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온라인 게이머를 위한 경두개 직접 전류 자극

Published: November 9, 2019 doi: 10.3791/60007
Automatic Translation
*1, *2, 2, 2, 3, 4, 5, 2, 2
1Department of Radiology, Yeouido St. Mary's Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea, 2Department of Radiology, Incheon St. Mary's Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea, 3Department of Brain and Cognitive Sciences, Ewha Womans University, 4Department of Biomedical Engineering, The City College of New York, 5Department of Neurology, Incheon St. Mary's Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea
* These authors contributed equally

Summary

우리는 온라인 게이머에서 경두개 직접 전류 자극 (tDCS) 및 신경 이미징 평가를 적용하기위한 프로토콜 및 타당성 연구를 제시합니다.

Abstract

경두개 직접 전류 자극 (tDCS)은 신경 막 전위를 조절하기 위해 두피에 약한 전류를 적용하는 비침습적 뇌 자극 기술입니다. 다른 뇌 자극 방법에 비해, tDCS는 상대적으로 안전, 간단 하 고 관리 저렴.

과도한 온라인 게임은 정신 건강과 일상 적인 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 게이머를위한 치료 옵션을 개발하는 것이 필요하다. dLPFC(dLPFC)를 통해 tDCS는 다양한 중독에 대한 유망한 결과를 입증했지만, 게이머에서 테스트되지 않았습니다. 이 논문에서는 DLPFC 및 신경 이미징을 통해 반복된 tDCS를 적용하여 게이머의 기본 신경 상관 관계를 검사하는 프로토콜 및 타당성 연구를 설명합니다.

기준선에서, 온라인 게임을 하는 개별은 게임에 소요된 평균 주간 시간을 보고하고, 중독 현상 및 자기 통제에 대한 완전한 설문지를, 두뇌 18F-플루오로-2-deoxyglucose 양전자 방출 단층 촬영 (FDG-PET)을 겪습니다. tDCS 프로토콜은 4주 동안 DLPFC를 통해 12개의 세션으로 구성됩니다(양극 F3/음극 F4, 세션당 30분 동안 2mA). 그런 다음, 후속 조치는 기준선과 동일한 프로토콜을 사용하여 수행된다. 온라인 게임을 하지 않는 개인은 tDCS 없이 기준 FDG-PET 스캔만 받습니다. DLPFC에서 포도당 (rCMRglu)의 국부적 대뇌 대사 율의 임상 적 특성 및 비대칭의 변화는 게이머에서 검사됩니다. 또한, rCMRglu의 비대칭은 기준선에서 게이머와 비 게이머 사이에 비교됩니다.

이 실험에서는 15명의 게이머가 tDCS 세션을 받고 기준 및 후속 검사를 완료했습니다. 10 명의 비 게이머가 기준선에서 FDG-PET 스캔을 수행했습니다. tDCS는 중독 증상을 감소, 게임에 소요 된 시간, 증가 자기 통제. 더욱이, 기준선에서의 DLPFC에서의 rCMRglu의 비정상적인 비대칭은 tDCS 후에 완화되었다.

현재 프로토콜tDCS의 치료 효능과 게이머의 근본적인 뇌 변화를 평가하는 데 유용할 수 있습니다. 추가 무작위 가짜 제어 연구는 보증. 더욱이, 프로토콜은 다른 신경및 정신장애에 적용될 수 있다.

Introduction

최근에는 인터넷 게임 장애(IGD)뿐만 아니라 정신 건강 및 일상 기능에 부정적인 영향을 미치는 연관성이 있는 이후 과도한 온라인 게임 사용에 대한 관심이 높아지고 있으며1,2,3. 약물 요법과 인지 행동 치료를 포함한 여러 치료 전략이 평가되었지만, 그 효과에 대한 증거는 제한적입니다4.

