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Estimulação transcraniana de corrente direta para jogadores on-line

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

Apresentamos um protocolo e um estudo de viabilidade para a aplicação da estimulação transcraniana de corrente direta (tDCS) e avaliação de neuroimagem em jogadores on-line.

Abstract

Estimulação transcraniana de corrente direta (tDCS) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva que aplica uma corrente elétrica fraca ao couro cabeludo para modular os potenciais da membrana neuronal. Em comparação com outros métodos de estimulação cerebral, tDCS é relativamente seguro, simples e barato para administrar.

Uma vez que o excesso de jogos on-line pode afetar negativamente a saúde mental e o funcionamento diário, o desenvolvimento de opções de tratamento para os jogadores é necessário. Embora o tDCS sobre o córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) tenha demonstrado resultados promissores para vários vícios, não foi testado em jogadores. Este artigo descreve um protocolo e um estudo de viabilidade para a aplicação de tDCS repetido sobre o DLPFC e neuroimagem para examinar os correlatos neurais subjacentes em jogadores.

Na linha de base, os indivíduos que jogam jogos on-line relatam média semanal horas gastas em jogos, preencher questionários sobre sintomas de dependência e auto-controle, e se submeter ao cérebro 18F-fluoro-2-desoxiglicose pósitron tomografia de emissão (FDG-PET). O protocolo tDCS consiste em 12 sessões sobre o DLPFC por 4 semanas (anode F3/cathode F4, 2 mA para 30 min por sessão). Em seguida, um acompanhamento é realizado usando o mesmo protocolo que a linha de base. Indivíduos que não jogam jogos on-line recebem apenas varreduras FDG-PET de base sem tDCS. Mudanças de características clínicas e assimetria da taxa metabólica cerebral regional de glicose (rCMRglu) no DLPFC são examinadas em jogadores. Além disso, a assimetria de rCMRglu é comparada entre jogadores e não-jogadores na linha de base.

Em nosso experimento, 15 jogadores receberam sessões de tDCS e completaram exames de linha de base e acompanhamento. Dez não-jogadores foram submetidos a varreduras FDG-PET na linha de base. O tDCS reduziu os sintomas de dependência, o tempo gasto em jogos e o aumento do autocontrole. Além disso, a assimetria anormal de rCMRglu no DLPFC na linha de base foi aliviada após o tDCS.

O protocolo atual pode ser útil para avaliar a eficácia do tratamento do tDCS e suas alterações cerebrais subjacentes nos jogadores. Outros estudos randomizados controlados por farsa são justificados. Além disso, o protocolo pode ser aplicado a outros distúrbios neurológicos e psiquiátricos.

Introduction

Nos últimos anos, tem sido dada uma atenção crescente ao uso excessivo de jogos on-line desde que suas associações com impacto negativo na saúde mental e no funcionamento diário, bem como com o transtorno de jogos na Internet (IGD) foram relatadas1,2,3. Embora várias estratégias de tratamento, incluindo farmacoterapia e terapia cognitivo-comportamental tenham sido avaliadas, as evidências de sua eficácia são limitadas4.

Estudos anteriores sugeriram que a DIG pode compartilhar semelhanças clínicas e neurobiológicas com outros vícios comportamentais e transtornos de uso de substâncias5,6. Tem sido relatado que o córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) está intimamente envolvido na fisiopatologia da substância e vício comportamental, como o desejo7, controle de impulso8, tomada de decisão9, e flexibilidade cognitiva10. Vários estudos de neuroimagem sobre IGD relataram deficiências estruturais e funcionais no DLPFC6. Em particular, estudos estruturais de neuroimagem revelaram uma redução na densidade da matéria cinzenta no DLPFC11,12 e um estudo funcional de ressonância magnética (fMRI) encontrou uma atividade induzida por cued alterada no DLPFC de pacientes com DD113. Além disso, a assimetria funcional do cérebro pode contribuir para a impulsividade e desejo em vícios, incluindo IGD. Por exemplo, o desejo induzido por sugestões por jogos on-line pode estar relacionado a ativações pré-frontais certas14. No entanto, as alterações da taxa metabólica cerebral regional de glicose (rCMRglu) associada ao uso excessivo de jogos on-line ou IGD continuam a ser investigadas em comparação com outros déficits cerebrais15.

