Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

מעבדה הניהול של Transcutaneous אזני קוצב וגאלי (taVNS): טכניקה, מיקוד, שיקולים

Published: January 7, 2019 doi: 10.3791/58984
Automatic Translation
*1,2,3, *2, 1, 3, 3, 4, 3,5,6, 1
1Department of Biomedical Engineering, City College of New York, 2U.S. Army Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, 3Brain Stimulation Laboratory, Department of Psychiatry, Medical University of South Carolina, 4Department of Pediatrics, Medical University of South Carolina, 5Department of Neurology, Medical University of South Carolina, 6Ralph H. Johnson VA Medical Center
* These authors contributed equally

Summary

תיאור מתודולוגי של טכניקה, מטרות אפשריות, המינהל התקין של transcutaneous אזני קוצב וגאלי (taVNS) על האוזן האנושית המתוארת.

Abstract

לא פולשנית קוצב וגאלי (VNS) עשויים להינתן באמצעות רומן, המתעוררים בטכניקת neuromodulatory הידועה בשם transcutaneous אזני קוצב וגאלי (taVNS). בניגוד cervically מושתל VNS, taVNS היא שיטה ניתוחי וזולה המשמש לווסת את המערכת התועה. taVNS הוא מושך כמו זה מאפשר תרגום מהיר של מחקר בסיסי VNS והוא משמש, זולה, וכספת בגירוי נייד מערכת לטיפול עתידי של מרכזי והיקפי המחלה. הרקע ואת הרציונל taVNS מתואר, יחד עם שיקולים חשמל, פרמטרית, האוזן ראוי מיקוד ו החזקה של גירוי אלקטרודות, בודדים המינון באמצעות קביעת סף התפיסה (PT), וכספת מינהל taVNS.

Introduction

עצבי הגולגולת X, הידועה יותר בשם התועה, הוא משחק טרקטו עצב גדול שמוצאו לגזע המוח של מערכת העצבים המרכזית, מסעותיו ברחבי הפריפריה, מיקוד כל איבר מרכזי בית החזה, הבטן (איור 1)1. קוצב וגאלי (VNS) כרוך ניתוח ההשתלה של אלקטרודות דו קוטבית סביב צוואר הרחם ענף התועה השמאלי. פולסים חשמליים מועברות התועה דרך מחולל הפעימה מושתל (IPG) מלהחזיק את החזה2. למרות VNS כיום-fda על אפילפסיה הדו-קוטבית ודיכאון, עודף משקל כרוני, זה הליך יקר המחייב ביקור חולים וחדר ניתוח. בטיחות לטווח ארוך של VNS וותיקה, הרוב המכריע של בטיחות שיקולי הערכה הנוכחית בעוצמה הקשורים לתופעות לוואי (קול צרוד, כאב גרון) ללא תופעות לוואי הקשורות גירוי רציני במהלך 25 השנים האחרונות השימוש הקליני שלה3 .

לאחרונה, התפתחה צורת לא פולשנית VNS המכונה transcutaneous אזני קוצב וגאלי (taVNS)4. taVNS מספק גירוי חשמלי הסניף אוריקולארית של העצב התועה (ABVN), יעד נגיש את זה innervates את האוזן האנושית5. במהלך העשור האחרון, מספר קבוצות הפגינו את הבטיחות והסבילות של זו שיטה6,7,8, לרבות המרכזית, מערכת העצבים ההיקפית אפקטים9,10, ו תופעות התנהגותיות7,11,12,13 באוכלוסיות מנוטלי. taVNS הוא גם להיות חקר אצל אנשים בתור תוספת המבטיחים של קוגניטיבית14,15 וחברתית לתפקוד16,17,18. הוא הופך שנקבעו taVNS, הוא מציע את היכולת של חוקרים ומטפלים לתרגם במהירות המחקר VNS מבטיח שכבר תואר בהפרעות שונות החל טראומה נוירולוגי ופסיכולוגי19, 20 , 21, התמכרות22, דלקת23ו24,טינטון25.

בעקרון, taVNS דומה methodologically גירוי עצבי חשמלי transcutaneous כמקובל מנוהל (עשרות) המשמשת לטיפול בהפרעות כאבי שרירים ושלד26. ההבדל הוא ש-tavns זה מועבר מטרות האוזן אנטומי מסוים כי הם האמינו כדי להיות innervated על ידי ABVN5. השדה הוא עדיין בקביעת מטרות גירוי אופטימלית27, למרות שני המיקומים הנפוצים ביותר הם הקיר הקדמי של תעלת האוזן החיצונית (tragus), את conchae cymba. גירוי דמה עשויים להתנהל על ידי גירוי של תנוך האוזן, אזור האמין שיש ABVN מינימלי העצבוב (איור 2). לחלופין, דמה עשוי להישלח באמצעות שיטת שליטה פסיבית בה אלקטרודות מחוברים אתרים פעילים, אך אין גירוי מועבר. הפרמטרים גירוי עשויים להשתנות בין הקבוצות, אולם בספרות גירוי מועבר בצורה פועמת (רוחב פולס: 250-500 μs, תדירות: 10 – 25 הרץ), וכשאשר קבוע תגובותיהם של הנוכחי (< 5 אמא). גירוי הנוכחית משתנה על-ידי פרוטוקול בודדים ו ניסיוני, עם קבוצות רבות חקר עוצמות שונות כפונקציה של הפרט תפיסתי הסף (PT). נק' מוגדר הכמות המינימלית של הנוכחי העלאת תחושה נתפסת באתר היעד, נקבע בדרך כלל באמצעות פרמטרי הערכה על-ידי תוכנת בדיקה רציפה המותאמת אישית (המזיק) שתוארו בדו ח זה.

