Summary
Haute définition stimulation transcrânienne à courant continu (HD-STCC), avec son 4x1 torique montage, est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui combine à la fois les effets neuromodulateurs du STCC conventionnelles avec l'augmentation focalité. Cet article fournit une démonstration systématique de l'utilisation des 4x1 HD-STCC, et les considérations nécessaires pour une stimulation efficace et sans danger.
Abstract
Haute définition stimulation transcrânienne à courant continu (HD-STCC) a été récemment développée comme une approche de la stimulation cérébrale non invasive qui augmente la précision de l'administration actuelle au cerveau en utilisant des tableaux de petites électrodes "haute définition", au lieu de la plus grande pad- électrodes de STCC conventionnels. Le ciblage est réalisé par l'excitation des électrodes placées dans des configurations prédéterminées. L'un d'eux est la configuration 4x1-ring. Dans cette approche, une électrode annulaire central (anode ou cathode) recouvrant la zone corticale de la cible est entourée de quatre électrodes de retour, qui aident à circonscrire la zone de stimulation. Livraison de 4x1 torique HD-STCC est capable d'induire des effets neurophysiologiques et cliniques significatifs chez des sujets sains et des patients. En outre, sa tolérance est soutenue par des études utilisant des intensités aussi élevées que 2,0 milliampères pour un maximum de vingt minutes.
Même si 4x1 HD-STCC est simple à perform, le positionnement correct des électrodes est important afin de stimuler avec précision les régions corticales cibles et exercer ses effets neuromodulateurs. L'utilisation d'électrodes et le matériel qui ont été spécialement testés pour HD-STCC est essentiel pour la sécurité et la tolérabilité. Étant donné que la plupart des études publiées sur les 4x1 HD-STCC ont ciblé le cortex moteur primaire (M1), en particulier pour les résultats liés à la douleur, le but de cet article est de décrire systématiquement son utilisation pour la stimulation M1, ainsi que les considérations à prendre pour une stimulation efficace et sans danger. Cependant, les méthodes décrites ici peuvent être adaptés à d'autres configurations HD-STCC et des cibles corticales.
Introduction
Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une technique non invasive du cerveau de stimulation capable de modifier le potentiel de repos de la membrane neuronale et le niveau de décharge neuronale spontanée dans le domaine de la stimulation aussi bien que dans les réseaux de neurones interconnectés 1, y compris le système de μ-opioïde endogène 2, ainsi moduler l'excitabilité corticale. Les effets neuromodulateurs du STCC, combinées à son faible coût, application simple et la portabilité, ont conduit à son utilisation massive au cours de la dernière décennie dans une grande variété de contextes. Celles-ci ont inclus des études neurophysiologiques, les interventions cognitives et comportementales et les études évaluant les patients des troubles tels que la douleur chronique, la dépression, la migraine, accident vasculaire cérébral, la maladie de Parkinson et les acouphènes 3. Toutefois, la livraison de courant continu (DC) est réalisée à l'aide de grandes plaquettes, le plus souvent entre 25-35 cm 2, qui stimulent relativement larges zones du cortex cérébral situés between l'anode et la cathode 4. Par conséquent, la stimulation focal des régions corticales cibles, n'impliquant pas la stimulation des zones anatomiques voisines, est difficile à réaliser avec cette technique. Plusieurs approches ont été étudiées afin de "façonner" flux de courant en faisant varier distance inter-électrodes 5 et augmenter / diminuer la taille du tampon pour diminuer / augmenter la modulation dans les régions corticales sous l'électrode 6. Néanmoins, des efforts à plus courant cible tout en évitant les manœuvres du courant entre les électrodes 7,8 demeurent d'intérêt.
High-Definition (HD)-STCC est une intervention nouvellement développé qui utilise des tableaux de petit, des électrodes spécialement conçues 9. Différentes configurations ont été testées, qui peut être modifiée afin d'améliorer la stimulation des cibles 10. Parmi eux se trouve la configuration 4x1-ring, un montage qui utilise une électrode centrale recouvrant la région corticale cible entourépar quatre électrodes de retour 4. L'électrode centrale définit la polarité de la stimulation comme étant soit anodique ou cathodique, et les rayons des électrodes de retour confiner la zone subissant une modulation de l'excitabilité. Des études de modélisation du cerveau montrent que la zone de cortex modulation subir en utilisant la configuration HD-STCC 4x1 est plus restreint par rapport au montage bipolaire niveau de STCC classiques 4. En outre, son focalité est robuste aux tissus (modélisation) des paramètres 11. Des études neurophysiologiques cliniques utilisant 4x1 torique stimulation électrique transcrânienne confirment la livraison courant focal 12.
Les applications potentielles de cette intervention sont similaires à ceux de la STCC conventionnels. Des études comportementales et neurophysiologiques utilisant 4x1 torique HD-STCC sur le cortex moteur primaire (M1) signalent les changements d'excitabilité corticale 13 et séquelles qui peuvent durer plus longtemps que ceux en induite par STCC conventionnels 14. Les études actuelles utilisant 4x1 torique HD-STCC soutenir sa tolérabilité chez des sujets sains et des patients 13-15 16 lorsque intensités aussi élevées que 2,0 milliampères (mA) sont fournis pour un maximum de vingt minutes. Bien que HD-STCC est bien toléré, il est important de n'utiliser que des périphériques et des électrodes qui ont été spécialement testés à cet effet.
L'objectif de cet article est de fournir une démonstration systématique de l'utilisation d'électrodes 4x1-ring pour le HD-STCC. Stimulation de la M1 a été choisi, car il est le montage le plus couramment utilisé dans différents contextes de recherche clinique. Cependant, les méthodes décrites peuvent être adaptées pour cibler d'autres régions du cerveau comme le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC). Comme on le voit ici, le positionnement correct des électrodes est simple à réaliser mais important dans le but de stimuler avec précision les régions corticales cibles. Nous espérons que cette manifestation contribuera à soutenir et à augmenter la rigueur de la future HD-STCCessais, qui fourniront une preuve supplémentaire sur les mécanismes et les applications de cette nouvelle intervention.
