Summary
При администрировании транскраниальной стимуляции прямого тока (tDCS), воспроизводимая подготовка электрода и размещение имеют жизненно важное значение для переносится и эффективной сессии. Целью данной статьи является демонстрация обновленных современных процедур установки для администрирования tDCS и связанных с ними транскраниальных методов электрической стимуляции, таких как транскраниальная переменная стимуляция тока (tACS).
Abstract
Транскраниальная стимуляция прямого тока (tDCS) является неинвазивным методом нейромодуляции с использованием низкоинтенсивных прямых электрических токов. Этот метод стимуляции мозга представляет собой несколько потенциальных преимуществ по сравнению с другими методами, так как он является неинвазивным, экономически эффективным, широко развертываемым, и хорошо переносится при условии надлежащего оборудования и протоколы вводятся. Несмотря на то, что tDCS, по-видимому, прост в выполнении, правильное администрирование сеанса tDCS, особенно позиционирование и подготовка электрода, имеет жизненно важное значение для обеспечения воспроизводимости и переносимости. Электрод позиционирование и подготовка шаги традиционно также наиболее трудоемким и подверженных ошибкам. Для решения этих проблем современные методы tDCS, используя головные уборы с фиксированной позицией и предварительно собранные электроды губки, уменьшают сложность и время установки, обеспечивая при этом, что электроды постоянно размещаются по назначению. Эти современные методы tDCS представляют преимущества для исследований, клиники и удаленных контролируемых (на дому) настройки. Эта статья представляет собой всеобъемлющее пошаговое руководство для администрирования сеанса tDCS с использованием головных уборов с фиксированной позицией и предварительно собранных губчатых электродов. В этом руководстве показаны tDCS с использованием широко применяемых монтажей, предназначенных для стимуляции моторной коры и дорсолатеральной префронтальной коры (DLPFC). Как описано, выбор размера головы и монтажа конкретных головных уборов автоматизирует позиционирование электродов. Полностью собранные предварительно насыщенные оснастки-электроды просто прикреплены к заданным положением оснастки-разъемов на головном уборе. Современный метод tDCS показывает, чтобы уменьшить время установки и уменьшить ошибки как для начинающих, так и для опытных операторов. Методы, изложенные в этой статье, могут быть адаптированы к различным приложениям tDCS, а также к другим формам транскраниальной электрической стимуляции (tES), таким как транскраниальная стимуляция переменного тока (tACS) и транскраниальная случайная шумостимуляция (tRNS ). Однако, поскольку tES является специфическим приложением, при необходимости, любой рецепт методов настраивается с учетом особенностей объекта, указания, среды и результатов.
Introduction
Транскраниальная стимуляция прямого тока (tDCS) является неинвазивной методом стимуляции мозга, способным модулировать возбудимость коры1,2. Во время tDCS, постоянный ток низкой интенсивности, как правило, 1-2 миллиамперы (мА), течет от анода электрода к катодному электроду генерации слабого электрического поля через кору3,4. Обычные протоколы tDCS считаются допустимым и безопасным и безопасным5. Эффекты одного сеанса tDCS может длиться несколько минут после завершения сессии6 с повторными сессиями, производящими более длительные изменения в функции мозга7,8. Профиль переносимости и потенциал для получения острых или длительных изменений делает tDCS кандидатом на различные мероприятия и процедуры9,10,11. Хотя остаются вопросы об оптимальной дозе tDCS12, в том числе роль интенсивности13, полярность7 и фокус3, важность контроля размещения электродов для нейромодуляции воспроизводимости принимается. Кроме того, подготовка электрода также лежит в основе переносимости и связанных с ними проблем, таких как ослепительно-надежность14. В то время как tDCS имеет практические преимущества по сравнению с другими методами стимуляции мозга, из-за его рентабельности, портативности, простоты использования и переносимости; тем не менее, кажущаяся простота и адаптивность техники не оправдывает плохой подготовки электрода и размещения техники14.
Действительно, кажущаяся простота tDCS, в некоторых случаях, поощряет недостаточное внимание к надлежащему оборудованию, принадлежности, и оператор обучение14. Во-первых, для воспроизводимости требуется надежное размещение электродов. Позиционирование электродов tDCS на коже головы обычно следует 10-20 системе, которая является методом, используемым для размещения и применения электродов электроэнцефалографии (ЭЭГ). В обычном методе tDCS, это включает в себя измерения ленты для установления расположения электрода, с несколькими измерениями на каждой сессии15,16,17. Маркер используется для обозначения позиций кожи головы. Существует потенциал для этого процесса, чтобы привести к изменчивости размещения электродов (например, насколько надежно различные операторы позиции измерительной ленты), особенно в условиях высокой пропускной способности - хотя строгое обучение оператора и сертификации может смягчить изменчивость. В обычном методе tDCS, электроды затем вручную нажата на измеренные координаты и резиновые ремни, применяемые в специальном порядке18 (например, герметичность полос не может быть последовательной между операторами, влияющих на выброс жидкости из губок, при условии переносимости, и даже дрейф в положении электрода19,20). Как и в отношении положения электрода, эта изменчивость может быть смягчена с помощью четких протоколов и обучения, хотя такая деталь часто не описывается в опубликованных докладах. В особых обстоятельствах, когда электрод площадки отделяется от кожи головы кремом/гелем без использования губки21,требуется осторожность для предотвращения прямого контакта электрод-кожи, ведущего к ожогу14. Альтернативный менее распространенный метод для tDCS использует эластичную крышку22,23, которая зависит от субъекта конкретной деформации головы, не искажая положение электрода, и рискует солевой спред и преодоление под крышкой (не видимый оператору). По сравнению с обычными резиновыми полосами или эластичными методами, представленная здесь технология tDCS делает критические шаги по подготовке и позиционированию критических электродов более надежными и надежными.
