Login processing...

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

Neuroscience

Elektrod Positionering och Montage i Transkraniell likström stimulering

doi: 10.3791/2744 Published: May 23, 2011

Summary

Transkraniell likström stimulering (tDCS) är en etablerad teknik för att modulera kortikala retbarhet

Abstract

Transkraniell likström stimulering (tDCS) är en teknik som har varit intensivt undersökts under det senaste decenniet att denna metod ger en icke-invasiv och säkert alternativ för att ändra kortikala retbarhet 2. Effekterna av en session tDCS kan pågå i flera minuter, och dess effekter beror på polariteten av stimulering, såsom cathodal stimulering framkallar en minskning i kortikala retbarhet och Anodal stimulering inducerar en ökning av kortikala retbarhet som kan pågå även efter stimulering 6. Dessa effekter har undersökts inom kognitiv neurovetenskap och även kliniskt i en mängd olika neuropsykiatriska störningar - särskilt när den tillämpas över flera på varandra följande sessioner 4. Ett område som har varit att väcka uppmärksamhet för neuroforskare och kliniker är användningen av tDCS för modulering av smärta i samband med neurala nätverk 3,5. Modulering av två huvudsakliga kortikala områden inom smärtforskning har undersökts: primära motoriska cortex och dorsolaterala prefrontala cortex 7. På grund av den avgörande betydelsen av elektrod montage, i den här artikeln visar vi olika alternativ för elektrodplacering för tDCS kliniska prövningar på smärta, att diskutera fördelar och nackdelar med varje metod för stimulering.

Protocol

1. Material

  1. Kontrollera att du har allt material som behövs (Tabell 1, Figur 1).
    TDCS anordningar bör batteridrivna och fungerar som en konstant ström stimulator med en maximal produktion i miliAmps sortimentet. I vissa enheter kan batterierna vara avgiftsbelagda. Konstant spänning (Spänningsstyrda) stimulatorer är inte lämpliga för tDCS. Använda eluttag för att driva enheten inte är bekvämt eller lämpligt som mal fungerande enheter kan leverera stora intensitet elektrisk ström utan förvarning.
  2. Elektroder för tDCS består vanligen av en metall eller ledande gummi elektroder inneslutna i en perforerad svamp ficka som är mättad med en elektrolyter (vätska med salt). En annan möjlighet är att använda gummi elektrod med ledande gel. Långvarig passage av likström ström över metallisk elektrod (där elektroner från stimulatorn omvandlas till joner transporteras genom kroppen 8) kan producera oönskade elektrokemiska produkter såsom pH-förändringar. Svampen fickan kan agera för att fysiskt åtskilda, och därmed buffert, huden från elektrokemiska förändringar.
  3. Av denna anledning bör metall eller gummi elektroder aldrig placeras på huden under tDCS. Likaså under stimulering användaren bör vara vaksam mot svamp uttorkning och rörelse. En annan relaterad fråga är hållbarhet och återanvända tDCS elektroder. Vår erfarenhet är att, särskilt när polariteten av elektroder roteras, och rätt förutsättningar stimulering konsekvent hävdat, kan gummi och metall elektroder återanvändas. Valet av elektrolyt diskuteras vidare nedan. Erfarenhet från drift, rekommenderas att använda platt, och inte för grovt perforerade svampar, eftersom de bästa absorbera elektrolyten ledning lösningen och ger en jämn kontakt med huden 8.
  4. Det finns möjlighet att använda lokalbedövningsmedel. Speciellt för kortvariga stimulans, när ramp inte är möjligt, kan det hindra somatosensoriska perception och obehaglig känsla som uppstår från TDC stimulering. En annan anledning till att använda lokal applicering av lokalanestetika är att skapa bästa jämförbarhet mellan bluff och aktiv tDCS villkor, eftersom inget ämne skulle kännas om strömmen flyter eller inte och optimal bländande situationen skulle kunna garanteras. Detta tillvägagångssätt är särskilt utsatta när man planerar att använda större ljusstyrkorna som bländande kan vara mindre effektivt i denna situation 7. Även känsla / smärta och hudirritation inte alltid korrelerade, kan överdriven användning av lokalbedövningsmedel maskera allvarliga biverkningar såsom brännande.

