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Neuroscience

प्रयोगशाला प्रशासन Transcutaneous Auricular Vagus तंत्रिका उत्तेजना (taVNS): तकनीक, लक्ष्यीकरण, और विचार

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

तकनीक, संभावित लक्ष्यों, और मानव कान पर transcutaneous auricular vagus तंत्रिका उत्तेजना (taVNS) के उचित प्रशासन का एक methodological वर्णन है ।

Abstract

गैर इनवेसिव vagus तंत्रिका उत्तेजना (VNS) एक उपंयास के माध्यम से प्रशासित किया जा सकता है, उभरते neuromodulatory transcutaneous auricular vagus तंत्रिका उत्तेजना (taVNS) के रूप में जाना जाता तकनीक । विपरीत ग्रीवा-प्रत्यारोपित VNS, taVNS एक सस्ती और गैर शल्य vagus प्रणाली को मिलाना इस्तेमाल किया विधि है । taVNS के रूप में यह बुनियादी VNS अनुसंधान के तेजी से अनुवाद के लिए अनुमति देता है अपील है और केंद्रीय और परिधीय रोग के भविष्य के उपचार के लिए एक सुरक्षित, सस्ती, और पोर्टेबल neurostimulation प्रणाली के रूप में कार्य करता है । taVNS के लिए पृष्ठभूमि और तर्क है, विद्युत और पैरामीट्रिक विचार, उचित कान लक्ष्यीकरण और उत्तेजना इलेक्ट्रोड के लगाव के साथ वर्णित है, धारणा दहलीज के निर्धारण के माध्यम से व्यक्तिगत खुराक (पीटी), और सुरक्षित प्रशासन taVNS.

Introduction

कपाल तंत्रिका एक्स, बेहतर vagus तंत्रिका के रूप में जाना जाता है, एक बड़ी तंत्रिका तंत्र है कि केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के brainstem में उत्पंन और परिधि भर में यात्रा, छाती और पेट में हर प्रमुख अंग लक्ष्यीकरण (1 चित्रा)1। Vagus तंत्रिका उत्तेजना (VNS) Vagus तंत्रिका की बाईं ग्रीवा शाखा के आसपास द्विध्रुवी इलेक्ट्रोड के सर्जिकल आरोपण शामिल है । इलेक्ट्रिकल पल्स एक प्रत्यारोपित पल्स जनरेटर (IPG) शल्य चिकित्सा छाती2में प्रत्यारोपित के माध्यम से vagus तंत्रिका को दिया जाता है । हालांकि VNS वर्तमान में एफडीए-मिर्गी के लिए मंजूरी दे दी है, दुर्दम्य अवसाद, और पुराने मोटापे, यह एक महंगी एक अस्पताल की यात्रा और सर्जरी की आवश्यकता होती है प्रक्रिया है । VNS की दीर्घकालिक सुरक्षा अच्छी तरह से स्थापित है, और सुरक्षा विचार के बहुमत के संबंध में वर्तमान तीव्रता संबंधित दुष्प्रभाव (कर्कश आवाज, गले में दर्द) गंभीर उत्तेजना के बिना अपने नैदानिक उपयोग 3 के पिछले 25 वर्षों में प्रतिकूल प्रभाव से संबंधित .

हाल ही में, transcutaneous auricular vagus तंत्रिका उत्तेजना (taVNS) के रूप में जाना जाता VNS के एक इनवेसिव फार्म4उभरा है । taVNS vagus तंत्रिका (ABVN), एक आसानी से सुलभ लक्ष्य है कि मानव कान5innervates की auricular शाखा को विद्युत उत्तेजना बचाता है । पिछले दशक से अधिक, कई समूहों सुरक्षा और इस विधि के सहनशीलता प्रदर्शन किया है6,7,8, सहित केंद्रीय और परिधीय तंत्रिका तंत्र प्रभाव9,10, और व्यवहार प्रभाव7,11,12,13 neuropsychiatric आबादी में । taVNS भी संज्ञानात्मक14,15 और सामाजिक कार्य16,17,18का एक होनहार बढ़ाने के रूप में व्यक्तियों में पता लगाया जा रहा है । के रूप में taVNS स्थापित होता जा रहा है, यह शोधकर्ताओं और चिकित्सकों के लिए क्षमता प्रदान करता है तेजी से होनहार VNS अनुसंधान कि विभिंन स्नायविक और मनोवैज्ञानिक आघात से लेकर विकारों में वर्णित है अनुवाद19, 20 , 21, लत22, सूजन23, और tinnitus24,25।