이전 연구는 IGD다른 행동 중독 및 약물 사용 장애와 임상 및 신경 생물학적 유사성을 공유 할 수 있음을 제안했다5,6. 등측전두엽피질(DLPFC)은7,충동조절8,의사결정9,인지유연성10과 같은 물질및 행동중독의 병리생리학에 밀접하게 관여하는 것으로 보고되었다. IGD에 대한 여러 신경 이미징 연구는 DLPFC6에서구조적 및 기능적 장애를 보고했습니다. 특히, 구조적 신경이미징 연구는 DLPFC11,12 및 기능적 자기 공명 영상(fMRI) 연구에서 회색 물질 밀도의 감소를 밝혀IGD13환자의 DLPFC에서 변경된 큐드 유도 활성을 발견했다. 또한, 뇌의 기능적 비대칭은 IGD를 포함한 중독의 충동성과 갈망에 기여할 수 있습니다. 예를 들어, 온라인 게임에 대한 큐 유발 욕망은 오른쪽 전두엽 활성화와 관련이있을 수 있습니다14. 그러나, 과도 한 온라인 게임 사용 또는 IGD와 관련 된 포도 당 (rCMRglu)의 지역 대뇌 대사 속도의 변경 다른 뇌 적자에 비해 더 조사 남아15.

경두개 직접 전류 자극(tDCS)은 두피에 부착된 전극을 통해 약한 전류(1-2 mA)를 적용하여 신경막 전위를 조절하는 비침습적 뇌 자극 기술입니다. 일반적으로, 피질 흥분성은 양극 전극 하에서 증가하고 음극전극(16)하에서 감소한다. tDCS는 코일 아래 의 뇌 조직에서 전류를 생성하기 위해 자기 펄스를 사용하는 경두개 자기 자극 (TMS)과 같은 다른 뇌 자극 기술과 비교하여 간단하고 저렴하며 관리하기에 안전하기 때문에 인기있는 방법이되었습니다. 최근 검토에 따르면, 종래의 tDCS 프로토콜의 사용은 어떤 심각한 부작용 또는 돌이킬 수 없는 부상을 일으키지 않았으며 자극 영역 하에서 만 온화하고 일시적인 가려움증 또는 따끔거림 과소 감각과연관된다(17).

여러 연구는 tDCS의 유리한 결과를 입증 했다18,19,20 그리고 반복적인 TMS21,22 행동 및 물질 중독 치료에 대 한 DLPFC를 통해. 그러나, 추가 연구는 온라인 게임 사용및 기본 뇌 변화에 뇌 자극 기술의 효과 조사 하는 데 필요한.

이 연구의 목적은 DLPFC 및 신경 이미징을 통해 tDCS의 반복 세션을 적용하여 18F-플루오로-2-데옥시글루강 양전자 방출 단층 촬영 (FDG-PET)을 사용하여 게이머의 기본 신경 상관 관계를 검사하고 그 타당성을 평가하는 프로토콜을 제시하는 것입니다. 특히, 우리는 중독 증상의 변화에 초점을 맞추고, 게임에 소요 된 평균 시간, 자기 제어, DLPFC에서 rCMRglu의 비대칭.

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Protocol

이 프로토콜에 제시된 모든 실험 절차는 기관 검토 위원회의 승인을 받았으며 헬싱키 선언에 따라 처리됩니다.

1. 연구 참여자

  1. 온라인 게임(게이머 그룹)을 플레이한다고 보고한 개인과 온라인 게임(비게이머 그룹)을 플레이하지 않는다고 신고한 개인을 모집합니다.
    참고: 여기에서, 우리는 정신 장애의 진단 및 통계 매뉴얼에 따라 두 개 이상의 IGD 증상을 가진 개인을 포함-523 또는 게이머 그룹에서 평균 하루 에 적어도 한 시간 게임을 하는 사람들. 비 게이머 그룹은 게이머 그룹과 rCMRglu를 비교하기 위해 기준 뇌 FDG-PET 스캔만 거치며 tDCS 세션을 받지 않습니다.
  2. 두 그룹 모두 (a) 주요 의료, 정신 또는 신경 장애, (b) 외상성 뇌 손상 병력, (c) 알코올 또는 기타 약물 남용 또는 의존성 병력, (d) 향정신성 약물 사용 또는 (e) 심한 두통, 머리에 금속, 발작의 역사, 간질, 또는 뇌 수술, 또는 tDCS 전극이 부착 될 피부에 어떤 병변 이나 다른 의료 문제와 같은 tDCS에 대 한 금기.
  3. 각 참가자에게 연구의 목표, 주요 실험 절차 및 연구 참여와 관련된 잠재적 위험을 설명하십시오. 질문에 답한 후 서면 동의를 얻으시면 됩니다.