I denna guide presenterar vi de mest typiska tDCS set-up för smärtlindring: med hjälp av ledande gummi elektroder, ficka typ perforerad svampar, både placeras på huvudet, utan bedövningssalva.

2. Mått

  1. Se till att motivet sitter bekvämt.
  2. Området av stimulans kommer att hittas genom mätning av hårbotten. Vanligtvis konventionen av EEG 10/20 systemet används 7. Webbplatsen av stimulans beror på experimentella tillvägagångssätt.
  3. Hitta lokalisering av Vertex (figur 2):
    Mät avståndet nasion att Inion och markera halvvägs med en hud markör.
    Nasion - punkt mellan pannan och näsan, vid korsningen av näsans ben (Figur 3).
    Inion - mest framträdande punkt i Nackknölen (Figur 3).
    Mät avståndet mellan före öron poäng och markera halvvägs. Markera båda halvvägs ställen att hitta Vertex.
    1. För att hitta den primära motoriska cortex, eller M1, använda 20% av auricular mätning och använda denna mätning från Cz genom öron linje (vid sidan av Vertex) (Figur 4). Den här platsen bör motsvara C3/C4 EEG plats. Denna metod för lokalisering är tillräckligt med tanke på focality av traditionella stora elektroder tDCS. För mer fokus tDCS kan andra metoder för kortikala lokalisering behövas.
    2. För att hitta dorsolaterala prefrontala cortex (DLPFC) 9,10: En praktisk metod är att mäta fem centimeter framåt från M1 plats eller att använda 10/20 EEG-systemet. Detta bör motsvara F3 eller F4 EEG plats, vilket kan ses här (Figur 5). Denna metod för bestämning av stimulering webbplatsen är tillräcklig när man använder traditionella tDCS elektroder. För mer fokus tDCS får andra metoder för att kortikala lokalisering behövas, exempelvis neuronavigation.

3. Hud Förberedelser

  1. Inspektera huden för en på förhand spännande irritation, skärsår eller skador - undvika att stimulera över skadad hud och över skallen lesioner.
  2. För att öka konduktans, flytta håret bort från platsen för stimulering och rengör ytan av huden för att ta bort några tecken på lotion, smuts, etc. ochlåt det torka. För personer med tjockt hår, kan användning av ledande gel vara nödvändig.
  3. Om du använder återanvändbara elektroder, inspektera gummi inläggningar och svampar för slitage. Inspektera gummi inläggningar och svampar för slitage. Om det finns tecken på försämring, kasta ut den smutsiga komponenter och använda en ny elektrod.