Protocol
1. Contre-indications et considérations spéciales
- Avant de configuration de l'appareil, vérifiez que le participant n'a pas de contre-indications pour HD-STCC. Il semble raisonnable de supposer que ces contre-indications sont les mêmes que pour STCC classiques (tableau 1). Autres considérations spéciales, tels que les médicaments des patients, devraient également être prises en compte. Par exemple, les médicaments du système nerveux central de l'action peuvent changer les effets désirés de la stimulation.
- Inspectez le cuir chevelu du participant soigneusement les lésions cutanées, comme des coupures ou des signes inflammatoires. Éviter de stimuler les zones du cuir chevelu qui montrent de telles lésions. En outre, la stimulation doit être évitée chez les patients atteints de malformations du crâne ou des implants métalliques. Si le but de l'essai est d'étudier spécifiquement cette population de patients, des précautions supplémentaires et examen de dose spéciales devraient être prises en compte (par exemple, avec des modèles computationnels avant) 17
2. Matériaux
- Assurez-vous que tous les matériaux nécessaires sont disponibles (tableau 2).
- Intégrer les boîtiers HD en plastique dans l'électroencéphalogramme modulaire (EEG) de bouchon d'enregistrement. L'électrode centrale doit correspondre à la zone cible, dans cette démonstration de la M1, et le rayon de quatre électrodes de retour doit être ajustée en fonction du protocole qui est à l'étude. Dans cette démonstration, nous utilisons un rayon d'environ 7,5 cm, avec l'électrode centrale placée au-dessus M1 et l'emplacement des électrodes de retour correspondant à peu près à Cz, F3, T7 et P3 dans le système international 10-20 EEG 18.
- Avant chaque séance de stimulation, allumez l'appareil STCC conventionnel (Soterix 1x1 de faible intensité DC Stimulator) et l'adaptateur de stimulation multicanaux et vérifiez que les batteries sont chargées. Un indicateur "batterie faible" de chaque appareil s'allume si ce n'est pas le cas, indiquant que la batteries doivent être remplacés. Après vérification de charge de la batterie, les dispositifs peuvent être désactivées jusqu'à ce que juste avant la stimulation. Le dispositif de tDCS conventionnel est un dispositif fonctionnant sur batterie qui délivre à courant continu avec une intensité de quelques mA. Un stimulateur commandé en tension commandé par le courant et non est préféré en raison du changement d'impédance de l'électrode. L'utilisation d'adaptateurs d'alimentation est toujours déconseillée pour des raisons de sécurité, afin d'éviter la livraison accidentelle de grandes intensités. Le fonctionnement de ce dispositif a été décrit dans notre précédent article 19. En connectant le dispositif de STCC conventionnel à l'adaptateur de stimulation multicanaux (Figure 1), DC est livrée le long de la configuration HD-STCC 4x1 permettant de neuromodulation limité à la zone souhaitée.
- Avant chaque session, inspecter visuellement les électrodes avant de l'utiliser pour des signes d'usure ou de détérioration inhabituelle. Les électrodes HD-STCC sont réutilisables, mais avoir un nombre limité de demandes totales (voir discussion). ensembles d'électrodes utilisées pour HD-STCC auraient été spécifiquement conçus ni testés à cet effet. L'approche démontré dans cet article utilise Ag / AgCl électrodes annulaires frittés (Figure 2). L'utilisation de ces électrodes, en combinaison avec approprié gel électriquement conducteur et les boîtiers en plastique HD, a été montré pour réduire les changements dans le potentiel de l'électrode de stimulation et des changements de pH dans le gel tout en produisant aucun échauffement significatif 9,20, donc résultant en une plus sûre et approche efficace par rapport aux autres types d'électrodes.
- Connecter les câbles de cinq électrodes Ag / AgCl à anneaux frittés aux récepteurs correspondants sur le câble de sortie de l'adaptateur 4x1. L'électrode centrale sera celle définissant la polarité de la stimulation comme étant soit anodique ou cathodique. Assurez-vous de relier le centre électrode de plomb à la fiche du récepteur central. Ensuite, branchez les électrodes restant dans les bouchons environnantes. Il convient de noter que learrangement des quatre électrodes de retour dans les fiches de réception n'est pas critique, car ils seront tous la même polarité.
3. Mesures
Tour de tête et de la localisation de la zone de stimulation sont identiques à ceux pour STCC classiques, comme expliqué dans notre précédent article 19. Les étapes seront décrites plus en détail pour plus de précisions.
- Vous avez le participant assis confortablement dans un fauteuil, qui peut avoir un appui-tête.
- Le site de stimulation est déterminée par le protocole de l'intérêt pour les chercheurs, car la stimulation des différentes zones entraîne des effets distincts. Le plus souvent, le système international 10-20 EEG 18 est utilisé pour les mesures de la tête, comme décrit ci-dessous.
- Tout d'abord, localiser le vertex (Cz).
- Pour ce faire, mesurer la distance entre le nasion à l'inion et diviser la distance de moitié. Le nasion est l'endroit à la jonction de the front et les os du nez, et l'inion est le point le plus saillant de l'os occipital (Figure 3). Marquer l'endroit comme une ligne, à l'aide d'un crayon à l'huile ou un marqueur à base d'eau non toxique.
- Deuxièmement, mesurer la distance entre les points pré-auriculaires gauche et droite (c'est à dire la zone antérieure à la tragus). Divisez cette distance de moitié, et marquer l'endroit avec une ligne. Maintenant, connectez les deux lignes pour créer une croix. Le point où les deux lignes se croisent correspond à Cz.
- Selon le protocole de l'étude, d'identifier le site cible sur la tête.
- Afin de stimuler sur le cortex moteur primaire (M1), calculer 20% de la distance de Cz au point pré-auriculaire gauche ou la droite, le début de la mesure à Cz (Figure 3). Pour une détermination plus précise de cette zone, l'utilisation de méthodes auxiliaires tels que les systèmes de neuronavigation ou la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) peut convenir.
4. Préparation de la peau
- Préparation de la peau au niveau du site de stimulation en séparant les cheveux. Un tampon d'alcool peut être utilisé pour aider à éliminer le sébum ou des produits capillaires du cuir chevelu. Ne pas érafler la peau. Assurez-vous qu'aucun des lésions cutanées sont présentes.
5. positionnement des électrodes et configuration périphérique
- Après avoir mesuré les dimensions de la tête et préparer la peau, trouver la marque correspondant à la M1.
- Ensuite, en gardant la marque M1 en vue, placer le bouchon d'enregistrement EEG modulaire sur la tête de l'objet tout en maintenant l'enveloppe de plastique sur la marque centrale. Pour conserver la marque transversale M1 sur le cuir chevelu en vue, on peut passer les cheveux autour avant de placer le boîtier HD sur elle. Assurez-vous que le bouchon s'adapte parfaitement, mais confortablement, et ajuster la position des quatre boîtiers en plastique de retour. Bien que d'autres approches sont certainement faisable, dans un procès antérieur 16 nous avons placé les électrodes de retour dans un rayon de APPROXIMATely 7,5 cm de M1. Leurs emplacements correspondaient à peu près à Cz, F3, T7 et P3 (figure 4). Ensuite, ajuster les sangles du bouchon EEG.
- En utilisant un ruban à mesurer, vérifiez que la distance inter-électrode est adéquate basée sur le protocole d'étude.
- Utilisation de l'extrémité d'un coton-tige en bois, séparer les cheveux à travers l'ouverture dans l'enveloppe en matière plastique jusqu'à ce que le cuir chevelu est exposé. Répétez sous chaque boîtier.
- Introduire environ 1,5 ml de gel conducteur de l'électricité à travers l'ouverture de chaque enveloppe en matière plastique, à partir de la surface du cuir chevelu. Application du gel peut être réalisée à l'aide d'une seringue en plastique. Éviter soigneusement propagation gel au-delà de la circonférence du boîtier en plastique, car cela pourrait conduire à des manœuvres du courant actuel et inadéquate électrique (Figure 5).
- Ensuite, avec sa surface rugueuse vers le bas et la surface lisse et arrondie vers le haut, la position d'une électrode Ag / AgCl anneau fritté dans chaque boîtier en plastique HD. Utilisation de l'seringue ou le piston en tant que guide, si nécessaire, réduire l'électrode annulaire jusqu'à ce qu'il repose sur le fond du boîtier en plastique.
- Ajoutez un peu plus de gel pour couvrir l'électrode, puis utilisez les bouchons fournis avec les boîtiers en plastique HD pour verrouiller les électrodes en place (Figure 6). Ce bouchon permet de garder l'électrode en place tout au long de la stimulation. Tourner le couvercle pour le verrouiller en position. Si le capuchon en plastique ne tourne pas facilement ne pas utiliser une force excessive. Réajuster l'électrode comme décrit en 5.6, puis tenter de verrouiller le couvercle en place. Le capuchon de l'enveloppe de plastique HD est conçu pour tourner facilement si l'électrode annulaire fritté Ag / AgCl est insérée complètement et dans son positionnement correct.
- Pour réduire la tension sur les câbles d'électrode, la boucle autour de chaque boîtier en plastique et du ruban adhésif à la présidence ou aux vêtements du sujet (figure 7).
- Connecter l'extrémité arrondie du câble de sortie vers le port de sortie de l'adaptateur 4x1.
- Utilisez le câble d'entrée to Raccorder le multicanal Stimulation adaptateur 4x1 sur le périphérique de STCC conventionnel. Connectez l'extrémité conique prise du câble d'entrée au port d'entrée de l'adaptateur 4x1 et branchez l'autre extrémité du câble d'entrée (deux fiches banane) au port de sortie du dispositif de STCC conventionnel. Surtout, le câble qui est étiqueté comme «Centre» est celle qui va définir polarité DC livré à partir de l'électrode centrale soit comme anodique ou cathodique. Notez que lorsque vous utilisez l'adaptateur de stimulation Multichannel 4x1 en combinaison avec le dispositif de STCC conventionnel n'ya pas d'interrupteur ou un bouton pour sélectionner le centre-anode ou le centre-cathode. Cette polarité est déterminée par le processus de la connexion du câble connecteur fiches banane pour les sorties de l'appareil STCC conventionnelles, telles que décrites ci-dessus. En STCC et HD-STCC, "anode" se réfère à la borne relativement positif où les flux de courant positif dans le corps. D'autre part, la "cathode" est la borne négative par rapport où le courant positif de tpoule quitte le corps.
- Lorsque les connexions sont prêts, tournez sur les deux appareils.
- Veiller à ce que les valeurs d'impédance sont dans une gamme adéquate en tournant le "Mode select" bouton dans l'adaptateur de stimulation Multichannel 4x1 sur «Scan». Le dispositif sera ensuite balayer les électrodes, représentant l'impédance d'une électrode à la fois dans la fenêtre d'affichage. Le bouton «Plomb bascule" peut être utilisé pour activer cette commutation automatique des électrodes à l'écran. Le bouton peut être pressé pour verrouiller l'affichage sur l'électrode sélectionnée, et d'examiner l'impédance. Ensuite, il peut être à nouveau pressé pour permettre à l'appareil pour changer l'électrode affiché. Le dispositif d'adaptation de stimulation Multichannel 4x1 va mesurer l'impédance en "unités de qualité". La qualité du contact est normalisé à ces "unités de qualité" par le circuit de vérification basé sur le fait que la résistance de l'électrode est non-linéaire à l'électrode interface processus électrochimique 21, et que la résistance d'électrode (impédance) peutdonc être trompeuse. Par exemple, la résistance apparemment mesurée est complètement dépendante du 22 courant de test. Des valeurs plus faibles "de la qualité des unités" sont souhaitables. Bien qu'aucune des directives strictes sont disponibles à ce jour, des valeurs inférieures ou égales à 1,50 à 2,0 "unités de qualité» ont été utilisés comme une coupure dans les études antérieures 15,16.
