Высокой четкости транскраниальной стимуляции постоянным током (HD-ТОК), с его 4×1 кольцо монтаж, является неинвазивным методом стимуляции мозга, которая сочетает в себе как нейромодуляторных эффекты обычных TDCS с повышенным очаговости. Эта статья обеспечивает систематическое демонстрации использования 4×1 HD-TDCS, и соображения, необходимые для безопасной и эффективной стимуляции.
Высокой четкости транскраниальной стимуляции постоянным током (HD-ТОК) в недавно был разработан в качестве неинвазивного подхода стимуляции мозга, которая повышает точность текущей поставки в мозг с помощью массивов меньшего "высокой четкости" электродов, вместо больших PAD- Электроды обычном TDCS. Таргетинг достигается путем подачи на электроды, помещенные в заданных конфигураций. Одним из них является 4×1-кольцевой конфигурации. При таком подходе центральный электрод кольцо (анод и катод), покрывающей целевой зоны коры головного мозга окружен четырьмя возвращение электродов, которые помогают ограничивать области стимуляции. Поставка 4×1 кольцо HD-ТОК способен вызывать значительные нейрофизиологических и клинических эффектов как у здоровых лиц и больных. Кроме того, его переносимость при поддержке исследований с использованием интенсивности достигает 2,0 миллиампер в течение двадцати минут.
Даже при том, 4×1 HD-ТОК прост в перформансам, правильное позиционирование электрода важно, чтобы точно стимулировать целевой областей коры и его последствия оказывают нейромодуляторных. Использование электродов и аппаратные средства, которые специально были протестированы на HD-TDCS является критическим для безопасности и переносимости. Учитывая, что большинство опубликованных исследований по 4×1 HD-ТОК которые ориентированы первичной моторной коры (M1), особенно связанных с болью результатов, целью данной статьи является систематическое описание ее использования для стимуляции M1, а также соображения были приняты для безопасного и эффективного возбуждения. Тем не менее, методы, описанные здесь, могут быть адаптированы для других HD-ТОК конфигураций и корковых целей.
Транскраниальной постоянного тока стимуляции (ЦТД) является неинвазивным методом стимуляции мозга, способных модифицировать нейронов мембранный потенциал покоя, а уровень спонтанного нейронов в области стимуляции, а также в взаимосвязанных нейронных сетей 1 с эндогенным μ-опиоидных система 2, тем самым модуляции возбудимости коры. Нейромодуляторных TDCS эффекты, в сочетании с его низкой стоимости, простое приложение и портативность, привели к его широкому использованию в течение последнего десятилетия в самых различных условиях. Они включают нейрофизиологических исследований, когнитивные и поведенческие вмешательства и пациент исследований по оценке расстройств, таких как хронические боли, депрессии, мигрени, удара, болезни Паркинсона и шум в ушах 3. Однако поставки постоянного тока (DC) выполняется с использованием большого прокладки, обычно 25-35 см 2, которые стимулируют относительно широкие области коры головного мозга расположены betweeн анодом и катодом 4. Таким образом, фокусное стимулирования целевой области коры, не привлекая стимуляции соседние анатомические области, трудно достичь с этой техникой. Несколько подходов были исследованы с целью "форму" тока путем изменения расстояния между электродами 5 и увеличения / уменьшения размера площадку для уменьшения / увеличения модуляции в областях коры под электродом 6. Тем не менее, усилия по дальнейшей целевой ток, избегая при шунтировании тока между электродами остается 7,8 процента.
High-Definition (HD)-ТОК является недавно разработанный вмешательство, которое использует массивы меньше, специально разработанные электроды 9. Различные конфигурации были проверены, которые могут быть модифицированы с целью улучшения стимуляции задачи 10. В их числе и 4×1-кольцевой конфигурации, монтаж, который использует центральный электрод вышележащих целевой корковой области, окруженнойчетырьмя электродами возвращения 4. Центральный электрод определяет полярность стимуляции либо анодной или катодной, а радиусы возвращение электродов ограничивают область проходит возбудимость модуляции. Исследования мозга моделирования показывают, что площадь коры проходит модуляции использованием 4×1 HD-TDCS конфигурация является более ограниченной по сравнению с стандартными биполярный монтаж обычных TDCS 4. Кроме того, его очаговости является устойчивым к ткани (моделирование) параметров 11. Клинические исследования с использованием нейрофизиологических 4×1 кольцо транскраниальной электростимуляции подтверждают Фокусное текущей поставки 12.
Потенциальных применений этого вмешательства аналогичны обычной TDCS. Поведенческие и нейрофизиологических исследований с использованием 4×1 кольцо HD-ТОК над первичной моторной коры (M1) регистрировать изменения в возбудимости коры и после 13 эффектов, которые могут пережить те на, вызванных обычными TDCS 14. Текущие исследования с использованием 4×1 кольцо HD-ТОК поддержать его переносимость как у здоровых субъектов и пациентов 13-15 16, когда интенсивность достигает 2,0 миллиампер (мА) доставляются в течение двадцати минут. Хотя HD-TDCS хорошо переносится, важно использовать только устройства, и электроды, которые были протестированы для этой цели.