2. 기준 평가

  1. 다음 설문지를 사용하여 임상 적 특성을 평가합니다: 인터넷 중독 검사(IAT)24 및 간략한 자기 통제 척도(BSCS)25. 또한 참가자들에게 게임을 하는 데 소요된 평균 주간 시간을 보고하도록 요청합니다.
    참고: IAT의 "인터넷"이라는 단어는 온라인 게임 중독의 심각성을 평가하기 위해 "온라인 게임"으로 대체됩니다.
  2. 뇌 FDG-PET 스캔을 수행합니다.
    1. 참가자에게 FDG의 185 - 222 MBq를 주입하고 참가자가 눈을 감고 어둡고 조용한 방에서 깨어 있고 휴식을 취하는 동안 45 분 동안 휴식을 취하십시오.
    2. 약 15분 동안 PET-CT 스캐너를 사용하여 경축 방출 이미지와 CT 이미지를 획득하기 위해 뇌 FDG-PET 스캔을 수행합니다.

3. tDCS의 적용

  1. 기준 평가 후 1주일 이내에 참가자에게 tDCS를 적용하십시오. tDCS 장치, 젖은 물티슈, 식염수 용액, 2개의 스폰지 전극(직경 6cm), 케이블, 헤드캡 및 헤드밴드와 같은 재료로 tDCS 세션을 준비합니다.
  2. 참가자가 의자에 앉게 한다.
  3. tDCS 장치에 대한 자극 파라미터를 설정합니다: 30분 동안 2 mA(전류 밀도= 0.07 mA/cm2). 전류를 설정하여 30초 동안 최대 2.0mA로 경사지도록 설정하고, 29분 동안 2.0mA로 유지되고, 마지막 30초 동안 0mA까지 경사로를 유지합니다.
  4. 참가자의 머리에 헤드 캡 (국제 10-20 시스템)을 넣고 왼쪽 등쪽 전두엽 피질 (F3)과 오른쪽 등쪽 전두엽 피질 (F4)을 표시합니다. 그런 다음 참가자의 머리에서 헤드캡을 제거합니다.
  5. 헤드밴드의 고무 홀더에 스폰지 전극 2개를 놓고 식염수로 담급니다.
  6. 전극이 적용되는 두피의 메이크업, 먼지 또는 땀을 제거합니다.
  7. 왼쪽 DLPFC와 음극 전극을 오른쪽 DLPFC 위에 올려 놓음으로써 헤드밴드를 마킹 포인트 위에 놓습니다.
  8. 케이블을 사용하여 전극을 tDCS 장치에 연결하고 장치를 켭니다.
  9. 참가자에게 tDCS 세션 도중 또는 이후에 부작용을 보고하도록 요청합니다.
  10. 자극의 30 분의 끝에서, 장치를 끄고 참가자에서 전극을 제거합니다.
  11. 총 12회의 tDCS 세션(4주 동안 주당 3회)을 관리합니다.

4. 후속 평가

  1. 기준 선 평가와 동일한 프로토콜을 사용하여 마지막 tDCS 세션 후 1주일 이내에 후속 평가를 수행합니다.

5. 데이터 분석

  1. 적절한 소프트웨어 패키지를 사용하여 PET 이미지를 전처리합니다(예: 통계 적 파라메트릭 매핑 12).
    1. DICOM 파일을 NIFTI 파일로 변환합니다.
    2. 모든 PET 이미지를 표준 PET 템플릿으로 공간적으로 정규화합니다.
  2. 왼쪽 및 오른쪽 DLPFC(예: WFU PickAtlas 도구 상자)에 대해 이진 마스크를 만듭니다. DLPFC는 자동 해부학 라벨링 아틀라스의 중간 정면 자이러스에 의해 정의됩니다.
  3. 마스크(예를 들어, MarsBaR 도구 상자)를 사용하여 왼쪽 및 오른쪽 DLPFC의 rCMRglu를 추출합니다. rCMRglu는 비례 배율 조정을 사용하여 전역 평균 섭취량으로 정규화됩니다.
  4. DLPFC에서 rCMRglu의 비대칭 지수(AI)를 계산합니다(rCMRglu 오른쪽 - rCMRglu 왼쪽) / [(rCMRglu 오른쪽 + rCMRglu 왼쪽) / 2] × 100. 양성 AI는 포도당 대사의 오른쪽보다 큰 왼쪽 비대칭을 나타냅니다.

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Representative Results

총 15명의게이머(표 1)와10명의 비게이머가 모집되었습니다. 게이머 그룹의 평균 연령(21.3±1.4)은 비게이머 그룹(28.8±7.5)(t= -3.81, p< 0.001)보다 현저히 낮았다. 게이머 그룹에는 8명, 비게이머 그룹에서는 6명(θ2 = 0.11, p = 0.74)이 있었습니다.

선형 혼합 모델을 사용한 행동 결과는 tDCS 세션이 IAT 점수(z= -4.29, p< 0.001),주간 게임 플레이 시간(z = -2.41, p = 0.02)을 성공적으로 낮추고, 게이머 그룹에서 BSCS 점수(z = 2.80, p = 0.01)를 개선했음을나타냅니다(표 1). tDCS 세션 동안 부작용이 보고되지 않았습니다.

IAT 점수의 변화와 게이머의 BSCS 점수(r = -0.77, p< 0.001) 사이의 유의한 음의 상관관계가발견되었다(그림 2). 또한, 게임에 소요되는 시간의 감소는 한계 수준에서 게이머 그룹에서 BSCS 점수의 증가와 연관되었다(r = -0.50, p = 0.06).

PET 분석은 DLPFC의 AI가 기준선에서 게이머 그룹과 비게이머 그룹(t= 3.53, p = 0.002)간에 유의한 차이를나타났다(그림 3). 두 그룹 사이의 나이에 유의한 차이에도 불구하고, rCMRglu는 젊은 성인26의노화에 의해 영향을받지 않을 수 있습니다. tDCS 세션에 이어, 게이머 그룹에서 DLPFC의 AI가 현저히 감소하였다(z = -2.11, p =0.04)(그림 3).

Figure 1
그림 1: 게이머 그룹의 임상 적 특성의 변화. (a)인터넷 중독 시험 점수,(B)주간 게임 에 소요 된 시간, 및(C)경두개 직접 전류 자극 (tDCS) 전후 간단한 자기 제어 척도 점수. 오류 막대는 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
그림 2: 간략한 자기 제어 척도의 변화와 게이머 그룹의 인터넷 중독 테스트 간의 중요한 부정적인 상관 관계. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3
그림 3: 등측 전두엽 피질에서 포도당 (rCMRglu)의 국소 대뇌 대사 율의 비대칭 지수. 비대칭 인덱스는 (rCMRglu 오른쪽 - rCMRglu 왼쪽) / [(rCMRglu 오른쪽 + rCMRglu 왼쪽) / 2] × 100으로 정의되었다. 오류 막대는 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림은 리 외27에서수정되었습니다. tDCS, 경두개 직접 전류 자극. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

특성 사전 tDCS 포스트 tDCS 테스트 통계
(평균 ± SD 또는 n) (평균 ± SD)
연령 21.3 ± 1.4
성별(남성/여성) 8/7
인터넷 중독 테스트 37.5 ± 15.7 24.9 ± 16.7 z = -4.29, p < 0.001
매주 게임을 하는 데 소요된 시간 16.8 ± 11.7 10.3 ± 9.9 z = -2.41, p = 0.02
간략한 자기 제어 척도 35.1 ± 6.4 37.9 ± 4.7 z = 2.80, p = 0.01
참고: SD = 표준 편차; tDCS = 경두개 직접 전류 자극.
게이머들은 등쪽 전두엽 피질을 통해 총 12회의 tDCS 세션을 받았습니다(세션당 30분 동안 2mA, 4주 동안 주당 3회).

