Summary
オンラインゲーマーに経頭蓋直流刺激(tDCS)と神経イメージング評価を適用するためのプロトコルと実現可能性に関する研究を提示する。
Abstract
経頭蓋直流刺激(tDCS)は、頭皮に弱い電流を加え、神経膜電位を調節する非侵襲的な脳刺激技術です。他の脳刺激方法と比較して、tDCSは比較的安全で、簡単で、管理が安価です。
過度のオンラインゲームはメンタルヘルスや日常的な機能に悪影響を及ぼす可能性があるため、ゲーマー向けの治療オプションを開発する必要があります。背面前頭前野(DLPFC)上のtDCSは、様々な中毒のための有望な結果を実証しているが、それはゲーマーでテストされていません。本論文では、DLPFCとニューロイメージングに繰り返しtDCSを適用してゲーマーの基礎となる神経相関を調べるためのプロトコルと実現可能性に関する研究について述べる。
ベースラインでは、オンラインゲームをプレイする個人は、ゲームに費やされた平均週時間を報告し、依存症の症状と自己制御に関するアンケートを完了し、脳18F-fluoo-2-デオキシグルコース陽電子放射断層撮影法(FDG-PET)を受けます。tDCS プロトコルは、DLPFC 上の 12 セッションで 4 週間で構成されます (アノード F3/カソード F4、セッションあたり 30 分の 2 mA)。次に、ベースラインと同じプロトコルを使用してフォローアップを行います。オンライン ゲームをプレイしないユーザーは、tDCS なしでベースライン FDG-PET スキャンのみを受け取ります。DLPFCにおけるグルコース(rCMRglu)の局所的な脳代謝率(rCMRglu)の臨床特性および非対称性の変化はゲーマーで調べられる。さらに、rCMRglu の非対称性は、ベースラインのゲーマーと非ゲーマーの間で比較されます。
私たちの実験では、15人のゲーマーがtDCSセッションを受け取り、ベースラインとフォローアップスキャンを完了しました。10人の非ゲーマーがベースラインでFDG-PETスキャンを受けました。tDCSは中毒症状を軽減し、ゲームに費やす時間を短縮し、自制心を高めました。また、ベースラインにおけるDLPFCにおけるrCMRgluの異常な非対称性は、tDCS後に緩和された。
現在のプロトコルは、tDCSの治療効果とゲーマーの脳の根本的な変化を評価するのに役立つかもしれません.さらなるランダム化されたシャム制御研究が保証される。さらに、プロトコルは、他の神経学的および精神障害に適用することができる。
Introduction
近年、メンタルヘルスや日常的な機能に悪影響を及ぼす関連やインターネットゲーム障害(IGD)との関連から、過度のオンラインゲーム利用に注目が集まっている。薬物療法や認知行動療法を含むいくつかの治療戦略が評価されているが、その有効性の証拠は4に限定されている。
以前の研究は、IGDが他の行動中毒および物質使用障害と臨床的および神経生物学的類似性を共有する可能性があることを示唆している5,6.後頭前前野(DLPFC)は、7、インパルス制御8、意思決定9、認知柔軟性10などの物質および行動中毒の病態生理学に密接に関与することが報告されている。IGD に関するいくつかの神経イメージング研究は、DLPFC6の構造および機能障害を報告しています。特に、構造神経イメージング研究は、DLPFC11、12および機能的磁気共鳴画像法(fMRI)研究における灰色物質密度の低下を明らかにし、IGD13を有する患者のDLPFCにおいて変化したcued誘導活性を発見した。さらに、脳の機能的非対称性は、IGDを含む中毒における衝動性および渇望に寄与し得る。例えば、オンラインゲームに対するキュー誘発欲求は、右前頭活性化14に関連している可能性があります。しかしながら、過剰なオンラインゲーム使用またはIGDに関連するグルコース(rCMRglu)の局所脳代謝率の変化は、他の脳欠損15と比較してさらに調査され続けている。
経頭蓋直流刺激(tDCS)は、頭皮に付着した電極を介して弱い電流(1-2 mA)を加え、神経膜電位を調節する非侵襲的な脳刺激技術です。一般に、皮質賦形性は、アノード電極下で増加し、陰極電極16の下で減少する。tDCSは、磁気パルスを用いてコイル下の脳組織に電流を発生させる経頭蓋磁気刺激(TMS)などの他の脳刺激技術に比べて、シンプルで安価で安全に投与できるため、一般的な方法となっています。最近のレビューによると、従来のtDCSプロトコルの使用は、任意の深刻な副作用または不可逆的な傷害を生成していない、刺激領域17の下で軽度かつ一過性のかゆみまたはヒリヒリ感のみに関連付けられています。
いくつかの研究は、行動および物質中毒を治療するためのDLPFC上のtDCS18、19、20および反復TMS21、22の有利な結果を実証している。しかし, オンラインゲームの使用と基礎となる脳の変化に脳刺激技術の影響を調査するためにさらなる研究が必要です。.