Estimulação transcraniana de corrente direta (tDCS) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva que aplica uma corrente elétrica fraca (1-2 mA) através de eletrodos ligados ao couro cabeludo para modular os potenciais da membrana neuronal. Geralmente, a excitabilidade cortical é aumentada o eletrodo do ânodo e diminuída o elétrodo do cátodo16. TDCS tornou-se um método popular porque é simples, barato e seguro para administrar em comparação com outras técnicas de estimulação cerebral, como estimulação magnética transcraniana (TMS) que usa um pulso magnético para gerar uma corrente elétrica no tecido cerebral a bobina. De acordo com uma revisão recente, o uso de protocolos convencionais tDCS não produziu quaisquer efeitos adversos graves ou lesão irreversível e está associado apenas com coceira leve e transitória ou sensação de formigamento a área de estimulação17.

Vários estudos têm demonstrado resultados favoráveis de tDCS18,19,20 e TMS repetitivo21,22 sobre o DLPFC para o tratamento da dependência comportamental e de substâncias. No entanto, mais estudos são necessários para investigar os efeitos das técnicas de estimulação cerebral no uso de jogos on-line e as alterações cerebrais subjacentes.

O objetivo deste estudo é apresentar um protocolo para a aplicação de sessões repetidas de tDCS sobre o DLPFC e neuroimagem para examinar os correlatos neurais subjacentes em jogadores usando 18F-fluoro-2-desoxiglicose pósitron tomography de emissão (FDG-PET), bem como para avaliar a sua viabilidade. Especificamente, nos concentramos em mudanças nos sintomas de dependência, tempo médio gasto em jogos, autocontrole e assimetria de rCMRglu no DLPFC.

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Protocol

Todos os procedimentos experimentais apresentados neste protocolo foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional e estão de acordo com a Declaração de Helsínquia.

1. Participantes da pesquisa

  1. Recrute indivíduos que relatam que jogam jogos online (o grupo de jogadores) e aqueles que relatam que não jogam jogos online (o grupo não-jogador).
    Nota: Aqui, incluímos indivíduos com dois ou mais sintomas de IGD de acordo com o Manual Diagnóstico e Estatístico de Transtornos Mentais-523 ou aqueles que jogam jogos pelo menos uma hora por dia, em média, no grupo de jogadores. O grupo não-jogador passa por apenas varreduras fdg-PET cerebrais de base para comparar rCMRglu com o grupo de jogadores e não recebe sessões de tDCS.
  2. Para ambos os grupos, exclua indivíduos com (a) grandes distúrbios médicos, psiquiátricos ou neurológicos, (b) história de lesão cerebral traumática, (c) história de abuso ou dependência de substâncias ou outras substâncias, (d) uso de medicamentos psicotrópicos, ou (e) qualquer contra-indicações para tDCS tais como a dor de cabeça severa, o metal na cabeça, a história da apreensão, da epilepsia, ou da cirurgia de cérebro, ou todas as lesões ou outros problemas médicos na pele onde os elétrodos de tDCS serão unidos.
  3. Explique a cada participante o objetivo do estudo, os principais procedimentos experimentais e quaisquer riscos potenciais associados à participação no estudo. Depois de responder a quaisquer perguntas, obtenha o consentimento por escrito.

2. Avaliação de base

  1. Avalie as características clínicas usando os seguintes questionários: Teste de Dependência da Internet (IAT)24 e Escala breve de autocontrole (BSCS)25. Além disso, peça aos participantes que relatem a média de horas semanais gastas jogando jogos.
    Nota: A palavra "Internet" no IAT é substituída por "jogos online" para avaliar a gravidade do vício em jogos online.
  2. Realizar exames cerebrais FDG-PET.
    1. Injete aos participantes 185 - 222 MBq de FDG e que os participantes rescansem por 45 minutos de um período de captação durante o qual estejam acordados e descansando em posição supina em uma sala escura e silenciosa com os olhos fechados.
    2. Realizar varreduras fdg-PET cerebrais para adquirir imagens de emissão transaxial e imagens de TC usando um scanner PET-CT em cerca de 15 minutos. Aplicar correção de atenuação, filtragem padrão e técnicas de reconstrução padrão.