taVNS היא טכניקה בטוחה זה יכול להיות מנוהל מעבדה או בקביעת קליני. תופעות לוואי של taVNS הן מינימליות, עם גירוי בעור או אדמומיות להיות תופעת הלוואי הנפוצה ביותר. רוב המחקרים taVNS לחקור גירוי של האוזן השמאלית, גם הוא האמין להיות בטוחה יותר, למרות נתונים במשפט גדול (בדראן ואח ' 2018) לגלות כי גירוי ימנית צדדית יש לא מגביר הסיכון של תופעות לוואי. בשל עושרו של ספרות גירוי מצד שמאל חד צדדית, אנחנו ימחיש את קביעת טיפוסי taVNS במחקרי מעבדה חוקרת השימוש של צד שמאל taVNS התערבות.

Protocol

פרוטוקול נסיוני זה ממחיש מלכודת taVNS אופייני לשימוש במעבדה או קליני מגרה הגדרת אשר אנחנו מטרה הקיר הקדמי של תעלת השמיעה (tragus) בתנוחה פרקדן בקוטר 8 מ מ עגולה אלקטרודת מתכת. שיטות אלה ניתן חיקה לאתרי טיפול פעיל אלטרנטיבי פשוט על ידי שינוי מיקום האלקטרודות קונצ'ה cymba. כל שיטות ונהלים כבר IRB שאושרו על-ידי האדם מחקר הגנה התוכנית (HRPP) בבמכללת העיר ניו יורק.

1. חומרים

  1. ודא כל החומרים הנדרשים לניהול taVNS מוכנים (איור 3). ממריץ taVNS עשוי להיות גם סוללה מונע ההתקן פוגש את תקנות הבטיחות המקומי או מופעל משקע קונבנציונאלי עם מנגנוני הגנה למנוע מתח לא מכוונות. ממריץ קבוע (שוטף מבוקר) הנוכחי עם פלט מרבי של 5 אמא נדרש.
  2. עבור taVNS, שימוש גירוי אלקטרודות עשוי מתכת מוליך עגול (פח, Ag/AgCl, זהב) בשילוב עם מדיום מוליך כגון ג'ל אלקטרוליט או הדבקה ואטימה (ראה טבלה של חומרים). לחלופין, השתמש אלקטרודות מוליך עשה עם אלקטרודות פחמן מוליך גמיש שיפוזר באופן זה עשויה או לא עשויה להיות דבק. לעולם אל תניח את אלקטרודות ישירות על העור ללא מדיום מוליך, כמו זו עלולה להוות סיכון מיותר אל המשתתף, יכולה לגרום אי נוחות או כאב.
  3. שימוש במחשב בו פועל script תוכנה (ראה טבלה של חומרים) זה מתוכנת ולא להשתמש בו כדי לשלוט ממריץ את וליזום גירוי עם פרמטרים ספציפיים. פרמטרים אלה כוללים הנוכחי בעוצמה (mA), רוחב פולס (μs), תדר (Hz), מחזור (On/Off הזמן, s), משך הפעלה (שלי).
  4. השתמש אלכוהול הכנה רפידות (אלכוהול איזופרופיל 70%) כדי להכין את פני העור לפני שתצרף אלקטרודות לאוזן. זה הסרת שמנים משטח פני העור ומפחית את ההתנגדות של העור, גירוי ווידוא מועבר ברמות כוח בטוח.

