Техника и соображения в области использования 4x1 Кольцо высокой четкости транскраниальная стимуляция постоянным током (HD-ТОК) в

1Laboratory of Neuromodulation, Department of Physical Medicine & Rehabilitation, Spaulding Rehabilitation Hospital and Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, 2School of Medicine, Pontifical Catholic University of Ecuador, 3Charité University Medicine Berlin, 4The City College of The City University of New York, 5Headache & Orofacial Pain Effort (H.O.P.E.), Biologic & Materials Sciences, School of Dentistry, University of Michigan
* These authors contributed equally
Medicine
 

Summary

Высокой четкости транскраниальной стимуляции постоянным током (HD-ТОК), с его 4x1 кольцо монтаж, является неинвазивным методом стимуляции мозга, которая сочетает в себе как нейромодуляторных эффекты обычных TDCS с повышенным очаговости. Эта статья обеспечивает систематическое демонстрации использования 4x1 HD-TDCS, и соображения, необходимые для безопасной и эффективной стимуляции.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Villamar, M. F., Volz, M. S., Bikson, M., Datta, A., DaSilva, A. F., Fregni, F. Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS). J. Vis. Exp. (77), e50309, doi:10.3791/50309 (2013).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Высокой четкости транскраниальной стимуляции постоянным током (HD-ТОК) в недавно был разработан в качестве неинвазивного подхода стимуляции мозга, которая повышает точность текущей поставки в мозг с помощью массивов меньшего "высокой четкости" электродов, вместо больших PAD- Электроды обычном TDCS. Таргетинг достигается путем подачи на электроды, помещенные в заданных конфигураций. Одним из них является 4x1-кольцевой конфигурации. При таком подходе центральный электрод кольцо (анод и катод), покрывающей целевой зоны коры головного мозга окружен четырьмя возвращение электродов, которые помогают ограничивать области стимуляции. Поставка 4x1 кольцо HD-ТОК способен вызывать значительные нейрофизиологических и клинических эффектов как у здоровых лиц и больных. Кроме того, его переносимость при поддержке исследований с использованием интенсивности достигает 2,0 миллиампер в течение двадцати минут.

Даже при том, 4x1 HD-ТОК прост в перформансам, правильное позиционирование электрода важно, чтобы точно стимулировать целевой областей коры и его последствия оказывают нейромодуляторных. Использование электродов и аппаратные средства, которые специально были протестированы на HD-TDCS является критическим для безопасности и переносимости. Учитывая, что большинство опубликованных исследований по 4x1 HD-ТОК которые ориентированы первичной моторной коры (M1), особенно связанных с болью результатов, целью данной статьи является систематическое описание ее использования для стимуляции M1, а также соображения были приняты для безопасного и эффективного возбуждения. Тем не менее, методы, описанные здесь, могут быть адаптированы для других HD-ТОК конфигураций и корковых целей.

Introduction

Транскраниальной постоянного тока стимуляции (ЦТД) является неинвазивным методом стимуляции мозга, способных модифицировать нейронов мембранный потенциал покоя, а уровень спонтанного нейронов в области стимуляции, а также в взаимосвязанных нейронных сетей 1 с эндогенным μ-опиоидных система 2, тем самым модуляции возбудимости коры. Нейромодуляторных TDCS эффекты, в сочетании с его низкой стоимости, простое приложение и портативность, привели к его широкому использованию в течение последнего десятилетия в самых различных условиях. Они включают нейрофизиологических исследований, когнитивные и поведенческие вмешательства и пациент исследований по оценке расстройств, таких как хронические боли, депрессии, мигрени, удара, болезни Паркинсона и шум в ушах 3. Однако поставки постоянного тока (DC) выполняется с использованием большого прокладки, обычно 25-35 см 2, которые стимулируют относительно широкие области коры головного мозга расположены betweeн анодом и катодом 4. Таким образом, фокусное стимулирования целевой области коры, не привлекая стимуляции соседние анатомические области, трудно достичь с этой техникой. Несколько подходов были исследованы с целью "форму" тока путем изменения расстояния между электродами 5 и увеличения / уменьшения размера площадку для уменьшения / увеличения модуляции в областях коры под электродом 6. Тем не менее, усилия по дальнейшей целевой ток, избегая при шунтировании тока между электродами остается 7,8 процента.

