İnsan kulağında transkutanöz auriküler vagus siniri stimülasyonu

Özet

Kaynak: Badran, B. W., et al. Transkutanöz Auriküler Vagus Sinir Stimülasyonunun (taVNS) Laboratuvar Uygulaması: Teknik, Hedefleme ve Hususlar. J. Vis. Uzm. (2019)

Bu video, beyin aktivitesini modüle etmek için invaziv olmayan bir yöntem olan transkutanöz auriküler vagus sinir stimülasyonunu (taVNS) göstermektedir. Elektrotlar, dış kulak yolunun ve tragusun ön duvarına yerleştirilir ve vagus sinirinin kulak dalını (ABVN) hedef alır. Uyarıldığında, ortaya çıkan sinir uyarısı beyin sapına gider ve burada birden fazla beyin bölgesini ve işlevlerini etkiler

Protokol

İnsan katılımcıları içeren tüm prosedürler, insan refahı için kurumsal, ulusal ve uluslararası yönergelere uygun olarak gerçekleştirilmiş ve yerel kurumsal inceleme kurulu tarafından gözden geçirilmiştir.

1. Malzemeler

1. : taVNS'yi uygulamak için gerekli tüm malzemelerin hazırlandığından emin olun (Şekil 1). TaVNS stimülatörü, yerel güvenlik düzenlemelerini karşılayan pille çalışan bir cihaz olabilir veya istenmeyen elektrik dalgalanmalarını önleyen yerleşik güvenlik mekanizmalarına sahip geleneksel bir elektrik prizinden güç alabilir. Maksimum 5 mA çıkışa sahip sabit akımlı (akım kontrollü) bir stimülatör gereklidir.
2. taVNS için, elektrolit jel veya iletken macun gibi iletken bir ortamla birleştirilmiş yuvarlak iletken bir metalden (kalay, Ag/AgCl, altın) yapılmış stimülasyon elektrotları kullanın (bkz. Alternatif olarak, esnek iletken karbon elektrotlar ve yapışkan olabilen veya olmayabilen iletken jel ile yapılmış iletken elektrotlar kullanın. Elektrotları asla iletken bir ortam olmadan doğrudan cilde yerleştirmeyin, çünkü bu katılımcı için gereksiz risk oluşturabilir ve rahatsızlığa veya ağrıya neden olabilir.
3. Stimülatörü kontrol etmek ve belirli parametrelerle stimülasyonu başlatmak için programlanmış ve kullanılan bilgisayar tarafından çalıştırılan komut dosyası yazılımını (Malzeme Tablosuna bakınız) kullanın. Bu parametreler arasında akım yoğunluğu (mA), darbe genişliği (μs), frekans (Hz), görev döngüsü (Açma/Kapama süresi, s) ve oturum süresi (dk) bulunur.
4. Elektrotları kulağa takmadan önce cilt yüzeyini hazırlamak için alkol hazırlama pedleri (%70 izopropil alkol) kullanın. Bu, yüzeydeki yağları ciltten uzaklaştırır ve cildin direncini azaltarak stimülasyonun güvenli güç seviyelerinde iletilmesini sağlar.

2. Kulak Hedefleme ve Cilt Hazırlığı

1. Araştırma ortamında taVNS yürütmek için aşağıdaki genel dahil etme kriterlerini kullanın: 18-70 yaş, yüz veya kulak ağrısı yok, yakın zamanda kulak travması yok, kalp pili dahil metal implant yok, hamile değil.
2. Laboratuvar ortamında sağlıklı katılımcıları içeren deneylerde, aşağıdaki dışlama kriterlerini kullanın: kişisel veya ailevi nöbet öyküsü, duygudurum veya kardiyovasküler bozukluklar, alkol bağımlılığı veya son zamanlarda yasadışı uyuşturucu kullanımı, nöbet riskini artırdığı bilinen herhangi bir farmakolojik ajan.
3. Katılımcıyı, bacakları yukarıda ve başı desteklenmiş olarak sırtüstü veya başka bir rahat pozisyonda rahat bir yatağa veya sandalyeye oturtun.
4. Katılımcının sol kulağını kontrol edin. Hiçbir mücevherin takılı olmadığından ve tüm makyaj ve losyonun çıkarıldığından emin olun. Güneş yanığı, kesikler, lezyonlar, açık yaralar dahil olmak üzere stimülasyon bölgesinde cilt ile ilgili herhangi bir kontrendikasyon olmadığını onaylayın.
5. Tragusu bularak dış kulak yolunun ön duvarı tarafından dıştan işaretlenmiş stimülasyon hedefini bulun. Stimülasyon, kulak kanalının tragusun hemen arkasındaki kısmına iletilecektir (Şekil 2).
6. Cilt direncini azaltmak ve iletkenliği artırmak için hedef bölgeyi hem içten hem de dıştan nazikçe ovalamak için bir alkol hazırlama pedi kullanın.