Другой ключевой процедурой в tDCS является сборка электродов. Обычные электроды tDCS многокомпонентны. Эти отдельные детали, которые должны быть собраны тщательно оператором, состоят из металлических или проводящих резиновых электродов, которые оператор заключает в перфорированный губчатый карман и насыщает солизным раствором15. Хотя это и не сложно, процесс сборки электродов требует обучения и бдительности на каждой сессии, как небольшая ошибка, такие как металл / резина выступающие из губки и контактировать с предметом или объем сольной жидкости может привести к травме кожи14. Современная техника tDCS преодолевает эти проблемы с помощью предварительно собранных предварительно насыщенных электродов/губок, которые, кроме того, включают надежный оснастки разъем для головных уборов. Предварительно собранные и предварительно насыщенные электроды одноразового использования, смягчающие вопросы воспроизводимости и риски загрязнения повторно использованными губками14,20.
Целью данной статьи является демонстрация современных процедур установки для администрирования tDCS и связанных с ними методов электрической стимуляции, таких как транскраниальная переменная стимуляция тока (tACS), транскраниальная стимуляция шума выкупа (tRNS)24, и транскраниальной импульсной стимуляции тока (tPCS) и его варианты25. Это руководство демонстрирует tDCS с использованием обычно применяемых монтажей, предназначенных для моторной коры26 и дорсолатеральной префронтальной коры (DLPFC) стимуляции27. Современная техника tDCS, объясняемая здесь, позволяет избежать измерения ленты для определения размещения электродов, громоздкой вставки углеродно-резиновой электрода, утомительной процедуры смачивания электродных губок, а также использования резинок или эластичных колпачков в качестве головных уборов. Этот процесс оптимизирован с помощью специализированных головного убора с фиксированной позицией и предварительно насыщенного электрода-разъема оснастки. Головной убор с фиксированной позицией состоит из ремней, соизволимых автоматически размещать электроды tDCS на стандартном 10-10 EEG19. Заранее определенное расположение электрода, обеспечиваемые этими ремнями, устраняет необходимость в тщательном измерении и расчетах, тем самым повышая воспроизводимость, эффективность времени и манипуляции объектом. При первом посещении требуется только одноразовая установка (используется для определения правильного размера ремешка, который будет использоваться). Одноразовое использование предварительно собранных губчатых электродов обеспечивается предварительно замачивается в оптимизированном объеме солей и с резиновым электродом, вставленным и фиксированным, минимизируя риск прямого контакта между резиной/металлом и кожей, а также сверхзамачиванием. Использование головного убора с фиксированной позицией и предварительно собранных губчатых электродов(рисунок 1)не только значительно снижает вероятность неправильного измерения из-за ошибки измерения, но и делает администрирование tDCS проще и эффективнее времени. Для каждого монтажа есть определенные головные уборы. В этой статье будут приведены два монтажа в качестве примеров. Первый монтаж M1-SO, в котором анод помещается над областью, соответствующей первичной моторной коре (M1), и катод помещается над контралатеральной надорбитальной (SO) области(рисунок 2A). Второй монтаж - это двустворный монтаж, в котором анод помещается над правом, а катод помещается над левым DLPFC (F3/F4, рисунок 2C). Методы, изложенные здесь, не ограничиваются вышеупомянутыми монтажами и могут быть адаптированы к другим конфигурациям, что значительно снижает вероятность неправильного размещения электродов из-за ошибки измерения, а также делает применение tDCS и связанных с ними методов tES более эффективным. Современные головные уборы, описанные здесь, являются специфическим электродным монтажем (например, M1-SO, F3/F4), а для отдельных электродных монтажей будут использоваться различные головные уборы. Несмотря на то, что современная техника уменьшает количество шагов и делает администрирование техники tES эффективным, новый подход по-прежнему требует обучения для работы стимулятора.
Protocol
Городской колледж Нью-йорка, CUNY Институциональный наблюдательный совет (IRB) одобрил этот протокол.
1. Материалы
- Перед сеансом tDCS убедитесь, что все необходимые материалы доступны. Хотя некоторые материалы будут зависеть от конкретного протокола исследования / лечения, Есть основные элементы, которые являются общими через современные приложения tDCS, как показано здесь(Таблица 1, Рисунок 3).
- Подготовьте устройство tDCS: устройство tDCS, управляемое батареей, которое функционирует как постоянный стимулятор тока с максимальным выходом в диапазоне миллиампер. Можно использовать устройство tES с настройками tDCS (например, устройство Soterix Medical 1x1 tES).
- Подготовьте одноразовые электроды сотовой губки (например, Soterix Medical 5x5 см электродов оснастки).
- Подготовьте солевой раствор и аппликатор, который будет использоваться, если электрод становится обезвоженным во время сеанса. Так как предварительно собранные электроды уже пропитаны объемом солевой раствор, предварительно определяемый как достаточный, может быть добавлено минимальное количество физраствора, если таковые имеются. Будьте осторожны, чтобы не замочить губку и избежать утечки и капает постепенно и тщательно добавляя солевой только в случае необходимости.
- Подготовьте головные уборы с фиксированной позицией. Здесь используются две модели оснастки головного убора (M1-SO и бифронтальный).
- Подготовьте соединительные кабели. Оснастки головной убор уже включает в себя необходимые кабели, которые один конец настроен для подключения к стимуляции (мужской банан), а другой конец настроен ы принять оснастки колодки (женский оснастки). Это может отличаться в зависимости от фиксированной позиции головные уборы выбрали.