本研究の目的は、18F-Fluoo-2-デオキシグルコース陽電子放射断層撮影(FDG-PET)を用いてゲーマーにおける基礎的な神経相関を調べるために、DLPFCおよびニューロイメージングにtDCSの繰り返しセッションを適用するプロトコルを提示し、その実現可能性を評価することである。具体的には、中毒症状の変化、ゲームに費やされた平均時間、自己制御、およびDLPFCにおけるrCMRgluの非対称性に焦点を当てた。
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Protocol
このプロトコルで提示されるすべての実験手順は、機関審査委員会によって承認されており、ヘルシンキ宣言に従っています。
1. 研究参加者
- オンライン ゲーム (ゲーマー グループ) をプレイすることを報告する個人と、オンライン ゲームをプレイしていないことを報告するユーザー (ゲーマー以外のグループ) を募集します。
注:ここでは、精神障害の診断と統計マニュアル-523に従って2つ以上のIGD症状を有する個人、またはゲーマーグループで平均して1日平均1時間のゲームをプレイする人を含めました。非ゲーマー グループは、rCMRglu とゲーマー グループを比較するためにベースライン 脳 FDG-PET スキャンのみを受け取り、tDCS セッションを受信しません。 - 両方のグループについて、(a)主要な医学的、精神医学的、または神経学的障害を有する個人、(b)外傷性脳損傷の履歴、(c)アルコールまたは他の薬物乱用または依存の歴史、(d)向精神薬の使用、または(e)任意の重度の頭痛、頭部の金属、発作の既往歴、てんかん、脳外科手術、またはtDCS電極が付着する皮膚上の病変やその他の医学的問題などのtDCSの禁忌。
- 研究の目的、主な実験手順、および研究への参加に関連する潜在的なリスクを各参加者に説明する。ご質問に答えた後、書面による同意を得ます。
2. ベースラインアセスメント
- 以下のアンケートを用いて臨床特性を評価する:インターネット依存症試験(IAT)24及び簡単自己制御尺度(BSCS)25.さらに、参加者にゲームに費やした平均週時間を報告してもらいます。
注:IATの「インターネット」という言葉は、オンラインゲーム中毒の深刻度を評価するために「オンラインゲーム」に置き換えられます。 -
脳FDG-PETスキャンを実行します。
- FDGの185 - 222 MBqで参加者を注入し、彼らは目を閉じた暗くて静かな部屋で静かな位置で起きて、静かな位置で休んでいる間、取り込み期間の45分間休ませます。
- 脳FDG-PETスキャンを実施し、PET-CTスキャナを用いて約15分で経軸方向の発光画像とCT画像を取得します。
3. tDCSの適用
- ベースライン評価後1週間以内に、参加者にtDCSを適用します。tDCSデバイス、ウェットワイプ、生理線溶液、2つのスポンジ電極(直径6cm)、ケーブル、ヘッドキャップ、ヘッドバンドの3つの材料を使用してtDCSセッションを準備します。
- 参加者に椅子に座って下ろします。
- tDCS デバイスの刺激パラメータを設定します: 2 mA (30 分の場合) (電流密度 = 0.07 mA/cm2)。電流を 30 s を超えて 2.0 mA まで傾斜し、29 分間 2.0 mA のままになり、最後の 30 分間で 0 mA までランプダウンするように設定します。
- ヘッドキャップ(インターナショナル10-20システム)を参加者の頭に当て、左後方前頭前野(F3)と右後頭前頭前野(F4)をマークします。次に、参加者の頭からヘッドキャップを取り外します。
- ヘッドバンドのゴムホルダーに2つのスポンジ電極を置き、生理線溶液で浸します。
- 電極を塗布する頭皮のメイク、汚れ、汗を取り除きます。
- ヘッドバンドをマーキング ポイントの上に置き、アノダル電極を左側の DLPFC の上に置き、カソード電極を右側の DLPFC の上に置きます。
- ケーブルを使用して電極をtDCSデバイスに接続し、デバイスの電源を入れます。
- tDCS セッション中または後に有害な影響を報告するように参加者に依頼します。
- 刺激の30分の終わりに、デバイスの電源を切り、参加者から電極を取り外します。