Цель этой статьи заключается в обеспечении систематической демонстрации использования 4×1 кольцо электродов для HD-ТОК. Стимуляция M1 был выбран, так как он является наиболее распространенным монтаж использованы в различных клинических исследованиях. Тем не менее, методы, описанные может быть адаптирован для нападения на другие регионы мозга, таких как дорсолатеральная префронтальной коре (DLPFC). Как будет показано ниже, правильное позиционирование электрода прост в исполнении, но важные для точного целевого стимулирования областях коры. Мы надеемся, что эта демонстрация будет способствовать поддержке и увеличить строгость будущего HD-ТОКиспытаний, которые являются еще одним свидетельством о механизмах и приложений этого романа вмешательства.
Критические шаги
Аспектов, которые необходимо проверить перед началом процедуры
Перед началом стимуляции, исследователи должны убедиться, что участник не имеет противопоказаний для HD-ТОК. Таблице 1 приведены некоторые важные соображения, которые должны быть приняты во внимание, и суммирует наиболее важные противопоказания, в том числе наличие металлических имплантатов или устройств в голову, тяжелое мозговых травм или значительных повреждений кожи. Исследователь должен проверить на наличие последних в 4×1-кольцо по периметру при подготовке к размещению электродов. Мы не рекомендуем применение техники, если такие повреждения существует. Это важно, поскольку, хотя поражения кожи не сообщалось при использовании HD электродов и корпусов показано в этой статье, повреждения кожи, как сообщается после родов из нескольких последовательных сессий обычных TDCS 3, особенно если оно проводится ОвеРА течение 14 дней 25.
Присутствие металлических имплантатов или дефектов в череп или паренхиме головного мозга может значительно изменить ток 17,26 и в результате стимуляции области коры кроме предназначенных. По соображениям безопасности, стимулирования следует избегать у пациентов с имплантированными медицинскими устройствами. Относительные противопоказания включают наличие эпилепсии или история инсульта, если исследования специально не направлены на изучение этих условий. HD-ТОК следует избегать у беременных женщин в связи с отсутствием данных о безопасности.
Это имеет первостепенное значение, чтобы проверить полярность при подключении кабелей 4×1 адаптер Стимулирование Многоканальный с обычным устройством TDCS. Невыполнение этого требования может привести к доставке неправильный тип стимуляции к участнику. Убедитесь, что кабель помечены как "центр", который очень часто бывает красный, подключен к соответствующему разъему (анод или катод).
Оператор также должен визуально осмотреть Ag / AgCl спеченных электродов кольцо для доказательства осаждения продуктов электролиза перед каждым использованием и замените их, если указано. После каждого активного сеанса стимуляции, продукты электрохимических реакций, как правило, растут на шероховатой поверхности в нижней части электродов. По этой причине, рекомендуется, чтобы каждый электрод быть расположен в центре 4×1 конфигурации для двух активных сеансов стимуляции только. Впоследствии, она может быть повернута и использована в качестве одного из электродов возврата. После каждого из пяти электродов в наборе служил в качестве центрального электрода дважды, рекомендуется использовать новый набор электродов. Достаточно просто пометить каждый электрод и записывать числа использований для того, чтобы повернуть их на скоординированной основе. В дополнение к переносимости, (ограниченный) вращения электродов также предназначено, чтобы избежать высокого импеданса случай, когда ток не будет разделена поровну ACROSS четыре электрода возвращения. Оператор несет ответственность за проверку качества контакта до стимуляции (как описано в шагах с 5,12 до 5,14), а чтобы не было аномально высоких значений сопротивления не наблюдается.
Это может произойти, что участники двигать головой сильно и не случайно тянуть кабели и выбить или порвать. По этой причине желательно, чтобы каждая петля кабель вокруг пластиковый корпус и на ленту 4×1 Кабель выходного адаптера к поверхности (то есть стул или одежды участника).
Если необходимо, то можно добавить местные анестетики на кожу, чтобы предотвратить потенциально неприятных ощущений и повышение ослепление участников исследования. Тем не менее, следует иметь в виду, что, хотя ожоги кожи не сообщалось с HD-ТОК, не может быть небольшой теоретический риск для этого отрицательных последствий и использование местных анестетиков может помешать участникам из Reporting его во время стимуляции. В этой демонстрации, а также в наших предыдущих исследований, мы не использовали местные анестетики, как любой дискомфорт обычно представляют в виде мягкой.
Как упоминалось выше, для того, чтобы иметь оптимальный результат, очень важно, чтобы предотвратить электрический гель распространению за пределы пластикового корпуса. В противном случае токовый шунт сил от одного электрода к другому.
Важные соображения во время стимуляции
Если этого не требуется, так как часть дизайна исследования, предмет не должны спать, читать или иным образом отвлекаться во время стимуляции сессии. Это важно, поскольку сообщалось, что интенсивные когнитивные усилия, скуки или сна, активация мышц и другие виды деятельности, приводящие к изменению возбудимости коры может привести к изменению и противоположные эффекты обычных TDCS 27.
После начала секtimulation, и для того, чтобы предотвратить побочные эффекты от внезапного начала протекания тока, устройство автоматически пандусы текущий вверх и вниз в течение тридцати секунд. По тем же причинам не переключаться между "Перевал" и "Scan" режимов в то время как обычное устройство TDCS генерирует ток. Это всегда целесообразно периодически просить субъекты ли они чувствовать себя комфортно с процедурой для того, чтобы убедиться, что стимуляция идет безопасно.
Стимуляция в восприимчивых групп населения, в том числе педиатрических пациентов, может потребоваться корректировка дозы.
Практические аспекты после процедуры
Для того, чтобы собрать дополнительные данные о безопасности и для мониторинга HD-ТОК эффект, мы рекомендуем использовать анкеты неблагоприятных эффектов, таких как тот, изображенный в таблице 3, которые должны быть доставлены участниками после каждой сессии. Убедитесь, что экран на наличие наиболее распространенных AdveРГП эффекты, связанные с HD-ТОК, такие как дискомфорт, покалывание, зуд и жжение. Кроме того, значимость этих данных может быть улучшена также просят для количественного субъективные оценки. Это может быть достигнуто путем иметь числовой шкале для пациентов, чтобы сообщить интенсивность или тяжесть побочных эффектов, например, от 1 до 5 или от 1 до 10. Важно также, чтобы доставить анкеты побочный эффект после каждого сеанса обман. Это позволяет сравнивать частоту побочных эффектов, связанных с как активная, так и фиктивными стимуляции. Для обычных TDCS, некоторые побочные эффекты были зарегистрированы, чтобы быть еще более частыми в группе фиктивных 24, головная боль является одним из примеров.
Возможные изменения
Для 4×1 HD-ТОК, протоколов стимуляции может быть разработан с участием различных целевых местоположений, полярность тока и интенсивности, а радиус кольца. Как правило, увеличение диаметра 4×1 кольцо IncreaSE глубину проникновения и максимальной интенсивностью под кольцом 28. И наоборот, снижение радиуса кольца увеличивается очаговости но уменьшает индуцированное мозга электрическим полем. Таким образом, дальнейшее исследование оптимальной дозы на индикацию является оправданным.
Хотя эта статья ориентирована на 4×1 кольцо HD-TDCS, другие развертывание электрод также может быть использован, например, 4×2 и 3×3 (двойной полосы), среди прочих. Хотя HD-TDCS предлагает множество вариантов настройки, способы позиционирования и подготовки электрода, как описано здесь, должны быть соблюдены вместе с использованием только оборудование и принадлежности, которые специально были испытаны для этой цели. Это включает в себя обращая особое внимание на HD пластиковая конструкция корпуса, гель, и электродов. Например, электроды, кроме Ag / AgCl спеченные кольца также были протестированы с тем чтобы доставить тока, таких как Ag гранул, Ag / AgCl гранул, Ag / AgCl диск и резиновые гранулы 9. Тем не менее, как Ag и резиновых гранул электродов вызыватьг изменения рН и повышение температуры и потенциала электрода было зарегистрировано для всех электродов, за исключением Ag / AgCl кольца и диска. Таким образом, очевидно, что Ag / AgCl электродов кольцо может быть эффективным и безопасным подходом. В будущем, изменения подхода, описанного в этой статье могут быть также использованы для проведения мероприятий, такие как транскраниальная стимуляция переменным током.
Недостатки
На данный момент, роль 4×1 кольцо HD-ТОК полярности на возбудимости коры остается неясным. Хотя нейрофизиологические исследования показали, что как 1,0 мА и 2,0 мА анодного 4×1 кольцо HD-ТОК привело к увеличению возбудимости коры среди здоровых предметов 13,14, более широкая совокупность доказательств непосредственно касающихся HD-ТОК исследования необходимо прежде, чем любое обобщение можно быть сделаны. Кроме того, следует отметить, что эффект модуляции корковой возбудимости использованием 4×1 кольцо HD-ТОК может зависеть от времени, достигая горохак. несколько минут после окончания стимуляции, а не сразу же после его 14,16. Таким образом, последовательное оценках более различные моменты времени после вмешательства могут быть необходимы для того, чтобы получить точные результаты.
The authors have nothing to disclose.
Авторы благодарят Kayleen Уивер за помощь в редактировании, Александр Вентури кандидатуру на эту видео, Деннис Чыонг за предоставление одной из фигур, используемых в этой статье, и Уоллес H. Coulter Фонд за поддержку, оказанную для проведения этой работы. MS Фольц финансируется докторскую стипендию от Deutsche Schmerzgesellschaft эВ [немецкий глава Международной ассоциации по изучению боли (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 |