- Подготовьте соответствующие формы (например, форму согласия, до- и после вопросников, скрининговые формы, формы сбора данных) и другие материалы, в соответствии с конкретными мерами вмешательства.
2. Соответствующие формы
- Когда предмет прибывает, сначала приветствовать тему, а затем поиметь его или ее сидеть удобно в вертикальном положении в кресле.
- Для исследования испытаний, до исследования, должны дать согласие на участие в исследовании. Форма согласия содержит подробную информацию о протоколе исследования, рисках и преимуществах исследования. Эта форма предназначена для раскрытия соответствующей информации субъектам, с тем чтобы они могли добровольно принять или отказаться от лечения. Она исходит из юридических и этических прав. Субъект должен знать, что происходит с его или ее телом, и этические обязанности исследователя, чтобы получить участника, участвующих в его или ее физического и психического благополучия.
- Для проведения исследований соберите письменное согласие участников перед проведением каких-либо процедур исследования. Отображайте форму согласия субъекту. Эксперимент может быть продолжен только в том случае, если субъект решит подписать форму согласия.
- Экран испытое в соответствии с критериями включения и исключения, изложенными в протоколе исследования.
- Если противопоказаний нет и субъект все же соглашается участвовать, попросите заполнить любые другие необходимые формы (т.е. демографическую форму, соответствующие предварительные вопросники и т.д.)
- Если субъект полностью понимает и соглашается на процедуру, чтобы следовать и заполнил необходимые формы, перейдите к следующему шагу.
3. Измерения
- Начните настройку, сначала измерив окружность головы объекта, чтобы определить соответствующий размер головных уборов, которые будут использоваться. Для измерения окружности головы субъекта, начните с наиболее видной части лба вокруг самой широкой части затылка, переходя через волосы и над ушами. Головные полосы фиксированного положения требуют значительно меньше измерений, чем обычные методы размещения электрода для tDCS15 и, кроме того, требуют измерения только при первом посещении при выборе головной убор.
ПРИМЕЧАНИЕ: Различные головные уборы могут варьироваться в диапазоне предлагаемых размеров, а также в измерениях окружности, соответствующих каждому размеру. Для головных уборов, используемых в этой демонстрации, размеры небольшие (52-55,5 см), средние (55,5-58,5 см), большие (58,5-62 см) и сверхбольшие (62-65 см). - С субъектом удобно сидя в кресле, приступить к измерению окружности головы, чтобы определить соответствующий размер головных уборов.
- Обратитесь к конкретному руководству по головным уборам, чтобы выбрать подходящий размер головных уборов (например, малый, средний, большой) на основе желаемого электрода монтажа и окружности головы субъекта. Для большинства электродных монтажей, могут быть разные размеры головных уборов в зависимости от размера головы объекта.
4. Подготовка кожи
- Осмотрите кожу, где электрод, как ожидается, будет помещен. В этом протоколе поместите электроды после M1-SO или бифронтального монтажа. Если наблюдаются какие-либо повреждения, не вводить tDCS.
- Убедитесь, что область свободна от признаков лосьона, грязи и т.д.
- В традиционных подходах, где используются повторно используемые электроды, проверяйте резиновые вставки и губки на предмет износа на каждом сеансе. Здесь, в современном подходе с одноразовыми электродами, этот шаг не требуется строго. Тем не менее, проверить новые электроды для целостности и насыщенности.
5. Размещение электрода
- Удалите два предварительно насыщенных 5 см х 5 см оснастки электродов из своих пакетов.
- Прикрепите одноразовые электроды оснастки на оснастки головной убор в соответствии с фиксированными местами на головном уборе. Эти места монтаж-специфических и на основе головных уборов выбраны. Используемый монтаж специфичен для изучения.
- Дополнительно, осторожно подвергать кожу головы, расставив волосы субъекта пальцами, чтобы гарантировать, что солин просачивается через волосы в кожу головы, повышение качества контакта между электродом и кожи головы.
- Убедившись, что губка закреплена на ремешке, поположите головной убор на голове субъекта.
- В Mont-headgear M1SO с "анодальной" стимуляцией M1, положение анода вблизи моторной коры и катода над надрасорбитальной области. Для точного размещения электродов на назначенные позиции кожи головы, сначала положение nasion-представляющих кольцо ремня, расположенный в нижней части ремня, над nasion. Nasion является точкой передней к мозгу, расположенный между лбом и носом. Отрегулируйте верхнюю часть ремешка так, чтобы он перпендикулярно нижней части ремешка. Верхняя часть ремешка предназначена для того, чтобы сидеть примерно над ухом, симметрично расположенным по обе стороны головы. Затем, положение задней упругой части ремешка над инионом. Анод / катод полярность может быть обращена вспять в зависимости от применения.
- В бифронтальной (F3/F4) оснастки головной убор с "анодальной" стимуляции левой DLPFC, положение анода вблизи левой боковой боковой префронтальной коры и катод возле правой локтевой боковой предварительнолобной коры. Анод / катод полярность может быть обращена вспять в зависимости от применения.
- В некоторых предметах с длинными волосами, попросите субъекта связать волосы назад или обеспечить волосы плотно в то время как головные уборы в настоящее время размещены. Это позволит более последовательной установки электрода и уменьшить риск дискомфорта, вызванного случайным дергая волос субъекта.
