High-definition transcranial jævnstrøm stimulation (HD-TDCs), med sin 4×1-ring montage, er en non-invasiv brain stimulation teknik, der kombinerer både neuromodulatory virkningerne af konventionelle TDCs med øget focality. Denne artikel giver en systematisk demonstration af anvendelsen af 4×1 HD-TDCs og de overvejelser, der er nødvendige for en sikker og effektiv stimulation.
High-definition transkraniel jævnstrøm stimulation (HD-TDCs) er for nylig blevet udviklet som en noninvasiv hjernestimulation tilgang, øger nøjagtigheden af den nuværende levering til hjernen ved hjælp af arrays af mindre "high-definition" elektroder, i stedet for den større pude- elektroder af konventionelle TDCs. Målretning opnås ved at aktivere elektroder placeret i forudbestemte konfigurationer. En af disse er 4×1-ringkonfiguration. I denne fremgangsmåde, er en central ring elektrode (anode eller katode) overliggende målet kortikale region omgivet af fire returelektroder, der hjælper afgrænse området stimulation. Levering af 4×1-ring HD-TDCs er i stand til at fremkalde betydelige neurofysiologiske og kliniske effekter i både raske personer og patienter. Desuden er dens tolerabilitet understøttet af undersøgelser med intensiteter så højt som 2,0 milliampere i op til tyve minutter.
Selvom 4×1 HD-TDCs er enkel at performancem, korrekt elektrode positionering er vigtig for nøjagtigt stimulere target kortikale regioner, og udøve sin neuromodulatory effekter. Brugen af elektroder og hardware, der specifikt har været testet for HD-TDCs er afgørende for sikkerhed og tolerabilitet. I betragtning af at de fleste publicerede undersøgelser om 4×1 HD-TDCs har målrettet den primære motor cortex (M1), især for smerte-relaterede resultater, er formålet med denne artikel er at systematisk at beskrive dens anvendelse til M1 stimulation, samt de overvejelser, der skal træffes for sikker og effektiv stimulation. Dog kan de metoder, der er skitseret her, tilpasses for andre HD-TDCs konfigurationer og kortikale mål.
Transkraniel jævnstrøm stimulation (TDCs) er en non-invasiv brain stimulation teknik stand til at modificere neuronal hvilende membranpotentiale og niveauet af spontan neuronfyring på området stimulering samt i sammenkoblede neurale net 1 herunder det endogene μ-opioid-system 2, hvorved modulerende kortikal ophidselse. De neuromodulatory effekter af TDCs, kombineret med de lave omkostninger, enkel anvendelse og portabilitet, har ført til dets omfattende brug i det seneste årti i en bred vifte af indstillinger. Disse har omfattet neurofysiologiske undersøgelser, kognitive og adfærdsmæssige interventioner og patient undersøgelser, der vurderer lidelser, såsom kroniske smerter, depression, migræne, slagtilfælde, Parkinsons sygdom og tinnitus 3.. Men levering af jævnstrøm (DC) udføres ved hjælp af store puder, hyppigst mellem 25-35 cm 2, som stimulerer relativt brede områder af hjernebarken placeret between anode og katode 4.. Derfor fokal stimulation af mål kortikale regioner ikke indebærer stimulering af tilstødende anatomiske områder er vanskelig at opnå med denne teknik. Adskillige metoder er blevet undersøgt for at "forme" strøm ved at variere mellem elektrode afstand 5 og stigende / faldende pad størrelse at sænke / øge graduering i kortikale regioner under elektroden 6.. Ikke desto mindre indsats for at fremme mål strøm samtidig undgå shunting af strøm mellem elektroderne 7,8 være af interesse.
High-Definition (HD)-TDCs er en nyudviklet indgreb, der bruger arrays af mindre, specielt konstrueret elektroder 9. Forskellige konfigurationer er blevet testet, som kan ændres for at forbedre stimulering af mål 10. Blandt dem er 4×1-ringen konfiguration, en montage, der bruger en central elektrode overlejrer målet kortikale omgivet regionaf fire returelektroderne 4.. Elektroden i midten definerer polariteten af stimulation, som enten anodisk eller katodisk og radier returelektroder begrænse området undergår ophidselse graduering. Brain modellering undersøgelser viser, at det område, cortex undergår modulation ved hjælp af 4×1 HD-TDCs konfiguration er mere begrænset i forhold til den standard bipolar montage af konventionelle TDCs 4.. Desuden dens focality er robust over for væv (modellering) parameter 11.. Kliniske neurofysiologiske undersøgelser med 4×1-ring transcranial elektrisk stimulation bekræfter omdrejningspunkt nuværende levering 12..
De potentielle anvendelser af denne intervention svarer til de konventionelle TDCs. Adfærdsmæssige og neurofysiologiske undersøgelser med 4×1-ring HD-TDCs over primære motor cortex (M1) rapport ændringer i kortikal ophidselse 13 og eftervirkninger, der kan vare længere end dem med induceret af konventionelle TDCs 14. Aktuelle undersøgelser med 4×1-ring HD-TDCs støtte dens tolerabilitet hos såvel raske forsøgspersoner 13-15 og patienter 16, når intensiteter så højt som 2,0 milliampere (mA) leveres i op til tyve minutter. Selvom HD-TDCs tåles, er det vigtigt kun at bruge enheder og elektroder, som er blevet testet specifikt til dette formål.
Formålet med denne artikel er at give en systematisk demonstration af anvendelsen af 4×1-ringelektroder til HD-TDCs. Stimulering af M1 blev valgt, da det er den mest almindelige montagen anvendes i forskellige kliniske forskning indstillinger. Dog kan de skitserede metoder tilpasses til målretning af andre områder af hjernen, såsom dorsolaterale præfrontale cortex (DLPFC). Som det vil blive vist her, korrekt elektrode positionering er enkel at udføre, men vigtigt for nøjagtigt stimulere target kortikale regioner. Vi håber, at denne demonstration vil bidrage til at støtte og øge den stramning af fremtidens HD-TDCsforsøg, som vil give yderligere dokumentation for de mekanismer og anvendelser af denne roman indgreb.
Kritiske trin
Aspekter, der skal kontrolleres før du starter proceduren
Før du starter stimulering, forskere sørge for, at deltageren ikke har nogen kontraindikationer for HD-TDCs. Tabel 1 viser nogle vigtige overvejelser, der skal tages i betragtning og opsummerer de vigtigste kontraindikationer, herunder tilstedeværelse af metalliske implantater eller enheder i hovedet, svær hjerneskader eller væsentlige hudlæsioner. Forskeren skal inspicere for tilstedeværelse af de sidstnævnte i 4×1-ringen perimeter, mens forberedelserne til elektrodeplacering. Vi anbefaler ikke anvendelsen af teknik, hvis sådanne læsioner findes. Dette er vigtigt, da, selvom hudlæsioner er ikke blevet rapporteret ved brug af HD-elektroder og casinger vist i denne artikel, er hudskader blevet rapporteret efter levering af flere på hinanden følgende sessioner af konventionelle TDCs 3, især hvis den udføres overa periode på 14 dage 25.
Tilstedeværelsen af metalliske implantater eller mangler i kraniet eller hjerneparenkymet kan væsentligt ændre strøm 17,26 og resultere i stimulering af kortikale andre regioner end beregnet dem. Af sikkerhedsmæssige årsager bør stimulation bør undgås hos patienter med implanteret medicinsk udstyr. Relative kontraindikationer omfatter tilstedeværelsen af epilepsi eller et slagtilfælde, medmindre studie specifikt er fokuseret på at studere disse betingelser. HD-TDCs bør undgås hos gravide kvinder på grund af manglende data om sikkerhed.
Det er af yderste vigtighed at kontrollere polariteten af kablerne, når du tilslutter 4×1 Multichannel Stimulation Adapter til den konventionelle TDCs enhed. Undladelse af dette kan resultere i at levere den forkerte type stimulation til deltageren. Sørg for, at kablet er mærket som "Center", som ofte kan være rød, er sat til den korrekte terminal (anode eller katode).
Operatøren skal også visuelt inspicere Ag / AgCl sintrede ringelektroder for tegn på aflejring af elektrolyse produkter, før hver brug, og udskift dem, hvis indiceret. Efter hver aktiv stimulering session tendens produkter af elektrokemiske reaktioner at bygge op på den ru overflade på bunden af elektroderne. Af denne grund anbefales det, at hver elektrode skal placeres i midten af 4×1 konfiguration til to aktive stimulation sessioner alene. Efterfølgende kan det drejes og anvendes som en af returelektroder. Når hver af de fem elektroder i et sæt har fungeret som elektroden i midten to gange, anbefales det at bruge et nyt sæt elektroder. Det er ligetil at mærke hver elektrode og registrere antallet af anvendelser for at rotere dem på en koordineret måde. Ud over tolerabilitet er (begrænset) rotation af elektroderne også til formål at undgå en høj-impedans tilfælde hvor strøm vil ikke blive opdelt ligeligt across de fire returelektroder. Operatøren er ansvarlig for at kontrollere kontakt kvalitet forud for stimulation (som forklaret i trin 5,12-5,14), og sikre, at der ikke unormalt høje modstandsværdier overholdes.
Det kan forekomme, at deltagerne flytter deres hoveder overdrevent eller uforvarende trække kablerne og fjerne eller bryde dem. Af denne grund er det tilrådeligt at sløjfe hvert kabel omkring sin plast og til bånd 4×1 adapter output kabel til en overflade (dvs. stol eller deltagerens tøj).
Hvis det ønskes, kan det være muligt at tilføje lokalanæstetiske midler til hovedbunden for at hindre potentielt ubehagelige fornemmelser og forbedre blinding af deltagerne i undersøgelsen. Dog skal det holdes for øje, at selv om forbrændinger ikke er blevet rapporteret med HD-TDCs, kunne der være en lille teoretisk risiko for denne bivirkning og brugen af aktuelle bedøvelsesmidler kan forhindre deltagerne i at rAPPORTERING det under stimulation. I denne demonstration, samt i vores tidligere undersøgelser har vi ikke brugt topiske anæstetika som ethvert ubehag generelt rapporteret som mild.
Som nævnt ovenfor, for at få optimale resultater er det meget vigtigt at forhindre elektriske gel spredes ud over grænserne for plastikspolen. Ellers kan strømmen shunt fra den ene elektrode til den anden.
Vigtige overvejelser under stimulering
Medmindre dette kræves som en del af studiet design, bør emnet ikke sove, læse eller på anden måde distraheret under stimulation session. Dette er vigtigt, da det er blevet rapporteret, at intens kognitiv indsats, kedsomhed eller sover, muskel aktivering og andre aktiviteter, der fører til ændringer i kortikale ophidselse kan resultere i ændrede og imod virkningerne af konventionelle TDCs 27.
Ved initiering af stimulation og for at forhindre bivirkninger fra pludselige start strøm, enheden automatisk ramper strøm op og ned i løbet af en periode på tredive sekunder. Af lignende grunde ikke skifte mellem "Pass" og "Scan" tilstande, mens den konventionelle TDCs enheden genererer strøm. Det er altid tilrådeligt at du jævnligt bede emner, om de føler sig trygge med den procedure med henblik på at sikre, at stimuleringen forløber sikkert.
Stimulering i modtagelige populationer, inklusive pædiatriske patienter, kan kræve dosisjustering.
Praktiske aspekter efter indgrebet
For at indsamle yderligere dokumentation for sikkerheden og for at overvåge HD-TDCs effekter, anbefaler vi at bruge en negativ effekt spørgeskema som den er afbildet i tabel 3, der skal leveres til deltagerne efter hver session. Sørg for at screene for tilstedeværelsen af de mest almindelige adveRSE effekter forbundet med HD-TDCs, såsom ubehag, prikken, kløe og brændende fornemmelser. Desuden kan meningsfuldhed disse data forbedres ved også at bede om kvantitative subjektive scores. Dette kan opnås ved at have en numerisk skala for patienterne at rapportere intensitet eller alvoren af de negative virkninger, for eksempel fra 1 til 5 eller fra 1 til 10.. Det er også vigtigt at levere bivirkning spørgeskema efter hver simuleret session. Dette giver mulighed for at sammenligne hyppigheden af bivirkninger forbundet med både aktiv og humbug stimulation. Ved konventionelle TDCs har nogle bivirkninger blevet rapporteret til at være endnu hyppigere i sham-gruppen 24, hovedpine være et eksempel.
Mulige modifikationer
For 4×1 HD-TDCs kan stimulationsregimer være udformet involverer forskellige målgrupper steder, nuværende polaritet og intensitet, og radius af ringen. Som en generel regel vil øge 4×1 ring diameter increase dybden af penetration og maksimal intensitet under ringen 28.. Omvendt reducerer ring radius øger focality men formindskes induceret hjerne elektrisk felt. Derfor er yderligere undersøgelse af optimale dosis per indikation berettiget.
Selv om denne artikel er fokuseret på 4×1-ring HD-TDCs, kan andre elektroder implementeringer også anvendes, såsom 4×2 og 3×3 (dobbelt bånd), blandt andre. Selvom HD-TDCs byder på mange muligheder for tilpasning, metoderne til positionering og forbereder elektroder, som beskrevet her, bør følges sammen med kun at bruge hardware og tilbehør, der specifikt har været afprøvet til dette formål. Dette omfatter særlig opmærksomhed på HD plastkabinet design, gel og elektroder. For eksempel har elektroder andre end Ag / AgCl sintret ring også blevet testet med henblik på at levere DC, såsom Ag pellet, Ag / AgCI-pellet, Ag / AgCl skive og gummi pellet 9.. Men begge Ag og gummi pellet elektroder fremkalded ændringer i pH, og stigninger i temperatur og elektrodepotentialet blev rapporteret for alle elektroder undtagen Ag / AgCl ring og skive. Derfor fremgår det, at Ag / AgCI ringelektroder kan være en effektiv og sikker fremgangsmåde. I fremtiden kan ændringer af den fremgangsmåde, der er beskrevet i dette papir også bruges til at levere indgreb såsom transkraniel vekselstrøm stimulation.
Begrænsninger
På dette tidspunkt, forbliver den rolle 4×1-ring HD-TDCs polaritet på kortikale ophidselse uklar. Selvom neurofysiologiske undersøgelser har rapporteret, at både 1,0 mA og 2,0 mA i anodisk 4×1-ring HD-TDCs ført til øget kortikal ophidselse blandt raske forsøgspersoner 13,14 er en bredere række indicier specifikt henvender HD-TDCs undersøgelser nødvendige, før nogen generalisering kan gøres. Desuden er det bemærkelsesværdigt, at virkningerne af kortikal ophidselse modulation ved hjælp 4×1-ring HD-TDCs kan være tidsafhængig, nå deres ærtk adskillige minutter efter afslutningen af stimulering og ikke umiddelbart efter 14,16. Derfor kan sekventielle vurderinger end forskellige tidspunkter efter indgriben være nødvendig for at opnå nøjagtige resultater.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne takker Kayleen Weaver til redaktionel assistance, Alexandre Venturi for frivilligt for denne video, Dennis Truong for at levere en af de tal, som anvendes i denne artikel, og Wallace H. Coulter Institut til støtte til at gennemføre dette arbejde. MS Volz er finansieret af en ph.d.-stipendium fra Deutsche Schmerzgesellschaft eV [German kapitel i International Association for Study of Pain (IASP)].
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
One conventional tDCS device (Soterix 1×1 Low-intensity DC Stimulator) | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | 1300A | |
One 4×1 Multichannel Stimulation Adapter | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | 4X1-C2 | |
Four 9V batteries | Many manufacturers available | ||
One modular electroencephalogram 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 |