2. מיקוד אוזניים ועור הכנה

  1. השתמש הקריטריונים הבאים הכללה כללית עבור ניצוח taVNS בהגדרת המחקר: גיל 18-70, לא כאב פנים או באוזן, שום פגיעה באוזן לאחרונה, אין שתלי מתכת כולל קוצבי, לא בהריון.
  2. בניסויים המערבים משתתפים בריאים באווירה מעבדה, להשתמש הקריטריונים הבאים החרגה: היסטוריה אישית או משפחתית של ההתקף, רוח או מחלות לב וכלי דם, התלות באלכוהול או שימוש לא חוקי בסמים האחרונים, על אף תרופתי סוכנים ידוע להגביר סיכון התקף.
  3. מושב המשתתף על מיטה נוחה או הכיסא במצב רגוע פרקדן או אחרים עם רגליים גבוהות וראשו נתמך.
  4. לבדוק את האוזן השמאלית של המשתתף. ודא בלי תכשיטים מצורפת כל איפור, קרם יוסרו. לוודא שאין שום הקשורות העור התוויות באתר של גירוי, כולל כוויות שמש, חתכים, פצעים, פצעים פתוחים.
  5. למצוא את המטרה של גירוי, landmarked ליד הקיר הקדמי של תעלת האוזן החיצונית באופן חיצוני על ידי מציאת tragus. גירוי תימסר לחלק של תעלת האוזן ישירות מאחורי tragus (איור 4).
  6. השתמש כרית ההכנה אלכוהול לנקות בעדינות באתר היעד, הן פנימית והן חיצונית, כדי להפחית את עמידות העור להגביר את מוליכות.

3. מיקום והכנה של אלקטרודה

  1. אם משתמש שאינו חד פעמיות אלקטרודות, לבדוק חזותית אלקטרודות כדי להבטיח נקי, ללא שיתוך השטח חשוף. ודא כי אלקטרודות תעוקר כדי למנוע התפשטות של חיידקים בין נושאים. ניתן לבצע זאת באמצעות מגבונים לחים אלכוהול או עיקור לקרצף האלקטרודות. אם באמצעות אלקטרודות חד פעמיות, דלג לשלב 3.2.
  2. מורחים שכבה דקה של ממרח מוליך אל פני השטח של האלקטרודה באופן שווה. זה להפיץ חשמל לאתר גירוי. עבור 8 מ מ קוטר סיבוב אלקטרודה, כמות בגודל אפונה של הדבק מספיקה. מורחים את העיסה באמצעות המוליך עץ צר כדי ליצור שכבה דקה < 1 מ מ הדבק על שתי אלקטרודות.
  3. ןקתהל כבלים אלקטרודה לגירוי כאשר המכשיר כבוי ולאמת את הקוטביות של האלקטרודות (אלקטרודה אדום חיובי: אנודת, אלקטרודה שחור/שלילי: קטודה). זהו פרט חשוב כמו הוא קוטביות ספציפי — האנודה (אדום חיובי מסוף) היא האלקטרודה בתוך תעלת האוזן והיעדים הקיר הקדמי של תעלת האוזן החיצונית. הקתודה (מסוף שחור/שלילי) יושב בצד החיצוני של האוזן מחוברת tragus. לגירוי המזויפים, האנודה מושם על הצד הקדמי של האוזן.
  4. קליפ האלקטרודה האביב על גבי tragus עם אנודת יצירת קשר עם הקיר הקדמי של תעלת האוזן החיצונית, פנייה אל החלק הקדמי של tragus הקתודה.
    הערה: אם ניצוח גירוי המזויפים, קליפ האלקטרודה על תנוך האוזן (פקד פעיל). לחלופין, המזויפים גירוי עשוי להישלח על ידי הצמדת גירויים סרטוני אתר פעיל ואספקה אין זרם חשמלי (פקד פסיבי).
  5. כמו נושאים ירגישו את הלחץ של האלקטרודות מוצמד לאוזן שלהם, ודא שהלחץ הזה אינו נוח או מפריע לזרימת הדם האזורית כפי שמתואר על ידי עור לבן חיוור-סרטון באתר או כאב פיזי חש לפי הנושא. לאחר הנקודה הזו לקבוע סף תפיסתי (PT) אשר יתוארו בשלב הבא פרוצדורלי.

4. קביעת הסף תפיסתי (PT)

הערה: סף תפיסתי היא ערך קריטי כדי לקבוע את עוצמת גירוי taVNS. ערך זה מוגדר הכמות המינימלית של החשמל הנדרש כדי תופסים גירוי חשמלי על העור מתואר תחושה לדקור או עקצוץ.

  1. לקבוע את נק' באמצעות חיפוש פשוט בכל אחד step-up, ניתוחי חזה בינארי פרמטרית. תחילה להפעיל את ממריץ ולהגדיר את הפלט 3 mA. לספק רכבת נוספת 1 של גירוי taVNS רוחב הדופק הרצוי (בדרך כלל μs 250-500), תדר (25 הרץ, יכול להשתנות על בסיס יישום).
  2. תשאל הנושא אם הם חשו הגירוי. התחושה לרוב מדווח "דגדוגים" או "דוקר" תחושה.
    1. אם כן, להנמיך את עוצמת גירוי על-ידי 50% וחזור על שלב 4.2. אם לא, להגביר את עוצמת גירוי על ידי 50% וחזור על שלב 4.2.
  3. חזור על התהליך שמתואר תגובות שלב 4.2 עד הקלטה מינימום של 4 "כן" שבו 4th כן התגובה חייב לבוא לאחר מס עוצמת (בתואר שני) PT יהיה הערך שבו הנושא אומר הרביעי שלהם כן בתגובה.
  4. שימוש לדוגמה נק' סף מציאת רשום טבלה 1 כדי לסייע בקביעת PT.