3. Elektrot Hazırlama ve Yerleştirme

1. Tek kullanımlık olmayan elektrotlar kullanılıyorsa, temiz, korozyona dayanıklı bir yüzeyin açığa çıktığından emin olmak için elektrotları görsel olarak inceleyin. Denekler arasında bakteri yayılmasını önlemek için elektrotların dezenfekte edildiğinden emin olun. Bu, elektrotları fırçalamak için alkol veya sterilizasyon mendilleri kullanılarak yapılabilir. Tek kullanımlık elektrotlar kullanıyorsanız, adım 3.2'ye geçin.
2. Elektrotun yüzeyine ince bir iletken macun tabakası eşit şekilde yayın. Bu, stimülasyon bölgesine elektrik dağıtacaktır. 8 mm çapında yuvarlak bir elektrot için bezelye büyüklüğünde bir macun yeterlidir. Her iki elektrot üzerinde <1 mm'lik ince bir macun tabakası oluşturmak için macunu dar bir ahşap aplikatör kullanarak yayın.
3. Cihaz kapalıyken elektrot kablolarını stimülasyon cihazına bağlayın ve elektrotların polaritesini doğrulayın (kırmızı/pozitif elektrot: anot, siyah/negatif elektrot: katot). Hedefleme polariteye özgü olduğu için bu önemli bir ayrıntıdır - anot (kırmızı / pozitif terminal) kulak kanalının içine yerleştirilen ve dış kulak kanalının ön duvarını hedefleyen elektrottur. Katot (siyah/negatif terminal) kulağın dış tarafında, tragusa bağlı olarak bulunur. Sahte stimülasyon için anot kulağın ön tarafına yerleştirilir.
4. Anot dış kulak kanalının ön duvarı ile temas edecek ve katot tragusun ön kısmına temas edecek şekilde yaylı elektrodu tragusun üzerine klipsleyin.
   NOT: Sahte stimülasyon yapıyorsanız, elektrodu kulak memesine klipsleyin (aktif kontrol). Alternatif olarak, aktif bölgeye stimülasyon klipsleri takılarak ve elektrik akımı verilmeyerek (pasif kontrol) sahte stimülasyon sağlanabilir.
5. Denekler kulaklarına takılan elektrotların basıncını hissedeceğinden, bu basıncın, klip bölgesindeki soluk beyaz cilt veya denek tarafından algılanan fiziksel ağrı ile gösterildiği gibi bölgesel kan akışını rahatsız etmediğinden veya bozmadığından emin olun. Bu noktadan sonra, bir sonraki prosedür adımında açıklanacak olan algısal eşiği (PT) belirleyin.

4. Algısal Eşiğin (PT) BelirlenmesiNOT

: Algısal eşik, taVNS stimülasyonunun gücünü belirlemek için kullanılan kritik bir değerdir. Bu değer, iğnelenme veya karıncalanma hissi olarak tanımlanan ciltte elektriksel stimülasyonu algılamak için gereken minimum elektrik miktarı olarak tanımlanır.

