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Neuroscience

Labor-Administration der transkutane auricularis Vagusnerv-Stimulation (TaVNS): Technik, Targeting und Überlegungen

doi: 10.3791/58984 Published: January 7, 2019
* These authors contributed equally

Summary

Eine methodische Beschreibung der Technik, mögliche Ziele und ordnungsgemäße Verwaltung der transkutane auricularis Vagusnerv-Stimulation (TaVNS) auf das menschliche Ohr wird beschrieben.

Abstract

Nicht-invasive Vagusnervstimulation (VNS) kann über einen Roman, aufstrebenden neuromodulatorische Technik bekannt als transkutane auricularis Vagusnerv-Stimulation (TaVNS) verabreicht werden. Im Gegensatz zu zervikal implantiert VNS ist TaVNS eine kostengünstige und nicht-chirurgische Methode zur Vagus System modulieren. TaVNS ist ansprechend, da es eine schnelle Übersetzung von VNS Grundlagenforschung ermöglicht und als eine sichere, kostengünstige, und tragbare Neurostimulation-System für die zukünftige Behandlung von zentralen und peripheren Krankheit dient. Hintergrund und Begründung für die TaVNS beschrieben wird, sowie Elektro- und parametrische Überlegungen, richtige Ohr Ausrichtung und Befestigung der Elektroden Stimulation, individuelle Dosierung über Bestimmung der Wahrnehmungsschwelle (PT) und safe Verwaltung von TaVNS.

Introduction

Hirnnerven X, besser bekannt als der Vagusnerv ist ein großer Nerv-Darm-Trakt, die im Hirnstamm des zentralen Nervensystems und Reisen in der Peripherie, Ausrichtung auf jedes wichtige Organ im Thorax und Abdomen (Abbildung 1)1stammt. Vagusnervstimulation (VNS) umfasst chirurgische Implantation von bipolaren Elektroden um den linken zervikalen Ast des Nervus Vagus. Elektrische Impulse werden an den Nervus Vagus über einen implantierten Impulsgenerator (IPG) chirurgisch implantiert in der Brust-2geliefert. Obwohl derzeit FDA-Zulassung für Epilepsie, refraktären Depressionen und chronischer Fettleibigkeit VNS ist, ist es ein kostspieliges Verfahren erfordern einen Besuch im Krankenhaus und Operation. Langzeitsicherheit von VNS ist gut etabliert, und die Mehrheit der Sicherheit Überlegungen hinsichtlich Stromstärke im Zusammenhang mit Nebenwirkungen (Heiserkeit, Halsschmerzen) ohne schwerwiegende Nebenwirkungen im Zusammenhang mit der Stimulation in den vergangenen 25 Jahren seiner klinischen Verwendung3 .

Vor kurzem hat eine nicht-invasive Form der VNS bekannt als transkutane auricularis Vagusnerv-Stimulation (TaVNS)4entstanden. TaVNS liefert elektrischen Stimulation an der Ohrmuschel Ast des Nervus Vagus (ABVN), ein leicht zu erreichen Ziel, die das menschliche Ohr5innerviert. In den letzten zehn Jahren haben mehrere Gruppen gezeigt, die Sicherheit und Verträglichkeit dieser Methode6,7,8, einschließlich der zentralen und peripheren Nervensystems Effekte9,10, und Auswirkungen auf das Verhalten7,11,12,13 in neuropsychiatrischen Populationen. TaVNS wird auch bei Menschen als vielversprechende Enhancer von kognitiven14,15 und sozialen funktionierende16,17,18geprüft. Als TaVNS etabliert ist, bietet es die Möglichkeit für Forscher und Kliniker schnell übersetzen die vielversprechende VNS-Forschung, die bei verschiedenen Erkrankungen von neurologischen und psychischen Trauma19, beschrieben hat 20 , 21, sucht22Entzündung23und Tinnitus24,25.