- 合計 12 個の tDCS セッションを管理します (週に 3 回 4 週間)。
4. フォローアップ評価
- ベースライン評価と同じプロトコルを使用して、最後の tDCS セッションの 1 週間以内にフォローアップ評価を実行します。
5. データ分析
-
PET画像を前処理するには、適切なソフトウェアパッケージを使用します(例:統計的パラメトリックマッピング12)。
- DICOMファイルをNIFTIファイルに変換します。
- すべての PET 画像を標準 PET テンプレートに空間的に正規化します。
- 左右の DLPFC (WFU ピクアトラス ツールボックスなど) のバイナリ マスクを作成します。DLPFCは、自動解剖学的標識アトラスの中前頭回によって定義されます。
- マスク(例えば、MarsBaRツールボックス)を使用して左右のDLPFCのrCMRgluを抽出します。rCMRgluは比例スケーリングを使用してグローバル平均取り込みに正規化されます。
- DLPFC 内の rCMRglu の非対称指数 (AI) を (rCMRglu 右 - rCMRglu 左) / [(rCMRglu 右 + rCMRglu 左) / 2] × 100 として計算します。陽性AIは、グルコース代謝の左より右大非対称性を示す。
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Representative Results
合計15人のゲーマー(表1)と10人の非ゲーマーが募集されました。ゲーマーグループの平均年齢(21.3 ± 1.4)は、非ゲーマーグループ(28.8 ± 7.5)よりも有意に低かった(t = -3.81,p < 0.001)。ゲーマーグループには8人、ゲーマー以外のグループには6人の男性がいました(ƒ2 = 0.11、p = 0.74)。
線形混合モデルを使用した動作結果は、tDCS セッションが IAT スコア (z = -4.29、 p < 0.001)、ゲームに費やした週単位 (z = -2.41、p = 0.02)、およびゲーマー グループの BSCS スコア (z = 2.80、p = 0.01) を改善したことを示しています (表 1および図 1)。tDCS セッション中に有害事象は報告されませんでした。
IAT スコアの変化とゲーマーの BSCS スコアの変化 (r = -0.77, p < 0.001) との間に有意な負の相関関係が見つかりました (図 2)。さらに、ゲームに費やされる時間の減少は、限界レベル(r = -0.50、p = 0.06)でゲーマーグループのBSCSスコアの増加に関連していました。
PET分析の結果、DLPFCのAIはゲーマーグループと非ゲーマーグループ(t = 3.53、p = 0.002)のベースラインで有意に異なっていたことが明らかになりました(図3)。2つのグループ間の年齢の有意な差にもかかわらず、rCMRgluは若年成人26の老化の影響を受けないかもしれない。tDCS セッションの後、ゲーマー グループ内の DLPFC の AI が大幅に減少しました (z = -2.11, p = 0.04) (図 3)。
図1: ゲーマー群の臨床特性の変化.(A)インターネット中毒テストのスコア、(B)ゲームをプレイして過ごした毎週の時間、および(C)経頭蓋直流刺激(tDCS)の前後の短い自己制御スケールスコア。誤差範囲は標準誤差を示します。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図2:ブリーフセルフコントロールスケールの変化とゲーマーグループのインターネット依存症テストの変化との間の有意な負の相関。
図3:後方前頭前野におけるグルコース(rCMRglu)の局所脳代謝率の非対称性指標。非対称指数は(rCMRglu右-rCMRglu左)/[(rCMRglu右+rCMRglu左)/2]×100と定義した。誤差範囲は標準誤差を示します。この図は、Leeら27から改変された。tDCS、経頭蓋直流刺激。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
| 特性 | プレ tDCS | ポスト tDCS | テスト統計 |
| (平均 ± SD または n) | (平均 ± SD) | ||
| 年齢 | 21.3 ± 1.4 | ||
| セックス(男性/女性) | 8/7 | ||
| インターネット依存症テスト | 37.5 ± 15.7 | 24.9 ± 16.7 | z = -4.29, p < 0.001 |
| ゲームに費やした週単位の時間 | 16.8 ± 11.7 | 10.3 ± 9.9 | z = -2.41, p = 0.02 |
| 簡単なセルフコントロールスケール | 35.1 ± 6.4 | 37.9 ± 4.7 | z = 2.80、p = 0.01 |
| 注: SD = 標準偏差。tDCS = 経頭蓋直流刺激。 | |||
| ゲーマーは、背面前頭前野(セッションあたり30分の2 mA、4週間で週3回)で合計12のtDCSセッションを受け取りました。 | |||
表 1: ゲーマーの人口統計学的特徴と臨床的特徴ゲーマーは、背面前頭前野(セッションあたり30分の2 mA、4週間で週3回)で合計12のtDCSセッションを受け取りました。
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Discussion
オンラインゲーマー向けのtDCSとニューロイメージングプロトコルを発表し、その実現可能性を評価しました。その結果、DLPFC上でtDCSの繰り返しセッションは、オンラインゲーム中毒の症状を減らし、ゲームに費やされた平均時間と自己制御の増加を示しました。自己制御の増加は、中毒症状の減少と相関していた。さらに、右側が左側より大きいDLPFCにおけるrCMRgluの異常な非対称性は、ゲーマーグループのtDCSセッションの後に改善された。これらの結果は、オンラインゲームの使用を減らすためのtDCSの実現可能性を示唆している可能性があります。しかし、我々の実験はシャム制御グループを持っておらず、参加者は採用時に研究の目的を認識していたので、オンラインゲーマーにおけるtDCSの有効性を評価するために、さらなる無作為化されたシャム制御研究が保証されています。さらに、tDCSの長期的な影響も調査する必要があります。
我々は、IGDを持つ正常なゲーマーと個人の両方を含むように包含基準を広く定義したが、それはまた、将来の研究の参加者としてIGD患者のみを含めることが有益であるかもしれない。それ以外の場合、tDCSの効果は、より大きなサンプルで通常のゲーマーとIGD患者の間で比較することができます。さらに、重度の頭痛、頭部の金属、発作またはてんかんの既往歴、頭皮の病変などのtDCSの禁忌は、安全性のために注意深くスクリーニングされるべきである。
適切な tDCS パラメータを使用することも、現在のプロトコルにとって重要な手順です。一般に、より高い電流強度(または電流密度)と長い刺激持続時間は、より強く、より長持ちする効果に関連付けられています。ほとんどの研究では、電流強度と刺激持続時間の範囲は1〜2mAおよび10〜30分、それぞれ28分である。最大4mAの電流を有するtDCSの単一セッションは、脳卒中患者29では安全かつ耐容性があったが、2mAは、ヒト研究30の安全閾値として推奨される。さらに、いくつかの研究は、刺激持続時間の増加が極性の影響を変化させることを報告し、電流強度および刺激持続時間の影響が必ずしも線形30ではない可能性があることを示唆している。
電極サイズは電流密度と空間焦点に影響を与えます。より小さい電極は、より大きな電流密度だけでなくシャント効果31にも関連し得るので、25〜35cm2の間の電極サイズは、一般的に30として使用される。刺激極性に関しては、アルコール依存における以前のtDCS研究は、アノダルF3/カソーダルF4とアノダルF4/陰極F3モンタージュの両方がアルコール渇望18を有意に減少させることを報告した。したがって、これら2つのモンタージュの効果は、ゲーマーにおける将来のtDCS研究でも比較される可能性がある。
累積的で長期的な効果のために、我々は4週間にわたって合計12 tDCSセッションを適用しました。このスケジュールは、以前の tDCS スタディ32と比較して、長期間にわたる比較的多くのセッションで構成されます。近年、遠隔監視されたポータブルtDCSは、自宅で繰り返し自己管理するために開発されており、参加者33、34のための便利で時間の節約であろう。頭部の大きさ、頭蓋骨の厚さ、皮質のジャイリとスルシの形態を含む解剖学的変動は現在の分布に影響を与える可能性があるため、tDCSの計算モデルを適用して電流の流れを予測し、電極モンタージュ35を最適化および個別化することができる。