5. העברת גירוי

  1. ברגע הנושא הוא גירוי נוחים אלקטרודות עם מחוברים כראוי אל המטרה הרצויה, ולהתחיל הסף תפיסתי נחוש רוחב הדופק הרצוי, תדר, הגירוי.
  2. שימוש במחשב בו פועל דופק יצירת GUI (למשל, stimDesigner, freeware כלל עם כתב היד הזה) מחובר ליחידת רכישת נתונים (DAQ) לכונן מערכת גירוי. התוכנה צריכה פלט TTL פולסים כהגדרות לתכנות (איור 5). הפולסים TTL יישלחו דרך כבל BNC לנמל "הגורם המפעיל ב" ממריץ. ממשק התוכנה/ממריץ ממשק זה מאפשר אפנון של תדר, מחזור (/ ביטול זמן) ומשך הפעלה (איור 6). GUI היה מחובר כמשאב חופשי, פתוח עם כתב היד הזה.
    1. ודא כי גירוי מועבר ברמות-על הסף, כגון 200% של PT8,9. לדוגמה, אם PT היה נחוש בדעתו להיות 0.8 אמא, גירוי תימסר על 1.6 mA.
    2. ודא כי הנחיות מחזורי עוקבים בעת עריכת זמן גירוי הפעלות. מחזורי טיפוסי יש 30 – 60 s "על" תקופות ו- 60-120 s "כבוי" תקופות, או 20%-50% מחזורי.
    3. משתנים האורך של גירוי הפעלה (סה כ זמן). מחקרים מראים כי הפעלות גירוי 30-60 דקות 25% מחזור הוא בטוח וחופשי מכל תופעות לוואי חריפה או תופעות לוואי. אלה מפגשים יכולים לחזור עם 12 – 24 h בין ההפעלות בבטחה.
      הערה: בטיחות taVNS ברור לתקופות ארוכות של גירוי הפעלות, מחזורי אחוז גדול (> 40%), מואצת פרדיגמות, במינונים גבוהים גירוי הנוכחי.

6. לאחר taVNS

  1. כאשר גירוי הושלם, רישום נתונים אובייקטיביים לגבי גירוי אי נוחות ו תופעות לוואי. למרות taVNS, כמו VNS מושתלת, הגביל בטיחות חששות8,28, צג ולהקליט תחושה, אי נוחות, כל תופעות לוואי על דירוג מ 0 – 1029.
  2. הסר האלקטרודה גירוי האוזן והדבק מוליכי חשמל נקי שיורית מהאוזן של הנושא באמצעות כרית ההכנה אלכוהול.
  3. השתמש אלכוהול כדי לנקות ולחטא האלקטרודה גירוי מיד עם הסרת מהאוזן של הנושא.
  4. לבדוק את האוזן אדמומיות או גירוי באתר גירוי ולהקליט כל התצפיות.

Representative Results

בעת הכנת העור תקין התנהלה, ספי תפיסתי הפוך בקורלציה עם גירוי רוחב. רוחב פולס גודלת, הסף תפיסתי פוחתת (איור 7). התחלתי לימודי ע י הקבוצה חקר את השפעת רוחב על נק' אצל אנשים בריאים (מפגש כלילה/אי-כלילה הקריטריונים המפורטים לעיל), קבע כי משולב הכולל (n = 15, 7 נשים, אומר גיל 26.5 ± 4.99) PT-100 μs = mA ± 1.1 3.92; 200 μs = 2.24 ± 0.74 מא; 500 μs = 1.24 ± 0.41 mA. ספי אלה מראים כי ממריץ הנוכחי קבוע עם קיבולת של אספקת עד 5 אמא של זרם נדרש לגירוי של 500 μs פולס רוחב פרמטרים, לכל הפחות ממריץ 10mA נדרש עבור רוחב הדופק נמוך יותר (טבלה 2). כוונון עדין של הנוכחי נדרש, עם דרגות של 0.1 mA נחוצים גירוי מדויק.

מתן גירוי ב 200% PT הוא נסבל וקשקשים יחסית הכאב חופשית כפי שמתואר על ידי כאב מספריים דירוג מאזני (NRS)9,30. הסולם NRS היא מערכת דירוג כאב מ 0-10 שבו אנשים לדווח על כאבים או חוסר נוחות29. גירוי גם פעיל וגם המזויפים לדרג באופן דומה רמות כאב נמוך (NRS < 3 עבור כל רוחב פולס גירוי. ליתר דיוק, רוחב הדופק ביולוגית-פעיל μs 500 נמסר ב 25 הרץ הוא דיווח על ממוצע כדי לדרג כפעילה = ± 1.98 0.83, דמה = 2.17 ± 1.27 (n = 25, 9 נקבה, אומר גיל 25.16 ± שנים 4.16) (טבלה 3). כאב דירוגים עבור פרמטרים אחרים לא כואב יותר מאשר הפרמטר 25 הרץ, הפרטים ניתן למצוא הקבוצות עבודה מוקדמת30.