1. Basit bir adım yukarı ve adım aşağı ikili parametrik arama kullanarak PT'yi belirleyin. Önce stimülatörü açın ve çıkışı 3 mA'ya ayarlayın. İstenen darbe genişliğinde (tipik olarak 250–500 μs) ve frekansta (25 Hz, uygulamaya göre değişebilir) 1 saniyelik bir taVNS stimülasyonu dizisi sağlayın.
2. Deneğe stimülasyonu hissedip hissetmediklerini sorun. Duyum genellikle "gıdıklanma" veya "iğnelenme" hissi olarak rapor edilir.
   1. EVET ise, stimülasyon yoğunluğunu %50 azaltın ve adım 4.2'yi tekrarlayın. HAYIR ise, stimülasyon yoğunluğunu %50 artırın ve adım 4.2'yi tekrarlayın.
3. En az 4 "EVET" yanıtı kaydedene kadar adım 4.2'de açıklanan işlemi tekrarlayın, burada 4. EVET yanıtı HAYIR'dan sonra gelmelidir. PT'nin yoğunluğu (mA cinsinden), deneğin dördüncü EVET yanıtını söylediği değer olacaktır.
4. PT belirlemeye yardımcı olması için Tablo 1'de listelenen örnek PT eşiği bulgusunu kullanın.

5. Stimülasyon Sağlama

1. Denek rahat olduğunda. İstenilen hedefe uygun şekilde takılan stimülasyon elektrotları ve istenen darbe genişliği ve frekansında belirlenen algısal eşik, stimülasyona başlar.
2. Stimülasyon sistemini çalıştırmak için bir veri toplama birimine (DAQ) bağlı, darbe üreten bir grafik kullanıcı arayüzü (GUI, örneğin, stimDesigner) çalıştıran bir bilgisayar kullanın. Yazılım, transistör-transistör mantığı (TTL) darbelerini programlanabilir ayarlar olarak vermelidir (Şekil 3). TTL darbeleri, bir Bayonet Neill-Concelman (BNC) kablosu aracılığıyla stimülatörün "tetik girişi" bağlantı noktasına gönderilecektir. Bu arayüz yazılımı/stimülatör arayüzü, frekans, görev döngüsü (açma/kapama süresi) ve oturum süresinin modülasyonuna izin verir (Şekil 4).
   1. Stimülasyonun PT8,9'un %200'ü gibi süper eşik seviyelerinde verildiğinden emin olun. Örneğin, PT 0.8 mA olarak belirlendiyse, stimülasyon 1.6 mA'da verilecektir.
   2. Uzun stimülasyon seansları yürütürken görev döngüleri için yönergelere uyulduğundan emin olun. Tipik görev döngüleri 30-60 sn "açık" periyodu ve 60-120 sn "kapalı" periyodu veya %20-50 görev döngüsüne sahiptir.
   3. Stimülasyon seansının uzunluğunu değiştirin (toplam süre). Çalışmalar, %25'lik bir görev döngüsünde 30-60 dakikalık stimülasyon seanslarının güvenli olduğunu ve herhangi bir akut yan etki veya advers olay içermediğini göstermektedir. Bu seanslar, seanslar arasında 12-24 saat süreyle güvenli bir şekilde tekrarlanabilir.
      >NOT: taVNS'nin güvenliği, daha uzun stimülasyon seansları, daha büyük yüzde görev döngüleri (%>40), hızlandırılmış paradigmalar ve daha yüksek stimülasyon akımı dozları için belirsizdir.

Sonuçlar

Şekil 1: Temel Bileşenler. TaVNS'nin uygun şekilde uygulanması için gerekli minimum bileşenler şunlardır: (A) kulak stimülasyon elektrotları, (B) iletken jel ve alkol hazırlama pedleri, (C) stim...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
70% Isopropyl Alcohol Mendil	Herhangi bir	N/A	Cilt için uygun şekilde kullanılan herhangi bir alkol hazırlama pedi.
Sabit Akım Stimülatörü (Tetiklenebilir)	Soterix Medical	/A	Stimülatörü Tek
Kullanımlık İletken Elektrotlar	Özel Yapım	N/A	Stimülasyon elektrotları City College Neural Engineering Lab'da (Badran/Bikson) özel olarak üretilmiştir.
Stimülasyon GUI'li Matlab Yazılımı MathWorks		N/A	MATLAB darbe modelini programlamak için kullanılır
Ten20 İletken Macun	Dokumacı ve Şirket	N/A	Stimülasyon uygulaması için kullanılan iletken macun

tarafından özel kullanım için üretilmiş N