सिद्धांत रूप में, taVNS पारंपरिक methodologically transcutaneous विद्युत तंत्रिका उत्तेजना के समान है (दसियों) पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस दर्द विकारों के इलाज के लिए इस्तेमाल किया26. अंतर यह है कि taVNS विशिष्ट संरचनात्मक कान लक्ष्य है कि ABVN5द्वारा innervated माना जाता है के लिए दिया जाता है । क्षेत्र अभी भी इष्टतम उत्तेजना27लक्ष्य निर्धारित है, हालांकि दो सबसे आम स्थानों बाहरी कान नहर के पूर्वकाल की दीवार (तुंगिका) और cymba conchae हैं । शम उत्तेजना कान के earlobe उत्तेजक द्वारा आयोजित किया जा सकता है, एक क्षेत्र के लिए ंयूनतम ABVN इन्नेर्वतिओन (चित्रा 2) माना जाता है । वैकल्पिक रूप से, अन्तर्वासना एक निष्क्रिय नियंत्रण विधि के माध्यम से दिया जा सकता है जिसमें इलेक्ट्रोड सक्रिय साइटों से जुड़े होते हैं, लेकिन कोई उत्तेजना डिलीवर नहीं की जाती है । उत्तेजना मापदंडों समूहों के बीच भिन्न हो सकते हैं, लेकिन साहित्य के अनुसार, उत्तेजना एक गुणवाला फैशन में दिया जाता है (पल्स चौड़ाई: 250-500 μs, आवृत्ति: 10-25 हर्ट्ज) और एक व्यक्तिगत निरंतर वर्तमान (< 5 mA) पर दिया. उत्तेजना वर्तमान व्यक्तिगत और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल से भिंन होता है, कई समूहों के साथ एक व्यक्ति अवधारणात्मक दहलीज (पीटी) के एक समारोह के रूप में विभिंन तीव्रता की खोज । पीटी मौजूदा लक्ष्य स्थल पर एक कथित अनुभूति है और आम तौर पर अनुकूलित अनुक्रमिक परीक्षण (कीट) सॉफ्टवेयर इस रिपोर्ट में वर्णित द्वारा पैरामीट्रिक आकलन के माध्यम से निर्धारित की ंयूनतम राशि के रूप में परिभाषित किया गया है ।

taVNS एक सुरक्षित तकनीक है कि प्रयोगशाला या नैदानिक सेटिंग में प्रशासित किया जा सकता है । taVNS के दुष्प्रभाव कम कर रहे हैं, त्वचा जलन या लालिमा सबसे आम पक्ष प्रभाव होने के साथ । सबसे taVNS अध्ययन बाएं कान की उत्तेजना का पता लगाने, के रूप में यह सुरक्षित माना जाता है, हालांकि एक बड़े परीक्षण (बदरन एट al. २०१८) में डेटा पता चलता है कि सही पक्षीय उत्तेजना प्रतिकूल घटनाओं के जोखिम में कोई वृद्धि हुई है । एकतरफा में साहित्य के धन के कारण वाम पक्ष उत्तेजना, हम ठेठ taVNS स्थापित प्रयोगशाला अध्ययन के लिए एक हस्तक्षेप के रूप में वाम पक्षीय taVNS के उपयोग की जांच के लिए उदाहरण देकर स्पष्ट करना होगा ।

Protocol

इस प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल एक ठेठ taVNS सेट अप एक प्रयोगशाला या नैदानिक सेटिंग जिसमें हम एक 8 मिमी व्यास दौर धातु इलेक्ट्रोड के साथ एक लापरवाह मुद्रा में श्रवण नहर (तुंगिका) के पूर्वकाल दीवार उत्तेजक लक्ष्य में उपयोग के लिए दिखाता है. इन विधियों बस इलेक्ट्रोड स्थिति cymba concha को बदलने के द्वारा वैकल्पिक सक्रिय उपचार साइटों के लिए नकल उतारा जा सकता है । आईआरबी को सिटी कॉलेज न्यू यॉर्क में ह्यूमन रिसर्च प्रोटेक्शन प्रोग्राम (HRPP) द्वारा अनुमोदित सभी तरीके और प्रक्रियाएं दी गई हैं ।

1. सामग्री

  1. taVNS प्रशासन के लिए आवश्यक सभी सामग्रियों (चित्रा 3) तैयार कर रहे हैं सुनिश्चित करें. taVNS उत्तेजक या तो एक उपकरण है कि स्थानीय सुरक्षा नियमों को पूरा या अंतर्निहित सुरक्षा तंत्र है कि अवांछित बिजली के बढ़ने को रोकने के साथ एक पारंपरिक बिजली के आउटलेट से संचालित बैटरी चालित हो सकता है । 5 mA की अधिकतम उत्पादन के साथ एक निरंतर वर्तमान (वर्तमान नियंत्रित) उत्तेजित करता है की आवश्यकता है ।
  2. taVNS के लिए, उपयोग उत्तेजना एक दौर प्रवाहकीय धातु के बने इलेक्ट्रोड (टिन, एजी/AgCl, सोने) इलेक्ट्रोलाइट जेल या प्रवाहकीय पेस्ट के रूप में एक प्रवाहकीय माध्यम के साथ संयुक्त (सामग्री की तालिका देखें) । वैकल्पिक रूप से, लचीला प्रवाहकीय कार्बन इलेक्ट्रोड और प्रवाहकीय जेल के साथ किए गए प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड का उपयोग करें या चिपकने वाला नहीं हो सकता है. कभी भी एक प्रवाहकीय माध्यम के बिना त्वचा पर सीधे इलेक्ट्रोड जगह, के रूप में इस भागीदार के लिए अनावश्यक जोखिम पैदा कर सकते हैं और परेशानी या दर्द पैदा कर सकता है.
  3. उपयोग कंप्यूटर स्क्रिप्ट सॉफ्टवेयर चल ( सामग्री की तालिकादेखें) कि क्रमादेशित है और उत्तेजित करने के लिए और विशिष्ट मापदंडों के साथ उत्तेजना आरंभ नियंत्रित किया जाता है । इन पैरामीटर्स में वर्तमान तीव्रता (mA), पल्स चौड़ाई (μs), आवृत्ति (Hz), शुल्क चक्र (ऑन/समय, s), सत्र अवधि (min) शामिल हैं ।
  4. कान में इलेक्ट्रोड संलग्न करने से पहले त्वचा की सतह तैयार करने के लिए शराब तैयारी पैड (७०% isopropyl शराब) का प्रयोग करें । यह त्वचा की सतह से सतह तेलों निकालता है और त्वचा की प्रतिरोध को कम कर देता है, यह सुनिश्चित करने उत्तेजना सुरक्षित शक्ति के स्तर पर दिया जाता है ।

2. कान लक्ष्यीकरण और त्वचा की तैयारी

  1. अनुसंधान की स्थापना में taVNS आयोजित करने के लिए निंनलिखित सामांय शामिल किए जाने के मानदंडों का प्रयोग करें: उंर 18 – 70, कोई चेहरे या कान में दर्द, कोई हाल ही में कान आघात, नहीं पेसमेकर सहित कोई धातु प्रत्यारोपण, गर्भवती नहीं ।
  2. एक प्रयोगशाला की स्थापना में स्वस्थ प्रतिभागियों को शामिल प्रयोगों में, निंनलिखित अपवर्जन मानदंड का उपयोग करें: निजी या जब्ती, मनोदशा, या हृदय विकारों के परिवार के इतिहास, शराब या हाल ही में अवैध नशीली दवाओं के उपयोग पर निर्भरता, किसी भी औषधीय पर एजेंटों जब्ती जोखिम को बढ़ाने के लिए जाना जाता है ।
  3. एक आरामदायक बिस्तर या कुर्सी पर एक लापरवाह या पैरों के साथ अंय आराम की स्थिति में भागीदार सीट ऊंचा और सिर का समर्थन किया ।
  4. प्रतिभागी के बाएं कान का निरीक्षण किया । सुनिश्चित करें कि कोई गहने संलग्न है और सभी मेकअप और लोशन हटा रहे हैं । सूर्य जला, कटौती, घावों, खुले घावों सहित उत्तेजना की साइट पर कोई त्वचा से संबंधित मतभेद, वहाँ रहे हैं की पुष्टि करें ।
  5. उत्तेजना लक्ष्य, बाहरी कान नहर के पूर्वकाल दीवार से बाहर तुंगिका खोजने के द्वारा मील का पत्थर खोजें । उत्तेजना कान नहर के हिस्से को सीधे तुंगिका (चित्रा 4) के पीछे दिया जाएगा ।
  6. एक शराब तैयारी पैड का प्रयोग धीरे से लक्ष्य साइट साफ़, दोनों आंतरिक और बाह्य, त्वचा प्रतिरोध को कम करने और कंडक्टर वृद्धि हुई है ।