ПРИМЕЧАНИЕ: Длинные волосы могут также представлять барьер для жидкости от электрода, чтобы насытить кожу головы, и может быть мягко расстались под электродом. - Убедитесь, что головные уборы уютно, но не неудобно туго. Выберите правильный размер головных уборов, которые не вызывают дискомфорта для объекта, обеспечивая при этом, что электроды губки надежно удерживаются к коже головы.
- Подключите черный кабель (катод) и красный кабель (анод) к устройству tES. Проконсультируйтесь с руководством по эксплуатации стимулятора, чтобы установить, включен ли стимулятор до или после подключения расположенных электродов к стимулятору.
- В то время как стимулятор активен, убедитесь, что электроды подключены, когда поток тока был начат.
- Для оснастки головной убор, подключить черный катодный кабель в соответствующий черный драйвер ввода устройства tDCS и повторить это для красного анода кабеля для его соответствующего местоположения на устройстве tDCS. Убедитесь, что полярность соединения является правильным, так как эффекты tDCS являются полярностью конкретных.
ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании устройства tDCS, анодэлектрод является положительным терминалом, где положительный ток попадает в тело, и катодный электрод является отрицательным терминалом, где положительный ток выходит из тела. При использовании устройства tACS, анод и катод не считаются положительными или отрицательными, так как оба терминала будут действовать анод и катод альтернативно. Условно, красный цвет указывает на анодный электрод, а черный или синий — на катодный электрод (убедитесь, что то же самое относится и к используемому устройству).
6. Начало tDCS
- Прежде чем присмотреть сессию tDCS, убедитесь, что объект удобен и бодрствует.
- Подтвердите, что устройство включено, кабели должным образом подключены, а головные уборы и электрод правильно расположены. Счетчик импеданса является вторичным методом для обеспечения хорошего контакта, но он не заменяет необходимость убедиться, что все протокольные шаги соблюдены.
- Проверьте счетчик impedance на качество контакта. Устройство, используемое в этой демонстрации отображает информацию о импедании в режиме реального времени. Это может быть устройство-специфический, так что ознакомиться с импедацировать метр на устройстве, используемом.
- Если общее качество контакта субъекта аномально низкое, это может указывать на неправильную установку электрода, что приводит к высокой импедании. Если качество контакта продолжает оставаться низким после регулировки головных уборов и/или разумно дополняя солевой раствор, нажмите "предварительностите щекотать" (если он доступен на используемом устройстве) для достижения лучшего качества контакта.
- Проверьте, достаточно ли у устройства батареи. Устройства, предназначенные для испытаний tDCS, имеют легковидимое предупреждение с низким уровнем заряда батареи - для устройства, используемого здесь непосредственно над выключателем включения/выключения, есть индикатор оповещения с низким уровнем заряда батареи.
- Программа tDCS продолжительность сессии, интенсивность или (если это применимо к устройству используется) фиктивные настройки состояния (для исследований с операторским ослепление в отношении фиктивных против реального состояния tDCS, параметр будет запрограммирован независимым персоналом или предварительно закодированы в устройство28). Обратите внимание, что некоторые стимуляторы рекомендуется включить до контакта между электродами и кожей.
- Если сеанс tDCS проводится с помощью устройства tES, выберите настройки формы волны tDCS.
- При применении формы волны tES, отличной от tDCS, такой как tACS или tPCS, убедитесь, что устройство правильно запрограммировано, включая форму волны и частоту.
- Инициировать tDCS, нажав кнопку "Пуск". Для того, чтобы уменьшить любые побочные эффекты, устройства включают автоматический ток наращивать при инициировании стимуляции, наряду с автоматической рампы вниз в конце. В начале стимуляции, испытуемые часто воспринимают зуд и / или покалывание ощущение под электродами, которые затем исчезает в большинстве случаев.
- Поскольку некоторые субъекты могут испытывать дискомфорт в течение первых нескольких минут tDCS, умеренно уменьшить ток с помощью ручки Relax временно, как объект регулируется. Затем постепенно увеличиваем течение обратно до нужного уровня. Эта функция может зависеть от используемого устройства и протокола.
- Убедитесь, что объект не касается устройства, головных уборов и/или электродов во время сеанса стимуляции. Убедитесь, что любые необходимые корректировки к ним обрабатываются только оператором.
- Для некоторых субъектов, внезапные изменения в текущей интенсивности может привести головокружение или головокружение, а также фосфин сеток, если ток внезапно увеличивается или уменьшается. Чтобы избежать этих неблагоприятных ощущений, убедитесь, что для наращивания и наращивания времени для стимуляции. Как упоминалось ранее, устройства tDCS предлагают автоматический период наращивания/вниз. Проверьте устройство на наличие конкретных деталей.
- Убедитесь, что объект остается комфортным и избегает ненужных перемещений.
- Если электроды обезвоживаются, о чем может свидетельствовать снижение качества контакта, используйте шприц, чтобы постепенно добавить измеренное количество солевой раствора к электродам. Там могут быть экспериментальные планы, где tDCS электроды расположены на голове задолго до стимуляции, так что, когда стимуляция планируется начать электроды были на голове в течение некоторого времени и может стать обезвоженной.
ПРИМЕЧАНИЕ: Электроды, предназначенные для tDCS, такие как оснастки электроды были разработаны производителем для поддержания насыщения в ходе сессии tDCS (например, десятки минут). Однако некоторые условия (например, исключительно сухая атмосфера кондиционирования воздуха) могут ускорить обезвоживание электродов. Электроды Snap предварительно насыщены, поэтому потребность в дополнительном сольном сведена к минимуму.- Чтобы избежать сольной капельницы из-за тяжести, обеспечить градуированные применения на верхний край губки.