Ne pas activer le dispositif de STCC conventionnel tandis que l'adaptateur de stimulation Multichannel 4x1 est en mode "Scan" (chèque impédance), que la stimulation ne sera pas livré à ce sujet.
- Si les valeurs d'impédance sont au-delà de ces limites souhaitées, ouvrez le couvercle du boîtier en plastique contenant l'électrode montrant une impédance élevée et retirer l'électrode annulaire fritté Ag / AgCl. Suivez les procédures décrites ci-dessus (c.-à 5,4-5,7) pour régler les cheveux et l'électrode pour obtenir impédance optimale. Vérifiez l'impédance de nouveau, comme il est indiqué dans le 5.12. Une fois la valeur de la qualité de service cible est atteint, remCE du capuchon sur le boîtier. Répétez la même procédure pour les autres électrodes en fonction des besoins. Indication de qualité optimal peut varier d'un sujet à l'autre, mais un indicateur de qualité supérieure dans une électrode que dans les autres peut indiquer un mauvais contact dans cette électrode.
- Une fois la qualité impédance pour toutes les électrodes est confirmé pour être dans la fourchette souhaitée, tournez le "Mode Select" bouton dans l'adaptateur de stimulation Multichannel 4x1 de "Scan" à "pass". Ce paramètre permet le passage du courant à partir de l'appareil de STCC conventionnel à travers les électrodes dans l'appareil 4x1. L'opérateur est maintenant prêt à commencer la stimulation.
6. Stimulation
- Assurez-vous que le participant est assis confortablement dans le fauteuil et reste éveillé pendant la stimulation.
- HD-STCC est maintenant appliquée à l'aide des commandes du dispositif de STCC conventionnelle comme indiqué dans notre précédent article 19. Confirmez la durée et l'intensité de la stimulation livré, et d'ajusterle dispositif en fonction des besoins. En outre, de déterminer le mode de la session (feinte ou stimulation active). Si le mode imposture est choisie, l'appareil enverra automatiquement actuel pour une période de 30 secondes seulement. Cette approche a été signalé à être couronnée de succès pour aveugler des participants dans les deux STCC conventionnels 23 et HD-STCC 15 essais.
- Initier la session HD-STCC en appuyant sur le bouton "Démarrer" de l'appareil de STCC conventionnel. Le voyant "Start" clignote tant que l'intensité DC est intensifié et puis la lumière en permanence lorsque le courant cible est atteinte. Le chronomètre affiche alors le temps restant et le voyant "vrai courant" indique l'intensité du courant délivré à l'électrode centrale et les quatre électrodes de retour ensemble.
- Il pourrait être le cas que les sujets montrent une gêne, des démangeaisons ou des picotements au cours de la période de stimulation initiale de 24. Si ces symptômes trop mal à l'aise, il est recommandé que l'intensité du courant soit manuellement rampe par 0,2-0,5 mA pendant quelques secondes en utilisant la fonction "Relax" jusqu'à ce que le sujet se sent à l'aise. Immédiatement après, l'intensité du courant doit être augmentée progressivement revenir à la dose initiale. Les sensations précitées ont généralement tendance à s'estomper après quelques minutes de stimulation.
7. Après la procédure
- Après la session est terminée, les résistances à travers tous les canaux peuvent être mesurés à nouveau si désiré. Ouvrez les bouchons en plastique et retirez délicatement les électrodes annulaires frittés Ag / AgCl des boîtiers. Si nécessaire, utilisez l'extrémité émoussée d'un coton-tige pour éviter la traction sur les fils d'électrodes. Les électrodes doivent être lavés doucement avec de l'eau du robinet afin d'éliminer le gel puis séché avant de le ranger.
- Ensuite, retirez le bouchon EEG avec les boîtiers en plastique embarqués. Ne pas retirer le bouchon EEG avec les bouchons en plastique fermés, comme les cheveux du participant peut être pris dans les bouchons et / ou des enveloppes. Les boîtiers en plastique doivent ensuite être lavés àéliminer le gel, et séchée avec une serviette en papier.
- Utiliser une serviette en papier, retirer le gel restant de la tête du sujet. Depuis le gel est hydrosoluble, l'eau peut être utilisée pour aider à l'enlever.
- Il est recommandé de demander au participant de remplir un questionnaire après chaque séance de stimulation pour surveiller les événements indésirables (tableau 3).
Representative Results
Si les électrodes sont positionnées de façon appropriée et les valeurs d'impédance sont dans une plage appropriée, DC va s'écouler à partir de l'anode de la multiplicité de cathodes (anode centre 4x1 HD-tDCS) pour la durée de la stimulation. L'intensité de courant cible sera livré par le dispositif de STCC conventionnel et affichée dans l'indicateur «C'est vrai courant". De même, si le mode imposture est choisie, l'appareil s'arrête automatiquement prestation DC trentaine de secondes après son lancement, et l'indicateur affichera la cessation de la prestation DC (Figure 8).