3. इलेक्ट्रोड तैयारी और प्लेसमेंट

  1. गैर डिस्पोजेबल इलेक्ट्रोड का उपयोग कर, नेत्रहीन साफ, जंग मुक्त सतह को उजागर किया है सुनिश्चित करने के लिए इलेक्ट्रोड का निरीक्षण. सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रोड विषयों के बीच बैक्टीरिया के प्रसार को रोकने के लिए संक्रमित हैं. यह किया जा सकता है शराब या नसबंदी पोंछे का उपयोग करने के लिए इलेक्ट्रोड सफ़ाई । डिस्पोजेबल इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं, तो चरण ३.२ के लिए छोड़ें ।
  2. समान रूप से इलेक्ट्रोड की सतह के लिए प्रवाहकीय पेस्ट की एक पतली परत फैला. इससे उत्तेजना स्थल पर बिजली का वितरण होगा । एक 8 मिमी व्यास दौर इलेक्ट्रोड के लिए, एक मटर-पेस्ट की मात्रा आकार पर्याप्त है । दोनों इलेक्ट्रोड पर पेस्ट के 1 मिमी < एक पतली परत बनाने के लिए एक संकीर्ण लकड़ी applicator का उपयोग कर पेस्ट फैलाएं ।
  3. डिवाइस बंद है और इलेक्ट्रोड की ध्रुवीयता सत्यापित (लाल/सकारात्मक इलेक्ट्रोड: anode, काले/नकारात्मक इलेक्ट्रोड: कैथोड) जबकि उत्तेजना डिवाइस के लिए इलेक्ट्रोड केबल कनेक्ट करें । यह एक महत्वपूर्ण विस्तार है के रूप में लक्ष्यीकरण विशिष्ट ध्रुव है-anode (लाल/सकारात्मक टर्मिनल) इलेक्ट्रोड कान नहर के अंदर रखा और बाहरी कान नहर के पूर्वकाल दीवार लक्ष्यीकरण है । कैथोड (काले/नकारात्मक टर्मिनल) तुंगिका से जुड़े कान के बाहर पर बैठता है । अन्तर्वासना उत्तेजना के लिए anode को पूर्वकाल की ओर कान पर रखा जाता है ।
  4. तुंगिका पर वसंत इलेक्ट्रोड क्लिप बाहरी कान नहर के पूर्वकाल दीवार के साथ संपर्क बनाने anode के साथ और तुंगिका के पूर्वकाल भाग से संपर्क कैथोड ।
    नोट: यदि अन्तर्वासना उत्तेजना का आयोजन, earlobe पर इलेक्ट्रोड क्लिप (सक्रिय नियंत्रण). वैकल्पिक रूप से, अन्तर्वासना उत्तेजना सक्रिय साइट के लिए उत्तेजना क्लिप संलग्न और कोई विद्युत वर्तमान (निष्क्रिय नियंत्रण) देने के द्वारा दिया जा सकता है ।
  5. के रूप में विषयों उनके कान को काटा इलेक्ट्रोड के दबाव महसूस होगा, यह सुनिश्चित करने के लिए असहज या अवरोधक क्षेत्रीय रक्त प्रवाह के रूप में क्लिप साइट या शारीरिक दर्द पर पीला सफेद त्वचा द्वारा प्रदर्शन के विषय से समझ में नहीं है । इस बिंदु के बाद, अवधारणात्मक थ्रेशोल्ड (पीटी) जो अगले प्रक्रियात्मक चरण में वर्णित किया जाएगा निर्धारित करें ।

4. अवधारणात्मक दहलीज (पीटी) का निर्धारण

नोट: अवधारणात्मक दहलीज taVNS उत्तेजना की शक्ति का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल एक महत्वपूर्ण मूल्य है । इस मूल्य को एक चुभन या झुनझुनी सनसनी के रूप में वर्णित त्वचा पर बिजली की उत्तेजना अनुभव करने के लिए आवश्यक बिजली की ंयूनतम राशि के रूप में परिभाषित किया गया है ।

  1. एक सरल कदम-अप और कदम-नीचे द्विआधारी पैरामीट्रिक खोज का उपयोग कर पीटी का निर्धारण । पहले उत्तेजित पर बारी और 3 mA के लिए उत्पादन सेट । वांछित पल्स चौड़ाई पर taVNS उत्तेजना की एक 1 दूसरी ट्रेन उद्धार (आमतौर पर 250-500 μs) और आवृत्ति (25 हर्ट्ज, आवेदन के आधार पर भिन्न हो सकते हैं).
  2. विषय पूछो कि वे उत्तेजना महसूस किया । सनसनी आम तौर पर एक "गुदगुदी" या "चुभन" अनुभूति के रूप में सूचित है ।
    1. यदि हां, बारी उत्तेजना तीव्रता ५०% और दोहराने के द्वारा ४.२ कदम । यदि नहीं, वृद्धि उत्तेजना तीव्रता से ५०% और दोहराएँ चरण ४.२.
  3. चरण ४.२ में वर्णित प्रक्रिया दोहराएँ जब तक 4 की एक न्यूनतम रिकॉर्डिंग "हाँ" जवाब जिसमें 4वें हाँ प्रतिक्रिया एक के बाद आना चाहिए. पीटी की तीव्रता (एमए में) मूल्य है जिस पर इस विषय का कहना है कि उनके चौथे हां प्रतिक्रिया करेंगे ।
  4. pt निर्धारण में सहायता करने के लिए उदाहरण पीटी थ्रेशोल्ड ढूंढना तालिका 1 में सूचीबद्ध है का उपयोग करें ।

५. जनतालाई उत्तेजना

  1. एक बार विषय को ठीक से वांछित लक्ष्य से जुड़ी के साथ सहज उत्तेजना इलेक्ट्रोड है, और अवधारणात्मक दहलीज वांछित पल्स चौड़ाई और आवृत्ति पर निर्धारित, उत्तेजना शुरू.
  2. एक पल्स सृजन जीयूआई (जैसे, stimDesigner, फ्रीवेयर इस पांडुलिपि के साथ शामिल) एक डेटा अधिग्रहण इकाई (DAQ) से जुड़े एक कंप्यूटर का प्रयोग उत्तेजना प्रणाली ड्राइव करने के लिए । सॉफ्टवेयर प्रोग्राम सेटिंग्स के रूप में TTL दालों उत्पादन करना चाहिए (चित्रा 5). TTL दालें एक BNC केबल के माध्यम से उत्तेजित करने के लिए "ट्रिगर" पोर्ट में भेजा जाएगा । इस इंटरफेस सॉफ्टवेयर/उत्तेजक इंटरफेस आवृत्ति के मॉडुलन की अनुमति देता है, कर्तव्य चक्र (पर/बंद समय), और सत्र की अवधि (चित्रा 6). इस्तेमाल किया जीयूआई इस पांडुलिपि के साथ एक मुक्त, खुला स्रोत संसाधन के रूप में जुड़ा हुआ है ।
    1. सुनिश्चित करें कि उत्तेजना सुपर दहलीज के स्तर पर वितरित किया जाता है, जैसे PT8,9के २००% । उदाहरण के लिए, यदि पीटी ०.८ ma होना निर्धारित किया गया था, उत्तेजना १.६ ma में वितरित किया जाएगा ।
    2. सुनिश्चित करें कि कर्तव्य चक्र के लिए दिशा निर्देशों का पालन जब लंबी उत्तेजना सत्र का आयोजन कर रहे हैं । ठेठ शुल्क चक्र 30 है-60 एस "पर" समय और 60-120 एस "बंद" समय, या 20-50% शुल्क चक्र ।
    3. उत्तेजना सत्र (कुल समय) की लंबाई बदलती हैं । अध्ययनों से पता चलता है कि 30-60 एक 25% शुल्क चक्र में मिनट उत्तेजना सत्र सुरक्षित और किसी भी तीव्र दुष्प्रभाव या प्रतिकूल घटनाओं से मुक्त है । इन सत्रों को सत्रों के बीच 12 – 24 h से सुरक्षित रूप से दोहराया जा सकता है.
      नोट: taVNS सुरक्षा उत्तेजना सत्र की लंबी अवधि के लिए स्पष्ट नहीं है, बड़ा प्रतिशत शुल्क चक्र (> 40%), त्वरित मानदंड, और उच्च उत्तेजना वर्तमान खुराक ।

6. taVNS के बाद

  1. जब उत्तेजना पूरा हो गया है, उत्तेजना असुविधा और दुष्प्रभाव के बारे में उद्देश्य डेटा रिकॉर्ड. हालांकि taVNS, प्रत्यारोपित VNS की तरह, सीमित सुरक्षा चिंताओं8,28, निगरानी और रिकॉर्ड सनसनी, बेचैनी, और 0 से एक दर्ज़ा पर किसी भी प्रतिकूल घटनाओं-1029।
  2. कान से उत्तेजना इलेक्ट्रोड निकालें और विषय के कान से साफ अवशिष्ट प्रवाहकीय पेस्ट एक शराब तैयारी पैड का उपयोग कर ।
  3. का प्रयोग करें शराब साफ करने के लिए और उत्तेजना इलेक्ट्रोड तुरंत विषय के कान से हटाने पर संक्रमित ।
  4. उत्तेजना साइट पर लालिमा या जलन के लिए कान का निरीक्षण करें और किसी भी टिप्पणियों को रिकॉर्ड ।

Representative Results

जब उचित त्वचा तैयारी आयोजित की जाती है, अवधारणात्मक थ्रेसहोल्ड व्युत्क्रम उत्तेजना पल्स चौड़ाई के साथ संबंधित हैं । पल्स चौड़ाई बढ़ जाती है के रूप में, अवधारणात्मक सीमा कम हो जाती है (चित्रा 7). इस समूह द्वारा प्रारंभिक अध्ययनों से स्वस्थ व्यक्तियों में पीटी पर पल्स चौड़ाई के प्रभाव की खोज (बैठक शामिल किए जाने/ऊपर सूचीबद्ध), निर्धारित किया है कि संयुक्त समग्र (n = 15, 7 महिला, मीन आयु २६.५ ± ४.९९) PT पर १०० μs = ३.९२ ± १.१ mA; २०० μs = २.२४ ± ०.७४ मा; ५०० μs = १.२४ ± ०.४१ मा. इन थ्रेसहोल्ड सुझाव है कि वर्तमान के 5 mA तक पहुंचाने की क्षमता के साथ एक निरंतर वर्तमान उत्तेजक ५०० μs पल्स चौड़ाई मापदंडों की उत्तेजना के लिए आवश्यक है, और एक 10mA उत्तेजित करने की एक ंयूनतम कम नाड़ी चौड़ाई (तालिका 2) के लिए आवश्यक है । वर्तमान के ठीक ट्यूनिंग की आवश्यकता है, ०.१ mA की वृद्धि के साथ सटीक उत्तेजना के लिए आवश्यक हैं ।