- Чтобы свести к минимуму обезвоживание, избегайте длительного времени между установкой tDCS и запуском tDCS или, если это неизбежно (долгая задача, которая должна быть проведена после применения головных уборов, но до применения tDCS), добавьте проверки для подтверждения насыщения губки и импедания.
- Избегайте прикосновения к электродам во время стимуляции. Если добавление физраствора не улучшает качество контакта, подтвердите ощущение кожи от предмета. Каждое испытание и устройство будет иметь явно конкретные критерии для любых головных уборов или электродов регулировки шаги до или во время tDCS в том числе, когда стимуляция прерывается на основе impedance и / или предмета ощущения.
- В конце сеанса стимуляции устройство снизит интенсивность обработки до 0 мА. Не позволяйте субъекту снять головные уборы самостоятельно. Не снимайте головные уборы до того, как устройство указывает на ток, который завершается током ноль. По мере того как в настоящее время ramps вниз, некоторые вопросы могут сообщить увеличенные ощущения such as tingling. Эти незначительные ощущения останавливаются после того, как текущая интенсивность возвращается к нулю.
- Когда устройство закончит сращиваются и ток равен нулю, выключите устройство.
7. После процедуры
- Удалите головные уборы, загруженные электродами, с головы матери.
- Отключите электроды оснастки от ремешка. Утилизировать электроды оснастки (так как они одноразового использования).
- Осмотрите кожу под электродами. Мягкий до умеренного покраснения, как ожидается, во время tDCS5,11,29, большинство из них просто от давления30.
- Администрирование вопросника неблагоприятных событий для оценки возможных побочных эффектов. Неблагоприятные вопросники события могут включать любые побочные эффекты, обычно связанные с tDCS, такие как покалывание, зуд и жжение, головная боль и дискомфорт. Примеры такого вопросника можно найти в Brunoni et al. (2011)31.
- Хотя tDCS считается безопасным при соблюдении стандартных протоколов5, выполнять процедуру мониторинга неблагоприятных событий во время разработки протокола любого исследования. Особенно в некоторых популяциях пациентов, серьезные неблагоприятные события могут произойти, не связанные с tDCS. Процедуры мониторинга неблагоприятных событий включают курс действий, которым следует следовать, если субъект сообщает о неожиданных или серьезных побочных эффектах во время или после сеанса. Внимательно и тщательно следите за процедурами мониторинга неблагоприятных событий.
Representative Results
Ожидается, что современные методы tDCS, описанные в руководстве, упростят настройку tDCS и тем самым сократят время подготовки при одновременном повышении надежности. Время установки измерялось с использованием традиционных и современных методов tDCS. Отдельное внимание было уделено экспертам по сравнению с новичками для каждого метода (n-8). Каждый новичок или эксперт-оператор провел установку пять раз. Для традиционного метода tDCS как эксперты, так и новички рассмотрели инструкции по подготовке15,а также дополнительные инструкции перед первыми испытаниями установки. Для современного метода tDCS, как эксперты, так и новички рассмотрели более раннюю версию этого руководства. Во всех случаях операторам разрешалось задавать наблюдателям вопросы и при необходимости задавать инструкции, которые были бы учтены в времени установки. Наблюдатели в противном случае не предоставили обратной связи. Надежность была забита наблюдателем после каждого испытания по шкале 1-3 как: (1) Плохая установка с существенной ошибкой в размещении электродов (зgt;5 см) и/или значительнонее неравномерное контакт электрода с кожей (йgt;50% поверхности губки, не контактирующей с кожей), и/или другие существенные ошибки; (2) Умеренная или небольшая ошибка в размещении электрода (3-5 см) и/или умеренном неравномерном контакте электрода с кожей (30-50% поверхности губки, не контактирующей с кожей) и/или других незначительных ошибок; (3) Нет очевидной ошибки в размещении электродов или значительного неравномерного контакта электрода с кожей, и никаких других существенных ошибок.
Традиционный метод
Традиционный метод требует измерений для позиции M1-SO перед каждым приложением с использованием протокола измерения, основанного на системе ЭЭГ 10-20. Губки должны быть собраны и насыщены. Начинающим операторам было дано инструкция с указаниями для измерения системы ЭЭГ 10–20, которую они могли прочитать до суда. Это руководство по обучению хранилось во время испытаний для справки. Оба эксперта и новичка завершили 5 испытаний установки, включая необходимые измерения головы в каждом испытании. Индивидуальное время, взятое для каждого испытания установки, было записано(рисунок 4). Среднее время установки, запринятое экспертом, составило 7,93 минуты (2,30 евро). Среднее время установки, заехаемые новичком, составило 10,47 минуты (3,36 евро). Новички, как правило, не смогли достичь ошибки бесплатно установки даже на 5-й сессии. Эксперты допустили нечастые ошибки установки.
Современный метод
Современные методы требуют, чтобы окружность головы каждого предмета измерялась один раз, чтобы определить соответствующий размер головного убора для использования (S: 52-55,5 см, M: 55,5-58,5 см, L: 58,5-62 см, XL: 62-65 см). Губки были предварительно собраны и предварительно насыщены. Индивидуальное время, взятое для каждого испытания установки, было записано(рисунок 4). Среднее время установки, заехаемые экспертом, составило 1,23 минуты (0,37). Среднее время установки, заехаемые новичком, составило 2,53 минуты (0,48 евро). Новички, как правило, были достигнуты ошибки бесплатно установки на 5-й сессии и любые ошибки были незначительными. Эксперты не допустили никаких ошибок в настройке. Современный подход tDCS повышает надежность установки при одновременном снижении времени установки.
Ошибка позиции
Современный метод tDCS позволяет разместить электрод с сопоставимой точностью с экспертным оператором, измеряющим традиционную позицию ЭЭГ 10-10. Например, для M1-S0 с использованием соответствующего ремешка, средняя ошибка положения составляет 1,5 мм, что значительно меньше, чем размер электрода (5 см х 5 см) и не соответствующая ошибка для поддеянетельного потока тока мозга19. Для оператора или самоприменения современный метод tDCS является очень надежным.
Развертывание
Современный метод tDCS может быть частью программы телемедицины для хронически больных пациентов с множественными симптомами, включая паллиативную помощь. Для монтажа M1-SO было достигнуто размещение репликатного электрода. Не было никаких трудностей с обучением пациентов, соблюдением протокола или переносимостью26. Для бифронтального монтажа репликационная и сносная стимуляция была достигнута у обоих пациентов с рассеянным склерозом и болезнью Паркинсона32, подтверждая надежное размещение было достигнуто даже для самоприменения в субъекте с дефицитом двигателя.
Любое абсолютное или относительное противопоказания останется неизменным в традиционных и современных методах. Протоколы, признанные эффективными с помощью традиционного метода, будут применяться к современному методу, хотя современный метод повысит надежность и воспроизводимость, особенно в домашних условиях или в высокой пропускной состоянии.
Рисунок 1: головные уборы с фиксированной позицией и предварительно собранные электроды губки. (A) Некоторые головные уборы с фиксированной позицией уже включают необходимые кабели, с предварительно собранными губками, предназначенными для привязки на. (B) Эта цифра указывает на процесс установки головных уборов, прикрепив электроды твердо на месте на головной ремень. (C) Предварительно собранные электроды уже замачивают в сольном растворе. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: M1-SO монтаж и Бифронтальный монтаж. (A, B) В установке монтажа M1-SO анод помещается над областью, соответствующей первичной моторной коре (M1), а катод помещается над контралатеральной надорбитальной (SO) областью. (A) - вид сбоку и (B) вид спереди. (C, D) В двухфронтальной установке монтажа анодальный электрод помещается над правой, а катодальный электрод помещается над левой дорсолатеральной префронтальной корой. (C) - вид сбоку и (D) вид спереди. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Элементы, которые обычно присутствуют в каждой сессии tDCS. Хотя некоторые материалы будут зависеть от цели исследования/лечения, перечисленные ниже пункты имеют важное значение для сессии tDCS, описанной в настоящем руководстве. Эти элементы включают в себя: 1) устройство tDCS, 2) одноразовые электроды оснастки губки, 3) солевой раствор, 4) головной убор с фиксированной позицией (один ниже включает в себя необходимые соединительные кабели), и 5) шприц для солевой применения, если это необходимо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Время настройки и показатели производительности для новичков и экспертов, применяющих как современный, так и традиционный метод tDCS. Эксперты и начинающие операторы пять раз проводили установку монтажа M1-SO, используя традиционный метод настройки tDCS и современный метод установки. Традиционный метод установки включает в себя проведение измерений для положения M1-S0 с использованием системы ЭЭГ 10-20, а затем размещение электродов в целевом месте. Для традиционного и современного метода tDCS как эксперты, так и новички рассмотрели инструкции по подготовке, а также дополнительные инструкции перед первыми испытаниями установки. Современный метод установки tDCS сокращает время установки и повышает производительность как для экспертов, так и для начинающих субъектов, поскольку он удаляет трудоемкий шаг 10-20 измерений ЭЭГ для монтажа M1-S0. При использовании современного метода tDCS (Панель B2 и D2)среднее время установки, затраченное экспертами и новичками, составило 1,23 минуты (0,37) и 2,53 минуты (0,48) соответственно. При использовании традиционного метода tDCS (Панель B1 и D1)среднее время установки, затраченное экспертами и новичками, составило 7,93 минуты (2,30) и 10,47 минут (3,36) соответственно. После каждого испытания электродов установки, производительность была измерена по шкале 1-3 с 3 забил как ошибка бесплатно установки и 1 забил как плохая установка. Производительность была выше для современного метода tDCS для экспертов и новичков. Что касается традиционного метода tDCS, то средняя производительность экспертов и новичков составила 2,75 (0,25) и 1,5 (0,25) соответственно (Группа A1 и C1). Что касается современного метода tDCS, то средняя производительность экспертов и новичков составила 3 (0) и 2,75 (0,3) соответственно (Группа A2 и C2). Ошибки бары показывают стандартное отклонение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
| Классический метод | Обновленный метод | Преимущество обновленного метода | |
| Измерение позиционирования электродов | Несколько показателей ленты на каждом сеансе. | Одноленовая лента измеряется только на первом сеансе. | Снижение времени и повышение надежности позиционирования электродов. |
| Подготовка электрода | Несколько шагов, включая сборку и насыщение. | Нет подготовки (предварительно насыщенный). Включает в себя оснастки разъем. | Снижение времени и повышение надежности в подготовке электрода. |
| Головной убор | Резиновые полосы с несколькими соединениями. | Одноразовая головная передача с фиксированными позициями разъема. | Снижение времени и повышение надежности позиционирования электродов. |
Таблица 1: Резюме сравнения классического метода tDCS и современного метода tDCS. Что касается положения электрода, подготовки электрода и использования головных уборов, то современные методы tDCS обеспечивают прогресс в сокращении времени и повышении надежности.
Discussion
С 2000 года наблюдается экспоненциальное увеличение скорости (количество опубликованных испытаний) и ширины (диапазон приложений и показаний) для tDCS5,11,33. Современные протоколы tDCS, иллюстрированные здесь, потенциально дополнительно поддерживают принятие в испытаниях на людях, особенно в увеличении размера и участках (например, ключевых испытаниях), и в конечном счете в лечении9, поскольку эти современные методы tDCS просты и нормализуют критические шаги установки. Так как подготовка электрода и положение определить дозу tDCS12, методы для обеспечения репликации установки основой воспроизводимых испытаний. Современная техника, описанная здесь, как ожидается, будет выгодным по критерию включения, но может обеспечить особую пользу в группе, где обычные методы оказываются сложными в результате кожи головы / волос условия, поведение, или в высокой по всей (многоцентровых испытаний) и удаленных настроек34,35. Современная техника, обеспечивая более безопасную фиксацию электродов (например, по сравнению с специальных эластичных ремней в обычной технике) позволит улучшить комбинацию с адъюнкт-поведенческой терапии, такие как зеркальная терапия36,37,38, визуальные изображения и виртуальной реальности39,40,41, или физической терапии34,43, 44,45.
tDCS считается безопасной и удобной формой неинвазивной стимуляции мозга5,11. Тем не менее, по-прежнему важно обеспечить, чтобы стимуляция проводилась после лучших практик14. Все операторы tDCS проходят обучение и сертификацию. Детальный протокол для конкретного исследования создается с изложением любых необходимых дополнительных материалов, используемого электрода- монтажа, любых задач, если это применимо, важной процедуры безопасности, которой следует следовать до, во время и после стимуляции, а также критерии включения и исключения в рамках исследования. Некоторые критерии исключения могут включать металлические татуировки головы и/или шеи, металлические имплантаты в голове и/или шее, среди прочих - но они не являются абсолютными (например, tES у субъектов с эпилепсией, имплантатами и острыми дефектами черепа)4. Многие аспекты протоколов исследования tDCS, такие как некоторые материалы, размещение электродов, продолжительность, среди других процедур, специфичны для дизайна исследования. При изменении протокола в соответствии с конкретными потребностями, убедитесь, что эти изменения являются приемлемыми как для субъекта и исследователь5,11.
Современный метод tDCS описан в этом руководстве. Этот современный метод применения tDCS значительно проще, чем обычный метод, и поэтому быстрее и менее подвержены ошибкам.
Disclosures
Городской университет Нью-йорка имеет патенты на стимуляцию мозга, на которых Маром Биксон является изобретателем. Маром Биксон является соучредителем Soterix Medical Inc.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана НИЗ (гранты 1R01NS101362-01, 1R01MH111896-01, 1R01NS095123-01, 1R01MH109289-01, 1K01AG050707).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1x1 transcranial electrical stimulation | Soterix Medical Inc. | 2001tE | The tDCS setting was used on the tES device |
| Dlpfc-1 headgear with cables | Soterix Medical Inc. | SNAPstrap 1300-ESOLE-S-M | Dlpfc-1 (size: adult - medium) |
| M1-SO headgear with cables | Soterix Medical Inc. | SNAPstrap 1300-ESM-S-M | M1-SO (size: adult - medium) |
| Saline solution | Soterix Medical Inc. | 1300S_5 | |
| Snap sponge electrodes 5x5 cm | Soterix Medical Inc. | SNAPpad 1300-5x5S | Single-use only |
| Syringe | Soterix Medical Inc. | 1300SR_5 | Syringe for saline application |
References
- Brunoni, A. R., et al. Clinical research with transcranial direct current stimulation (tDCS): challenges and future directions. Brain Stimulation. 5 (3), 175-195 (2012).
- Villamar, M. F., Santos Portilla, A., Fregni, F., Zafonte, R. Noninvasive brain stimulation to modulate neuroplasticity in traumatic brain injury. Neuromodulation: Journal of the International Neuromodulation Society. 15 (4), 326-338 (2012).
- Datta, A., et al. Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimulation. 2 (4), 201-207 (2009).
- Huang, Y., et al. Measurements and models of electric fields in the in vivo human brain during transcranial electric stimulation. eLife. 6, (2017).
- Bikson, M., et al. Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016. Brain Stimulation. 9 (5), 641-661 (2016).
- Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. The Journal of Physiology. 527, Pt 3 633-639 (2000).
- Jamil, A., et al. Systematic evaluation of the impact of stimulation intensity on neuroplastic after-effects induced by transcranial direct current stimulation. The Journal of Physiology. 595 (4), 1273-1288 (2017).
- Monte-Silva, K., et al. Induction of late LTP-like plasticity in the human motor cortex by repeated noninvasive brain stimulation. Brain Stimulation. 6 (3), 424-432 (2013).
- Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (1), 56-92 (2017).
- Buch, E. R., et al. Effects of tDCS on motor learning and memory formation: A consensus and critical position paper. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (4), 589-603 (2017).
- Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (9), 1774-1809 (2017).
- Peterchev, A. V., et al. Fundamentals of transcranial electric and magnetic stimulation dose: definition, selection, and reporting practices. Brain Stimulation. 5 (4), 435-453 (2012).
- Esmaeilpour, Z., et al. Incomplete evidence that increasing current intensity of tDCS boosts outcomes. Brain Stimulation. 11 (2), 310-321 (2018).
- Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related noninvasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1031-1048 (2016).
- DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. (51), e2744 (2011).
- Meinzer, M., et al. Transcranial direct current stimulation and simultaneous functional magnetic resonance imaging. Journal of Visualized Experiments. (86), e51730 (2014).
- Pope, P. A. Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum. Journal of Visualized Experiments. (96), e52302 (2015).
- Rabau, S., et al. Comparison of the Long-Term Effect of Positioning the Cathode in tDCS in Tinnitus Patients. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 217 (2017).
- Knotkova, H., et al. Automatic M1-SO Montage Headgear for Transcranial Direct Current Stimulation (TDCS) Suitable for Home and High-Throughput In-Clinic Applications. Neuromodulation: Journal of the International Neuromodulation Society. , (2018).
- Woods, A. J., Bryant, V., Sacchetti, D., Gervits, F., Hamilton, R. Effects of Electrode Drift in Transcranial Direct Current Stimulation. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 10 (1), 1 (2017).
- Fehér, K. D., Morishima, Y. Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS). Journal of Visualized Experiments. (107), e53527 (2016).
- Schestatsky, P., Morales-Quezada, L., Fregni, F. Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation. Journal of Visualized Experiments. (76), e50426 (2013).
- Carvalho, F., et al. Home-Based Transcranial Direct Current Stimulation Device Development: An Updated Protocol Used at Home in Healthy Subjects and Fibromyalgia Patients. Journal of Visualized Experiments. (137), e57614 (2018).
- Terney, D., Chaieb, L., Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Increasing human brain excitability by transcranial high-frequency random noise stimulation. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 28 (52), 14147-14155 (2008).
- Guleyupoglu, B., Schestatsky, P., Edwards, D., Fregni, F., Bikson, M. Classification of methods in transcranial electrical stimulation (tES) and evolving strategy from historical approaches to contemporary innovations. Journal of Neuroscience Methods. 219 (2), 297-311 (2013).
- Riggs, A., et al. At-Home Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) With Telehealth Support for Symptom Control in Chronically-Ill Patients With Multiple Symptoms. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 12, 93 (2018).
- Shaw, M. T., et al. Remotely Supervised Transcranial Direct Current Stimulation: An Update on Safety and Tolerability. Journal of Visualized Experiments. (128), e56211 (2017).
- Brunoni, A. R., et al. The Escitalopram versus Electric Current Therapy for Treating Depression Clinical Study (ELECT-TDCS): rationale and study design of a non-inferiority, triple-arm, placebo-controlled clinical trial. Sao Paulo Medical Journal. 133 (3), 252-263 (2015).
- Aparício, L. V. M., et al. A Systematic Review on the Acceptability and Tolerability of Transcranial Direct Current Stimulation Treatment in Neuropsychiatry Trials. Brain Stimulation. 9 (5), 671-681 (2016).
- Ezquerro, F., et al. The Influence of Skin Redness on Blinding in Transcranial Direct Current Stimulation Studies: A Crossover Trial. Neuromodulation: Journal of the International Neuromodulation Society. 20 (3), 248-255 (2017).
- Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. International Journal of Neuropsychopharmacology. 14 (8), 1133-1145 (2011).
- Shaw, M., et al. Proceedings #13. Updated Safety and Tolerability of Remotely-Supervised Transcranial Direct Current Stimulation (RS-tDCS). Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 10 (4), 60-61 (2017).
- Grossman, P., et al. transcranial Direct Current Stimulation Studies Open Database (tDCS-OD). bioRxiv. , 369215 (2018).
- Dobbs, B., et al. Generalizing remotely supervised transcranial direct current stimulation (tDCS): feasibility and benefit in Parkinson's disease. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 15 (1), 11 (2018).
- Charvet, L., et al. Remotely Supervised Transcranial Direct Current Stimulation Increases the Benefit of At-Home Cognitive Training in Multiple Sclerosis. Neuromodulation: Journal of the International Neuromodulation Society. 21 (4), 383-389 (2018).
- von Rein, E., et al. Improving motor performance without training: the effect of combining mirror visual feedback with transcranial direct current stimulation. Journal of Neurophysiology. 113 (7), 2383-2389 (2015).
- Cho, H. S., Cha, H. G. Effect of mirror therapy with tDCS on functional recovery of the upper extremity of stroke patients. Journal of Physical Therapy Science. 27 (4), 1045-1047 (2015).
- Beaulé, V., et al. Modulation of physiological mirror activity with transcranial direct current stimulation over dorsal premotor cortex. The European Journal of Neuroscience. 44 (9), 2730-2734 (2016).
- Fuentes, M. A., et al. Combined Transcranial Direct Current Stimulation and Virtual Reality-Based Paradigm for Upper Limb Rehabilitation in Individuals with Restricted Movements. A Feasibility Study with a Chronic Stroke Survivor with Severe Hemiparesis. Journal of Medical Systems. 42 (5), 87 (2018).
- Jax, S. A., Rosa-Leyra, D. L., Coslett, H. B. Enhancing the mirror illusion with transcranial direct current stimulation. Neuropsychologia. 71, 46-51 (2015).
- Santos, T. E. G., et al. Manipulation of Human Verticality Using High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation. Frontiers in Neurology. 9, 825 (2018).
- Halko, M. A., et al. Neuroplastic changes following rehabilitative training correlate with regional electrical field induced with tDCS. NeuroImage. 57 (3), 885-891 (2011).
- D'Agata, F., et al. Cognitive and Neurophysiological Effects of Noninvasive Brain Stimulation in Stroke Patients after Motor Rehabilitation. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 10, 135 (2016).
- Doppelmayr, M., Pixa, N. H., Steinberg, F. Cerebellar, but not Motor or Parietal, High-Density Anodal Transcranial Direct Current Stimulation Facilitates Motor Adaptation. Journal of the International Neuropsychological Society: JINS. 22 (9), 928-936 (2016).
- Bowling, N. C., Banissy, M. J. Modulating vicarious tactile perception with transcranial electrical current stimulation. The European Journal of Neuroscience. 46 (8), 2355-2364 (2017).