High-Definition (HD)-ТОК является недавно разработанный вмешательство, которое использует массивы меньше, специально разработанные электроды 9. Различные конфигурации были проверены, которые могут быть модифицированы с целью улучшения стимуляции задачи 10. В их числе и 4x1-кольцевой конфигурации, монтаж, который использует центральный электрод вышележащих целевой корковой области, окруженнойчетырьмя электродами возвращения 4. Центральный электрод определяет полярность стимуляции либо анодной или катодной, а радиусы возвращение электродов ограничивают область проходит возбудимость модуляции. Исследования мозга моделирования показывают, что площадь коры проходит модуляции использованием 4x1 HD-TDCS конфигурация является более ограниченной по сравнению с стандартными биполярный монтаж обычных TDCS 4. Кроме того, его очаговости является устойчивым к ткани (моделирование) параметров 11. Клинические исследования с использованием нейрофизиологических 4x1 кольцо транскраниальной электростимуляции подтверждают Фокусное текущей поставки 12.

Потенциальных применений этого вмешательства аналогичны обычной TDCS. Поведенческие и нейрофизиологических исследований с использованием 4x1 кольцо HD-ТОК над первичной моторной коры (M1) регистрировать изменения в возбудимости коры и после 13 эффектов, которые могут пережить те на, вызванных обычными TDCS 14. Текущие исследования с использованием 4x1 кольцо HD-ТОК поддержать его переносимость как у здоровых субъектов и пациентов 13-15 16, когда интенсивность достигает 2,0 миллиампер (мА) доставляются в течение двадцати минут. Хотя HD-TDCS хорошо переносится, важно использовать только устройства, и электроды, которые были протестированы для этой цели.

Цель этой статьи заключается в обеспечении систематической демонстрации использования 4x1 кольцо электродов для HD-ТОК. Стимуляция M1 был выбран, так как он является наиболее распространенным монтаж использованы в различных клинических исследованиях. Тем не менее, методы, описанные может быть адаптирован для нападения на другие регионы мозга, таких как дорсолатеральная префронтальной коре (DLPFC). Как будет показано ниже, правильное позиционирование электрода прост в исполнении, но важные для точного целевого стимулирования областях коры. Мы надеемся, что эта демонстрация будет способствовать поддержке и увеличить строгость будущего HD-ТОКиспытаний, которые являются еще одним свидетельством о механизмах и приложений этого романа вмешательства.

Protocol

1. Противопоказания и специальные соображения

  1. До установки устройства, убедитесь, что участник не имеет противопоказаний к HD-ТОК. Кажется разумным предположить, что эти противопоказания такие же, как для обычного TDCS (табл. 1). Прочие особенности, такие, как пациенту лекарства, также должны быть приняты во внимание. Например, центральной нервной системы, действующие препараты могут меняться желаемого эффекта стимуляции.
  2. Осмотрите кожу головы участника тщательно для кожных поражений, таких как порезы или признаков воспаления. Избежать стимулирующий области головы, которые показывают такие поражений. Кроме того, стимуляция следует избегать у пациентов с дефектами черепа или металлическими имплантатами. Если цель процесс будет специально изучать данной популяции пациентов, дополнительные меры предосторожности и особое внимание дозу следует принять во внимание (например, с вычислительными вперед моделях) 17