२००% पर उत्तेजना देने पीटी संतोषजनक और दर्द संख्यात्मक दर्ज़ा तराजू (एनआरएस)9,30तराजू द्वारा प्रदर्शन के रूप में अपेक्षाकृत मुफ्त दर्द है । एनआरएस पैमाने पर दर्द के लिए एक दर्ज़ा प्रणाली है 0-10 जिसमें व्यक्तियों दर्द या असुविधा29रिपोर्ट । दोनों सक्रिय और शम उत्तेजना दर इसी तरह कम दर्द स्तर (एनआरएस < 3 सभी उत्तेजना पल्स चौड़ाई के लिए । अधिक विशेष रूप से, 25 हर्ट्ज पर दिया ५०० μs की जैविक रूप से सक्रिय पल्स चौड़ाई औसत पर सक्रिय के रूप में दर करने के लिए रिपोर्ट किया गया है = १.९८ ± ०.८३, अन्तर्वासना = २.१७ ± १.२७ (एन = 25, 9 महिला, मतलब उम्र २५.१६ ± ४.१६ साल) (तालिका 3). अन्य मापदंडों के लिए दर्द रेटिंग 25 हर्ट्ज पैरामीटर से अधिक दर्दनाक नहीं हैं और विवरण समूहों के पूर्व काम30में पाया जा सकता है ।

सुरक्षा और 30 मिनट के लिए एक 20-50% शुल्क चक्र में 1 घंटे के सत्र के सहनशीलता व्यापक रूप से कुछ एक ही दिन में कई सत्रों वितरित अध्ययन के साथ साहित्य में सूचित किया गया है 12-15 एच के अलावा12,31। कोई गंभीर प्रतिकूल घटनाओं से सूचित किया गया है ६० विषयों से भाग लेने के विषयों के साथ प्रयोगों की कई श्रृंखला में भाग लेने के 1 से 8 दोहराया यात्राओं के अलावा 24 घंटे की एक ंयूनतम फैल गया ।

taVNS, जब इस पांडुलिपि में रिपोर्ट के रूप में प्रशासित, स्वायत्त तंत्रिका तंत्र को मिलाना प्रदर्शन किया गया है, fMRI बोल्ड द्वारा मापा के रूप में कार्यात्मक मस्तिष्क गतिविधि परिवर्तन प्रेरित, और पुनर्वास में neuropsychiatric विकारों और सहायता का इलाज करने के लिए प्रायोगिक .

Figure 1
चित्रा 1 : Vagus तंत्रिका Efferent अनुमानों और पार अनुभाग । (क) vagus तंत्रिका लक्ष्य के Efferent अनुमानों शारीरिक समारोह पर व्यापक प्रभाव के साथ शरीर पर हर प्रमुख अंग (ख) vagus तंत्रिका के पार अनुभाग, नसों के बंडलों की एक श्रृंखला के रूप में तंत्रिका के अंदर एनाटॉमी का प्रदर्शन सभी समाहित एक प्रमुख मार्ग के भीतर । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2 : taVNS कान लक्ष्य । ABVN लक्ष्यीकरण बाहरी कान नहर के पूर्वकाल दीवार उत्तेजक द्वारा पूरा किया जा सकता है, तुंगिका (A1), या cymba conchae (A2) द्वारा विशेष रूप से ऐतिहासिक । अन्तर्वासना उत्तेजना earlobe (ओं) को प्रशासित किया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3 : मुख्य घटक । taVNS के उचित प्रशासन के लिए न्यूनतम आवश्यक घटक निम्नलिखित हैं (क) कान उत्तेजना इलेक्ट्रोड, (ख) कंडक्टर जेल और शराब तैयारी पैड, (ग) कंप्यूटर भेजने और एक के लिए TTL दालों प्राप्त करने में सक्षम (D ) लगातार वर्तमान उत्तेजित उत्तेजना को ट्रिगर करने के लिए । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : उदाहरण सेटअप। इस तस्वीर को एक प्रयोगात्मक प्रतिमान से गुजरना जबकि स्थिति में बाएं कान के एक व्यक्ति प्राप्त taVNS से पता चलता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5 : जीयूआई के स्क्रीनशॉट उत्तेजना के लिए इस्तेमाल किया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6 : विद्युत उत्तेजना तरंग जोड़तोड़। प्रत्यक्ष वर्ग तरंग विद्युत वर्तमान विभिंन मापदंडों पर दिया जा सकता है । यह आंकड़ा वांछित जीवविज्ञान प्रभाव को प्राप्त करने के क्रम में बदला जा सकता है कि तरंग के प्रमुख गुण को दर्शाता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7 : अवधारणात्मक थ्रेशोल्ड मूल्यों में वृद्धि पल्स चौड़ाई. पल्स चौड़ाई बढ़ जाती है के रूप में, अवधारणात्मक थ्रेशोल्ड (PT) घटाता है । सबसे स्वस्थ व्यक्तियों के भीतर एक पीटी होगा 2 मानक विचलन (एसडी) इन मतलब मूल्यों की. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Table 1
तालिका 1: अवधारणात्मक थ्रेशोल्ड (PT) का निर्धारण कैसे करें के उदाहरण । यह तालिका हां/कोई प्रतिसाद parametrically निर्धारित करने के लिए उपयोग किया गया एक उदाहरण अनुक्रम दिखाता है पं.

Table 2
तालिका 2: वर्तमान स्तर उत्तेजना । उत्तेजना के मान वर्तमान mA में (२००% PT) प्रत्येक पल्स चौड़ाई (n = 15) के लिए ।

Table 3
तालिका 3: पीटी, उत्तेजना वर्तमान, और सुझाव उत्तेजना मापदंडों के लिए दर्द मूल्यों । उत्तेजना के मान वर्तमान mA में (२००% PT) प्रत्येक पल्स चौड़ाई (n = 25) के लिए ।

Supplemental File Figure
पूरक फ़ाइल: फ्रीवेयर जीयूआई इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल किया । कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए ।

Discussion

सभी उपंयास मोडलों में के रूप में, सभी वर्णित कदम taVNS के सुरक्षित प्रशासन में महत्वपूर्ण हैं । अंतिम चिंता का विषय सुरक्षा है, जो न केवल उचित स्क्रीनिंग के माध्यम से taVNS से पहले जोखिम को कम करने, लेकिन यह भी असुविधा, दर्द, या प्रतिकूल घटनाओं के लिए उत्तेजना के दौरान विषयों की निगरानी शामिल है । यहां taVNS प्रशासन के लिए तीन सबसे महत्वपूर्ण विचार कर रहे हैं । कन्ट्राइंडिकेशन्स के लिए taVNS कन्ट्राइंडिकेशन्स इस प्रकार हैं: हृदय विकारों के किसी भी वर्तमान या पिछले इतिहास, चेहरे या कान में दर्द, हाल ही में कान आघात, गर्दन के स्तर से ऊपर धातु प्रत्यारोपण । उचित विषय त्वचा की तैयारी के लिए, किसी भी सतह तेल, गंदगी, या शराब के साथ त्वचा की सतह से श्रृंगार इलेक्ट्रोड की चालकता के साथ मदद करता है को हटाने, उत्तेजना वोल्टेज को कम कर देता है उत्तेजक ड्राइव करने के लिए आवश्यक, और अंत में एक और परिणाम संतोषजनक और सुरक्षित उत्तेजना सत्र । यह एक उत्तेजित करता है और कम उत्पादन Transcranial विद्युत उत्तेजना (LOTES) दिशानिर्देश३२बैठक इलेक्ट्रोड का उपयोग करने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है । LOTES सेट दिशा निर्देशों और बिजली के उत्तेजितताओं के लिए उद्योग के मानकों कि सिर और गर्दन की उत्तेजना के लिए बनाया जाता है और यह समूहों के लिए प्रोत्साहित किया जाता है अपने सिस्टम के निर्माण से पहले इस दस्तावेज़ को पढ़ने के लिए । यह या तो एक एफडीए का उपयोग करने की सिफारिश की है-उत्तेजक प्लग में ( सामग्री की तालिकादेखें), या एक कम वोल्टेज (< 50 वी), संचालित बैटरी, उचित सुरक्षा उपायों के साथ लगातार वर्तमान उत्तेजित करने के लिए अंतर्निहित से बचने के लिए-वर्तमान के वितरण अवांछित उत्तेजना स्थल तक. सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रोड निर्मित कर रहे हैं और taVNS में विशिष्ट उपयोग के लिए इकट्ठे. सुनिश्चित करें कि वर्तमान विनिर्माण और इंजीनियरिंग दिशानिर्देशों का संदर्भ के रूप में अनुसरण किया जाता है, यदि लैब-निर्मित अनुकूलित प्रणालियां उपयोग की जाती हैं ।