표 1: 게이머의 인구 통계 및 임상 적 특성. 게이머들은 등쪽 전두엽 피질을 통해 총 12회의 tDCS 세션을 받았습니다(세션당 30분 동안 2mA, 4주 동안 주당 3회).

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Discussion

우리는 온라인 게이머를위한 tDCS 및 신경 이미징 프로토콜을 제시하고 그 타당성을 평가했다. 결과는 DLPFC를 통해 tDCS의 반복세션이 온라인 게임 중독 증상을 감소시키고 게임에 소요된 평균 시간을 감소시키고 자제력을 증가시켰다는 것을 보여주었습니다. 자기 통제의 증가는 중독 증상의 감소와 상관 관계가 있었다. 더욱이, 오른쪽이 왼쪽보다 큰 DLPFC에서 rCMRglu의 비정상적인 비대칭은 게이머 그룹에서 tDCS 세션 후 개선되었다. 이러한 결과는 온라인 게임 사용을 줄이기 위한 tDCS의 타당성을 시사할 수 있습니다. 그러나, 우리의 실험은 가짜 대조군이 없었고 참가자들은 모집 시 연구의 목적을 알고 있었기 때문에, 온라인 게이머에서 tDCS의 효능을 평가하기 위해 추가 무작위 가짜 제어 연구가 보증됩니다. 또한 tDCS의 장기적인 효과도 조사해야 합니다.

비록 우리가 IGD를 가진 일반적인 게이머 와 개인 을 포함 하기 위해 광범위 하 게 우리의 포함 기준을 정의, 그것은 또한 단지 미래 연구에 연구 참가자로 IGD 환자를 포함 하는 것이 유익할 수 있습니다. 그렇지 않으면, tDCS의 효력은 더 큰 견본에 있는 일반 게이머 와 IGD 환자 사이에서 비교될 수 있습니다. 또한 심한 두통, 머리의 금속, 발작 이나 간질 의 병력 및 두피의 병변과 같은 tDCS에 대한 금기 사항은 안전을 위해 신중하게 검사해야합니다.

적절한 tDCS 매개 변수를 사용하는 것도 현재 프로토콜의 중요한 단계입니다. 일반적으로, 더 높은 전류 강도 (또는 전류 밀도) 및 더 긴 자극 지속 시간은 강하고 오래 지속되는 효과와 관련이 있습니다. 대부분의 연구에서, 현재 강도 및 자극 지속 시간 범위에서 1 받는 번째 2 mA 및 10 받는 번째에서 30 분, 각각28. 현재 최대 4mA의 tDCS의 단일 세션은 뇌졸중 환자29,2 mA에서 안전하고 견딜 수 있었지만 인간 연구30에대한 안전 성 임계값으로 권장된다. 또한, 일부 연구는 자극 지속 시간의 증가가 극성의 효과를 변화시키고, 현재 의 강도 및 자극 지속 시간의 효과가 반드시 선형30이아닐 수 있음을 시사한다고 보고했다.

전극 크기는 전류 밀도와 공간 초점에 영향을 미칩니다. 작은 전극은 더 큰 전류 밀도뿐만 아니라 회피 효과(31)와연관 될 수 있기 때문에, 25 및 35cm2 사이의 전극 크기는 일반적으로30사용된다. 자극 극성에 관하여, 알콜 의존에 있는 이전 tDCS 연구 결과는 둘 다 anodal F3/음극 F4 및 항결 F4/음극 F3 몽타주 가 알콜 갈망을 현저하게 감소시켰다는 것을보고했습니다 18. 따라서, 이들 두 몽타주의 효과는 또한 게이머들의 향후 tDCS 연구에서 비교될 수 있다.