2. Материалы

  1. Убедитесь, что все необходимые материалы легко доступны (табл. 2).
  2. Вставить пластиковые корпуса HD в модульном электроэнцефалограммы (ЭЭГ) записи крышкой. Центрального электрода должно соответствовать целевой области, в этой демонстрации M1, а радиус четыре электрода возвращения должны быть скорректированы на основе протокола, который изучается. В этой демонстрации мы используем в радиусе около 7,5 см, с центральным электродом находится над M1 и расположение возвращение электродов соответствует примерно CZ, F3, T7 и P3 в международной системе 10-20 ЭЭГ 18.
  3. Перед каждым стимуляции сессии, включить обычное устройство TDCS (Soterix 1x1 Низкоинтенсивное DC стимулятор) и многоканальный адаптер Стимулирование и убедитесь, что батареи заряжены. "Low Battery" индикатора на любом устройстве загорится, если это не так, о том, что Batteriы должны быть заменены. После проверки заряда батареи, устройства не могут быть отключены только непосредственно перед стимуляцией. Обычное устройство TDCS является батарейках устройство, которое обеспечивает постоянный ток с интенсивностью несколько мА. Управляемый током, а не управляемый напряжением стимулятор предпочтительнее в связи с изменением импеданса электрода. Использование адаптеры всегда рекомендуется по соображениям безопасности, для того, чтобы избежать случайного доставки больших интенсивностей. Работа этого устройства был описан в нашей предыдущей статье 19. При подключении обычного устройства TDCS к многоканальному адаптер Стимуляция (рис. 1), DC поставляется вместе 4x1 HD-ТОК конфигурация позволяет нейромодуляции ограничивается нужную область.
  4. Перед каждой сессией, осмотрите электроды перед использованием на наличие признаков необычного износа или повреждения. HD-ТОК Электроды многоразовые, но имеют ограниченное количество от общего числа заявок (см. дискуссия Moderatorп). Электрод сборки, используемые для HD-TDCS должны были специально разработаны и протестированы для этой цели. Подход, продемонстрированный в этой статье используется Ag / AgCl спеченных электродов кольцо (рис. 2). Использование этих электродов в сочетании с соответствующими электропроводными гель и корпуса HD пластика, как было показано, чтобы минимизировать изменения в стимуляции потенциал электрода и изменения рН в геле, в то время как не производя значительного нагрева 9,20, следовательно, приводит к более безопасной и эффективным подходом по сравнению с другими типами электродов.
  5. Подключите кабели пяти Ag / AgCl спеченных электродов кольца в соответствующие приемники на 4x1 Кабель выходного адаптера. Центральный электрод будет одним определяющим полярность стимуляции либо анодной или катодной. Обязательно подключите провод центрального электрода к разъему приемника центра. Затем подключите остальные электроды в окружающую зажигания. Следует отметить, чторасположение четырех возвращение электродов в приемной пробки не является критическим, так как все они будут той же полярности.

3. Размеры

Измерительная головка и локализация области стимулирования идентичны тем, которые для обычных TDCS, как объясняется в нашей предыдущей статье 19. Этапы будут описаны подробно снова для дальнейших разъяснений.

  1. У участника комфортно сидеть в кресле, которое может иметь подголовник.
  2. Стимуляция сайта определяется протоколом, представляющие интерес для исследователей, так как стимуляция различных областей достижения результатов в различных эффектов. Чаще всего, Международной 10-20 ЭЭГ система 18 используется для измерения головы, как описано ниже.
  3. Во-первых, локализовать вершину (CZ).
    1. Для того, чтобы сделать это, измерьте расстояние от назион в ИНИОН и разделить расстояние в два раза. Назион это место на стыке йЛоб е и носовые кости, и ИНИОН является наиболее известным точки затылочной кости (рис. 3). Отметьте место, как линии с помощью карандаша масла или его нетоксичной водной основе маркера.
    2. Во-вторых, измерить расстояние между левым и правым предварительно ушной точки (т.е. область кпереди от козелка). Разделите это расстояние в два раза, и отметить место, с линией. Теперь соедините обе линии для создания креста. Точка, в которой обе линии пересекаются соответствует Cz.
  4. В зависимости от протокола изучаются, определить целевую сайте по голове.
    1. В целях стимулирования над первичной моторной коры (M1), вычислите 20% расстояния от ЧР в левом или правом предварительного ушной точки, начиная измерение в Cz (рис. 3). Для более точного определения этой области, использование дополнение методы, такие как нейронавигация системы или транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) могут быть подходящими.

    4. Подготовка кожи

    1. Подготовьте кожу на стимуляцию сайт путем разделения волос. Тампоном, смоченным спиртом может быть использована для того, чтобы помочь удалить кожное сало или волос из головы. Не истирание кожи. Убедитесь, что нет повреждений кожи нет.