シャム tDCS プロトコルの場合、電流は 30 s を超えて最大 2 mA までランプアップし、次の 30 s で 0 mA までランプダウンするように設定できます。このシャムプロトコルを使用すると、参加者は最初にアクティブなtDCSセッションと同じ感覚を電極の下に感じるので、アクティブな刺激とシャム刺激を区別するのが困難です。この初期および短い刺激は、シャムtDCS36のための信頼できる技術であり、他の非侵襲的な神経調節技術よりもtDCSの利点の1つであることが証明されている。さらなる研究は、ゲーマーのための様々なtDCSパラメータを最適化し、標準化することが保証されています。
ゲームの中毒の重大度を評価するためのプロトコルに関しては、他のスケールが開発され、検証された37したがって、IAT の代わりに使用できます。イメージング解析では、標的部位におけるrCMRgluの非対称性に着目したものの、rCMRgluにおける脳全体のボクセルワイズ変化を解析することも有益である可能性がある。さらに、fMRIのような他のイメージングモダリティは、tDCSによって誘導される脳の変化を調べるために使用することができる。例えば、fMRIの研究は、ブプロピオン治療がインターネットビデオゲーム中毒患者におけるDLPFCにおけるキュー誘発活性を減少させることを報告した。
私たちのプロトコルは、tDCSを使用して中毒の重大度とオンラインゲームの使用を減らし、基礎となる神経相関を評価するための実現可能性と安全性を示しました。適切な修飾を行えば、他の神経疾患および精神疾患に適用可能である。
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Disclosures
ニューヨーク市立大学(CUNY)は、発明者としてマロム・ビクソンとの神経刺激システムと方法に関するIPを持っています.マロム・ビクソンはソテリックス・メディカル・インクに株式を保有し、ボストン・サイエンティフィック社のコンサルタントを務めています。他のすべての著者は、利害の財政的な対立を宣言しません。
Acknowledgments
この研究は、韓国国立研究財団(NRF)が科学省(2015M3C7A1064832、2015M3C7A1028373、2018M3A6A3058651)、国立衛生研究所(NIHNIMH 1R01MH1111)によって支援されました。1R01NS101362)。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Discovery STE PET/CT Imaging System | GE Healthcare | ||
| MarsBaR region of interest toolbox for SPM | Matthew Brett | Neuroimaging analysis software; http://marsbar.sourceforge.net/ | |
| Statistical Parametric Mapping 12 | Wellcome Centre for Human Neuroimaging | Neuroimaging analysis software; https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/ | |
| Transcranial direct current stimulation device | Ybrain | YDS-301N | |
| WFU_PickAtlas | ANSIR Laboratory, Wake Forest University School of Medicine | Neuroimaging analysis software; https://www.nitrc.org/projects/wfu_pickatlas/ |
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