3. Aplicação do tDCS

  1. Dentro de uma semana após a avaliação de base, aplique tDCS aos participantes. Prepare sessões tDCS com seguintes materiais: um dispositivo tDCS, lenços umedecidos, solução saline, dois eletrodos de esponja (6 cm de diâmetro), um cabo, uma tampa de cabeça e uma faixa na cabeça.
  2. Tenha o participante sentar-se em uma cadeira.
  3. Defina os parâmetros de estimulação para o dispositivo tDCS: 2 mA para 30 min (densidade atual = 0,07 mA/cm2). Definir a corrente para que ele rampas até 2,0 mA mais de 30 s, permanece em 2,0 mA para 29 min, e rampas para baixo para 0 mA ao longo dos últimos 30 s.
  4. Coloque a cabeça (o sistema Internacional 10-20) na cabeça do participante e marque o córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo (F3) e o córtex pré-frontal dorsolateral direito (F4). Em seguida, retire a tampa da cabeça da cabeça do participante.
  5. Coloque dois eletrodos de esponja nos suportes de borracha da faixa da cabeça e mergulhe-os com solução saline.
  6. Retire qualquer maquiagem, sujeira ou suor no couro cabeludo, onde os eletrodos serão aplicados.
  7. Coloque a faixa de cabeça sobre os pontos de marcação, colocando o eletrodo anodal sobre o DLPFC esquerdo e o eletrodo cátodo sobre o DLPFC direito.
  8. Conecte os eletrodos ao dispositivo tDCS usando o cabo e ligue o dispositivo.
  9. Peça ao participante que relate quaisquer efeitos adversos durante ou após a sessão do tDCS.
  10. Ao final dos 30 min de estimulação, desligue o dispositivo e retire os eletrodos do participante.
  11. Administrar um total de 12 sessões tDCS (3 vezes por semana durante 4 semanas).

4. Avaliação de acompanhamento

  1. Realize a avaliação de acompanhamento dentro de uma semana após a última sessão do tDCS usando o mesmo protocolo da avaliação de base.

5. Análise de dados

  1. Use um pacote de software apropriado para pré-processar as imagens PET (por exemplo, mapeamento paramétrico estatístico 12).
    1. Converta arquivos DICOM em arquivos NIFTI.
    2. Normalize espacialmente todas as imagens pet para o modelo PET padrão.
  2. Crie máscaras binárias para o DLPFC esquerdo e direito (por exemplo, caixa de ferramentas WFU PickAtlas). O DLPFC é definido pelo giro frontal médio no atlas automatizado de rotulagem anatômica.
  3. Extraia rCMRglu da Esquerda e direita DLPFC usando as máscaras (por exemplo, caixa de ferramentas MarsBaR). O rCMRglu é normalizado para captação média global usando escala proporcional.
  4. Calcule o índice de assimetria (IA) de rCMRglu no DLPFC como (rCMRglu à direita - rCMRglu à esquerda) / [(rCMRglu direita + rCMRglu esquerda) / 2] × 100. A IA positiva indica assimetria do metabolismo da glicose à direita maior do que a esquerda.

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Representative Results

Um total de 15 jogadores(Tabela 1)e 10 não-jogadores foram recrutados. A idade média do grupo de jogadores (21,3 ± 1,4) foi significativamente menor do que a do grupo não-jogador (28,8 ± 7,5) (t = -3,81, p < 0,001). Havia 8 homens no grupo de jogadores e 6 homens no grupo não-jogador(2 = 0,11, p = 0,74).

Resultados comportamentais usando modelos mistos lineares indicam que as sessões de tDCS reduziram com sucesso a pontuação do IAT (z = -4,29, p < 0,001), horas semanais gastas jogando jogos (z = -2,41, p = 0,02), e melhoraram a pontuação bscs (z = 2,80, p = 0,01) no grupo de gamer (Tabela 1 e Figura 1). Nenhum evento adverso foi relatado durante as sessões do tDCS.

Uma correlação negativa significativa foi encontrada entre as mudanças na pontuação do IAT e as da pontuação BSCS em jogadores (r = -0,77, p < 0,001) (Figura 2). Além disso, uma diminuição do tempo gasto em jogos foi associada a um aumento da pontuação BSCS no grupo de jogadores em um nível marginal (r = -0,50, p = 0,06).