    5. Позиционирования электрода и настройка устройства

    1. После измерения размеров головы и подготовки кожи, найти метку, соответствующую M1.
    2. Следующее, сохраняя M1 марки в поле зрения, разместить модульную ЭЭГ крышкой записи на головы объекта, удерживая центр пластиковый корпус за марку. Чтобы сохранить M1 крестик на коже головы в поле зрения, можно двигаться волосы вокруг прежде, чем поместить корпус HD над ним. Убедитесь, что крышка плотно прилегает, но удобно, и отрегулировать положение из четырех корпусов возвращения пластика. Хотя другие подходы, конечно, это возможно, в предыдущем суде 16 мы позиционировали возвращение электродов в радиусе аппрокЭли 7,5 см от M1. Их расположение соответствовало примерно в CZ, F3, T7 и P3 (рис. 4). Затем отрегулируйте ремни ЭЭГ крышкой.
    3. С помощью измерительной ленты, убедитесь, что расстояние между электродами достаточно основанные на протоколе исследования.
    4. Использование конце деревянного ватным тампоном, отдельные волосы через отверстие в пластиковом корпусе, пока кожа головы не подвергается. Повторите по каждому корпусу.
    5. Представьтесь примерно 1,5 мл электропроводящих геля через открытие каждого пластикового корпуса, начиная с поверхности кожи головы. Применение геля может быть достигнуто с помощью пластикового шприца. Тщательно избежать распространения гель после окружности пластмассового корпуса, так как это может привести к шунтирование электрического тока и неадекватных тока (рис. 5).
    6. Далее, с его шероховатой поверхностью вниз и гладкой округлой поверхностью вверх, положение одного Ag / AgCl спеченный электрод кольцом в каждом пластиковом корпусе HD. Используяшприца или плунжером в качестве руководства при необходимости снизить кольцевой электрод, пока она не опирается на основание пластикового корпуса.
    7. Добавить еще немного геля для покрытия электродов, а затем использовать крышки снабжены HD пластиковых корпусов для фиксации электродов на место (рис. 6). Эта крышка будет держать электрод на месте в течение стимуляции. Поверните крышку, чтобы зафиксировать ее в этом положении. Если пластиковая крышка не легко повернуть не прилагайте чрезмерных усилий. Подрегулировать электрода, как описано в 5.6, а затем пытайтесь заблокировать крышку на место. Колпачок пластиковый корпус HD предназначен для включения легко, если Ag / AgCl спеченный электрод кольцо вставлен полностью, и в его правильном положении.
    8. Для снижения напряженности на электродные кабели, петля вокруг каждого их пластиковый корпус и ленты их к стулу или к одежде субъекта (рис. 7).
    9. Подключите округлые конце выходного кабеля к порту 4x1 выходного адаптера.
    10. Используйте функцию ввода кабеля TØ подключите адаптер 4x1 Стимулирование Многоканальный с обычным устройством TDCS. Подключите конус-плагин конца входного кабеля к порту 4x1 входной адаптер и подключите другой конец кабеля питания (два банана-разъемами) к выходному порту обычного устройства TDCS. Важно отметить, что кабель, который помечен как "Центр" является тот, который будет определять полярность DC избавлены от центрального электрода либо анодной или катодной. Следует отметить, что при использовании адаптера 4x1 Стимуляция многоканальной в сочетании с обычным устройством TDCS нет переключатель или кнопка выбора центра анод или катод центра. Эта полярность определяется посредством процесса соединительный разъем кабель банан штекеров типа с обычным устройством TDCS выхода, как описано выше. В TDCS и HD-TDCS "анод" относится к относительно положительной клемме где положительный ток течет в теле. С другой стороны, "катод" относительная отрицательный полюс, где положительный ток ткурица выходит из тела.
    11. Когда соединения готовы, включите на обоих устройствах.
    12. Убедитесь, что сопротивление значения находятся в пределах адекватный диапазон поворотом "Выбор режима" ручку в 4x1 адаптер Стимулирование многоканальные "SCAN". Устройство будет сканировать электроды, показывая сопротивление одного электрода в то время, в окне дисплея. "Ведущий переключения" кнопка может использоваться для переключения этой автоматическое переключение электродов на дисплее. Кнопка может быть нажата, чтобы заблокировать отображение на выбранный электрод, и изучить импеданса. Затем он может быть нажата снова, чтобы позволить устройству для изменения электрод отображается. 4x1 Многоканальные Стимуляция адаптера устройства будет измерять сопротивление в "качество единицы". Качество контакта нормирована на эти "качества единиц" по испытательной схемы основано на том, что сопротивление электрода является нелинейным к электроду-интерфейс электрохимических процессов 21, а электрод сопротивление (импеданс) можетПоэтому вводить в заблуждение. Например, по-видимому измеренное сопротивление полностью зависит от испытательного тока 22. Нижняя "качество единицы" значения желательны. Хотя никаких строгих правил не имеется на сегодняшний день, Значения ниже или равной 1,50 до 2,0 "единиц качества" были использованы в качестве среза в предыдущих исследованиях 15,16.

    Не активируйте обычное устройство в то время как TDCS 4x1 адаптер Стимулирование Многоканальные находится в "Scan" (полное сопротивление чек) режиме, так как стимуляция не будут доставлены к предмету.