taVNS के लिए एक विचार यह सुनिश्चित करने के लिए है कि लगातार वर्तमान उत्तेजितकर्ता की वोल्टेज उत्पादन त्वचा की प्रतिरोधक क्षमता और वर्तमान उत्तेजना के लिए आवश्यक उद्धार कर सकते हैं । ओम कानून (वी आईआर =) वर्तमान (I) और त्वचा प्रतिरोध (आर) के बीच संबंध को दर्शाता है । एक 20 वी के ऊपर की एक ंयूनतम उत्तेजित करने के लिए एक शक्ति प्रणाली से बचने की सिफारिश की है । खोपड़ी या पर्यावरण से उत्पंन गर्मी प्रवाहकीय पेस्ट नीचा हो सकता है । यदि ऐसा होता है, यह उत्तेजना और पुनः तैयारी त्वचा और नए प्रवाहकीय पेस्ट के साथ इलेक्ट्रोड को रोकने के लिए सिफारिश की है ।

taVNS की एक सीमा विशाल पैरामीटर अंतरिक्ष है । यह जो अधिक महत्वपूर्ण है के रूप में अज्ञात है-नाड़ी चौड़ाई या आवृत्ति । वहां हाल ही में taVNS परीक्षणों में एक कमी डेटा है कि इस तरह के सवालों के जवाब है । विभिन्न व्यवहार प्रभाव पल्स चौड़ाई की एक किस्म से प्राप्त कर रहे हैं, आवृत्तियों और उत्तेजना धाराओं13,३३,३४,३५,३६,३७, ३८,३९.

इस समय, यह सुझाव दिया है कि ५०० µs पल्स चौड़ाई सबसे अधिक जैविक रूप से सक्रिय9होना करने के लिए । आवृत्ति के संबंध में, यह प्रदर्शित किया गया है कि 25 हर्ट्ज एक प्रभावी आवृत्ति है, हालांकि उच्च आवृत्तियों (> 25 हर्ट्ज), द्विपक्षीय उत्तेजना (बाएँ और दाएँ कान) के रूप में इष्टतम में वर्तमान जांच, और जांच फट प्रतिमान हैं कराए जा रहे हैं । उत्तेजना के विभिंन मापदंडों खोज, वैकल्पिक उत्तेजना साइटों, और कर्तव्य चक्र अनुकूलन अग्रिम और taVNS विधि को परिष्कृत करने के लिए आवश्यक हैं ।

taVNS पारंपरिक VNS के लिए एक आशाजनक गैर इनवेसिव विकल्प है । taVNS का प्रदर्शन प्रयोगात्मक सेटअप में एक सस्ती (< 5000 डॉलर प्रदान करता है, लागत का इस्तेमाल किया उत्तेजित करने के प्रकार पर निर्भर) और सरल तरीका है कि पशु मॉडल में सकारात्मक निष्कर्षों का अनुवाद करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है की एक किस्म पर VNS के उपयोग की खोज विकारों, आक्रामक स्वायत्त तंत्रिका तंत्र को मिलाना, और संभावित रूप से लघुकृत और neuropsychiatric और अन्य विकारों के उपचार के लिए घर पर neuromodulation के लिए अनुकूलित.

taVNS के भावी संभावित और संभावित अनुप्रयोग विशाल हैं । taVNS अवसाद और मिर्गी के रूप में neuropsychiatric विकारों के लिए एक होनहार सहायक या स्वसंपूर्ण उपचार के रूप में सेवा कर सकते हैं, बहाल करने या एक व्यवहार की सीखने में तेजी लाने के लिए taVNS-युग्मित पुनर्वास प्रशिक्षण४०, भड़काऊ प्रतिक्रिया घटाएं ४१ , ४२, और संभवतः प्रदर्शन और स्वायत्तता समारोह8,10बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

अनुसंधान इस प्रकाशन में रिपोर्ट स्वास्थ्य राष्ट्रीय पुनर्वास के लिए Neuromodulation के केंद्र के राष्ट्रीय संस्थानों से धन द्वारा समर्थित किया गया था, NIH/niched अनुदान संख्या P2CHD086844 जो दक्षिण कैरोलिना के चिकित्सा विश्वविद्यालय को संमानित किया गया । सामग्री पूरी तरह से लेखकों की जिंमेदारी है और जरूरी नहीं कि NIH या niched के सरकारी विचारों का प्रतिनिधित्व करते हैं ।

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

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तंत्रिका विज्ञान अंक १४३ taVNS tVNS VNS Transcutaneous Auricular Vagus तंत्रिका उत्तेजना Vagus तंत्रिका उत्तेजना कान उत्तेजना
प्रयोगशाला प्रशासन Transcutaneous Auricular Vagus तंत्रिका उत्तेजना (taVNS): तकनीक, लक्ष्यीकरण, और विचार
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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).

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