Im Prinzip ist TaVNS methodisch ähnlich wie konventionell verabreichte transkutane elektrische Nervenstimulation (TENS) zur Behandlung von Schmerzen des Bewegungsapparates Erkrankungen26. Der Unterschied ist, dass die TaVNS an bestimmten anatomischen Ohr Zielen geliefert wird, die geglaubt werden, um von den ABVN5innerviert werden. Das Feld ist noch optimale Stimulation Ziele27, bestimmen, obwohl die zwei am häufigsten verwendeten Platzierungen der vorderen Wand des äußeren Gehörgang (Tragus) und der Cymba Conchae sind. Schein-Stimulation kann durchgeführt werden, durch die Stimulierung der Ohrläppchen des Ohres, geglaubt, eine Fläche haben minimale ABVN Innervation (Abbildung 2). Alternativ kann Schein über eine passive Steuerungsmethode geliefert werden, in denen Elektroden haften an aktiven Zentren, aber keine Stimulation abgegeben. Stimulationsparameter variieren zwischen Gruppen, aber laut Literatur, Stimulation in eine pulsierende Weise abgegeben wird (Puls-Breite: 250 – 500 μs, Frequenz: 10 – 25 Hz) und geliefert an eine individualisierte Konstantstrom (< 5 mA). Reizstrom variiert je nach individueller und experimentelle Protokoll mit vielen Gruppen, die verschiedene Intensitäten in Abhängigkeit von einer individuellen Wahrnehmungs-Schwelle (PT) zu erkunden. Die PT ist definiert als die minimale Menge des Stroms eine wahrgenommene Empfindung an der Ziel-Site zu entlocken und ist in der Regel bestimmt über parametrische Schätzung durch maßgeschneiderte sequenziellen Tests (PEST) Software, die in diesem Bericht beschrieben.

TaVNS ist eine sichere Technik, die im Labor bzw. klinischen Setting verabreicht werden kann. Nebenwirkungen von TaVNS sind minimal, mit Hautreizungen oder Rötungen, die als häufigste Nebenwirkung. Die meisten TaVNS Studien erforschen Stimulation des linken Ohres, wie es geglaubt wird, um sicherer zu sein, obwohl Daten in einer großen Studie (Badran Et Al. 2018) zeigen, dass die rechtsseitige Stimulation keine Erhöhung des Risikos von Nebenwirkungen hat. Aufgrund der Fülle von Literatur an der einseitigen links Stimulation zeigen wir die typischen TaVNS-Set-up für Untersuchungen im Labor untersucht die Verwendung von linksseitiger TaVNS als eine Intervention.

Protocol

Dieses experimentelle Protokoll zeigt eine typische TaVNS-Set-up für den Einsatz in einem Labor oder klinischen Einstellung in denen wir gezielt anregend die vordere Wand des äußeren Gehörgangs (Tragus) in eine gleichgültige Haltung mit einem Durchmesser von 8mm Runde Metall-Elektrode. Diese Methoden können für aktive Behandlungsalternative Websites nachgeahmt werden, indem Sie einfach Elektrodenposition Cymba Concha. Alle Methoden und Verfahren wurden IRB genehmigt von der menschlichen Forschung Schutz Programm (HRPP) am City College New York.

(1) Materialien

  1. Sicherstellen Sie, dass alle benötigten Materialien für TaVNS verwalten (Abbildung 3) vorbereitet werden. Der TaVNS-Stimulator möglicherweise entweder ein batteriebetriebenes Gerät, die örtlichen Sicherheitsbestimmungen erfüllt oder angetrieben aus einer herkömmlichen Steckdose mit integrierten Sicherheitsmechanismen, die unbeabsichtigte Überspannungen zu verhindern. Ein ständig aktuellen (aktuell gesteuert) Stimulator mit einer maximalen Leistung von 5 mA ist erforderlich.
  2. Für TaVNS, Verwendung Stimulation Elektroden machte eine Runde leitfähigen Metall (Zinn, Ag/AgCl, Gold) kombiniert mit einem leitfähigen Medium wie Elektrolyt-Gel oder Leitpaste (siehe Tabelle der Materialien). Alternativ können Sie leitfähige Elektroden mit flexiblen leitfähige Kohlenstoffelektroden und leitendes Gel, das möglicherweise oder möglicherweise nicht Kleber gemacht. Stellen Sie niemals Elektroden direkt auf der Haut ohne ein leitfähiges Medium, da dies unnötige Risiken für die Teilnehmer darstellen und dazu führen, Beschwerden oder Schmerzen dass kann.
  3. Verwendung Computer mit Skript-Software (siehe Tabelle der Materialien), programmiert und zur Eindämmung des Stimulators und Stimulation mit bestimmten Parametern starten. Diese Parameter umfassen Pulsbreite (μs), Frequenz (Hz), Stromstärke (mA), Einschaltdauer (ein-/Ausschaltzeit, s), Dauer (min.).
  4. Verwenden Sie Vorbereitung Alkoholtupfer (70 % Isopropylalkohol) auf die Hautoberfläche bereiten Sie vor dem Anbringen der Elektroden an das Ohr. Diese Oberfläche Öle von der Hautoberfläche entfernt und reduziert den Widerstand der Haut, Gewährleistung Stimulation ist mit sicheren Leistung abgegeben.

(2) Ohr Targeting und Vorbereitung der Haut

  1. Verwenden Sie die folgenden allgemeinen Einschlusskriterien für die Durchführung von TaVNS in der Forschung: Alter 18-70, keine Gesichts- oder Ohr Schmerzen, keine jüngsten Ohr Trauma, keine metallischen Implantaten einschließlich Herzschrittmacher, nicht schwanger.
  2. In den Experimenten mit gesunden Teilnehmern in einer Laborumgebung, verwenden Sie die folgende Ausschlusskriterien: persönliche oder familiäre Geschichte der Beschlagnahme, Stimmung oder Herz-Kreislauf-Störungen, Abhängigkeit von Alkohol oder den letzten Konsum illegaler Drogen, auf einer pharmakologischen Agenten bekannt, Beschlagnahme Risiko zu erhöhen.
  3. Platz für die Teilnehmer auf ein bequemes Bett oder Stuhl in der Rückenlage oder andere entspannte Lage mit erhöhten Beinen und Kopf unterstützt.
  4. Inspizieren Sie das linke Ohr des Teilnehmers. Stellen Sie sicher, kein Schmuck ist befestigt und alle Make-up und Lotion entfernt. Bestätigen Sie, dass es gibt keine hautverwandt Kontraindikationen am Standort der Stimulation, einschließlich Sonnenbrand, Kürzungen, Verletzungen, offene Wunden.
  5. Finden Sie die Stimulation Ziel, denkmalgeschützte von der vorderen Wand des äußeren Gehörgangs extern durch den Tragus zu finden. Stimulation wird auf den Teil des Gehörgangs direkt hinter den Tragus (Abbildung 4) abgegeben werden.
  6. Verwenden Sie eine Prep Alkoholtupfer sanft die Ziel-Website, sowohl intern als auch extern, schrubben, um zu verringern Hautwiderstand und Leitfähigkeit zu erhöhen.

(3) Elektrode Vorbereitung und Platzierung

  1. Wenn nicht-Einweg-Elektroden verwenden, überprüfen Sie Elektroden sauber, dafür korrosionsfreie Oberfläche ausgesetzt ist. Stellen Sie sicher, dass Elektroden desinfiziert werden, um die Ausbreitung von Bakterien zwischen Subjekten. Dies kann mit Alkohol oder Sterilisation Tücher um die Elektroden zu scheuern. Wenn Einweg-Elektroden verwenden, überspringen Sie Schritt 3.2.
  2. Eine dünne Schicht an der Oberfläche der Elektrode Leitpaste gleichmäßig verteilt. Dadurch wird Strom auf die Stimulation Website verteilt. Für eine 8 mm Durchmesser Runde Elektrode, eine erbsengroße Menge Paste reicht. Verteilen Sie die Paste mit einem engen hölzernen Applikator, eine dünne Schicht bilden < 1 mm Paste auf beide Elektroden.
  3. Elektrodenkabel mit der Stimulation Gerät verbinden, während das Gerät ausgeschaltet ist, und überprüfen Sie die Polarität der Elektroden (rot/Positive Elektrode: Anode, schwarz/Negative Elektrode: Kathode). Dies ist ein wichtiges Detail als targeting bestimmten Polarität ist — die Anode (rot/Positive terminal) ist die Elektrode in den Gehörgang platziert und Ausrichtung der vorderen Wand des äußeren Gehörgangs. Die Kathode (schwarz/negativ Terminal) sitzt auf der Außenseite des Ohres an den Tragus befestigt. Für Schein-Stimulation befindet sich die Anode auf der vorderen Seite des Ohres.
  4. Die Frühling-Elektrode auf den Tragus mit der Anode die Kontaktaufnahme mit der vorderen Wand des äußeren Gehörgang und der Kathode, die Kontaktaufnahme mit den vorderen Teil der Tragus-Clip.
    Hinweis: Wenn Schein-Stimulation zu dirigieren, clip der Elektrode auf das Ohrläppchen (aktive Steuerung). Alternativ kann Schwindel Stimulation durch Stimulation Clips zur aktiven Seite anfügen und liefern keinen Strom (passive Steuerung) geliefert werden.
  5. Als Themen der Druck der Elektroden an sein Ohr abgeschnitten fühlen werden, sicherzustellen Sie, dass dieser Druck nicht unangenehm oder störend auf regionalen Blutfluss wie blasse weiße Haut beim Clip oder körperliche Schmerzen spürte durch den Gegenstand belegen ist. Bestimmen Sie nach diesem Zeitpunkt Wahrnehmungs-Schwelle (PT), die in den nächsten Verfahrensschritt beschrieben wird.

4. Festlegung der Wahrnehmungs-Schwelle (PT)

Hinweis: Wahrnehmungs-Schwelle ist ein kritischer Wert verwendet, um die Leistung der TaVNS Stimulation bestimmen. Dieser Wert wird definiert als die minimale Menge an Strom benötigt, um elektrische Stimulation auf die Haut beschrieben als ein Stich oder prickelndes Gefühl wahrnehmen.

  1. Bestimmen Sie mithilfe einer einfachen step-up und Step-Down binäre parametrische Suche PT. Zuerst schalten Sie den Stimulator und setzen den Ausgang auf 3 mA. Liefern einen 1 zweiten Zug der TaVNS Stimulation auf gewünschte Impulsbreite (in der Regel 250 – 500 μs) und Frequenz (25 Hz, kann je nach Anwendung variieren).
  2. Fragen Sie zum Thema, ob fühlten sich die Stimulation. Empfindung wird im Allgemeinen als "kitzeln" oder "stechen" Gefühl berichtet.
    1. Wenn ja, Reizintensität um 50 % reduzieren Sie, und wiederholen Sie Schritt 4.2. Falls nein, erhöhen Sie Reizintensität um 50 % zu, und wiederholen Sie Schritt 4.2.
  3. Wiederholen Sie den Vorgang in Schritt 4.2 bis Aufnahme mindestens 4 "Ja" Antworten in dem beschriebenen 4th ja Antwort kommt nach ein Nein. Die Intensität (in mA) des PT wird der Wert an dem Gegenstand ihrer vierten ja sagt Reaktion auf.
  4. Verwendung der Beispiel PT Schwelle Feststellung ist in Tabelle 1 PT-Bestimmung bei aufgeführt.

5. Bereitstellung von Stimulation

  1. Sobald das Thema bequem Stimulation Elektroden mit ordnungsgemäß angeschlossen an das gewünschte Ziel und die Wahrnehmung mit der gewünschten Impulsbreite und Frequenz festgelegten Schwellenwert ist, beginnen Sie die Stimulation.
  2. Verwenden Sie ein Daten-Aufnahmeeinheit (DAQ) zur Stimulation Antriebssystem ein Computer einen Impuls erzeugen GUI (z. B. StimDesigner, Freeware mit dieser Handschrift enthalten) verbunden. Die Software sollte als programmierbare Einstellungen (Abbildung 5) TTL Impulse ausgegeben. Die TTL-Impulse werden über einen BNC-Kabel mit dem Stimulator "Trigger" Port gesendet. Diese Schnittstelle Software/Stimulator Schnittstelle ermöglicht Modulation der Frequenz, Tastverhältnis (ein/aus-Zeit) und Dauer (Abbildung 6). Die GUI verwendet wird als eine kostenlose, Open-Source-Ressource mit diesem Manuskript angehängt.
    1. Sicherstellen Sie, dass die Stimulation am Super-Schwellenwerte, z. B. 200 % PT8,9abgegeben wird. Zum Beispiel, wenn die PT eingestuft wurde 0,8 mA, Stimulation erfolgt bei 1,6 mA.
    2. Stellen Sie sicher, dass die Richtlinien für Tastverhältnisse eingehalten werden, wenn Sie lange Stimulationssitzungen durchführen. Typische Arbeitszyklen haben 30 – 60 s "on" Perioden und 60 – 120 s "off" Perioden oder 20 – 50 % Einschaltdauer.
    3. Variieren Sie die Länge des Stimulationssitzung (Gesamtzeit). Studien deuten darauf hin, dass 30-60 min Stimulationssitzungen bei einer Einschaltdauer von 25 % ist sicher und frei von akuten Nebenwirkungen oder unerwünschte Ereignisse. Diese Sitzungen können sicher mit 12 – 24 h zwischen den Sitzungen wiederholt werden.
      Hinweis: TaVNS Sicherheit ist unklar, über einen längeren Zeitraum Stimulationssitzungen, größeren Prozentsatz Einschaltdauer (> 40 %), Paradigmen und höhere Stimulation aktuelle Dosen beschleunigt.

6. nach taVNS

  1. Nach Abschluss Anregung nehmen Sie objektive Daten über die Stimulation Beschwerden und Nebenwirkungen auf. Obwohl TaVNS, wie implantierbare VNS Sicherheit sorgen8,28, überwachen und aufzeichnen Empfindung, Beschwerden und unerwünschten Ereignisse auf eine Bewertung von 0 – 1029begrenzt ist.
  2. Entfernen Sie die Stimulationselektrode aus dem Ohr und saubere restliche Leitpaste aus das Thema Ohr mit einem Alkoholtupfer Prep.
  3. Verwenden Sie Alkohol reinigen und desinfizieren der Stimulationselektrode sofort auf das Thema Ohr entfernt.
  4. Inspizieren Sie das Ohr für Rötungen oder Reizungen am Standort Stimulation zu und notieren Sie alle Beobachtungen.

Representative Results

Wenn richtige Haut Vorbereitung durchgeführt wird, sind Wahrnehmungs Schwellen mit Stimulation Impulsbreite umgekehrt korreliert. Mit zunehmender Impulsbreite verringert die Wahrnehmungs-Schwelle (Abbildung 7). Erste Studien von dieser Gruppe erforschen die Wirkung der Impulsbreite auf PT in den gesunden Einzelpersonen (Inklusion/Exklusion oben aufgeführten Kriterien erfüllen), festgestellt, dass die kombinierte insgesamt (n = 15, 7 weiblich, meine Alter 26,5 ± 4,99) PT bei 100 µs = 3,92 ± 1,1 mA; 200 µs = 2,24 ± 0,74 mA; 500 μs = 1,24 ± 0,41 mA. Diese Grenzwerte legen nahe, dass ein ständiger aktuelle Stimulator mit einer Kapazität von bis zu 5 liefern mA Strom ist erforderlich für die Stimulation von 500 μs breite Pulsparameter, und mindestens ein 10mA Stimulator ist erforderlich für niedrigere Impulsbreiten (Tabelle 2). Fine-tuning des Stromes erforderlich ist, in Schritten von 0,1 mA für präzise Stimulation notwendig sind.

Stimulation bei 200 % PT ist erträglich und relativ schmerzfrei wie numerische Schmerz zeigt, dass Rating Skalen (NRS) skaliert9,30. Die NRS-Skala ist ein Rating-System für Schmerzen von 0-10, in dem Einzelpersonen melden Schmerzen oder Unbehagen,29. Aktiv und Sham Stimulation bewerten ebenso Schmerzen im unteren Ebenen (NRS < 3 für alle Stimulation Impulsbreiten. Genauer gesagt, die biologisch-aktive Impulsbreite von 500 μs bei 25 Hz geliefert wird im Durchschnitt zu bewerten als aktive berichtet = 1,98 ± 0,83, Sham = 2,17 ± 1,27 (n = 25, 9 weiblich, meine Alter 25.16. ± 4,16 Jahre) (Tabelle 3). Schmerz-Bewertungen für andere Parameter sind nicht schmerzhafter als die 25 Hz-Parameter und die Details finden Sie in den Gruppen vor der Arbeit30.

Sicherheit und Verträglichkeit von 30 min bis 1 Stunde Sitzungen bei einer Einschaltdauer von 20 – 50 % wurde weit berichtet in der Literatur mit einigen Studien liefern mehrere Sitzungen in der gleichen Tag Verbreitung 12 – 15 h auseinander12,31. Keine schwerwiegenden unerwünschten Ereignisse berichtet aus 60 Themen Teilnahme in mehreren Versuchsreihen mit Themen, die Teilnahme von 1 bis 8 wiederholte Besuche Verbreitung mindestens 24 Stunden auseinander.

TaVNS, wenn es wie in diesem Manuskript berichtet wurde gezeigt, modulieren das vegetative Nervensystem, induzieren funktionelle Aktivität Gehirnveränderungen BOLD fMRT gemessen und pilotiert neuropsychiatrische Erkrankungen zu behandeln und Beihilfen in der rehabilitation .

Figure 1
Abbildung 1 : Nervus Vagus ableitenden Projektionen und Querschnitt. (A) ableitenden Projektionen des Nervus Vagus Ziel jedes wichtige Organ am Körper mit großen auf die körperliche Auswirkungen Funktion (B) Querschnitt des Nervus Vagus demonstriert das Innere Anatomie des Nervus als eine Reihe von Bündel von Nerven alle enthaltenen in einem großen Weg. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : TaVNS Ohr Ziele. Ausrichtung der ABVN kann erreicht werden, durch die Stimulierung der vorderen Wand des äußeren Gehörgangs, denkmalgeschützte insbesondere durch den Tragus (A1) oder Cymba Conchae (A2). Schein-Stimulation wird das Ohrläppchen (S) verabreicht. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Schlüsselkomponenten. Die erforderlichen Komponenten für die ordnungsgemäße Verwaltung des TaVNS sind die folgenden (A) Stimulation Ohrelektroden, (B) leitendes Gel und Alkohol prep Pads, (C) Computer zum Senden und empfangen von TTL Impulse zu einem (D ) ständig aktuelle Stimulator Stimulation auszulösen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : Beispiel-Setup. Dieses Foto zeigt einen einzelnen empfangenden TaVNS des linken Ohr während in Position, um ein experimentelles Paradigma zu unterziehen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 : Screenshot des GUI zur Stimulation verwendet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6 : Elektrische Stimulation Wellenform Manipulationen. Direkte Rechtecksignal elektrischer Strom kann mit verschiedenen Parametern geliefert werden. Diese Zahl zeigt die Schlüsseleigenschaften der Wellenform, die geändert werden können, um gewünschte biologische Wirkung zu erzielen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7 : Wahrnehmung Schwellenwerte zu erhöhen Impulsbreiten. Mit zunehmender Impulsbreite verringert Wahrnehmungs-Schwelle (PT). Die meisten gesunde Menschen haben einen PT innerhalb von 2 Standardabweichungen (SD) von diesen Mittelwerten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Table 1
Tabelle 1: Beispiel zur Wahrnehmungs-Schwelle (PT) Ermittlung von. Die folgende Tabelle zeigt eine Beispiel-Abfolge von ja/keine Antworten zur Ermittlung parametrisch PT.

Table 2
Tabelle 2: aktuelle Stimulationsstufen. Werte der Reizstrom in mA (200 % PT) für jede Pulsbreite (n = 15).

Table 3
Tabelle 3: PT, Stimulation aktuell und Schmerz Werte für empfohlene Stimulationsparameter. Werte der Reizstrom in mA (200 % PT) für jede Pulsbreite (n = 25).

Supplemental File Figure
Ergänzende Datei: Freeware GUI in diesem Protokoll verwendeten. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.

Discussion

Wie bei allen neuen Modalitäten sind die beschriebenen Schritte in die sichere Verwaltung der TaVNS entscheidend. Ultimative Anliegen ist die Sicherheit der Prüfungsteilnehmer, umfasst nicht nur mildernden Risiken vor TaVNS über richtigen Screening, aber auch Überwachung Themen während der Stimulation für Beschwerden, Schmerzen oder Nebenwirkungen. Hier sind die drei wichtigste Überlegung für die Verwaltung von TaVNS. Screening für TaVNS Kontraindikationen - Kontraindikationen sind wie folgt: jede aktuelle oder vergangene Geschichte der Herz-Kreislauf-Störungen, Gesichts- oder Ohr Schmerzen, den letzten Ohr Trauma, Metall-Implantate über dem Niveau des Halses. Für richtige Thema Vorbereitung der Haut entfernen jede Oberfläche Öle, Schmutz oder Make-up von der Oberfläche der Haut mit Alkohol hilft bei der Leitfähigkeit der Elektroden, reduziert Stimulation Spannung erforderlich, um den Stimulator fahren und führt letztlich zu mehr erträglich und sichere Stimulationssitzung. Es wird empfohlen, ein Stimulator und Elektroden Sitzung Low Output transkranielle elektrische Stimulation (LOTES) Richtlinien32einzusetzen. LOTES setzt Richtlinien und Industriestandards für elektrische Stimulatoren, die für die Stimulation des Kopfes basieren und Hals, und es wird empfohlen, für Gruppen, dieses Dokument zu lesen, bevor Sie erstellen ihre eigenen Systeme. Es wird empfohlen, entweder eine FDA-Zulassung-, Plug-in-Stimulator zu gebrauchen (siehe Tabelle der Materialien), oder eine niedrige Spannung (< 50 V), batteriebetrieben, ständige aktuelle Stimulator mit geeigneten Sicherheitsmaßnahmen eingebaut, um unbeabsichtigte Überlieferung des Stromes zu vermeiden auf der Website der Stimulation. Sicherstellen Sie, dass die Elektroden hergestellt und montiert für den speziellen Einsatz in TaVNS. Stellen Sie sicher, dass die aktuelle Produktion und engineering-Richtlinien als Referenz befolgt werden, wenn Lab gemacht kundenspezifische Systeme verwendet werden.

Eine Überlegung für TaVNS soll sicherstellen, dass die Ausgangsspannung konstant aktuelle Stimulator kann den Widerstand der Haut zu überwinden und liefern den Strom für die Stimulation erforderlich. Ohmsche Gesetz (V = IR) zeigt die Beziehung zwischen Strom (I) und Hautwiderstand (R). Ein Minimum von 20 V Tabletop Stimulator wird empfohlen, eine untermotorisiert System zu vermeiden. Aus der Kopfhaut oder Umgebung erzeugte Wärme kann die Leitpaste verschlechtern. In diesem Fall es wird empfohlen, Anregung zu stoppen und wieder prep Haut und Elektroden mit neuen leitenden einfügen.

Eine Einschränkung des TaVNS ist die überwiegende Parameterraum. Es ist unklar, was wichtiger ist – die Impulsbreite oder Frequenz. Es gibt eine fehlenden Daten in den letzten TaVNS Studien, die solche Fragen zu beantworten. Die verschiedenen Auswirkungen auf das Verhalten ergeben sich aus einer Vielzahl von Impulsbreiten, Frequenzen und Stimulation Strömungen13,33,34,35,36,37, 38,39.

Zu diesem Zeitpunkt wird vorgeschlagen, die 500 µs Breite, um die biologisch aktiven9Puls. In Bezug auf Frequenz, es wurde nachgewiesen, dass 25 Hz eine effektive Frequenz ist, obwohl aktuelle Untersuchungen zu optimalen wie höhere Frequenzen (> 25 Hz), bilaterale Stimulation (linken und rechten Ohr) und Prüfpräparate platzen Paradigmen sind durchgeführt werden. Studien erforschen verschiedene Parameter der Stimulation, alternative Stimulation Websites und Duty-Cycle-Optimierung sind notwendig, zu fördern und die TaVNS-Methode zu verfeinern.

TaVNS ist eine nicht-invasive Alternative zum konventionellen VNS. TaVNS bietet eine preiswerte (<$ 5.000 in der nachgewiesenen Versuchsaufbau Kosten stark abhängig von der Art der Stimulator verwendet) und einfache Methode, die verwendet werden, um positive Ergebnisse in Tiermodellen, die Verwendung von VNS zu erkunden, auf einer Vielzahl von übersetzen Störungen, nicht-invasiv modulieren das vegetative Nervensystem und potenziell miniaturisiert und optimiert für at-Home Neuromodulation zur Behandlung von neuropsychiatrischen und anderen Erkrankungen.

Die zukünftige potenzielle und Einsatzmöglichkeiten des TaVNS sind enorm. TaVNS dienen als eine viel versprechende Ergänzung oder eigenständige Behandlung bei neuropsychiatrischen Störungen wie Depressionen und Epilepsie, TaVNS gepaart Reha training zur Wiederherstellung oder beschleunigen, Erlernen eines Verhalten40Entzündungsreaktion verringern 41 , 42, und kann möglicherweise zur Verbesserung der Leistung und autonome Funktion8,10verwendet werden.

Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Forschung berichtet in dieser Publikation wurde unterstützt durch die Finanzierung von der nationalen Institute der Gesundheit nationalen Zentrum der Neuromodulation für Rehabilitation, NIH/NICHD Grant Anzahl P2CHD086844, die auf Medical University of South Carolina erhielt. Die Inhalte sind ausschließlich in der Verantwortung der Autoren und repräsentieren nicht unbedingt die offizielle Meinung der NIH oder NICHD.

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).
Labor-Administration der transkutane auricularis Vagusnerv-Stimulation (TaVNS): Technik, Targeting und Überlegungen
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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).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).

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