    1. Если значения сопротивления находятся вне этих желаемых пределов, открывайте крышку пластикового корпуса содержащий электрод показывает высокое сопротивление и удалить Ag / AgCl спеченный электрод кольцом. Последующие процедуры, как описано выше (т.е. 5.4-5.7) для регулировки волос и электрода для получения оптимального импеданса. Проверьте сопротивление снова, как отмечается в 5.12. Как только целевое значение качество достигается, заменяемымCE крышку на корпусе. Повторите ту же процедуру для других электродов по мере необходимости. Оптимальное индикации качества может изменяться от субъекта к субъекту, но показатель качества выше в один электрод, чем в других может указывать плохой контакт в этом электроде.
    2. Как только сопротивление качества для всех электродов подтверждено, что в пределах желаемого диапазона, выключите "Выбор режима" ручку в 4x1 адаптер Стимулирование Многоканальные от "Scan" на "проход". Этот параметр позволяет току проходить от обычных устройств TDCS через электроды в 4x1 устройства. Оператор теперь готова начать стимуляцию.

    6. Стимуляция

    1. Убедитесь, что участник сидит удобно в кресло и остается в сознании во время стимуляции.
    2. HD-ТОК в настоящее время применяется с помощью органов управления обычным устройством TDCS как показано в нашей предыдущей статье 19. Подтвердите продолжительности и интенсивности стимуляции доставляется, а также настроитьУстройство по мере необходимости. Кроме того, определить режим сессии (обман или активной стимуляции). Если режим фиктивный выбран, устройство автоматической доставки ток в течение тридцати секунд. Такой подход, как сообщается, будет успешным для слепого исследования среди участников как в традиционных TDCS 23 и HD-15 TDCS испытаний.
    3. Инициировать HD-ТОК сессии, нажав на кнопку "Пуск" из обычного устройства TDCS. "Пуск" будет мигать, как DC интенсивности линейно возрастает, а затем свет непрерывно, когда выходной ток будет достигнута. Таймер будет показывать оставшееся время и "Правда Current" индикатор будет показывать силу тока доставлены в центральный электрод и четыре электрода возвращения взятых.
    4. Это может быть так, что предметы указывают дискомфорт, зуд или покалывание в течение начального периода стимуляции 24. Если эти симптомы быть слишком неудобно, рекомендуется, чтобы сила тока быть магодно линейно снижается на 0,2-0,5 мА в течение нескольких секунд с помощью "Релакс" функция пока объект не чувствует себя комфортно. Сразу же после этого сила тока должна быть постепенно увеличена обратно в исходную дозу. Указанные ощущения обычно, как правило, исчезают через несколько минут стимуляции.

    7. После Процедуры

    1. После завершения сессии, сопротивления по всем каналам может быть измерена снова, если это необходимо. Открыть пластмассовую крышку и аккуратно удалить Ag / AgCl спеченных электродов кольцо из его корпуса. Если необходимо, используйте тупым концом ватный тампон, чтобы избежать дергая на электродных проволок. Электроды следует осторожно промывали водопроводной водой, чтобы удалить гель, а затем сушат перед хранением.
    2. Затем снимите крышку ЭЭГ со встроенной пластиковой оболочки. Не снимайте крышку с ЭЭГ закрыты пластиковыми колпачками, так как волосы участника может быть пойман в шапки и / или корпуса. Пластиковые корпуса должна быть промыта, чтобыудаление геля и сушили бумажным полотенцем.
    3. Использование бумажным полотенцем, удалить остатки геля с головы испытуемого. Поскольку гель является водорастворимым, некоторое количество воды может быть использована, чтобы помочь удалить его.
    4. Рекомендуется обратиться к участнику заполнить анкету, после каждой сессии стимуляции, чтобы отслеживать любые неблагоприятные события (табл. 3).

Representative Results

Если электроды расположены соответствующим образом и что импеданс значения находятся в пределах адекватный диапазон, DC будет течь от анода к несколько катодов (на аноде центр 4x1 HD-TDCS) на время стимуляции. Выходной ток интенсивностью будет доставлен обычным устройством TDCS и показано в разделе "Правда текущее" индикатора. Аналогичным образом, если режим фиктивных выбрана, устройство автоматически прекратит доставку DC около тридцати секунд после его начала, а индикатор покажет прекращение доставки DC (рис. 8).

Она является общей для участников сообщить зуд, покалывание или легкое жжение после начала стимуляции. Эти явления часто наблюдаются в обоих обман и активных HD-ТОК 15,16 и следует указать, что DC в настоящее время доставлены по назначению. Тем не менее, они, как правило, как правило, исчезают после первых нескольких минут стимуляции.