누적 및 오래 지속되는 효과를 위해 4주 동안 총 12회의 tDCS 세션을 적용했습니다. 이 일정은 이전 tDCS 연구32에비해 장기간에 걸쳐 상대적으로 많은 수의 세션으로 구성됩니다. 최근에는 원격으로 감독되는 휴대용 tDCS가 가정에서 반복적인 자기 관리를 위해 개발되었으며 참가자33,34의편리하고 시간을 절약할 수 있습니다. 머리 크기, 두개골 두께, 및 피질 자이리와 설시의 형태변형을 포함하는 해부학적 가변성이 전류 분포에 영향을 미칠 수 있기 때문에, tDCS의 전산 모델은 전류 흐름을 예측하고 전극몽타주(35)를최적화및 개별화하기 위해 적용될 수 있다.

sham tDCS 프로토콜의 경우, 전류는 30s이상 2 mA까지 램프하고 다음 30s에 0 mA까지 램프로 설정될 수 있습니다. 이 가짜 프로토콜을 사용하면 참가자는 처음에 활성 tDCS 세션에서와 같은 감각을 느끼기 때문에 활성 자극과 가짜 자극을 구별하는 데 어려움을 겪습니다. 이러한 초기 및 짧은 자극은 sham tDCS36에 대한 신뢰할 수 있는 기술이며 다른 비침습적 신경 변조 기술에 비해 tDCS의 장점 중 하나일 수 있는 것으로 입증되었다. 게이머를 위한 다양한 tDCS 파라미터를 최적화하고 표준화하기 위한 추가 연구가 보장됩니다.

게임에 대한 중독 심각도를 평가하기 위한 프로토콜과 관련하여 다른 저울이37로개발및 검증되었기 때문에 IAT 대신 사용할 수 있습니다. 이미징 분석에서, 우리는 표적 사이트에 있는 rCMRglu의 비대칭에 집중하더라도, rCMRglu에 있는 전체 두뇌 복셀 현명한 변경을 분석하는 것은 또한 유익할 지도 모릅니다. 게다가, fMRI와 같은 그밖 화상 진찰 양식은 tDCS에 의해 유도된 두뇌의 변경을 조사하기 위하여 이용될 수 있습니다. 예를 들어, fMRI 연구는 부프로피온 치료가 인터넷 비디오 게임 중독 환자에서 DLPFC에서 큐 유발 활성을 감소시키는 것을 보고했다38.

우리의 프로토콜은 tDCS를 사용하여 중독 심각도 및 온라인 게임 사용을 줄이고 기본 신경 상관 관계를 평가하기위한 타당성 및 안전성을 보여주었습니다. 적절한 수정으로, 그것은 다른 신경 및 정신 장애에 적용 할 수 있습니다.

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Disclosures

뉴욕 시 립 대학 (CUNY) 발명가로 마롬 빅슨과 신경 자극 시스템 및 방법에 IP를 가지고. Marom Bikson은 소테릭스 메디컬 Inc.에 지분을 보유하고 있으며 보스턴 사이언티픽 Inc.의 컨설턴트로 활동하고 있습니다. 다른 모든 저자는 이해 관계의 재정적 충돌을 선언하지 않습니다.

Acknowledgments

이 연구는 한국과학기술정보통신부(NRF)가 후원한 한국과학기술정보통신부(2015M3C7A1064832, 2015M3C7A1028373, 2018M3A6A3058651)와 국립보건원(NIHNIMH 1011111)의 지원을 받았습니다. 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/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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행동 문제 153 온라인 게임 경두개 직접 전류 자극 양전자 방출 단층 촬영 등쪽 전두엽 피질 뇌 포도당 대사 자기 통제
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