A análise pet revelou que a IA do DLPFC foi significativamente diferente entre o grupo de jogadores e o grupo não-jogador (t = 3,53, p = 0,002) na linha de base(Figura 3). Apesar da diferença significativa de idade entre os dois grupos, rCMRglu não pode ser afetado pelo envelhecimento em adultos jovens26. Após as sessões de tDCS, a IA do DLPFC no grupo de jogadores foi significativamente diminuída (z = -2,11, p = 0,04) (Figura 3).

Figure 1
Figura 1:Mudanças nas características clínicas do grupo de jogadores. (A) Pontuações do Teste de Dependência da Internet(B)semanais gastos jogando, e (C)Breve Saltações da Escala de Autocontrole antes e depois da estimulação transcraniana de corrente direta (tDCS). Barras de erro indicam erros padrão. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figure 2
Figura 2:Uma correlação negativa significativa entre as mudanças na Escala de Controle de Auto breve e as do Teste de Dependência de Internet no grupo de jogadores.

Figure 3
Figura 3:Índice de assimetria da taxa metabólica cerebral regional de glicose (rCMRglu) no córtex pré-frontal dorsolateral. O índice de assimetria foi definido como (rCMRglu direita - rCMRglu à esquerda) / [(rCMRglu direita + rCMRglu esquerda) / 2] × 100. Barras de erro indicam erros padrão. Este número foi modificado a partir de Lee et al.27. tDCS, estimulação transcraniana de corrente direta. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Características Pré-tDCS Pré-tDCS Pós-tDCS Estatísticas de teste
(média ± SD ou n) (média ± SD)
Idade 21,3 ± 1,4
Sexo (masculino/feminino) 8/7
Teste de dependência de internet 37,5 ± 15,7 24,9 ± 16,7 z = -4,29, p < 0,001
Horas semanais gastas jogando jogos 16,8 ± 11,7 10,3 ± 9,9 z = -2,41, p = 0,02
Breve Escala de Autocontrole 35,1 ± 6,4 37,9 ± 4,7 z = 2,80, p = 0,01
Nota: SD = desvio padrão; tDCS = estimulação transcraniana de corrente direta.
Os jogadores receberam um total de 12 sessões tDCS sobre o córtex pré-frontal dorsolateral (2 mA por 30 min por sessão, 3 vezes por semana durante 4 semanas).

Tabela 1: Características demográficas e clínicas dos jogadores. Os jogadores receberam um total de 12 sessões tDCS sobre o córtex pré-frontal dorsolateral (2 mA por 30 min por sessão, 3 vezes por semana durante 4 semanas).

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Discussion

Apresentamos um protocolo tDCS e neuroimagem para jogadores on-line e avaliamos sua viabilidade. Os resultados demonstraram que sessões repetidas de tDCS sobre o DLPFC reduziram os sintomas de dependência de jogos on-line e o tempo médio gasto em jogos e aumentaram o autocontrole. Um aumento no autocontrole foi correlacionado com uma diminuição em sintomas do apego. Além disso, a assimetria anormal de rCMRglu no DLPFC, onde o lado direito foi maior do que o lado esquerdo foi melhorado após as sessões tDCS no grupo gamer. Estes resultados podem sugerir a viabilidade do tDCS para reduzir o uso de jogos online. No entanto, uma vez que nosso experimento não tinha um grupo de controle simulado e os participantes estavam cientes do objetivo do estudo no momento do recrutamento, mais estudos randomizados controlados por farsa são garantidos para avaliar a eficácia do tDCS em jogadores on-line. Além disso, os efeitos a longo prazo do tDCS também devem ser investigados.

Embora tenhamos definido nossos critérios de inclusão amplamente para incluir jogadores normais e indivíduos com DIG, também pode ser informativo incluir apenas pacientes com DIG como participantes do estudo em estudos futuros. Caso contrário, os efeitos do tDCS podem ser comparados entre jogadores normais e pacientes com DIG em amostras maiores. Além disso, quaisquer contra-indicações para tDCS, como dor de cabeça severa, metal na cabeça, história de convulsão ou epilepsia, e lesões no couro cabeludo devem ser cuidadosamente rastreadas para a segurança.