הבטיחות והסבילות של 30 דקות כדי מפגשים בני שעה 1-מחזור חיים 20%-50% נרחב דווח בספרות עם כמה מחקרים בבד הפעלות מרובות באותו יום התפשטות 12-15 h בהפרש12,31. אין תופעות לוואי חמורות דווחו מן הנבדקים 60 השתתפות במספר סדרות של ניסויים בנושאים השתתפות 1 לכפולה 8 ביקורים חוזרים ונשנים של בהפרש של 24 שעות לפחות.

taVNS, כאשר ניתנת כפי שדווח בכתב היד, יש כבר הפגינו כדי לווסת את מערכת העצבים האוטונומית, לגרום שינויים פעילות מוח תפקודי, כפי שהיא נמדדת fMRI מודגש, הטיס לטיפול בהפרעות מנוטלי וסיוע בשיקום .

Figure 1
איור 1 : תחזיות Efferent העצב התועה, חתך. (א) תחזיות Efferent המטרה התועה כל איבר מרכזי על הגוף עם רחב אפקטים על גוף לתפקד חתך (B) של העצב התועה, הממחיש את החלק הפנימי האנטומיה של העצב כסדרה של חבילות עצבים כל הכלול בתוך מסלול מרכזי אחד. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : taVNS האוזן מטרות. פילוח של ABVN יכול להתבצע על ידי גירוי הקיר הקדמי של תעלת האוזן החיצונית, landmarked בעיקר על ידי tragus (A1), או cymba conchae (A2). גירוי המזויפים מנוהל על תנוך האוזן (S). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 : מרכיבים מרכזיים- המינימום הנדרש רכיבים עבור המינהל התקין של taVNS הן הבאות (A) אלקטרודות גירוי האוזן, ג'ל מוליך (B) ואלכוהול להכין רפידות, (ג) המחשב מסוגל בשליחה ובקבלה של פולסים TTL ל (D ) קבוע ממריץ הנוכחי כדי לעורר גירוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4 : דוגמה ההתקנה. זה מראה תצלום של taVNS המקבל בודדים של האוזן השמאלית בזמן שהיה בעמדה לעבור פרדיגמה נסיונית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5 : צילום מסך של GUI המשמש גירוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6 : גירוי חשמלי Waveform מניפולציות. זרם חשמלי ישיר גל מרובע יכולים להינתן על פרמטרים שונים. איור זה מדגים מאפייני מפתח של waveform שניתן לשנותן כדי להשיג אפקטים ביולוגיים הרצוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7 : ערכי הסף תפיסתי-הגדלת רוחב פולס. כפי רוחב הדופק עולה, יורדת הסף תפיסתי (PT). אנשים בריאים ביותר יהיה של PT בתוך 2 סטיות תקן (SD) של ערכים אלה מרושע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Table 1
טבלה 1: דוגמה כיצד לקבוע סף תפיסתי (PT). טבלה זו מציגה רצף דוגמה של כן/אין תגובות המשמש לקביעת פרמטרית PT.

Table 2
בטבלה 2: גירוי רמות הנוכחי. ערכים של גירוי נוכחית ב mA (200% PT) עבור כל רוחב פולס (n = 15).

Table 3
טבלה 3: PT, גירוי נוכחי וערכים כאב עבור פרמטרים של גירוי המוצע. ערכים של גירוי נוכחית ב mA (200% PT) עבור כל רוחב פולס (n = 25).

Supplemental File Figure
קובץ משלים: Freeware GUI בשימוש בפרוטוקול זה. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

Discussion

כמו כל שיטות רומן, כל השלבים המתוארים הם קריטיים בניהול בטוח של taVNS. דאגה האולטימטיבי הוא נושא הבטיחות, הכולל לא רק סיכונים מקלים לפני taVNS באמצעות הקרנה נאות, אבל גם פיקוח על נושאים במהלך גירוי עבור נוחות, כאבים או תופעות לוואי. להלן שלוש השיקול החשוב ביותר לניהול taVNS. הקרנת עבור taVNS התוויות - התוויות הם כדלהלן: היסטוריה הנוכחי או עבר של מחלות לב וכלי דם, כאב פנים או האוזן, טראומה לאוזן האחרונות, מתכת שתלים מעל הרמה של הצוואר. נושא מתאים להכנת העור, הסרת כל משטח שמנים, לכלוך או איפור מפני השטח של העור עם אלכוהול מסייע עם מוליכות של האלקטרודות, מפחית מתח גירוי נדרש לנהוג ממריץ את, ותוצאות בסופו של דבר יותר הפעלת גירוי נסבל ובטוחה. זה מומלץ להשתמש ממריץ ואלקטרודות ישיבות הנחיות נמוך פלט טראנס חשמל גירוי (LOTES)32. LOTES קובעת הנחיות וסטנדרטים תעשייה עבור תכשירים חשמל שכבר נבנו לגירוי של הראש, הצוואר וזה מומלץ לקבוצות לקרוא את המסמך הזה לפני בניית מערכות שלהם. מומלץ להשתמש גם של ה-FDA-והפנים plug-in ממריץ (ראה טבלה של חומרים), או מתח נמוך (< 50 V), הסוללה מופעל, ממריץ הנוכחי קבוע עם אמצעי בטיחות המתאים מוכללים כדי למנוע משלוח יתר לא מכוונות של זרם לאתר גירוי. ודא כי אלקטרודות מיוצרים ומורכבים לשימוש ספציפי taVNS. ודא כי הייצור הנוכחי וההנדסה הנחיות עוקבים כממליץ אם השימוש בעבודת מעבדה במערכות מותאמות אישית.

אחד התחשבות taVNS נועד להבטיח כי הפלט מתח של הנוכחי קבוע אחד האביזרים המקובלים לגירוי יכול להתגבר על ההתנגדות של העור ולספק הזרם הנדרש לגירוי. חוק אוהם (V = IR) ממחיש את הקשר בין הזרם (I) ועמידות העור (R). מינימום 20 V שולחן אחד האביזרים המקובלים לגירוי מומלץ להימנע מערכת חלשה. החום שנוצר הקרקפת או הסביבה עלול לבזות את העיסה מוליך. במקרה זה, מומלץ לעצור גירוי ולהכין מחדש עור ולהדביק אלקטרודות עם חדש מוליך.

מגבלה של taVNS הוא מרחב הפרמטר המכריע. זה לא ידוע לגבי מה חשוב יותר – רוחב או תדר. יש נתונים חסר בניסויים taVNS האחרונות, זה עונה על שאלות כאלה. ההשפעות התנהגותיות שונות הנגזרות מתוך מגוון של רוחב פולס, תדרים, גירוי זרמי13,33,34,35,36,37, 38,39.

בשלב זה, הוא הציע µs 500 רוחב להיות פעיל ביותר מבחינה ביולוגית9פולס. לגבי תדירות, זה הוכח כי 25 הרץ הוא תדר יעיל, למרות הנוכחי חקירות אופטימלית כגון תדרים גבוהים יותר (> 25 הרץ), גירוי דו צדדיים (שמאל וימין אוזניים), ומה פרדיגמות פרץ לניסויים קליניים מוטעת. נדרשים מחקרים לחקור פרמטרים שונים של גירוי, גירוי חלופי אתרים ואופטימיזציה של מחזור חובה כדי לקדם ולשפר את השיטה taVNS.

taVNS היא חלופה פולשנית מבטיח VNS קונבנציונלי. taVNS מספק זול (< $5,000 בכיוונון ניסיוני והפגינו, עלות תלויות מאוד סוג של ממריץ בשימוש) ושיטת פעולה פשוטה שניתן לתרגם ממצאים חיוביים במודלים של בעלי חיים, חקר את השימוש VNS על מגוון הפרעות, noninvasively לווסת את מערכת העצבים האוטונומית, פוטנציאל מיניאטורי, אופטימיזציה עבור neuromodulation ב- home לטיפול מנוטלי והפרעות אחרות.

יישומים פוטנציאליים ואפשרי עתידיים של taVNS עצומים. taVNS יכול לשמש כטיפול מבטיח או עצמאי עבור מנוטלי הפרעות כגון דיכאון, אפילפסיה, שיקום taVNS-זוגי אימון לשחזר או להאיץ לימוד התנהגות40, ירידה בתגובה דלקתית 41 , 42, וניתן להשתמש בו באופן פוטנציאלי כדי לשפר את הביצועים ואת תפקוד אוטונומי8,10.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר דיווח בפרסום זה נתמך על ידי מימון נבחרת מוסדות של בריאות לאומי מרכז של Neuromodulation לשיקום, NIH/NICHD גרנט מספר P2CHD086844 אשר הוענק ל הרפואה באוניברסיטת דרום קרוליינה. התכנים אינם מייצגים בהכרח את נוף הרשמי של NIH או NICHD, הינם אך ורק באחריות של המחברים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
70% Isopropyl Alcohol Wipes Any N/A Any alcohol preparation pads used for skin in appropriate.
Constant Current Stimulator (Triggerable) Soterix Medical N/A Stimulator manufactured for custom use by Soterix Medical
Disposable Conductive Electrodes Custom Built N/A Stimulation electrodes are custom built at the City College Neural Engineering Lab (Badran/Bikson)
Matlab Software w/ Stimulation GUI MathWorks N/A MATLAB used for programing pulse pattern
Ten20 Conductive Paste Weaver and Company N/A Conductive paste used for administration of stimulation

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Berthoud, H. R., Neuhuber, W. L. Functional and chemical anatomy of the afferent vagal system. Autonomic Neuroscience. 85 (1-3), 1-17 (2000).
  2. George, M. S., et al. Vagus nerve stimulation: a new form of therapeutic Brain Stimulation. CNS Spectrums. 5 (11), 43-52 (2000).
  3. Nemeroff, C. B., et al. VNS therapy in treatment-resistant depression: clinical evidence and putative neurobiological mechanisms. Neuropsychopharmacology. 31 (7), 1345-1355 (2006).
  4. Ventureyra, E. C. Transcutaneous vagus nerve stimulation for partial onset seizure therapy. Child's Nervous System. 16 (2), 101-102 (2000).
  5. Peuker, E. T., Filler, T. J. The nerve supply of the human auricle. Clinical Anatomy. 15 (1), 35-37 (2002).
  6. Kreuzer, P. M., et al. Transcutaneous vagus nerve stimulation: retrospective assessment of cardiac safety in a pilot study. Frontiers in Psychiatry. 3, 70 (2012).
  7. Kreuzer, P. M., et al. Feasibility, safety and efficacy of transcutaneous vagus nerve stimulation in chronic tinnitus: an open pilot study. Brain Stimulation. 7 (5), 740-747 (2014).
  8. Badran, B. W., et al. Short trains of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) have parameter-specific effects on heart rate. Brain Stimulation. 11 (4), 699-708 (2018).
  9. Badran, B. W., et al. Neurophysiologic effects of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) via electrical stimulation of the tragus: A concurrent taVNS/fMRI study and review. Brain Stimulation. 11 (3), 492-500 (2018).
  10. Clancy, J. A., et al. Non-invasive vagus nerve stimulation in healthy humans reduces sympathetic nerve activity. Brain Stimulation. 7 (6), 871-877 (2014).
  11. Usichenko, T., Hacker, H., Lotze, M. Transcutaneous auricular vagal nerve stimulation (taVNS) might be a mechanism behind the analgesic effects of auricular acupuncture. Brain Stimulation. 10 (6), 1042-1044 (2017).
  12. Rong, P., et al. Effect of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation on major depressive disorder: A nonrandomized controlled pilot study. Journal of Affective Disorders. 195, 172-179 (2016).
  13. Bauer, S., et al. Transcutaneous vagus nerve stimulation (tVNS) for treatment of drug-resistant epilepsy: a randomized, double-blind clinical trial (cMPsE02). Brain Stimulation. 9 (3), 356-363 (2016).
  14. Jacobs, H. I., Riphagen, J. M., Razat, C. M., Wiese, S., Sack, A. T. Transcutaneous vagus nerve stimulation boosts associative memory in older individuals. Neurobiology of Aging. 36 (5), 1860-1867 (2015).
  15. Jongkees, B. J., Immink, M. A., Finisguerra, A., Colzato, L. S. Transcutaneous Vagus Nerve Stimulation (tVNS) Enhances Response Selection During Sequential Action. Frontiers in Psychology. 9, 1159 (2018).
  16. Sellaro, R., de Gelder, B., Finisguerra, A., Colzato, L. S. Transcutaneous vagus nerve stimulation (tVNS) enhances recognition of emotions in faces but not bodies. Cortex. 99, 213-223 (2018).
  17. Jin, Y., Kong, J. Transcutaneous vagus nerve stimulation: a promising method for treatment of autism spectrum disorders. Frontiers in Neuroscience. 10, (2016).
  18. Colzato, L. S., Ritter, S. M., Steenbergen, L. Transcutaneous vagus nerve stimulation (tVNS) enhances divergent thinking. Neuropsychologia. 111, 72-76 (2018).
  19. George, M. S., et al. Vagus nerve stimulation for the treatment of depression and other neuropsychiatric disorders. Expert Review of Neurotherapeutics. 7 (1), 63-74 (2007).
  20. Kong, J., Fang, J., Park, J., Li, S., Rong, P. Treating Depression with Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation: State of the Art and Future Perspectives. Frontiers in Psychiatry. 9, 20 (2018).
  21. Dawson, J., et al. Safety, feasibility, and efficacy of vagus nerve stimulation paired with upper-limb rehabilitation after ischemic stroke. Stroke. 47 (1), 143-150 (2016).
  22. Liu, H., et al. Vagus nerve stimulation inhibits heroin-seeking behavior induced by heroin priming or heroin-associated cues in rats. Neuroscience Letters. 494 (1), 70-74 (2011).
  23. Zhang, Y., et al. Chronic Vagus Nerve Stimulation Improves Autonomic Control and Attenuates Systemic Inflammation and Heart Failure Progression in a Canine High-Rate Pacing ModelCLINICAL PERSPECTIVE. Circulation: Heart Failure. 2 (6), 692-699 (2009).
  24. De Ridder, D., Kilgard, M., Engineer, N., Vanneste, S. Placebo-controlled vagus nerve stimulation paired with tones in a patient with refractory tinnitus: a case report. Otology & Neurotology. 36 (4), 575-580 (2015).
  25. Shim, H. J., et al. Feasibility and safety of transcutaneous vagus nerve stimulation paired with notched music therapy for the treatment of chronic tinnitus. Journal of Audiology & Otology. 19 (3), 159-167 (2015).
  26. Chesterton, L. S., Foster, N. E., Wright, C. C., Baxter, G. D., Barlas, P. Effects of TENS frequency, intensity and stimulation site parameter manipulation on pressure pain thresholds in healthy human subjects. Pain. 106 (1-2), 73-80 (2003).
  27. Badran, B. W., et al. Tragus or cymba conchae? Investigating the anatomical foundation of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS). Brain Stimulation. 11 (4), 947-948 (2018).
  28. Ramsay, R. E., et al. Vagus nerve stimulation for treatment of partial seizures: 2. Safety, side effects, and tolerability. First International Vagus Nerve Stimulation Study Group. Epilepsia. 35 (3), 627-636 (1994).
  29. Farrar, J. T., Young, J. P., LaMoreaux, L., Werth, J. L., Poole, R. M. Clinical importance of changes in chronic pain intensity measured on an 11-point numerical pain rating scale. Pain. 94 (2), 149-158 (2001).
  30. Badran, B. W., et al. Short trains of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) have parameter-specific effects on heart rate. Brain Stimulation. , (2018).
  31. Bauer, S., et al. Transcutaneous Vagus Nerve Stimulation (tVNS) for Treatment of Drug-Resistant Epilepsy: A Randomized, Double-Blind Clinical Trial (cMPsE02). Brain Stimulation. 9 (3), 356-363 (2016).
  32. Bikson, M., et al. Limited output transcranial electrical stimulation (LOTES-2017): Engineering principles, regulatory statutes, and industry standards for wellness, over-the-counter, or prescription devices with low risk. Brain Stimulation. 11 (1), 134-157 (2018).
  33. Kraus, T., et al. BOLD fMRI deactivation of limbic and temporal brain structures and mood enhancing effect by transcutaneous vagus nerve stimulation. Journal of Neural Transmission. 114 (11), 1485-1493 (2007).
  34. Kraus, T., et al. CNS BOLD fMRI effects of sham-controlled transcutaneous electrical nerve stimulation in the left outer auditory canal-a pilot study. Brain Stimulation. 6 (5), 798-804 (2013).
  35. Fallgatter, A., et al. Far field potentials from the brain stem after transcutaneous vagus nerve stimulation. Journal of Neural Transmission. 110 (12), 1437-1443 (2003).
  36. Fallgatter, A. J., Ehlis, A. -C., Ringel, T. M., Herrmann, M. J. Age effect on far field potentials from the brain stem after transcutaneous vagus nerve stimulation. International Journal of Psychophysiology. 56 (1), 37-43 (2005).
  37. Polak, T., et al. Far field potentials from brain stem after transcutaneous vagus nerve stimulation: optimization of stimulation and recording parameters. Journal of Neural Transmission. 116 (10), 1237-1242 (2009).
  38. Greif, R., et al. Transcutaneous electrical stimulation of an auricular acupuncture point decreases anesthetic requirement. The Journal of the American Society of Anesthesiologists. 96 (2), 306-312 (2002).
  39. Wang, S. -M., Peloquin, C., Kain, Z. N. The use of auricular acupuncture to reduce preoperative anxiety. Anesthesia & Analgesia. 93 (5), 1178-1180 (2001).
  40. Badran, B. W., et al. Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) for improving oromotor function in newborns. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. , (2018).
  41. Borovikova, L. V., et al. Vagus nerve stimulation attenuates the systemic inflammatory response to endotoxin. Nature. 405 (6785), 458-462 (2000).
  42. Ulloa, L. The vagus nerve and the nicotinic anti-inflammatory pathway. Nature Reviews Drug Discovery. 4 (8), 673-684 (2005).

Tags

מדעי המוח גיליון 143 taVNS tVNS VNS Transcutaneous אזני וגאלי קוצב וגאלי אוזניים גירוי
מעבדה הניהול של Transcutaneous אזני קוצב וגאלי (taVNS): טכניקה, מיקוד, שיקולים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Badran, B. W., Yu, A. B., Adair, D., … More

Badran, B. W., Yu, A. B., Adair, D., Mappin, G., DeVries, W. H., Jenkins, D. D., George, M. S., Bikson, M. Laboratory Administration of Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation (taVNS): Technique, Targeting, and Considerations. J. Vis. Exp. (143), e58984, doi:10.3791/58984 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter