Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Laboratorium administratie voor transkutane Auricular nervus vagus stimulatie (taVNS): techniek, Targeting en overwegingen

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

Methodologische eenbeschrijving van de techniek, doelwit en goede rechtsbedeling transkutane auricular nervus vagus stimulatie (taVNS) op het menselijk oor wordt beschreven.

Abstract

Niet-invasieve nervus vagus stimulatie (VNS) kan worden toegediend via een roman, opkomende neuromodulatory techniek die bekend staat als transkutane auricular nervus vagus stimulatie (taVNS). In tegenstelling tot cervically geïmplanteerd VNS is taVNS een goedkoop en niet-chirurgische methode voor het moduleren van de vagus-systeem. taVNS is aantrekkelijk, omdat het voorziet in snelle vertaling van VNS basisonderzoek en als een veilig, goedkoop, en draagbare neurostimulatie-systeem voor de toekomstige behandeling van ziekte van het centrale en perifere fungeert. De achtergrond en de motivering van de taVNS wordt beschreven, samen met elektrische en parametrische overwegingen, goede oor targeting en bevestiging van stimulatie elektroden, individuele toediening via bepaling van perceptie drempel (PT) en kluis beheer van taVNS.

Introduction

Craniale zenuw X, beter bekend als de nervus vagus, is een grote zenuw darmstelsel, die in de hersenstam van het centrale zenuwstelsel en reizen in de periferie ontstaat, gericht op elke grote orgel in de borstkas en de buik (Figuur 1)1. Nervus vagus stimulatie (VNS) omvat chirurgische implantatie bipolaire elektrode rond de linker cervicale tak van de nervus vagus. Elektrische pulsen worden afgeleverd bij de nervus vagus via een geïmplanteerde pulse generator (IPG) chirurgisch geïmplanteerd in de borst-2. Hoewel VNS momenteel FDA goedgekeurd voor epilepsie, vuurvaste depressie en chronische zwaarlijvigheid is, is het een dure procedure waarvoor een ziekenhuis bezoek en chirurgie. Veiligheid op lange termijn van de VNS is goed ingeburgerd, en de meerderheid van de veiligheid overwegingen verwijzing stroomsterkte gerelateerde bijwerkingen (hese stem, keelpijn) zonder ernstige stimulatie-gerelateerde bijwerkingen in de afgelopen 25 jaar van het klinische gebruik3 .

Onlangs, heeft een noninvasive vorm van VNS bekend als transkutane auricular nervus vagus stimulatie (taVNS)4ontstaan. taVNS levert elektrische stimulatie aan de auricular tak van de nervus vagus (ABVN), een gemakkelijk doelwit dat het menselijk oor-5 bevordert. Het laatste decennium, verscheidene groepen is gebleken dat de veiligheid en verdraagbaarheid van deze methode6,7,8, met inbegrip van centrale en perifere zenuwstelsel effecten9,10, en gedragsmatige gevolgen7,11,12,13 in neuropsychiatrische populaties. taVNS is ook onderzocht in individuen als een veelbelovende enhancer cognitieve14,15 en sociale functionerende16,17,18. Als taVNS is steeds gevestigd, biedt het de mogelijkheid voor onderzoekers en clinici te snel vertalen de veelbelovende VNS-onderzoek dat is beschreven in verschillende aandoeningen, variërend van neurologische en psychologische trauma's19, 20 , 21, verslaving22, ontsteking23en tinnitus24,25.

In principe is taVNS methodologisch vergelijkbaar met traditioneel door de overheid gereguleerde transcutane elektrische zenuwstimulatie (TENS) gebruikt voor de behandeling van pijn van de spier-en skeletaandoeningen26. Het verschil is dat taVNS aan specifieke anatomische oor doelen die worden verondersteld worden geïnnerveerd door de ABVN-5wordt geleverd. Het veld is nog steeds het bepalen van optimale stimulatie doelstellingen27, hoewel de twee meest voorkomende plaatsingen de voorste muur van de uitwendige gehoorgang (tragus) en de cymba conchae zijn. Sham stimulatie kan plaatsvinden door het stimuleren van de oorlel van het oor, een gebied geloofde dat minimale van de innervatie van de ABVN arm (Figuur 2). Anderzijds mogen sham worden geleverd via een passieve controle methode waarin elektroden zijn gekoppeld aan actieve sites, maar geen stimulatie wordt geleverd. Stimulatie parameters kunnen verschillen tussen groepen, maar volgens de literatuur, stimulatie wordt geleverd in een Pulsatiele mode (pulse breedte: 250-500 µs, frequentie: 10 – 25 Hz) en geleverd op een geïndividualiseerde constante stroom (< 5 mA). Stimulatie huidige verschilt per individuele en experimentele protocol, met vele groepen verkennen verschillende intensiteiten als een functie van een individuele perceptuele drempel (PT). De PT wordt gedefinieerd als de minimale hoeveelheid huidige aanleiding kunnen geven tot een waargenomen sensatie op de doelsite en is meestal bepaald via parametrische schatting door aangepaste sequentiële testen (PEST) software in dit verslag beschreven.

taVNS is een veilige techniek die kan worden beheerd in het laboratorium of de klinische setting. Bijwerkingen van taVNS zijn minimaal, met irritatie van de huid of roodheid wordt het meest voorkomende neveneffect. Meeste taVNS studies verkennen stimulatie van het linker oor, zoals het is verondersteld om veiliger, hoewel gegevens in een grote proces (Badran et al. 2018) onthullen dat rechterpagina stimulatie geen toename in het risico van ongewenste voorvallen heeft. Als gevolg van de rijkdom van literatuur in unilaterale-linkerkant stimulatie, zullen we illustreren de set-up van de typische taVNS voor laboratoriumonderzoek onderzoek naar het gebruik van de linkerpagina taVNS als een interventie.

Protocol

Deze experimentele protocol ziet u een typische taVNS set-up voor gebruik in een laboratorium of klinische instellen in die we richten stimuleren de voorste muur van het auditief kanaal (tragus) in een liggende houding met een diameter van 8mm ronde metalen elektrode. Deze methoden kunnen worden geïmiteerd voor alternatieve actieve behandeling sites door simpelweg het veranderen van positie van de elektrode aan de concha cymba. Alle methodes en procedures zijn IRB goedgekeurd door de menselijke onderzoek bescherming programma (Tonga) aan het City College New York geweest.

1. materialen

  1. Zorgen voor alle materialen die nodig zijn voor het beheer van taVNS worden bereid (Figuur 3). De stimulator van de taVNS kunnen beide een batterij aangedreven apparaat dat voldoet aan de plaatselijke veiligheidsvoorschriften of aangedreven uit een conventionele elektrische stopcontact met ingebouwde veiligheidsmechanismen die voorkomen onbedoelde stroompieken dat. Een constante huidige stimulator van de (huidige gecontroleerd) met een maximale lichtopbrengst van 5 mA is vereist.
  2. Voor taVNS, gebruik stimulatie elektroden gemaakt van een ronde geleidend metaal (tin, Ag/AgCl, goud) gecombineerd met een geleidende medium zoals elektrolyt gel of geleidende plakken (zie tabel van materialen). Ook de geleidende elektroden gemaakt met flexibele geleidende Koolelektroden en geleidende gel die kan al dan niet lijm gebruiken. Plaats nooit elektroden direct op de huid zonder een geleidende medium, zoals dit onnodige risico's voor de deelnemer inhouden kan en leiden ongemak of pijn tot kan.
  3. Gebruik computer met software van het manuscript (Zie Tabel van materialen) die is geprogrammeerd en gebruikt om te controleren de stimulator en initiëren van stimulatie met specifieke parameters. Deze parameters omvatten stroomsterkte (mA), pulse breedte (µs), frequentie (Hz), taakcyclus (On/Off tijd, s), de duur van de sessie (min).
  4. Gebruik alcohol voorbereiding pads (70% isopropyl alcohol) ter voorbereiding van het huidoppervlak voordat u elektroden aan het oor koppelt. Dit verwijdert oppervlakte oliën uit de oppervlakte van de huid en vermindert de weerstand van de huid, zorgen voor stimulatie wordt geleverd op veilige machtsniveaus.

2. oor Targeting en voorbereiding van de huid

  1. Gebruik de volgende algemene criteria voor het uitvoeren van taVNS in de omgeving van het onderzoek: leeftijd 18-70, geen gezicht of oor pijn, geen recente oor trauma, geen metalen implantaten zoals pacemakers, niet zwanger.
  2. In de experimenten met gezonde deelnemers in een laboratorium-omgeving, gebruiken de volgende Uitsluitingscriteria: persoonlijke of familiale geschiedenis van inbeslagneming, stemming of cardiovasculaire aandoeningen, afhankelijkheid van alcohol of recente illegale drugs te gebruiken, op een farmacologische agenten bekend inbeslagneming risico verhogen.
  3. Plaats de deelnemer op een comfortabel bed of een stoel in een liggende of andere ontspannen positie met de benen verhoogd en hoofd ondersteund.
  4. Inspecteer het linkeroor van de deelnemer. Ervoor zorgen geen sieraden is aangesloten en alle make-up en lotion worden verwijderd. Controleer of er zijn geen huid-gerelateerde contra-op de site van stimulatie, met inbegrip van zon branden, bezuinigingen, laesies, open zweren.
  5. Het doel van de stimulatie, gelandmerkte door de voorste wand van de buitenste gehoorgang extern door het vinden van de tragus vinden. Stimulatie zal worden geleverd aan het gedeelte van de gehoorgang direct achter de tragus (Figuur 4).
  6. Gebruik een alcohol prep pad naar scrub zachtjes de doelsite, zowel intern als extern, ter afname van de weerstand van de huid en ter vergroting van de geleidbaarheid.

3. elektrode voorbereiding en plaatsing

  1. Als non-disposable elektroden gebruikt, visueel inspecteren elektroden om schone, corrosie-vrije oppervlak wordt blootgesteld. Zorg ervoor dat de elektroden worden ontsmet om verspreiding van bacteriën tussen onderwerpen te voorkomen. Dit kan gedaan worden met behulp van alcohol of sterilisatie doekjes te schrobben de elektroden. Als wegwerp elektroden gebruikt, gaat u naar stap 3.2.
  2. Een dunne laag van geleidende pasta op het oppervlak van de elektrode gelijkmatig gespreid. Dit zal het verdelen van elektriciteit aan de stimulatie-site. Voor een 8 mm ronde diameter elektrode, een erwt-grootte hoeveelheid plakken is voldoende. Verspreid de plakken met behulp van een smalle houten applicator om te vormen van een dun laagje < 1 mm van plakken op beide elektroden.
  3. Elektrode kabels verbinden met de stimulatie-apparaat, terwijl het apparaat is uitgeschakeld en controleer of de polariteit van de elektroden (rood/positieve elektrode: anode, zwart/negatieve elektrode: kathode). Dit is een belangrijk detail als gericht op specifieke polariteit is — de anode (rood/positief terminal) is de elektrode in de gehoorgang geplaatst en gericht op de voorste muur van de uitwendige gehoorgang. De kathode (zwart/negatieve terminal) zit aan de buitenkant van het oor gehecht aan de tragus. Voor sham stimulatie, de anode geplaatst aan de voorste kant van het oor.
  4. Clip van de elektrode van de lente op de tragus met de anode contact met de voorste muur van de buitenste gehoorgang en de kathode contact opnemen met het voorste deel van de tragus.
    Opmerking: Indien bij de schijnvertoning stimulatie, clip de elektrode op de oorlel (active control). U kunt ook kan sham stimulatie worden geleverd door stimulatie clips aansluiten met actieve site en leveren geen elektrische stroom (passieve controle).
  5. Als onderwerpen zal de druk van de elektroden afgekapt aan hun oor voel, zorgen deze druk niet ongemakkelijk of storend aan regionale doorbloeding, zoals blijkt uit de bleke witte huid op de clip site of lichamelijke pijn gevoeld door het onderwerp. Na dit punt, perceptuele drempel (PT), die worden beschreven in de volgende procedurele stap te bepalen.

4. bepaling van perceptuele drempel (PT)

Opmerking: Perceptuele drempel is een kritische waarde gebruikt om te bepalen van de kracht van de stimulatie van de taVNS. Deze waarde wordt gedefinieerd als de minimale hoeveelheid elektriciteit moeten waarnemen van elektrische stimulatie op de huid beschreven als een prikkende of tintelend gevoel.

  1. Het bepalen van de PT met behulp van een eenvoudige step-up en step-down binaire parametrische zoeken. Eerst zet de stimulator en zet de uitgang 3 mA. Leveren van een 1 tweede trein van taVNS stimulatie op gewenste pulsbreedte (meestal 250-500 µs) en frequentie (25 Hz, kan variëren afhankelijk van de toepassing).
  2. Vraag het onderwerp of ze voelde de stimulatie. Sensatie wordt meestal gemeld als een "kietelen" of "prikken" sensatie.
    1. Zo ja, zet intensiteit van de stimulatie met 50% en herhaal stap 4.2. Indien nee, intensiteit van de stimulatie met 50% toenemen en herhaalt u stap 4.2.
  3. Herhaal de procedure die wordt beschreven in stap 4.2 tot opname van een minimum van 4 "YES" antwoorden waarin de 4th ja antwoord moet komen na een nr. De intensiteit (in mA) van de PT zal de waarde waartegen het onderwerp zegt hun vierde ja antwoord op.
  4. Gebruik de voorbeeld PT drempel bevinding is vermeld in tabel 1 te helpen bij de bepaling van de PT.

5. levering stimulatie

  1. Zodra het onderwerp comfortabel stimulatie elektroden met de gewenste doelgroep, en de perceptuele drempelwaarde op de gewenste pulsbreedte en de frequentie bepaald de juiste manier aangesloten is, beginnen de stimulatie.
  2. Gebruik een computer met een puls genereren van GUI (bijv. stimDesigner, freeware inbegrepen met dit manuscript) op een overname gegevenseenheid (DAQ) naar station de stimulatie-systeem aangesloten. De software moet TTL pulsen output als programmeerbare instellingen (Figuur 5). De TTL-pulsen wordt toegestuurd via een BNC-kabel aan op de stimulator "trigger in"-poort. Deze interface software/Spierstimulator interface laat modulatie frequentie, taakcyclus (aan/uit tijd), en de duur van de sessie (Figuur 6). De GUI gebruikt is aangesloten als een vrije, open-source bron met dit manuscript.
    1. Ervoor zorgen dat de stimulatie op Super drempelwaarden, zoals 200% van PT8,9is afgeleverd. Bijvoorbeeld, als de PT was vastbesloten om te worden 0.8 mA, stimulatie zal worden geleverd bij 1.6 mA.
    2. Ervoor zorgen dat de richtsnoeren voor plicht cycli worden gevolgd bij het uitvoeren van lange stimulatie sessies. Typische plicht cycli hebben 30 – 60 s "op" perioden en 60-120 s "off" periodes, of 20 – 50% plicht cycli.
    3. Het variëren van de lengte van de stimulatie sessie (totaal tijd). Uit studies blijkt dat 30-60 min stimulatie sessies bij een 25% duty cycle is veilig en vrij van alle acute bijwerkingen of ongewenste voorvallen. Deze sessies kunnen veilig worden herhaald met 12 – 24 h tussen sessies.
      Opmerking: taVNS veiligheid is onduidelijk voor langere perioden van stimulatie sessies, groter percentage plicht cycli (> 40%), versnelde paradigma's en hogere stimulatie huidige doses.

6. na taVNS

  1. Wanneer stimulatie is voltooid, nemen objectieve gegevens met betrekking tot de stimulatie ongemak en bijwerkingen. Hoewel taVNS, zoals implanteerbare VNS, een veiligheid zorgen8,28, monitor en record sensatie, ongemak en alle negatieve gebeurtenissen op een rating van 0 – 1029 beperkte heeft.
  2. Verwijder de stimulatie elektrode uit het oor en schoon residuele geleidende pasta uit de certificaathouder oor met behulp van een prep pad van alcohol.
  3. Gebruik van alcohol te reinigen en desinfecteren van de stimulatie elektrode onmiddellijk na het verwijderen van de certificaathouder oor.
  4. Inspecteer het oor voor roodheid of irritatie op de site van de stimulatie en eventuele opmerkingen opnemen.

Representative Results

Wanneer de juiste huid voorbereiding wordt uitgevoerd, zijn perceptuele drempels omgekeerd gecorreleerd met pulsbreedte stimulatie. Aangezien pulsbreedte stijgt, vermindert de perceptuele drempel (Figuur 7). Eerste onderzoek door deze groep verkennen van het effect van de pulsbreedte op PT in gezonde individuen (vergadering opnemen/uitsluiten bovenstaande criteria), vastgesteld dat de gecombineerde totale (n = 15, 7 vrouwelijke, betekenen leeftijd 26,5 ± 4.99) PT op 100 µs = 3.92 ± 1.1 mA; 200 µs = 2.24 ± 0,74 mA; 500 µs = 1.24 ± 0,41 mA. Deze drempels suggereren dat een constante huidige stimulator met capaciteit van het leveren van maximaal 5 mA stroom is vereist voor stimulatie van 500 µs puls breedte parameters, en een minimum van een 10mA stimulator is vereist voor lagere puls breedte (tabel 2). Fine tuning van de huidige is vereist, met stappen van 0.1 mA nodig zijn voor nauwkeurige stimulatie.

Leveren van stimulatie op 200% PT is draaglijk en relatief pijn vrij zoals aangetoond door pijn numerieke rating schaal (NRS) schalen9,30. De NRS-schaal is een rating-systeem voor pijn van 0-10 waarin individuen rapporteren van pijn of ongemak van29. Zowel de actieve als de Sham stimulatie stem ook op lage pijn niveaus (NRS < 3 voor alle stimulatie puls breedte. Meer in het bijzonder, de biologisch actieve pulsbreedte van 500 µs geleverd bij 25 Hz gemiddeld wordt gemeld om te beoordelen als actief = 1,98 ± 0.83, Sham = 2,17 ± 1,27 (n = 25, 9 vrouwelijke, betekenen leeftijd 25.16 ± 4.16 jaar) (tabel 3). Pijn ratings voor andere parameters zijn niet meer pijnlijk dan de 25 Hz-parameter en de details kunnen worden gevonden in de fracties voorafgaande werk30.

Veiligheid en verdraagbaarheid van 30 min tot 1 uur sessies op een 20-50% duty cycle is wijd gemeld in de literatuur met een aantal studies leveren van meerdere sessies in de dezelfde dag verspreiding 12-15 h apart12,31. Geen ernstige ongewenste voorvallen gemeld van 60 onderwerpen deelnemen aan verschillende reeks experimenten met onderwerpen deelname van 1 tot 8 herhaalde bezoeken verspreiding minimaal 24 uur uit elkaar.

taVNS, zoals gemeld in dit manuscript, toegediend is aangetoond dat zij het moduleren van het autonome zenuwstelsel, de hersenen van de functionele activiteit veranderingen zoals gemeten door fMRI vet veroorzaken, en bestuurd te behandelen neuropsychiatrische stoornissen en steun in de revalidatie .

Figure 1
Figuur 1 : Nervus vagus Efferent projecties en dwarsdoorsnede. (A) Efferent prognoses van het doel van de nervus vagus elke grote orgel op het lichaam met brede op lichamelijk effecten functioneren dwarsdoorsnede van de (B) van de nervus vagus, demonstreren de binnenkant anatomie van de zenuw als een reeks bundels van zenuwen alle opgenomen binnen één belangrijke traject. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : taVNS oor doelen. Gericht op de ABVN kan worden bereikt door het stimuleren van de voorste muur van de buitenste gehoorgang, gelandmerkte met name door de tragus (A1), of cymba conchae (A2). Sham stimulatie wordt toegediend aan de oorlel (S). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Belangrijkste componenten. De minimaal vereiste onderdelen voor een juiste toediening van taVNS zijn de volgende (A) oor stimulatie elektroden, (B) geleidende gel en alcohol prep pads, (C) computer kan verzenden en ontvangen van TTL pulsen naar een (D ) constante huidige stimulator trigger stimulatie. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Voorbeeld Setup. Deze foto toont een individuele ontvangende taVNS van het linker oor terwijl in de positie om het ondergaan van een experimentele paradigma. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 : Screenshot van de GUI gebruikt voor stimulatie. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 : Elektrische stimulatie golfvorm manipulaties. Directe blokgolf elektrische stroom kan worden geleverd op verschillende parameters. Dit cijfer toont belangrijke eigenschappen van de golfvorm die kunnen worden gewijzigd met het oog op een gewenste biologische effecten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 : Perceptuele drempelwaarden te verhogen van puls breedte. Aangezien pulsbreedte stijgt, vermindert perceptuele drempel (PT). Meest gezonde individuen krijgen een PT binnen 2 standaarddeviaties (SD) van deze gemiddelde waarden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Table 1
Tabel 1: voorbeeld van het bepalen van de perceptuele drempel (PT). Deze tabel toont een voorbeeld reeks Ja/geen reacties gebruikt om te bepalen versterkten PT.

Table 2
Tabel 2: stimulatie stroomniveaus. Waarden van stimulatie stroom in mA (200% PT) voor elke pulsbreedte (n = 15).

Table 3
Tabel 3: PT, stimulatie huidige en pijn waarden voor Parameters van de voorgestelde stimulatie. Waarden van stimulatie stroom in mA (200% PT) voor elke pulsbreedte (n = 25).

Supplemental File Figure
Aanvullend bestand: Freeware GUI gebruikt in dit protocol. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussion

Zoals in alle nieuwe modaliteiten zijn alle beschreven stappen cruciaal voor het veilige beheer van taVNS. Ultieme zorg is onderwerp veiligheid, waarin niet alleen verzachtende risico's voordat de taVNS via de juiste screening, maar ook controle onderwerpen tijdens de stimulatie voor ongemak, pijn of ongewenste voorvallen. Hier zijn de drie meest belangrijke overweging voor het beheer van taVNS. Screening voor taVNS contra - contra-indicaties zijn als volgt: elke huidige of vroegere geschiedenis van cardiovasculaire aandoeningen, gezichtsbehandeling of oor pijn, recente oor trauma, metal implantaten boven het niveau van de nek. Voorbereiding juiste onderwerp huid, het verwijderen van elk oppervlak olie, vuil of make-up van het oppervlak van de huid met alcohol helpt met de geleidbaarheid van de elektroden, vermindert spanning van de stimulatie nodig om te rijden de stimulator en uiteindelijk resulteert in een meer draaglijk en veilige stimulatie sessie. Het wordt aangemoedigd om een stimulator en elektroden voldoen aan lage Output transcraniale elektrische stimulatie (LOTES) richtsnoeren32te gebruiken. LOTES stelt richtsnoeren en industriestandaarden voor elektrische stimulatoren die zijn gebouwd voor stimulatie van het hoofd en nek en het wordt aangemoedigd voor groepen tot dit document te lezen vóór de bouw van hun eigen systemen. Het is aanbevolen om gebruik van ofwel een FDA-gewist plug-in stimulator (Zie Tabel of Materials), of een lage spanning (< 50 V), batterij aangedreven, constante huidige stimulator met passende veiligheidsmaatregelen om te voorkomen dat onbedoelde overmatige levering van huidige ingebouwde naar de site van de stimulatie. Ervoor zorgen dat de elektroden zijn gefabriceerd en geassembleerd voor specifiek gebruik in taVNS. Ervoor zorgen dat de huidige productie en engineering van richtsnoeren worden gevolgd als een referentie als lab-en-klare aangepaste systemen worden gebruikt.

Een overweging voor taVNS is om ervoor te zorgen dat de output van de spanning van de constante huidige stimulator kan overwinnen van de weerstand van de huid en het leveren van de huidige vereist voor stimulatie. De wet van Ohm (V = IR) laat de relatie tussen stroom (I) en de huid weerstand (R). Een minimum van een 20 V tafelblad stimulator wordt aanbevolen om te voorkomen dat een ondermaatse systeem. Warmte uit de hoofdhuid of het milieu kan worden afgebroken de geleidende pasta. Als dit gebeurt, wordt u geadviseerd te stoppen stimulatie en opnieuw prep huid en elektroden met nieuwe geleidende plakken.

Een beperking van de taVNS is de enorme parameter ruimte. Het is onbekend over die meer belangrijk — pulsbreedte of frequentie. Er is een gebrek aan gegevens in recente taVNS processen die dergelijke vragen beantwoorden. De verschillende gedrags effecten zijn afgeleid van een verscheidenheid van puls breedte, frequenties en stimulatie stromingen13,33,34,35,,36,,37, 38,39.

Op dit moment, is het gesuggereerd dat de 500 µs pulse breedte om de meest biologisch actieve9. Met betrekking tot de frequentie, is gebleken dat 25 Hz een doeltreffende frequentie is, hoewel het huidige onderzoek naar optimale zoals hogere frequenties (> 25 Hz), bilaterale stimulatie (links en rechts oren) en geneesmiddelen burst paradigma's zijn gevoerd. Verkennen van verschillende parameters van stimulatie, alternatieve stimulatie sites en plicht cyclus optimalisatie studies zijn nodig om verder en verfijnen van de taVNS-methode.

taVNS is een veelbelovende niet-invasieve alternatief voor conventionele VNS. taVNS biedt een goedkope (< 5.000 dollar in de aangetoonde experimentele opzet, kosten sterk afhankelijk van de soort stimulator gebruikt) en eenvoudige methode die kan worden gebruikt voor het vertalen van de positieve bevindingen in het verkennen van het gebruik van VNS op een verscheidenheid van diermodellen stoornissen, noninvasively het moduleren van het autonome zenuwstelsel, en potentieel verkleind en geoptimaliseerd voor at-home neuromodulatie voor de behandeling van neuropsychiatrische en andere aandoeningen.

De toekomstige potentiële en mogelijke toepassingen van de taVNS zijn enorm. taVNS kan dienen als een veelbelovende aanvulling of standalone behandeling van neuropsychiatrische aandoeningen zoals depressie en epilepsie, taVNS-gepaarde revalidatie training te herstellen of te versnellen met het leren van een gedrag40, verlagen inflammatoire respons 41 , 42, en potentieel kan worden gebruikt om prestaties en autonome functie8,10te verbeteren.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Onderzoek gemeld in deze publicatie werd gesteund door financiële middelen van de nationale instituten van gezondheid nationale centrum voor neuromodulatie voor rehabilitatie, NIH/NICHD Grant nummer P2CHD086844 die werd toegekend aan de medische universiteit van South Carolina. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigen niet noodzakelijk de officiële standpunten van de NIH of 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).

Tags

Neurowetenschappen kwestie 143 taVNS tVNS VNS transcutane Auricular nervus vagus stimulatie nervus vagus stimulatie oor stimulatie
Laboratorium administratie voor transkutane Auricular nervus vagus stimulatie (taVNS): techniek, Targeting en overwegingen
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