC 29 of tRNS 30.

Reden voor het gebruik van tDCS bij chronische pijn:

Het feit dat meerdere therapeutische modaliteiten farmacologische slechts een bescheiden verlichting bieden voor patiënten met chronische pijn oppert de mogelijkheid dat de oorzaak van het voortbestaan ​​van deze slopende aandoening kan liggen in plastic veranderingen in de pijn die neurale netwerken. Interessant is dat modulatie van de corticale activiteit non-invasief worden bereikt door tDCS, zoals eerder beschreven, die werd gemeld om blijvende therapeutische effecten in chronische pijn te produceren als gevolg van veranderingen in de corticale plasticiteit.

Klinische effect van tDCS bij chronische pijn:

Het is aangetoond dat tDCS toegepast op de motor cortex van de lokale corticale prikkelbaarheid (Figuur 6) 6 verandert. Meer precies, anodal stimulatie resulteert in een toename van de neuronale prikkelbaarheid, terwijl cathodal stimulatie heeft een tegengestelde resultaten 6. Inderdaad, anodal tDCS toepassing over M1 leidt tot een grotere verbetering in de visuele analoge schaal (VAS) pijn ratings dan sham tDCS. Deze therapeutische effect op pijn na M1 stimulatie, maar van voorbijgaande aard, is overgenomen in verschillende groepen van patiënten met neuropathische pijn syndromen, zoals trigeminusneuralgie, poststroke pijnsyndroom 31, rugpijn en fibromyalgie 32. Interessant is dat klinische proeven bij neuropathische pijn, als gevolg van een dwarslaesie, stimulatie van de motorische cortex door tDCS toonde aan verbetering van de pijn en cumulatief pijnstillende effect dat twee weken duurde na de stimulatie. Er zijn ook aanwijzingen van de pijnstillende effect bij fibromyalgie patiënten 33 die nog steeds significant is na drie weken van de follow-up voor anodal tDCS van de M1 in vergelijking met placebo stimulatie, en zo goed als stimulatie van de DLPFC 33. Hoewel de effecten van anodal tDCS meer dan DLFPC voor de verbetering van de pijn nog niet uitgebreid onderzocht, werd aangetoond kan worden gebruikt voor het moduleren pijndrempels bij gezonde proefpersonen 34. Toch stimulatie van dit hersengebied is een betrouwbare techniek voor het verbeteren van het werkgeheugen 10, het verhogen van prestaties op het geheugen taken in de ziekte van Alzheimer 9 en het verminderen van cue-roken veroorzaakt verlangen significant 35 bijvoorbeeld, en daarom is het ook denkbaar dat dit misschien een nuttige strategie moduleren affectieve-emotionele cognitieve netwerken gepaard met pijn verwerken bij patiënten met chronische pijn.

Disclosures

De City University van New York bezit een patent op brain stimulation, waarop Marom Bikson is een uitvinder. Marom Bikson is een mede-oprichter van Soterix Medical Inc

Acknowledgments

DaSilva AF ontvingen financiering steun van CTSA high-tech middelen toe te kennen aan de Universiteit van Michigan om dit onderzoek te voltooien. Volz MS wordt gefinancierd door een subsidie ​​beurs van Stiftung Charite.

References

  1. Fregni, F., Pascual-Leone, A. Technology insight: noninvasive brain stimulation in neurology-perspectives on the therapeutic potential of rTMS and tDCS. Nat Clin Pract Neurol. 3, (7), 383-383 (2007).
  2. Wagner, T., Valero-Cabre, A., Pascual-Leone, A. Noninvasive human brain stimulation. Annu Rev Biomed Eng. 9, 527-527 (2007).
  3. Fregni, F., Freedman, S., Pascual-Leone, A. Recent advances in the treatment of chronic pain with non-invasive brain stimulation techniques. Lancet Neurol. 6, (2), 188-188 (2007).
  4. Lefaucheur, J. P., Antal, A., Ahdab, R., Ciampi de Andra, D., Fregni, F., Khedr, E. M., Nitsche, M., Paulus, W. The use of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS) to relieve pain. Brain Stimul. 1, (4), 337-337 (2008).
  5. Antal, A., Paulus, W. Transcranial magnetic and direct current stimulation in the therapy of pain. Schmerz Apr. 24, (2), 161-161 (2010).
  6. Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol. 527, (Pt 3), 633-633 (2000).
  7. Nitsche, M. A., Cohen, L. G., Wassermann, E. M., Priori, A., Lang, N., Antal, A. Transcranial direct current stimulation: state of the art. Brain Stimul. 11, 642-642 (2008).
  8. Merrill, D. R., Bikson, M., Jefferys, J. G. Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols. J Neurosci Methods. 141, (2), 171-171 (2005).
  9. Boggio, P. S., Khoury, L. P., Martins, D. C., Martins, O. E., de Macedo, E. C., Fregni, F. Temporal cortex direct current stimulation enhances performance on a visual recognition memory task in Alzheimer disease. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 80, (4), 444-444 (2009).
  10. Fregni, F., Boggio, P. S., Nitsche, M., Bermpohl, F., Antal, A., Feredoes, E., Marcolin, M. A., Rigonatti, S. P., Silva, M. T., Paulus, W., Pascual-Leone, A. Anodal transcranial direct current stimulation of prefrontal cortex enhances working memory. Exp Brain Res. 166, (1), 23-23 (2005).
  11. Dundas, J. E., Thickbroom, G. W., Mastaglia, F. L. Perception of comfort during transcranial DC stimulation: effect of NaCl solution concentration applied to sponge electrodes. Clin Neurophysiol. 118, (5), 1166-1166 (2007).
  12. Minhas, P., Datta, A., Bikson, M. Cutaneous perception during tDCS: Role of electrode shape and sponge salinity. Clin Neurophysiol. 11, (2010).
  13. Antal, A., Terney, D., Poreisz, C., Paulus, W. Towards unravelling task-related modulations of neuroplastic changes induced in the human motor cortex. Eur J Neurosci. 26, (9), 2687-2687 (2007).
  14. Datta, A. Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2, (4), 201-201 (2009).
  15. Minhas, P., Bansal, V., Patel, J., Ho, J. S., Diaz, J., Datta, A., Bikson, M. Electrodes for high-definition transcutaneous DC stimulation for applications in drug delivery and electrotherapy, including tDCS. J Neurosci Methods. 190, (2), (2010).
  16. Brunoni, A. R. A Systematic Review on Reporting and Assessment of Adverse Effects associated with Transcranial Direct Current Stimulation. Int J Neuropsychopharmacol. Forthcoming (2011).
  17. Wagner, T. Transcranial direct current stimulation: a computer-based human model study. Neuroimage. 35, (3), 1113-1113 (2007).
  18. Nitsche, M. A., Doemkes, S., Karaköse, T., Antal, A., Liebetanz, D., Lang, N., Tergau, F., Paulus, W. Shaping the effects of transcranial direct current stimulation of the human motor cortex. J Neurophysiol. 97, (4), 3109-3109 (2007).
  19. Wagner, T., Fregni, F., Fecteau, S., Grodzinsky, A., Zahn, M., Pascual-Leone, A. Transcranial direct current stimulation: a computer-based human model study. Neuroimage. 35, (3), 1113-1113 (2007).
  20. Boggio, P. S., Rigonatti, S. P., Ribeiro, R. B., Myczkowski, M. L., Nitsche, M. A., Pascual-Leone, A., Fregni, F. A randomized, double-blind clinical trial on the efficacy of cortical direct current stimulation for the treatment of major depression. Int J Neuropsychopharmacol. 11, (2), 249-249 (2008).