Il est commun pour les participants de rendre compte des démangeaisons, des picotements ou une légère sensation de brûlure lors de l'initiation de la stimulation. Ces phénomènes sont fréquemment observés au cours de deux imposture et actif HD-STCC 15,16 et devraient indiquer que DC est mis en œuvre comme prévu. Cependant, ils ont généralement tendance à s'estomper après quelques minutes de stimulation.
contenu "> Il est généralement supposé que les zones du cerveau avec plus de courant sont plus susceptibles d'être modulés tandis que les régions seront peu ou négligeable courant ne seront pas directement touchés. Par conséquent, le flux de courant focale produite par 4x1-HD-STCC serait devrait produire neuromodulation localisée. modèles informatiques 4,14,15 ont montré que les 4x1 torique HD-STCC résultats de la stimulation cérébrale focale plus par rapport à STCC classiques (Figure 9). Comme indiqué par Datta et al. 4,11, l' domaine de la modulation de l'excitabilité corticale induite par 4x1 torique HD-STCC a été limitée dans le périmètre de l'anneau, et le pic de champ électrique était sous l'électrode centrale. Par contre, STCC classiques causés stimulation de différentes autres régions telles que l'ipsilateral temporelle et bilatérales lobes frontaux et le champ électrique a atteint un sommet à mi-chemin entre les deux électrodes au lieu d'en dessous d'eux.HD-STCC est un roman technique et donc ses effets n'ont pas été étudié autant que ceux de STCC conventionnels. Cependant, ses applications potentielles sont similaires, avec d'autres encore à explorer. Les études actuelles utilisant 4x1 torique HD-STCC montrent que chez des volontaires sains, il peut réduire considérablement la chaleur et seuils sensoriels froid, et conduire à un effet analgésique marginal pour les seuils de douleur à froid (figure 10) 15. En outre, il peut provoquer des changements importants dans l'excitabilité corticale, tel que mesuré par potentiels évoqués moteurs 13,14 (figure 11). Chez les patients atteints de fibromyalgie, actif 4x1 torique HD-STCC induit une réduction significative de la douleur perçue (Figure 12) et a augmenté de manière significative les seuils de détection mécaniques par rapport à sham 16.
Les études comparant HD-STCC STCC et conventionnelles seront importants afin d'élucider les effets de chaque intervention. Toutefois, un seul de dix minutes sessio n des anodique HD-STCC à 2,0 mA a déjà été signalé par Kuo et al. 14 d'exercer plus importants et plus durables excitateurs séquelles et une stimulation plus tolérable que STCC classiques (Figure 13), supportant son utilisation dans la recherche et potentiellement dans les milieux cliniques.
Figure 1. 4x1 Multichannel adaptateur de stimulation (à gauche) relié à un appareil de STCC conventionnel (à droite).
Figure 2. Ag / AgCl électrodes annulaires frittés, à surface lisse arrondie (noir) et rugueuse. Les électrodes sont reliées aux récepteurs correspondants sur le câble de sortie de l'adaptateur 4x1.
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Figure 3. Repères anatomiques (à gauche) et le cortex moteur primaire (M1) localisation basée sur le système international 10-20 EEG (à droite).
Figure 4. Propositions de positionnement des électrodes HD basé sur le système EEG 10-20. D'autres montages peuvent également être testés.
Figure 5. D'application de gel électrique (gauche). Afin d'empêcher le courant de manœuvre entre les électrodes, des précautions doivent être prises pour éviter la propagation du gel électrique au-delà des limites de l'enveloppe en plastique (à droite).
Figure 6. Placement d'électrode en anneau dans un boîtier en matière plastique. La surface rugueuse de l'électrode doit être orientée vers le bas et la face de surface lisse et arrondie vers le haut. L'électrode annulaire doit ensuite être abaissé jusqu'à ce qu'il repose sur le fond du boîtier en matière plastique (à gauche) et le capuchon en position verrouillée (à droite).
Figure 7. Exemple 4x1 HD-STCC configuration.
Figure 8. Livraison des actifs (à gauche) et le mode factice (à droite) par le dispositif de STCC conventionnel. De DaSilva et al. 19.
Figure 9. Comparaison des modèles de calcul entre le cortex moteur 4x1 torique HD-STCC primaire (ci-dessus) et STCC classiques utilisant une éponge bipolaire montage standard (ci-dessous). Cliquez ici pour agrandir la figure .
Figure 10. Chaleur et seuils sensoriels froid et les seuils de douleur à froid mesurée chez des sujets sains avant (pré) et après (post) 4x1 torique HD-STCC. Le protocole a consisté en la livraison de 2 mA actif anodique de HD-STCC ou fictive stimulation pour le cortex moteur primaire pendant 20 min. Modifié à partir Borckardt et al. 15. Cliquez ici pour agrandir la figure .
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Figure 11. Effets de 4x1 torique HD-STCC sur le moteur évoqués amplitude des potentiels (MEP) chez des sujets sains. Le protocole a consisté en la livraison de 1 mA actif anodique de HD-STCC ou fictive stimulation pour le cortex moteur primaire pendant 20 min. MEP ont été mesurés avant et après la stimulation, et l'amplitude normalisée de celle-ci à celle de référence. Moustaches représentent les écarts types. Modifié à partir Caparelli-Daquer, et al. 13.
Figure 12. Effets de 4x1-ring HD-STCC sur la douleur perçue chez les patients atteints de fibromyalgie. Les patients ont été invités à évaluer leur douleur global à l'aide d'une échelle numérique visuelle avant, immédiatement et 30 min après la stimulation. Le protocole consistait en des séances individuelles de anodique active et cathodique HD-STCC, livrés à gauche cortex moteur primaire (2mA pendant 20 min) et stimulation factice. Moustaches représentent l'erreur standard. Modifié à partir de Villamar et al. 16.
Figure 13. Comparaison des séquelles induites par la stimulation anodique et cathodique utilisant STCC classiques et 4x1 torique HD-STCC. Moteur évoqué amplitude du potentiel (MEP) a été mesurée avant et après l'accouchement de 2 mA de STCC classiques ou 4x1 HD-STCC pour 10 min. Les évaluations successives ont été réalisées pour évaluer l'évolution dans le temps des séquelles. MEP amplitude post-stimulation a été normalisée par rapport à celle de référence. Modifié à partir de Kuo et al. 14.
| Avez-vous déjà ... | Eu une réaction indésirable à TMS / STCC? |
| Eu un seizure? | |
| Eu une perte de conscience inexpliquée? | |
| Eu un accident vasculaire cérébral? | |
| Eu une blessure grave à la tête? | |
| Subi une intervention chirurgicale à la tête? | |
| Eu, maladies neurologiques liées cerveau? | |
| Eu une maladie qui peut avoir causé des lésions cérébrales? | |
| Souffrez-vous de maux de tête fréquents ou graves? | |
| Avez-vous un quelconque métal dans la tête (à l'extérieur de la bouche) comme des éclats d'obus, agrafes chirurgicales, ou des fragments de soudure? | |
| Avez-vous des dispositifs médicaux implantés tels que les stimulateurs cardiaques ou les pompes médicales? | |
| Prenez-vous des médicaments? | |
| Êtes-vous enceinte, ou vous êtes sexuellement actif et pas sûr que vous pourriez être enceinte? | |
| Est-ce que quelqu'un dans votre famille souffrez d'épilepsie? | |
| Avez-vous besoin de plus d'explications sur STCC / HD-STCC ou de ses risques associés? |
Tableau 1. Dépistage des contre-indications et des considérations spéciales avant STCC / HD-STCC.
| Matériaux | Un dispositif de STCC conventionnel |
| Un adaptateur de stimulation Multichannel 4x1 | |
| Quatre piles de 9 volts | |
| Un bouchon d'enregistrement électroencéphalographique modulaire | |
| Cinq Ag / AgCl électrodes annulaires frittées | |
| Cinq spécialement conçues boîtiers en plastique HD et leurs plafonds respectifs | |
| Un piston en plastique | |
| Câbles | |
| Un ruban à mesurer | |
| Un coton-tige en bois | |
| Gel conducteur de l'électricité | |
| Un 3 - ou 5 ml seringue | |
| Ruban adhésif | |
| Serviettes en papier |
Tableau 2. Matériaux.
| Avez-vous ressentez un des symptômes suivants ou effets secondaires? | Entrez une valeur (1-4) dans l'espace ci-dessous. 1-Absent 2-Mild 3 Modéré 4-Sévère | Le cas échéant, pensez-vous que cela est lié à HD-STCC? 1-Aucun 2-Remote 3 Possible 4 Probable 5 Definite | Remarques |
| Maux de tête | |||
| Douleurs au cou | |||
| douleur du cuir chevelu | |||
| brûlures du cuir chevelu | |||
| Picotements | |||
| rougeur de la peau | |||
| Somnolence | |||
| Difficulté à se concentrer | |||
| Changement d'humeur aiguë | |||
| Autre (préciser): |
Tableau 3. Dépistage d'effets indésirables suite à HD-STCC.
Discussion
Étapes critiques
Aspects à vérifier avant de commencer la procédure
Avant de commencer la stimulation, les chercheurs doivent s'assurer que le participant n'a pas de contre-indications pour HD-STCC. Tableau 1 énumère quelques considérations importantes à prendre en compte et résume les contre-indications les plus importantes, y compris la présence d'implants métalliques ou des appareils dans la tête, sévère lésions cérébrales ou de lésions importantes de la peau. Le chercheur doit vérifier la présence de ce dernier dans le périmètre 4x1-ring tout en se préparant pour le placement des électrodes. Nous ne recommandons pas l'application de la technique si ces lésions existent. Ceci est important car, si les lésions cutanées n'ont pas été rapportés lors de l'utilisation des électrodes HD et boîtiers présentées dans cet article, des lésions cutanées ont été rapportés après la livraison de plusieurs séances consécutives de STCC conventionnels 3, en particulier si elle est effectuée overa période de 14 jours 25.
La présence d'implants ou de défauts dans le crâne ou parenchyme cérébral métalliques peut modifier de manière significative le flux de courant 17,26 et le résultat dans la stimulation des régions corticales autres que celles prévues. Pour des raisons de sécurité, la stimulation doit être évitée chez les patients ayant des dispositifs médicaux implantés. Contre-indications relatives présence d'épilepsie ou l'histoire d'un accident vasculaire cérébral, à moins que l'étude est plus particulièrement axé sur l'étude de ces conditions. HD-STCC doit être évitée chez les femmes enceintes en raison du manque de données concernant la sécurité.
Il est primordial de vérifier la polarité des câbles lors de la connexion de l'adaptateur de stimulation Multichannel 4x1 sur le périphérique de STCC conventionnel. Ne pas le faire peut conduire à livrer le mauvais type de stimulation au participant. Assurez-vous que le câble étiqueté comme "Centre", qui peuvent souvent être rouge, est branché à la borne correcte (anode ou cathode).
L'opérateur doit également inspecter visuellement les électrodes annulaires frittés Ag / AgCl pour preuve de dépôt de produits d'électrolyse avant chaque utilisation et remplacez-les si nécessaire. Après chaque séance de stimulation actif, les produits des réactions électrochimiques ont tendance à s'accumuler sur la surface rugueuse sur la partie inférieure des électrodes. Pour cette raison, il est recommandé que chaque électrode est situé dans le centre de la configuration 4x1 pour deux séances de stimulation active uniquement. Par la suite, il peut être mis en rotation et utilisée comme l'une des électrodes de retour. Une fois que chacun des cinq électrodes dans un ensemble a servi de l'électrode centrale deux fois, il est recommandé d'utiliser un nouveau jeu d'électrodes. Il est facile d'étiqueter chaque électrode et enregistrer le nombre d'utilisations, afin de les faire tourner d'une manière coordonnée. En plus de la tolérance, la rotation (limité) d'électrodes est également destinée à éviter un cas de haute impédance où le courant ne sera pas divisé en parts égales acrRejoignez les quatre électrodes de retour. L'opérateur est tenu de vérifier la qualité du contact avant la stimulation (comme expliqué aux étapes 5.12 à 5.14), et s'assurer qu'aucune des valeurs anormalement élevées de résistance sont observés.
Il peut arriver que les participants passent leurs têtes de manière excessive ou tirer par inadvertance les câbles et déloger ou de les rompre. Pour cette raison, il est conseillé de boucle chaque câble autour de son boîtier en plastique et de bande du câble de sortie de l'adaptateur 4x1 sur une surface (ie le président ou les vêtements du participant).
Si vous le souhaitez, il peut être possible d'ajouter des anesthésiques topiques sur le cuir chevelu afin d'éviter les sensations inconfortables et potentiellement à améliorer l'aveuglement des participants à l'étude. Cependant, il faut garder à l'esprit que, bien que des brûlures de la peau n'ont pas été rapportés avec HD-STCC, il pourrait y avoir un petit risque théorique de cet effet indésirable et l'utilisation d'anesthésiques topiques peut empêcher les participants de rAPPORTS pendant la stimulation. Dans cette démonstration, ainsi que dans nos études précédentes, nous n'avons pas utilisé des anesthésiques topiques comme tout inconfort est généralement signalé comme doux.
Comme mentionné ci-dessus, afin d'avoir des résultats optimaux, il est très important de prévenir le gel électrique de se propager au-delà des limites de l'enveloppe en plastique. Dans le cas contraire, shunt de puissance de courant d'une électrode à l'autre.
Des considérations importantes lors de la stimulation
Sauf si cela est nécessaire dans le cadre de la conception de l'étude, le sujet ne doit pas être dormir, lire ou autrement distrait lors de la séance de stimulation. Ceci est important car il a été rapporté que l'effort cognitif intense, d'ennui ou de dormir, l'activation musculaire et d'autres activités entraînant des changements dans l'excitabilité corticale peuvent entraîner des effets altérées et opposition de STCC conventionnels 27.
Dès l'ouverture de la stimulation, et afin de prévenir les effets secondaires du début brusque du courant, l'appareil automatiquement rampes courant de haut en bas sur une période de trente secondes. Pour les mêmes raisons, ne pas basculer entre «Pass» et les modes «scan» tandis que le dispositif de STCC conventionnel produit du courant. Il est toujours conseillé de demander périodiquement des sujets qu'ils se sentent à l'aise avec la procédure afin de s'assurer que la stimulation se déroule en toute sécurité.
Stimulation des populations sensibles, y compris les patients pédiatriques, peut nécessiter un ajustement de dose.
Les aspects pratiques après la procédure
Afin de recueillir des preuves supplémentaires sur la sécurité et à surveiller les effets HD-STCC, nous vous recommandons d'utiliser un questionnaire sur les effets indésirables tels que celui décrit dans le tableau 3, qui devrait être livré aux participants après chaque session. Assurez-vous de dépister la présence de l'ADVE plus couranterse effets associés à la HD-STCC, tels que l'inconfort, des picotements, des démangeaisons et des sensations de brûlure. En outre, la signification de ces données peut être améliorée en demandant également scores quantitatifs subjectives. Ceci peut être réalisé en ayant une échelle numérique pour les patients à signaler l'intensité ou la gravité des effets indésirables, par exemple de 1 à 5 ou de 1 à 10. Il est également important de livrer le questionnaire d'effets secondaires après chaque session imposture. Cela permet de comparer la fréquence des effets indésirables associés à la stimulation active et imposture. Pour STCC classiques, des effets secondaires ont été signalés à être encore plus fréquents dans le groupe témoin 24, maux de tête en étant un exemple.
Modifications possibles
Pour 4x1 HD-tDCS, protocoles de stimulation peuvent être conçus impliquant différents emplacements cibles, la polarité et l'intensité du courant, et le rayon de l'anneau. En règle générale, l'augmentation du diamètre de l'anneau 4x1 sera augsoi la profondeur de pénétration et l'intensité maximale sous l'anneau 28. Inversement, la réduction de rayon de l'anneau augmente focalité mais diminue induit un champ électrique du cerveau. Par conséquent, une enquête plus approfondie de la dose optimale par indication est justifiée.
Bien que cet article se concentre sur 4x1-ring HD-STCC, d'autres déploiements d'électrodes peuvent également être utilisés, tels que les 4x2 et 3x3 (double bande), entre autres. Bien que HD-STCC offre de nombreuses options de personnalisation, les méthodes de positionnement et de la préparation des électrodes, tel que décrit ici, devraient être suivis avec l'aide seulement les équipements et les accessoires qui ont été spécialement testés à cet effet. Ceci inclut une attention particulière à la HD plastique conception du boîtier, gel et électrodes. Par exemple, les électrodes autres que Ag / AgCl bague frittée ont également été testés afin de délivrer des courant continu, tel que Ag culot, Ag / AgCl culot, Ag / AgCl disque et le caoutchouc culot 9. Cependant, les deux électrodes granulés AG et caoutchouc induisentchangements de pH d, et des augmentations de température et de potentiel d'électrode ont été signalés pour toutes les électrodes à l'exception de Ag / AgCl anneau et le disque. Par conséquent, il semble que les électrodes Ag / AgCl de cycle peuvent être une approche efficace et sûr. Dans l'avenir, les modifications de l'approche décrite dans le présent document peuvent également être utilisés pour effectuer des interventions telles que la stimulation transcrânienne à courant alternatif.
Limitations
À ce stade, le rôle de 4x1 torique HD-STCC polarité sur l'excitabilité corticale reste incertaine. Bien que les études neurophysiologiques ont rapporté que les deux 1,0 mA et 2,0 mA anodique 4x1 torique HD-STCC a permis d'augmenter l'excitabilité corticale chez les sujets sains 13,14, un corps plus large d'éléments de preuve portant spécifiquement sur les études HD-STCC est nécessaire avant toute généralisation possible être faite. En outre, il est à noter que les effets de la modulation de l'excitabilité corticale en utilisant 4x1 torique HD-STCC peuvent être dépendant du temps, atteignant leur poisk plusieurs minutes après la fin de la stimulation et ne sont pas immédiatement après 14,16. Par conséquent, les évaluations successives sur différents points de temps après l'intervention peut être nécessaire afin d'obtenir des résultats précis.
Disclosures
MF Villamar, MS Volz, AF DaSilva et F Fregni déclarent aucun conflit d'intérêts liés à cet article. La City University de New York a la propriété intellectuelle sur la stimulation cérébrale non invasive avec M Bikson et A Datta comme inventeurs. M Bikson et A Datta ont équité dans Soterix Medical, Inc.
Acknowledgments
Les auteurs remercient Kayleen Weaver pour aide à la rédaction, Alexandre Venturi pour faire du bénévolat pour cette vidéo, Dennis Truong pour fournir l'une des figures utilisées dans cet article, et la Fondation Wallace H. Coulter pour le soutien apporté à la réalisation de ces travaux. MS Volz est financé par une bourse de doctorat de la Deutsche Schmerzgesellschaft eV [chapitre allemand de l'Association internationale pour l'étude de la douleur (IASP)].
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| One conventional tDCS device (Soterix 1x1 Low-intensity DC Stimulator) | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | 1300A | |
| One 4x1 Multichannel Stimulation Adapter | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | 4X1-C2 | |
| Four 9V batteries | Many manufacturers available | ||
| One modular electr–ncephalogram recording cap | EASYCAP GmbH, Germany | EASYCAP | |
| Five Ag/AgCl sintered ring electrodes | Stens Biofeedback Inc., San Rafael, CA, USA | EL-TP-RNG Sintered | |
| Five specially-designed plastic casings and their respective caps | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | ||
| One plastic plunger | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | PSYR-5 | |
| Cables | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | CSIN-X2 Input Cable, CSOP-D5 Output Cable | |
| One measuring tape | Many manufacturers available | ||
| One wooden cotton swab | Many manufacturers available | ||
| Electrically conductive gel (Sigma Gel) | Parker Laboratories, New Jersey, NJ, USA | 15-25 | |
| One 3- or 5-ml syringe | Many manufacturers available | ||
| Adhesive tape | Many manufacturers available | ||
| Paper towels | Many manufacturers available |
References
- Villamar, M. F., Santos Portilla, A., Fregni, F., Zafonte, R. Noninvasive brain stimulation to modulate neuroplasticity in traumatic brain injury. Neuromodulation. 15, 326-338 (2012).
- Dos Santos, M. F., et al. Immediate effects of tDCS on the μ-opioid system of a chronic pain patient. Front Psychiatry. 3, 1-6 (2012).
- Nitsche, M. A., et al. Transcranial direct current stimulation: state of the art. Brain Stimul. 11, 642-651 (2008).
- Datta, A., et al. Gyri -precise head model of transcranial DC stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2, 201-207 (2009).
- Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Electrode-distance dependent after-effects of transcranial direct and random noise stimulation with extracephalic reference electrodes. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 121, 2165-2171 (2010).
- Nitsche, M. A., et al. Shaping the effects of transcranial direct current stimulation of the human motor cortex. Journal of Neurophysiology. 97, 3109-3117 (2007).
- Dasilva, A. F., et al. tDCS-induced analgesia and electrical fields in pain-related neural networks in chronic migraine. Headache. 52, 1283-1295 (2012).
- Antal, A., et al. Imaging artifacts induced by electrical stimulation during conventional fMRI of the brain. Neuroimage. , (2012).
- Minhas, P., et al. Electrodes for high-definition transcutaneous DC stimulation for applications in drug delivery and electrotherapy, including tDCS. J. Neurosci. Methods. 190, 188-197 (2010).
- Dmochowski, J. P., Datta, A., Bikson, M., Su, Y., Parra, L. C. Optimized multi-electrode stimulation increases focality and intensity at target. J. Neural Eng. 8, 046011 (2011).
- Datta, A., Truong, D., Minhas, P., Parra, L. C., Bikson, M. Inter-Individual Variation during Transcranial Direct Current Stimulation and Normalization of Dose Using MRI-Derived Computational Models. Front Psychiatry. 3, 91 (2012).
- Edwards, D. J., et al. Physiological and modeling evidence for focal transcranial electrical brain stimulation in humans: a basis for high-definition tDCS. Neuroimage. , Under review (2013).
- A pilot study on effects of 4x1 High-Definition tDCS on motor cortex excitability. Caparelli-Daquer, E. M., et al. 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, , IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 735-738 (2012).
- Kuo, H. I., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4 x 1 ring tDCS: A neurophysiological study. Brain Stimul. , (2012).
- 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, 112-120 (2012).
- Villamar, M. F., et al. Focal modulation of the primary motor cortex in fibromyalgia using 4x1-ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): immediate and delayed analgesic effects of cathodal and anodal stimulation. J. Pain. 14, 371-383 (2013).
- Datta, A., 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, 1268-1278 (2010).
- Reilly, E. L. Ch. 7. Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. Niedermeyer, E., Lopes da Silva, F. H. , Lippincott Williams & Wilkins. 139-141 (2004).
- DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. J. Vis. Exp. (51), e2744 (2011).
- Bio-heat transfer model of transcranial DC stimulation: comparison of conventional pad versus ring electrode. Conference proceedings. Datta, A., Elwassif, M., Bikson, M. 31st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, , IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 670-673 (2009).
- Merrill, D. R., Bikson, M., Jefferys, J. G. Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols. J. Neurosci. Methods. 141, 171-198 (2005).
- Hahn, C., et al. Methods for extra-low voltage transcranial direct current stimulation: Current and time dependent impedance decreases. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. , (2012).
- 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, 845-850 (2006).
- Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. Int. J. Neuropsychopharmacol. 14, 1133-1145 (2011).
- Palm, U., Keeser, D., Schiller, C., Fintescu, Z., Nitsche, M., Reisinger,, Padberg, E. Skin lesions after treatment with transcranial direct current stimulation (tDCS). Brain Stimul. 1, 386-387 (2008).
- 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 Stimul. 4, 169-174 (2011).
- Antal A, T. D., Poreisz, C., Paulus, W. Towards unravelling task-related modulations of neuroplastic changes induced in the human motor cortex. Eur. J. Neurosci. 26, 2687-2691 (2007).
- Datta, A., Elwassif, M., Battaglia, F., Bikson, M. Transcranial current stimulation focality using disc and ring electrode configurations: FEM analysis. J. Neural Eng. 5, 163-174 (2008).