4. Placera elektroderna

  1. Efter att ha konstaterat platsen för stimulering och hud förberedelser du bör placera en av de elastiska eller gummi huvudet band runt huvudet omkrets. Det elastiska huvudet bandet ska placeras under Inion att undvika rörelser under stimulering. Den elastiska band bör göras av oledande material (eller de fungerar som elektroder) och icke-absorberande material (för att undvika att banden absorbera vätskan från svamparna).
  2. Varje sida av svampar och bör översköljas med saltlösning. För en 35 cm 2 svamp, får ca 6 ml lösning per sida räcker (totalt 12 ml per svamp). Var noga med att inte över blöta svampen (inte alltför våt-Det bör inte finnas något vatten läcker, men inte heller torr som att ha en bra elektrod kontakt). Undvik att vätska läcker över ämnet. Du kan använda en spruta för att lägga till fler lösningar om det behövs.
    Det är bevisat att elektrolyt lösningar med lägre NaCl koncentrationer (15 mm) upplevs som mer bekväm under tDCS än de lösningar med högre NaCl koncentrationer (220 mm) 11,12. Sedan jonstyrka av avjoniserat vatten är mycket mindre än alla NaCl-lösningar, det finns en betydligt större spänning krävs för att genomföra nuvarande över elektroden och genom huden jämfört med NaCl lösningar. Därför rekommenderas användning av lösningar med måttlig NaCl koncentration i intervallet 15 mm till 140 mm, eftersom tDCS vid dessa koncentrationer är mer sannolikt att uppfattas som bekväma, kräver måttligt lägre spänning och samtidigt tillåta en god ledning av nuvarande 11. Användningen av geler (anpassad från applikationer som EEG) har också ansetts vara - en viktig begränsning är den ökade krånglet med att ställa in sanering efter stimulering, utan bevisad nytta om resultatet när man använder perforerad svamp elektroder.
  3. Anslut kablarna till enheten.
    Rådgör med din stimulator bruksanvisning på om stimulatorn bör slås på före eller efter anslutning placeras elektroderna till stimulatorn. Använda alla stimulatorer bör elektroderna inte kopplas bort eller kopplas när strömmen har inletts. Se till att anslutningen polaritet är korrekt då effekterna av tDCS är mycket polaritet specifika (vanligtvis visar rött anodelektrod, och svart eller blå visar katodelektrod, det är konventionen, men kolla med din enhet). Observera att i samband med tDCS (och mer allmänt elektrisk stimulering i allmänhet), "Anod" alltid anges den relativa positiva terminalen där positiva ström intro kroppen, medan "Cathode" anger den relativa negativa terminalen där de positiva aktuell sedan lämnar kropp.
  4. Sätt stiftskontakten sladden ordentligt i öppningen i kärlet på ledande gummi infällda.
  5. Skjut ledande gummi infälld i svampen. Den isolerade delen av kabeln kommer att sticka ut från svampen-ficka. Se till att hela ledande gummi infällda omfattas av svampen och att det finns ingen del av anslutningskabel stift är synlig.
  6. Placera en svamp elektroden under elastiska huvudet bandet. Se till att överdriven vätska inte matas ut ur svampen åt hårbotten under denna process eftersom detta kommer att sprida ström över hela hårbotten och bryter svampen av vätska.
  7. Anslut den andra elastiska huvudet bandet till den första elastiska huvudet bandet enligt elektroden montage du vill använda (tabell 2). Andra elastiska huvudet band kan användas.
  8. Placera den andra svampen elektrod på huvudet under den andra elastiska huvudet bandet. Se till att du placerar den på det markerade området som du vill stimulera.
  9. Vägen från en enhet terminal, via en elektrod, över kroppen, genom den andra elektroden, och tillbaka till den andra enheten terminalen bildar en krets - det totala motståndet som (summan av elektroderna och kropp motstånd) kan mätas. Om den totala resistansen är onormalt hög, kan det tyda på felaktig elektrod uppsättning. Om enheten mäta motståndet - det kan rekommenderas - Uppgiften fältet ska visa lämplig elektrod kontakt. Helst bör man siktar på att ha impedansen i 5k Ohm. Vissa enheter visar spänningen över vägen istället för motstånd - i detta fall motstånd kan beräknas enkelt med hjälp av Ohms lag (Resistance = Ange Spänning / Ström tillämpas). Många enheter fortsätter att ge en indikation på motstånd under stimulering, som ger ett bra sätt att upptäcka en potentiellt farligsituation (t.ex. en torkning elektrod). I vissa fall kommer enheten automatiskt att upphöra stimulering eller minska stimulering intensitet om motståndet ökar över en viss tröskel.

5. Starta tDCS

  1. Innan inleda förfarandet, skärmen ämnen för några kontraindikationer (se diskussion).
  2. Motivet ska vara avslappnad, bekväm och vaken under förfarandet. Okontrollerad interferens med nuvarande kortikal aktivitet under tDCS bör undvikas. För stimulering av motoriska cortex område har det visat sig att intensiv kognitiv ansträngning anknytning till målområdet, samt massiva aktivering av motoriska cortex vid långvarig muskelkontraktion upphäver effekterna av tDCS 13.
  3. Justera inställningarna på tDCS stimulator som du vill stimulera med, inklusive intensitet, tid och i förekommande fall till enheten, den falska tillstånd inställning (Figur 10). Observera att vissa stimulatorer måste slås på innan kontakten mellan elektroderna och huden görs för att undvika elektriska stötar.
  4. Nu inleda tDCS. För att minska eventuella negativa effekter börjar strömmen av ramp upp strömmen. Många kommersiella enheter inkluderar funktioner för att automatiskt ramp aktuell på och av. En sak som bör noteras är att ämnen som vanligtvis fortsätta att känna några lokala känsla även efter nuvarande avbryts.
  5. Vissa patienter kan uppleva obehag under den inledande tDCS period. I sådana fall den nuvarande kan vara måttligt reducerade för en begränsad tid, till exempel med 50%, som motivet justerar, ökas gradvis tillbaka upp till önskad nivå. Denna funktion kan bero på den enhet som används.
  6. I början av stimulans, kommer majoriteten av försökspersonerna upplever en lätt kliande känsla, som sedan försvinner i de flesta fall. Likaså snabba förändringar av den stimulerande kretsen omedelbart kan inducera perifer nerv bränning. Ämnet kan märker det så kort näthinnan fosfener med elektroder i närheten av ögonen. Dessa effekter kan till stor del undvikas genom ramp nuvarande upp och ner i början och slutet av behandlingen. Detta kan också hindra yrsel eller svindel ibland rapporterats när strömmen plötsligt ökar eller minskar. 7
  7. Efter stimulans, bör nuvarande flödet rampas bort liksom Anmärkning om High-Definition tDCS (HD-tDCS):. TDCS med elektroder mindre än ca 2 cm 2 kallas HD-tDCS och använder ofta samling av elektrod (mer än två) att styra strömmen genom hjärnan för specifika applikationer 14. Detta metoder papper endast fokuserat på konventionella tDCS (med större svamp elektroder), och det är viktigt att understryka att HD-tDCS kräver specifika elektroder 15, hud förberedelse och stimulatorn hårdvara. Det rekommenderas inte att använda tDCS med 1-2 mA svamp elektroder 14,15.

6. Efter ingreppet

  1. För att utvärdera transkraniell likström stimulering regelbundet och att spela in säkerheten för denna teknik under en längre tid, rekommenderas att använda ett frågeformulär för biverkningar.
  2. En sådan enkät bör innefatta eventuella negativa effekter i samband med tDCS. De vanligaste biverkningarna är stickningar, klåda och brännande känsla, huvudvärk och obehag. Du kan hitta ett exempel på en sådan enkät i artikeln av Brunoni et al. (2011) 16. Det rekommenderas också att samla in kvantitativa om de negativa effekter som en 1 till 5 eller 1 till 10 betygsskala.
  3. Man bör också använda denna biverkning enkät efter tillstånd falska stimulering för att avslöja en bättre jämförbarhet mellan de två stimulering situationer. Det är bevisat att bluff stimulering orsakar en motsvarande mängd av klåda och stickningar som aktiv stimulering.

7. Representativa resultat:

Med rätt inställning ska tDCS enhetens display som antingen ström flyter under aktiv tDCS situation, eller att enheten ska visa bluff läge när man kör en bluff ovulationsstimulering (Figur 10).

Notera även den enhet som visar att ström flyter genom systemet, kan nuvarande faktiskt växlas genom huden. För att undvika denna effekt, rekommenderas det att ha tillräckligt med avstånd mellan elektroderna. Enligt modellering studier rekommenderar vi att vara minst 8 cm när man använder 5x7cm elektroder 17.

Dessutom rekommenderas att konsultera datormodeller huvudet 14 och neurofysiologiska studier. Dessa ytterligare steg skulle säkerställa att ett visst montage är förenat med betydande förändringar i kortikala retbarhet i området som utreds.

Representant för Anodal stimulering är ett jagncrease av hjärnans retbarhet, medan cathodal stimulering leder till en minskning av kortikala retbarhet. Robust bevis för detta har visat i studier med inriktning på primära motoriska cortex (Figur 6).

Variationen i elektroden storlek leder till en variation av fokus effekter. Med en minskning av diametern på den elektrod kan en mer fokus stimulans uppnås. Detta kan bevisas med hjälp av TMS över motoriska cortex. Å andra sidan genom att öka elektroden storlek är det möjligt att ha ett funktionellt ineffektiva elektrod (Figur 8).

Med session längd 20 minuter eller mer och med flera sessioner under på varandra följande dagar, kommer efterverkningarna av tDCS längre. Exempel på detta är behandling av smärtsyndrom.

En viktig punkt är platsen för referenselektrod. Om en extracephalic läge väljs, bör utredare vara medveten om strömfördelning som referens elektrod kan tränga toppen av inducerade strömmar och modifiera effekterna av tDCS.

Figur 1
Figur 1. Material

Figur 2
Figur 2: Vertex ståndpunkt. Kortikala områden märkta enligt 10/20 systemet.

Figur 3
Figur 3: Nasion och Inion Position

Figur 4
Figur 4: Motor cortex ståndpunkt. Kortikala områden märkta enligt 10/20 systemet.

Figur 5
Figur 5: DLPFC ståndpunkt. DLPFC = dorsolaterala prefrontala cortex. Kortikala områden märkta enligt 10/20 systemet.

Figur 6
Figur 6: Förändring i kortikala retbarhet på grund av nuvarande polaritet och tDCS montage. Tabell: Inducerad effekter av TDC stimulering på storleken av motor evoked potential (MEP), bedöms av transkraniell magnetisk stimulering (TMS). MEP amplituder efter stimulering ges i procent av parlamentsledamot utan stimulans. Observera att endast motor cortex (M1) - kontralaterala supra-orbital (FP2) montage inställning leder till en betydande ökning av parlamentsledamot storlek efter Anodal och en minskning av parlamentsledamot amplitud efter cathodal stimulering. Det finns inga signifikanta effekter på MEP amplitud i andra tDCS montage. Figur: elektrod Placeringar 6 (modifierad från Nitsche 2000).

Figur 7
Figur 7: elektrod Storlekar

Figur 8
Figur 8: Minska storleken på elektroden leder till en mer focally effekt av tDCS. Muskel-evoked potential (MEP) amplitud storleken på kidnappare digitalisering minimi (ADR) och av första dorsala interosseus muskel (FDI) under Anodal eller cathodal tDCS. Använda villkor för en 35 cm 2 elektrod, Anodal och cathodal tDCS påverka MEP amplituden storlek ADM och de utländska direktinvesteringarna i liknande omfattning. Vid detta montage, både handen muskler representation områden finns under stimulerande elektrod. Vid en mindre elektrod, som endast placeras över föreställande område av ADM, effekterna av ledamoten amplitud förändringar av kortikala FDI representation är inte reproducerbara (se gula spalten) 18 (modifierad från Nitsche 2007).

Figur 9
Figur 9: Tissue-beroende strömtäthet. Strömtäthet beräknas i olika vävnader. Storleken på strömtätheten är beroende av ledningsförmåga vävnad. Notera att cirka 10% av strömtätheten når Gray Matter 19 (modifierad från Wagner 2007a).

Figur 10
Figur 10: Olika stimulering villkor: aktiv vs bluff. Vissa tDCS enheter ger etableringar för aktiva och bluff skick. Vanligtvis gäller stimulering anges med en ljussignal.

Material
TDCS enhet
9V batteri (2x)
Två gummi huvudet band
Två ledande gummi elektroder
Två svamp elektroder
Kablar
NaCl-lösning
Måttband

Tabell 1. Material

Anodelektrod Positionering Katodelektrod Positionering Observationer Förbehåll
Primära motoriska cortex (M1) Supra-Orbital Detta är den mest använda montage. Det har bevisats att den kortikala retbarhet kan ändras upp till 40% 6 (Figur 6). Anodal stimulering resulterar i neuronala depolarisering och öka neuronal retbarhet medan cathodal stimulering har motsatt resultat 6. Endast en motor cortex stimuleras - kan vara ett problem för bilaterala smärtsyndrom. Även påverkande effekten av supra-orbital elektrod måste övervägas.
Primära motoriska cortex (M1) Primära motoriska cortex - Intressant strategi när det finns en bi-hemisfäriska obalans mellan motor cortex (t.ex. vid stroke)
- Kan användas med två Anodal stimulering elektroder (se sjätte raden), där cathodal elektrod placeras i supraorbital området till exempel.
Elektroderna kan vara för nära varandra, frågan om växling.
En minskning av området av elektroderna kommer att öka graden av växling längs huden 19
Därför växling kan vara relaterat inte bara till elektrod positionering utan också elektrod storlek.
Den relativa motstånd vävnader är beroende av elektroden position och storlek, den totala motståndet som den aktuella flödena är beroende av elektroden egenskaper 19.
Dorsolaterala prefrontala cortex (DLPFC) Supra-Orbital Används mest för DLPFC stimulering - positiva resultat för behandling av depression 20 och kronisk smärta 3. Endast ensidiga DLPFC stimulering situationen som är möjligt med detta montage.
Dorsolaterala prefrontala cortex Dorsolaterala prefrontala cortex - Intressant strategi när det finns en bi-hemisfärisk obalans.
- Kan användas för ett två Anodal stimulering situationen (se sjätte raden), där cathodal elektrod placeras i supraorbital området till exempel.
Elektroderna kan vara för nära varandra, frågan om växling 19. (Se andra raden, fjärde kolumnen).
Occipital Vertex Intressant aktiv kontroll för kronisk smärta försök eller modulering av syncentrum. När den används som aktiv kontroll, är referens elektroder placeras på olika platser, problemet med jämförbarhet mellan intra-och inter-experimentella metoder.
Två Anodal elektroder, t ex både motor cortex Supra-Orbital Samtidig förändring i kortikala retbarhet Transcallosal hämning kan tillägga en påverkande faktor 21
En elektrod över en kortikal mål, t.ex. grundskolor Motor cortex (M1) Extra Kraniell Undvik störande effekten av två elektroder med motsatta polerna i hjärnan 7. Beroende på avsedda målet, kan nuvarande fördelningen inte vara optimala och därmed framkalla ineffektiva stimulering 22

Tabell 2. Elektrod Placering 7

OBS: Det är möjligt att skillnaderna mellan olika elektrod positioner kan vara aktivering av olika neuronala populationer på grund av olika elektriska fält inriktningar.

Discussion

Kritiska steg:

Aspekter som ska kontrolleras före start av förfarande:

  • Först av allt, ska patienter undersökas för att om det finns några kontraindikationer för tDCS - dessa kontraindikationer kan vara applikationsspecifika. Detta inkluderar frågor såsom förekomsten av svår eller frekvent huvudvärk, kronisk hudsjukdom eller biverkningar av ett tidigare tDCS behandling. Om han eller hon har någon metall i huvudet eller hade en allvarlig hjärnskada, kan den anatomiska förändringar ändra ström 23,24. Historia av beslag, graviditet och historia en stroke är oftast inte strikt kontraindikationer - och faktiskt, kan vara inklusionskriterier i vissa kliniska prövningar.
  • Kontrollera att inga skador på hårbotten-ytterligare ämnen bör särskilt intervjuas och inspekteras för existensen av hudsjukdomar. Om det finns några skador, bör tDCS förfarande undvikas eller i förekommande fall säkerställt att stimulering inte kommer att ske direkt över eller över lesionen. Stimulering av en annan webbplats kan övervägas. Det har rapporterats att upprepas dagligen tDCS orsakar kliniskt signifikant hudirritation under elektroderna hos vissa patienter 7. Det finns bevis på tDCS framkallade skador enligt hudens integritet. Till exempel har det visat stor rodnad och bruna skorpor förändringar intrakutan med oregelbundna runda former på grund av TDC stimulering vid en intensitet på 2 mA för en period om 2 veckor inklusive fem sessioner varje vecka 25. Om tDCS är starkt anges eller måste utföras, är det möjligt att ta hänsyn till att stimulera med lägre intensitet som 0,5 till 1,0 mA, men det är inte säkert att detta kommer att förhindra hudirritationer eller skador. Därför bör tillstånd i huden under elektroderna besiktigas före och efter tDCS 7.
  • Kontrollera anslutningar av kablar för elektrolys. Använd ett annat par om det uppenbara. Det rekommenderas att kontrollera kablarna efter cirka två månaders användning.

Under båda aktiva eller simulerade-tDCS alltid fråga sig om ämnet fortfarande känner sig bekväm och kan fortsätta förfarandet.

Möjliga ändringar:

  • Det finns många sorter av elektrod positionering 7 (tabell 2).
  • Det finns många sorter av elektrod storlek 26 (Figur 7). För en given tillämpad ström, påverkar elektrod storlek strömtäthet 18 och påverkar focality av hjärnans modulering (Figur 8). Kliniska studier har visar den mindre storleken på elektroden desto större strömtäthet 26, dock modellering studier tyder på att förhållandet mellan elektroden storlek och område av hjärnan modulering kan vara mer komplicerad 27. Dessutom kan effekterna av små elektroder skiljer kvalitativt på grund av differentiell rangering av aktuella i hårbotten, och större kant effekt i förhållande till den totala elektroderna 7. Det fanns drastiskt överlägsna nivåer av rangering för små elektroder storlekar som rapporterats än för de större elektroden system 19.
  • High-Definition tDCS (HD-tDCS) är en teknik som förbättrar rumsliga focality men kräver speciell hårdvara och processrätt kontrollerar 15.
  • Elektroden montage (elektrod position och storlek) tillsammans med de tillämpade nuvarande bestämma genererade elektriska fältstyrkan i hjärnan som i sin tur avgör effekten av tDCS. Användningen av bara elektrod strömtäthet, definieras av kvoten mellan den nuvarande styrka och elektroden storlek har föreslagits för att normalisera kliniska resultat - men modellering studier tyder detta endast kan gälla under en begränsad räckvidd och att den totala elektroden montage utformning avgör utfallet. Generellt ökar strömstyrkan (eller strömtäthet) för en viss montage resultera i starkare effekter. Det är viktigt att notera att strömtäthet på ytan av huden är mycket högre än i hjärnan 19 (Figur 9).
  • Placeringen av "återvända" ("referens") elektrod kan påverka den totala strömmen mönster genom hjärnan och därmed även påverka hjärnan moduleringen enligt de aktiva elektroderna 22. Således dryck både elektroder bör övervägas.
  • Varaktigheten av den stimulans beror på syftet med experimentella tillvägagångssätt. En ökning av varaktighet stimulering är förknippad med händelsen och en längre tid efterverkningar 3,4. Men åtminstone en studie rapporterades en återföring av effekter riktningar när stimulering varaktighet ökade, vilket tyder på att mer intensitet inte nödvändigtvis leda till en mer robust kliniskt utfall. Även tDCS inom publiceras parametrar anses säker och tolereras väl, risken för oönskade biverkningar ökar med ökande intensitet (tid, duratipå eller repetitionsfrekvens / nummer).
  • Orientering i det elektriska fältet: definieras av elektroder positioner och polaritet. Cathodal stimulering minskar vanligtvis kortikal upphetsning, medan Anodal stimulans vanligtvis ökar kortikala retbarhet 2,3.
  • Placebo: För falskt-tDCS samma protokoll som ovan används. Däremot kommer de nuvarande att tillämpas i 30 sekunder. Detta är en av fördelarna med tDCS jämfört med andra icke-invasiva metoder hjärnstimulering. Sedan uppstår känslor berodde på aktiv tDCS tenderar att inträffa endast i början av programmet, gör denna bluff metod det svårt för patienten att skilja placebo från aktiva tDCS ansökan. Denna första och korta stimulering är en tillförlitlig metod för placebo 28.
  • Observera att tekniken även kan tillämpas vid användning av andra transkraniell elektriska terapier som TAC 29 eller tRNS 30.

Motivet för att använda tDCS vid kronisk smärta:

Det faktum att flera andra behandlingsmetoder farmakologiska metoder ger endast måttlig lindring för patienter med kronisk smärta ökar risken att orsaken till bestående denna invalidiserande sjukdom kan ligga inom plast förändringar i smärta relaterad neurala nätverk. Intressant nog kan modulering av kortikal aktivitet uppnås icke-invasivt med tDCS, som tidigare beskrivits, vilket har rapporterats ge bestående terapeutiska effekter vid kronisk smärta på grund av förändringar i kortikal plasticitet.

Kliniska effekten av tDCS vid kronisk smärta:

Det har visat sig att tDCS till motorn cortex ändrar lokala kortikala retbarhet (Figur 6) 6. Mer exakt har Anodal stimulering resulterar i en ökning av neuronala retbarhet, medan cathodal stimulering motsatt resultat 6. I själva verket leder Anodal tDCS ansökan över M1 till en större förbättring av visuell analog skala (VAS) smärta betyg än bluff tDCS. Denna terapeutiska effekt på smärta efter M1 stimulering, men övergående, var återges i flera grupper av patienter med neuropatisk smärta syndrom som trigeminusneuralgi, poststroke smärtsyndrom 31, ryggvärk och fibromyalgi 32. Intressant nog visade kliniska prövningar i neuropatisk smärta på grund av ryggmärgsskada, stimulering av motoriska cortex genom tDCS smärta förbättring och kumulativa smärtstillande effekt som varade i två veckor efter stimulering. Det finns också bevis för dess smärtstillande effekt vid fibromyalgi patienter 33 som fortfarande är betydande efter tre veckors uppföljning för Anodal tDCS av M1 jämfört med bluff stimulering, och liksom stimulering av DLPFC 33. Även om effekterna av Anodal tDCS över DLFPC för smärta förbättring inte har undersökts i stor utsträckning, visade det sig att det kan användas för att modulera smärttröskeln i friska försökspersoner 34. Ändå är stimulering av detta hjärnans område en tillförlitlig teknik för att förbättra arbetsminnet 10, vilket ökar prestanda på minnet uppgifter i Alzheimers sjukdom 9 och minska cue-provocerad röka svältfödda betydligt 35 till exempel, därför är det också tänkbart att detta kan vara en användbar strategi att modulera affektiva och emotionella kognitiva nätverk i samband med smärta behandlingen hos patienter med kronisk smärta.

Disclosures

City University i New York har patent på brain stimulation, som Marom Bikson är en uppfinnare. Marom Bikson är en av grundarna av Soterix Medical Inc.

Acknowledgments

DaSilva AF fått finansiering stöd från CTSA högteknologiska finansiering beviljas, University of Michigan för att slutföra denna översyn. Volz MS är finansierad av ett stipendium stipendium från Stiftung Charité.

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).
Elektrod Positionering och Montage i Transkraniell likström stimulering
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