  21. Williams, J. A., Pascual-Leone, A., Fregni, F. Interhemispheric modulation induced by cortical stimulation and motor training. Phys Ther. 90, (3), 398-398 (2010).
  22. Lang, N., Nitsche, M. A., Rothwel, J. C., Williams, J. A., Lemon, R. N. Effects of transcranial direct current stimulation over the human motor cortex on corticospinal and transcallosal excitability. Exp Brain Res. 156, (4), 439-439 (2004).
  23. Bikson, M., Datta, A., Rahman, A., Scaturro, J. Electrode montages for tDCS and weak transcranial electrical stimulation: role of "return" electrode's position and size. Clin Neurophysiol. 121, (12), (1976).
  24. Bikson, M., Fregni, F. Transcranial direct current stimulation in patients with skull defects and skull plates: high-resolution computational FEM study of factors altering cortical current flow. Neuroimage. 52, (4), 1268-1268 (2010).
  25. Datta, A., Baker, J. M., Bikson, M., Fridriksson, J. Individualized model predicts brain current flow during transcranial direct-current stimulation treatment in responsive stroke patient. Brain Stimulation. Forthcoming (2011).
  26. Palm, U., Keeser, D., Schiller, C., Fintescu, Z., Nitsche, M., Reisinger, E. Padberg Skin lesions after treatment with transcranial direct current stimulation (tDCS). Brain Stimul. 1, (4), 386-386 (2008).
  27. Datta, A., Elwassif, M., Bikson, M. Bio-heat transfer model of transcranial DC stimulation: comparison of conventional pad versus ring electrode. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 670-670 (2009).
  28. Miranda, P. C., Faria, P., Hallett, M. What does the ratio of injected current to electrode area tell us about current density in the brain during tDCS? Clin Neurophysiol. 120, (6), 1183-1183 (2009).
  29. Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): a tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clin Neurophysiol. 117, (4), 845-845 (2006).
  30. Antal, A. Comparatively weak after-effects of transcranial alternating current stimulation (tACS) on cortical excitability in humans. Brain Stimul. 1, (2), 97-97 (2008).
  31. Terney, D. Increasing human brain excitability by transcranial high-frequency random noise stimulation. J Neurosci Methods. 28, (52), 14147-14147 (2008).
  32. Fregni, F., Boggio, P. S., Mansur, C. G., Wagner, T., Ferreira, M. J., Lima, M. C., Rigonatti, S. P., Marcolin, M. A., Freedman, S. D., Nitsche, M. A., Pascual-Leone, A. Transcranial direct current stimulation of the unaffected hemisphere in stroke patients. Neuroreport. 16, (14), 1551-1551 (2005).
  33. Antal, A., Terney, D., K hnl, S., Paulus, W. Anodal transcranial direct current stimulation of the motor cortex ameliorates chronic pain and reduces short intracortical inhibition. J Pain Symptom Manage. 39, (5), (2010).
  34. Fregni, F., Gimenes, R., Valle, A. C., Ferreira, M. J., Rocha, R. R., Natalle, L., Bravo, R., Rigonatti, S. P., Freedman, S. D., Nitsche, M. A., Pascual-Leone, A., Boggio, P. S. A randomized, sham-controlled, proof of principle study of transcranial direct current stimulation for the treatment of pain in fibromyalgia. Arthritis Rheum. 54, (12), (2006).
  35. Boggio, P. S., Zaghi, S., Lopes, M., Fregni, F. Modulatory effects of anodal transcranial direct current stimulation on perception and pain thresholds in healthy volunteers. Eur J Neurol. 15, (10), 1124-1124 (2008).
  36. Fregni, F., Liguori, P., Fecteau, S., Nitsche, M. A., Pascual-Leone, A., Boggio, P. S. Cortical stimulation of the prefrontal cortex with transcranial direct current stimulation reduces cue-provoked smoking craving: a randomized, sham-controlled study. J Clin Psychiatry. 69, (1), 32-32 (2006).
Elektrode positionering en Montage in Transcranial Direct Current Stimulatie
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulation. J. Vis. Exp. (51), e2744, doi:10.3791/2744 (2011).More

DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulation. J. Vis. Exp. (51), e2744, doi:10.3791/2744 (2011).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter