HD-transcranial likestrøm stimulering (HD-tDCS), med sin 4×1-ring montasje, er en ikke-invasiv hjerne stimulering teknikk som kombinerer både neuromodulatory effekten av konvensjonelle tDCS med økt focality. Denne artikkel gir en systematisk demonstrasjon av bruken av 4×1 HD-tDCS, og de betraktninger som kreves for sikker og effektiv stimulering.
HD-transcranial likestrøm stimulering (HD-tDCS) har nylig blitt utviklet som en ikke-invasiv hjerne stimulering tilnærming som øker nøyaktigheten av dagens levering til hjernen ved hjelp av matriser av mindre "high definition"-elektroder, i stedet for større pad- elektroder av konvensjonelle tDCS. Målretting oppnås med magnetiserende elektroder plassert i forutbestemte konfigurasjoner. En av disse er 4×1-ring konfigurasjon. Ved denne fremgangsmåten blir en senterring elektrode (anode eller katode) ovenpå målet kortikal regionen omgitt av fire returelektroder, som bidrar til omgi området av stimulering. Levering av 4×1-ring HD-tDCS er i stand til å fremkalle betydelige nevrofysiologiske og kliniske effekter i både friske forsøkspersoner og pasienter. Videre er dens toleranse støttet av studier med intensiteter så høyt som 2,0 milliampere i opp til tyve minutter.
Selv om 4×1 HD-tDCS er enkel å prestam, er riktig elektrode posisjonering viktig for å nøyaktig stimulere målet kortikale regioner og utøve sin neuromodulatory effekter. Bruk av elektroder og maskinvare som har spesielt blitt testet for HD-tDCS er avgjørende for sikkerhet og toleranse. Gitt at de fleste publiserte studier på 4×1 HD-tDCS har målrettet den primære motor cortex (M1), spesielt for smerte-relaterte utfall, er hensikten med denne artikkelen å systematisk beskrive sin bruk for M1 stimulering, samt hensyn som skal tas for sikker og effektiv stimulering. Imidlertid kan metodene beskrevet her være tilrettelagt for andre HD-tDCS konfigurasjoner og kortikale mål.
Transkranial likestrøm stimulering (tDCS) er en ikke-invasiv teknikk for stimulering hjerne stand til å modifisere neuronal hvilende membranpotensial og graden av spontan nevronal utløsning på området stimulering samt i innbyrdes forbundede nevrale nettverk 1, innbefattende det endogene μ-opioid-systemet 2, og dermed modulerende kortikale oppstemthet. De neuromodulatory effektene av tDCS, kombinert med sin lave pris, enkel søknad og portabilitet, har ført til utstrakt bruk det siste tiåret i et bredt utvalg av innstillinger. Disse har tatt nevrofysiologiske studier, kognitive og atferdsmessige intervensjoner og pasient studier som vurderer lidelser som kronisk smerte, depresjon, migrene, hjerneslag, Parkinsons sykdom og tinnitus tre. Men levering av likestrøm (DC) er utført ved hjelp av store pads, oftest mellom 25-35 cm 2, som stimulerer relativt brede områder av cerebral cortex ligger between anoden og katoden 4.. Derfor er fokal stimulering av target kortikale regioner som ikke involverer stimulering av nabo anatomiske områder, vanskelig å oppnå med denne teknikk. Flere tilnærminger har vært undersøkt for å "forme" strøm ved å variere mellom elektrode avstand fem og øke / senke pad størrelse for å redusere / øke modulasjon i kortikale regioner under elektroden seks. Likevel, forsøk på ytterligere mål strøm mens du unngår skifting av strøm mellom elektrodene 7,8 gjenstår av interesse.
High-Definition (HD)-tDCS er en nyutviklet intervensjon som bruker matriser av mindre, spesialdesignede elektroder ni. Forskjellige konfigurasjoner har blitt testet, som kan modifiseres for å bedre stimulering av mål 10. Blant dem er 4×1-ring konfigurasjon, en montasje som bruker en midtelektroden overliggende målet kortikale region omgittetter fire returelektroder fire. Midtelektroden definerer polariteten av stimulering som enten anodisk eller katodisk, og radiene av returelektroder begrense gjennomgår området eksitabilitet modulasjon. Brain modellering studier viser at arealet av cortex under modulering med 4×1 HD-tDCS konfigurasjonen er mer begrenset i forhold til standard bipolar montasje av konvensjonelle tDCS fire. Videre er dens focality robust til vev (modellering) parametrene 11. Kliniske nevrofysiologisk studier med 4×1-ring transcranial elektrisk stimulering bekrefter focal levert strøm 12.
Den potensielle anvendelser av denne intervensjonen er lik de konvensjonelle tDCS. Atferdsmessige og nevrofysiologisk studier med 4×1-ring HD-tDCS over primære motor cortex (M1) rapporterer endringer i hjernebarken oppstemthet 13 og ettervirkninger som kan vare lenger enn de med indusert av konvensjonelle tDCS 14. Aktuelle studier med 4×1-ring HD-tDCS støtte sin toleranse hos både friske forsøkspersoner 13-15 og pasienter 16 når intensiteter så høyt som 2,0 milliampere (mA) leveres i opp til tjue minutter. Selv om HD-tDCS er godt tolerert, er det viktig å bruke bare enheter og elektroder som er testet spesielt for dette formålet.
Formålet med denne artikkelen er å gi en systematisk demonstrasjon av bruk av 4×1-ring elektroder for HD-tDCS. Stimulering av M1 ble valgt, ettersom det er den vanligste montage brukes i ulike kliniske forskningsmiljøer. Imidlertid kan metodene skissert være tilrettelagt for målretting av andre områder av hjernen som dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). Som det vil bli vist her, er korrekt posisjonering elektrode enkel å utføre, men viktig for å nøyaktig stimulere target kortikale regioner. Vi håper denne demonstrasjonen vil bidra til å støtte og øke rigor av fremtidige HD-tDCSprøvelser, som vil gi ytterligere bevis på mekanismene og anvendelser av denne romanen intervensjon.
Kritiske trinn
Aspekter som skal sjekkes før du starter prosedyren
Før du starter stimulering, bør forskerne sørge for at deltakeren har ingen kontraindikasjoner for HD-tDCS. Tabell 1 viser noen viktige hensyn som skal tas i betraktning, og oppsummerer de viktigste kontraindikasjoner, inkludert tilstedeværelse av metalliske implantater eller enheter i hodet, alvorlig hjerneskader eller betydelige hudforandringer. Forskeren bør undersøke for tilstedeværelse av sistnevnte i 4×1-ring perimeter mens forbereder elektrodene skal plasseres. Vi anbefaler ikke bruk av teknikken hvis slike lesjoner eksisterer. Dette er viktig som, om hudskader ikke er rapportert ved bruk av HD-elektroder og foringsrør vist i denne artikkelen, har hudskader blitt rapportert etter levering av flere påfølgende økter med konvensjonelle tDCS tre, spesielt hvis utført overa periode på 14 dager 25.
Tilstedeværelsen av metalliske implantater eller mangler i skallen eller hjernen parenchyma kan betydelig endre strømmen 17,26 og resultere i stimulering av kortikale regioner enn de hadde tenkt. Av sikkerhetsmessige grunner, bør stimulering unngås hos pasienter med implantert medisinsk utstyr. Relative kontraindikasjoner inkluderer epilepsi eller tidligere hjerneslag, med mindre studien er spesielt fokusert på å studere disse forholdene. HD-tDCS bør unngås hos gravide kvinner på grunn av manglende data vedrørende sikkerhet.
Det er av største betydning for å sjekke polariteten på kablene når du kobler 4×1 Multichannel Stimulering Adapter til konvensjonelle tDCS enheten. Unnlatelse av å gjøre det kan resultere i å levere feil type stimulering til deltakeren. Sørg for at kabelen merket som "Center", som ofte kan være rød, er koblet til riktig terminal (anode eller katode).
Operatøren skal også visuelt inspisere Ag / AgCl sintrede ring elektroder for bevis for deponering av elektrolyse produkter før hver bruk, og bytt dem hvis indisert. Etter hver aktiv stimulering sesjon, produkter av elektrokjemiske reaksjoner har en tendens til å bygge seg opp på den ru overflaten på bunnen av elektrodene. Av denne grunn, anbefales det at hver elektrode være lokalisert i sentrum av den 4×1 konfigurasjon for to aktive stimulering økter bare. Deretter kan den roteres, og brukt som en av returelektroder. Når hver av de fem elektrodene i et sett har tjent som midtelektroden to ganger, er det anbefalt å bruke et nytt sett av elektroder. Det er enkelt å merke hver elektrode og registrere antall anvendelser for å rotere dem på en koordinert måte. I tillegg til toleranse, blir (begrenset) rotasjon av elektrodene også til hensikt å unngå en høy-impedans tilfelle hvor strøm ikke vil bli delt likt acrOss fire returelektroder. Operatøren er ansvarlig for å kontrollere kontakt kvaliteten før stimulering (som forklart i trinn 05.12 til 05.14), og sikre at ingen unormalt høye motstand verdier er observert.
Det kan forekomme at deltakerne beveger hodet mye eller utilsiktet trekke kablene og løsne eller brekke dem. Av denne grunn er det tilrådelig å sløyfe hver kabel rundt sin plast casing og å tape 4×1 adapter utgang kabel til en overflate (dvs. stol eller deltakernes klær).
Om ønsket kan det være mulig å legge topiske anestetika til hodebunnen for å hindre potensielt ubehagelige inntrykk og for å forsterke blinding av deltakerne i studien. Det bør imidlertid være oppmerksom på at selv om brannskader ikke har blitt rapportert med HD-tDCS, kan det være en liten teoretisk risiko for denne bivirkningen og bruk av aktuelle bedøvelse kan hindre deltakerne fra reporting det i løpet av stimulering. I denne demonstrasjon, så vel som i våre tidligere undersøkelser, har vi ikke brukt topiske anestetika som ubehag rapporteres generelt som mild.
Som nevnt ovenfor, for å få optimale resultater er det meget viktig å hindre at den elektriske gel sprer seg ut over grensene for den plastikkbeholder. Ellers nåværende kraft shunt fra en elektrode til en annen.
Viktige hensyn under stimulering
Med mindre dette er nødvendig som en del av studiet design, bør faget ikke skal sove, lese eller på annen måte forstyrret under stimulering økten. Dette er viktig fordi det har blitt rapportert at intens kognitiv innsats, kjedsomhet eller sover, muskel aktivering og andre aktiviteter som fører til endringer i hjernebarken oppstemthet kan resultere i endrede og motsatte effekter av konvensjonelle tDCS 27.
Ved oppstart av stimulation, og for å hindre bivirkninger fra plutselige start av strømgjennomgang, enheten automatisk ramper strøm opp og ned over en periode på tretti sekunder. Av lignende grunner, ikke veksle mellom "Pass" og "Scan"-modus mens konvensjonelle tDCS enheten genererer strøm. Det er alltid lurt å jevne spørre fagene om de føler seg komfortabel med prosedyren for å sørge for at stimulering går trygt.
Stimulering hos utsatte pasientgrupper, inkludert pediatriske pasienter, kan kreve dosejustering.
Praktiske aspekter etter inngrepet
For å samle inn ytterligere bevis på sikkerheten og for å overvåke HD-tDCS effekter, anbefaler vi at du bruker en negativ effekt spørreskjema som den avbildet i tabell 3, som skal leveres til deltakerne etter hver økt. Kontroller for screening av tilstedeværelsen av de vanligste adveRSE effekter forbundet med HD-tDCS, for eksempel ubehag, prikking, kløe og svie. Videre kan meaningfulness av disse dataene forbedres ved også å be om kvantitative subjektiv vurdering. Dette kan oppnås ved å ha en numerisk skala for pasienter å rapportere intensiteten eller graden av de uønskede bivirkninger, for eksempel 1-5 eller 1-10. Det er også viktig å levere den bivirkning spørreskjema etter hvert sham sesjon. Dette gir mulighet for å sammenligne hyppigheten av uønskede bivirkninger assosiert med både aktive og sham stimulering. For konvensjonelle tDCS, har noen bivirkninger blitt rapportert å være enda hyppigere i humbug gruppe 24, hodepine er ett eksempel.
Mulige endringer
For 4×1 HD-tDCS, kan stimuleringsregimer være utformet som involverer ulike mål steder, strøm polaritet og intensitet og radius av ringen. Som en generell regel vil øke 4×1 ring diameter øktSE dybden av penetrering og maksimal intensitet under ringen 28.. Omvendt, redusere ring radius øker focality men minsker indusert hjernen elektrisk felt. Derfor er videre undersøkelser av optimal dose per indikasjon berettiget.
Selv om denne artikkelen er fokusert på 4×1-ring HD-tDCS, kan andre elektrode distribusjoner også brukes, slik som 4×2 og 3×3 (dual stripe), blant andre. Selv om HD-tDCS tilbyr mange muligheter for tilpasning, metodene for plassering og forbereder elektroder, som beskrevet her, bør følges sammen med hjelp av bare maskinvare og tilbehør som har spesielt blitt testet for dette formålet. Dette inkluderer å betale spesiell oppmerksomhet til HD plasthölje design, gel, og elektroder. For eksempel har elektroder andre enn Ag / AgCl sintret ring også blitt testet for å levere DC, slik som Ag pellet, Ag / AgCl pellet, Ag / AgCl-plate og gummi pellet 9.. Men både Ag og gummi pellet elektroder indusered endringer i pH og økning i temperatur og elektrodepotensial ble rapportert for alle elektroder bortsett Ag / AgCl ring og plate. Derfor ser det ut til at Ag / AgCl ring elektroder kan være en effektiv og tryggere tilnærming. I fremtiden kan modifikasjoner av den tilnærmingen som er beskrevet i denne artikkelen også brukes til å levere intervensjoner som transcranial vekselstrøm stimulering.
Begrensninger
På dette punktet, er rollen til 4×1-ring HD-tDCS polaritet på kortikale oppstemthet uklart. Selv om nevrofysiologiske studier har rapportert at både 1,0 mA og 2,0 mA av anodisk 4×1-ring HD-tDCS førte til økninger i hjernebarken oppstemthet blant friske personer 13,14, er et bredere bevismateriale spesielt adressering HD-tDCS studier er nødvendig før noen generalisering kan gjøres. I tillegg er det verdt å merke seg at virkningene av kortikale eksitabilitet modulering ved hjelp av 4×1-ring HD-tDCS kan være tidsavhengig, og nådde sitt ertk flere minutter etter slutten av stimulering og ikke umiddelbart etter det 14,16. Derfor kan sekvensielle vurderinger spissen ulike tidspunkt etter intervensjonen være nødvendig for å oppnå nøyaktige resultater.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne takker Kayleen Weaver for redaksjonell bistand, Alexandre Venturi for frivillig for denne videoen, Dennis Truong for å gi en av de tall som benyttes i denne artikkelen, og Wallace H. Coulter Foundation for støtten som gis til å utføre dette arbeidet. MS Volz er finansiert av en doktor stipend fra Deutsche Schmerzgesellschaft eV [tyske avdelingen av 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 |