O uso de parâmetros tDCS apropriados também é um passo crítico para o protocolo atual. Em geral, maior intensidade atual (ou densidade atual) e maior duração da estimulação estão associados a efeitos mais fortes e duradouros. Na maioria dos estudos, uma intensidade atual e uma duração de estimulação variam de 1 a 2 mA e de 10 a 30 min, respectivamente28. Embora uma única sessão de tDCS com corrente até 4 mA era seguro e tolerável em pacientes com AVC29,2 mA é recomendado como um limiar de segurança para estudos em humanos30. Além disso, alguns estudos relataram que um aumento na duração da estimulação altera os efeitos da polaridade, sugerindo que os efeitos da intensidade atual e duração da estimulação podem não ser necessariamentelineares 30.

O tamanho do eletrodo influencia a densidade atual e a tecelalidade espacial. Uma vez que eletrodos menores podem estar associados não só com maior densidade de corrente, mas também shunting efeito31, tamanhos de eletrodos entre 25 e 35 cm2 são comumente usados30. No que diz respeito à polaridade de estimulação, um estudo tDCS anterior na dependência do álcool relatou que tanto anodal F3/cathodal F4 e ananodal F4/cathodal F3 montagens significativamente reduzidas o desejo de álcool18. Assim, os efeitos dessas duas montagens também podem ser comparados em futuros estudos tDCS em jogadores.

Para efeitos cumulativos e duradouros, aplicamos um total de 12 sessões de TDCS ao longo de 4 semanas. Este cronograma consiste em um número relativamente grande de sessões durante longo período em comparação com estudos anteriores tDCS32. Recentemente, tDCS portátil supervisionado remotamente foi desenvolvido para a autoadministração repetida em casa e seria conveniente e time-saving para participantes33,34. Uma vez que a variabilidade anatômica, incluindo o tamanho da cabeça, espessura do crânio e morfologias de giros corticais e sulci, pode influenciar a distribuição atual, modelos computacionais do tDCS podem ser aplicados para prever o fluxo atual e otimizar e individualizar as montagens de eletrodos35.

Para o protocolo tDCS sham, a corrente pode ser definida para rampa até 2 mA mais de 30 s e rampa para 0 mA ao longo dos próximos 30 s. Com esse protocolo falso, os participantes têm dificuldades em distinguir entre estimulação ativa e falsa porque sentem as mesmas sensações os eletrodos que nas sessões ativas do tDCS no início. Esta estimulação inicial e curta provou ser uma técnica confiável para sham tDCS36 e ser uma das vantagens do tDCS sobre outras técnicas de neuromodulação não invasivas. Mais pesquisas são justificadas para otimizar e padronizar vários parâmetros tDCS para os jogadores.

Em relação ao protocolo de avaliação da gravidade do vício para jogos, outras escalas foram desenvolvidas e validadas37e, portanto, podem ser usadas em vez de IAT. Na análise de imagem, embora nos concentremos na assimetria de rCMRglu no local alvo, analisar alterações em termos de voxel de cérebro inteiro no rCMRglu também pode ser informativo. Além disso, outras modalidades de imagem, como a fMRI, podem ser usadas para investigar as alterações do cérebro induzidas pelo tDCS. Por exemplo, um estudo de fMRI relatou que o tratamento de bupropiona diminuiu a atividade induzida por pistas no DLPFC em pacientes com dependência de videogames na Internet38.

Nosso protocolo mostrou a viabilidade e a segurança para reduzir a gravidade do vício e o uso de jogos on-line usando tDCS e para avaliar os correlatos neurais subjacentes. Com modificações apropriadas, poderia ser aplicável a outras desordens neurológicas e psiquiátricas.

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Disclosures

A Universidade da Cidade de Nova York (CUNY) tem IP no sistema de neuroestimulação e métodos com Marom Bikson como inventor. Marom Bikson tem capital próprio na Soterix Medical Inc e atua como consultor para a Boston Scientific Inc. Todos os outros autores não declaram conflitos de interesses financeiros.

Acknowledgments

Este estudo foi apoiado pela National Research Foundation of Korea (NRF) financiada pelo Ministério da Ciência e TIC (2015M3C7A1064832, 2015M3C7A1028373, 2018M3A6A3058651) e pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIHNIMH 1R01MH111896, NIH-NINS 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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