Содержание "> Как правило, предполагается, что области мозга, с более тока, скорее всего, можно модулировать в то время как регионы будут мало или незначительно ток не будут непосредственно затронуты. Таким образом, фокусное тока производства 4x1-HD-ТОК будет будет производить локализованные нейромодуляции. Вычислительные модели 4,14,15 показали, что кольцо 4x1 HD-ТОК результаты в несколько инстанций, стимуляция головного мозга по сравнению с обычными TDCS (рис. 9). Как сообщает Датта и др.. 4,11, площадь коркового модуляции возбудимости индуцированного 4x1 кольцо HD-TDCS был ограничен в пределах кольца периметру, и пик электрическое поле была под центральным электродом. В отличие от обычных TDCS вызванных стимуляцией различных других регионах, таких как ипсилатеральной временной и двусторонних лобных долей, а электрическое поле пика на полпути между двумя электродами, а не под одним из них.

HD-ТОК является новым Technique и, следовательно, его последствия не были изучены так же широко, как и у обычных TDCS. Однако, его потенциальные применения схожи, с другими еще предстоит изучить. Текущие исследования с использованием 4x1 кольцо HD-ТОК показывают, что у здоровых добровольцев это может значительно уменьшить жар и холод сенсорных порогов, и привести к предельным обезболивающим эффектом для холодной болевой порог (рис. 10) 15. Кроме того, это может привести к значительным изменениям в кортикальной возбудимости, при измерении с использованием двигателя вызванных потенциалов 13,14 (рисунок 11). У пациентов фибромиалгии, активная 4x1 кольцо HD-ТОК вызвало значительное снижение воспринимается боли (рис. 12) и значительно увеличить механическую пороги обнаружения по сравнению с фиктивным 16.

Исследования, сравнивающие HD-ТОК и обычных TDCS будет иметь важное значение для того, чтобы выяснить последствия каждого вмешательства. Однако один десятиминутный SESSIO N анодного HD-ТОК на 2,0 мА уже сообщалось Го и др.. +14 оказывать более заметным, более прочного возбуждающие последствия и более терпимо, чем обычная стимуляция TDCS (рис. 13), в пользу его применения в научных исследованиях и потенциально в клинических условиях.

Рисунок 1
Рисунок 1. 4x1 Многоканальный Стимуляция адаптер (слева) подключен к обычным устройством TDCS (справа).

Рисунок 2
Рисунок 2. Ag / AgCl спеченных электродов кольцо, с гладкими закругленными (черный) и шероховатых поверхностей. Электроды соединены с соответствующими приемниками на 4x1 выходной кабель адаптера.

tp_upload/50309/50309fig3.jpg "/>
Рисунок 3. Анатомические ориентиры (слева) и первичной моторной коры (M1) локализация на основе Международной системы ЭЭГ 10-20 (справа).

Рисунок 4
Рисунок 4. Предлагаемый позиционирования для электродов HD основан на 10-20 ЭЭГ системы. Другие монтажи также могут быть проверены.

Рисунок 5
Рисунок 5. Электрические применение геля (слева). В целях предотвращения тока от маневрового между электродами, следует позаботиться, чтобы избежать распространения электрического геля за пределы пластикового корпуса (справа).

Рисунок 6
Рисунок 6. Рlacement кольца электрод в пластиковом корпусе. Шероховатой поверхности электрода должна быть направлена ​​вниз и гладкие округлые поверхности лицевой стороной вверх. Кольцевого электрода должна быть снижена, пока она не опирается на основание пластикового корпуса (слева) и колпачок зафиксирован (справа).

Рисунок 7
Рисунок 7. Пример 4x1 HD-ТОК установки.

Рисунок 8
Рисунок 8. Доставки активных (слева) и фиктивными (справа) режим обычного устройства TDCS. От DaSilva соавт. 19.

Рисунок 9
Рисунок 9. Вычислительная модель сравнения между первичной моторной коры 4x1 кольцо HD-ТОК (вверху) и обычных TDCS использованием стандартного биполярного губки монтажа (см. ниже). Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 10
Рисунок 10. Жар и холод сенсорные пороги и холодные болевой порог измеряется в здоровых испытуемых до (PRE) и после (пост) 4x1 кольцо HD-ТОК. Протокол состоял на поставку 2 мА активной анодной HD-ТОК или фиктивных стимулирование к первичной моторной коры в течение 20 мин. Измененный Borckardt соавт. 15. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

p_upload/50309/50309fig11.jpg "/>
Рисунок 11. Воздействие 4x1 кольцо HD-ТОК на моторные вызванные потенциалы (MEP) амплитуды в здоровых субъектов. Протокол состоял на поставку 1 мА активной анодной HD-ТОК или фиктивных стимулирование к первичной моторной коры в течение 20 мин. MEP измеряли до и после стимуляции, а амплитуда последнего нормированы, что и базовый уровень. Усов стандартных отклонений. Измененный Капарелли-Daquer и др.. 13.

Рисунок 12
Рисунок 12. Воздействие 4x1 кольцо HD-ТОК на воспринимаемое боли у пациентов фибромиалгии. Пациентам было предложено оценить их общую боль использованием визуального числовую шкалу до, сразу и через 30 мин после стимуляции. Протокол состоял из одного сессий активных анодных и катодная HD-ТОК, подается на левую первичной моторной коры (2мВ течение 20 мин) и фиктивными стимуляции. Усы представляют стандартную ошибку. Измененный Villamar соавт. 16.

Рисунок 13
Рисунок 13. Сравнение последствий индуцированного анодной и катодной стимуляции с использованием обычных TDCS и 4x1 кольцо HD-ТОК. Мотор вызванных потенциалов (МООС) амплитуда измеряли до и после родов 2 мА обычных TDCS или 4x1 HD-ТОК в течение 10 мин. Последовательное оценок были проведены для оценки временной ход последствий. МООС амплитуды послестимуляционное нормализовалось, что и базовый. Измененный Куо и др.. 14.

Вы когда-нибудь ... Имел неблагоприятной реакции на TMS / ТОК?
Имел seizuRE?
Имел необъяснимая потеря сознания?
Был инсульт?
Получил серьезную травму головы?
Была операция по голове?
Если бы кто-то мозга связаны, неврологическими заболеваниями?
Если бы любой болезни, которые могут вызвать повреждение головного мозга?
Вы страдаете от частых или сильных головных болей?
Есть ли у вас металл в голове (вне полости рта), такие как шрапнель, хирургические зажимы, или фрагментов из сварки?
Есть ли у вас имплантированных медицинских устройств, таких как кардиостимуляторы или медицинские насосы?
Принимаете ли вы какие-либо лекарства?
Вы беременны, или вы сексуально активны и не уверен, что вы могли бы быть беременной?
Кто-нибудь в вашей семье страдает эпилепсией?
Вам нужна дополнительнаяразъяснения по TDCS / HD-ТОК или связанные с ней риски?

Таблица 1. Скрининг на противопоказания и особые соображения, прежде TDCS / HD-ТОК.

Материалы Одна условная устройства TDCS
Один 4x1 адаптер Стимулирование Многоканальная
Четыре 9-вольтовой батареи
Одна модульная крышка записи электроэнцефалограммы
Пять Ag / AgCl спеченных электродов кольцо
Пять специально разработанные HD пластиковые корпуса и соответствующими крышками
Один полиэтиленовый поршень
Кабели
Одна измерительная лента
Один деревянный ватным тампоном
Электрически проводящего геля
Один 3 - или 5-мл шприц
Скотч
Бумажные полотенца

Таблица 2. Материалы.

Вы испытываете любой из следующих симптомов или побочных эффектов? Введите значение (1-4) в пространстве ниже.
1-Отсутствует
2-мягкий
3-Умеренная
4-Тяжелые
Если есть, вы думаете, это связано с HD-ТОК?
Не 1-NONE
2-Remote
3-Возможная
4-Вероятная
5 определенная
Примечания
Головная боль
Боль в шее
Боли головы
Ожоги кожи головы
Покалывание
Покраснение кожи
Сонливость
Проблемы с концентрацией внимания
Острые изменения настроения
Другое (укажите):

Таблица 3. Побочное действие после скрининга HD-ТОК.

Discussion

Критические шаги

Аспектов, которые необходимо проверить перед началом процедуры

Перед началом стимуляции, исследователи должны убедиться, что участник не имеет противопоказаний для HD-ТОК. Таблице 1 приведены некоторые важные соображения, которые должны быть приняты во внимание, и суммирует наиболее важные противопоказания, в том числе наличие металлических имплантатов или устройств в голову, тяжелое мозговых травм или значительных повреждений кожи. Исследователь должен проверить на наличие последних в 4x1-кольцо по периметру при подготовке к размещению электродов. Мы не рекомендуем применение техники, если такие повреждения существует. Это важно, поскольку, хотя поражения кожи не сообщалось при использовании HD электродов и корпусов показано в этой статье, повреждения кожи, как сообщается после родов из нескольких последовательных сессий обычных TDCS 3, особенно если оно проводится ОвеРА течение 14 дней 25.

Присутствие металлических имплантатов или дефектов в череп или паренхиме головного мозга может значительно изменить ток 17,26 и в результате стимуляции области коры кроме предназначенных. По соображениям безопасности, стимулирования следует избегать у пациентов с имплантированными медицинскими устройствами. Относительные противопоказания включают наличие эпилепсии или история инсульта, если исследования специально не направлены на изучение этих условий. HD-ТОК следует избегать у беременных женщин в связи с отсутствием данных о безопасности.

Это имеет первостепенное значение, чтобы проверить полярность при подключении кабелей 4x1 адаптер Стимулирование Многоканальный с обычным устройством TDCS. Невыполнение этого требования может привести к доставке неправильный тип стимуляции к участнику. Убедитесь, что кабель помечены как "центр", который очень часто бывает красный, подключен к соответствующему разъему (анод или катод).

Оператор также должен визуально осмотреть Ag / AgCl спеченных электродов кольцо для доказательства осаждения продуктов электролиза перед каждым использованием и замените их, если указано. После каждого активного сеанса стимуляции, продукты электрохимических реакций, как правило, растут на шероховатой поверхности в нижней части электродов. По этой причине, рекомендуется, чтобы каждый электрод быть расположен в центре 4x1 конфигурации для двух активных сеансов стимуляции только. Впоследствии, она может быть повернута и использована в качестве одного из электродов возврата. После каждого из пяти электродов в наборе служил в качестве центрального электрода дважды, рекомендуется использовать новый набор электродов. Достаточно просто пометить каждый электрод и записывать числа использований для того, чтобы повернуть их на скоординированной основе. В дополнение к переносимости, (ограниченный) вращения электродов также предназначено, чтобы избежать высокого импеданса случай, когда ток не будет разделена поровну ACROSS четыре электрода возвращения. Оператор несет ответственность за проверку качества контакта до стимуляции (как описано в шагах с 5,12 до 5,14), а чтобы не было аномально высоких значений сопротивления не наблюдается.

Это может произойти, что участники двигать головой сильно и не случайно тянуть кабели и выбить или порвать. По этой причине желательно, чтобы каждая петля кабель вокруг пластиковый корпус и на ленту 4x1 Кабель выходного адаптера к поверхности (то есть стул или одежды участника).

Если необходимо, то можно добавить местные анестетики на кожу, чтобы предотвратить потенциально неприятных ощущений и повышение ослепление участников исследования. Тем не менее, следует иметь в виду, что, хотя ожоги кожи не сообщалось с HD-ТОК, не может быть небольшой теоретический риск для этого отрицательных последствий и использование местных анестетиков может помешать участникам из Reporting его во время стимуляции. В этой демонстрации, а также в наших предыдущих исследований, мы не использовали местные анестетики, как любой дискомфорт обычно представляют в виде мягкой.

Как упоминалось выше, для того, чтобы иметь оптимальный результат, очень важно, чтобы предотвратить электрический гель распространению за пределы пластикового корпуса. В противном случае токовый шунт сил от одного электрода к другому.

Важные соображения во время стимуляции

Если этого не требуется, так как часть дизайна исследования, предмет не должны спать, читать или иным образом отвлекаться во время стимуляции сессии. Это важно, поскольку сообщалось, что интенсивные когнитивные усилия, скуки или сна, активация мышц и другие виды деятельности, приводящие к изменению возбудимости коры может привести к изменению и противоположные эффекты обычных TDCS 27.

После начала секtimulation, и для того, чтобы предотвратить побочные эффекты от внезапного начала протекания тока, устройство автоматически пандусы текущий вверх и вниз в течение тридцати секунд. По тем же причинам не переключаться между "Перевал" и "Scan" режимов в то время как обычное устройство TDCS генерирует ток. Это всегда целесообразно периодически просить субъекты ли они чувствовать себя комфортно с процедурой для того, чтобы убедиться, что стимуляция идет безопасно.

Стимуляция в восприимчивых групп населения, в том числе педиатрических пациентов, может потребоваться корректировка дозы.

Практические аспекты после процедуры

Для того, чтобы собрать дополнительные данные о безопасности и для мониторинга HD-ТОК эффект, мы рекомендуем использовать анкеты неблагоприятных эффектов, таких как тот, изображенный в таблице 3, которые должны быть доставлены участниками после каждой сессии. Убедитесь, что экран на наличие наиболее распространенных AdveРГП эффекты, связанные с HD-ТОК, такие как дискомфорт, покалывание, зуд и жжение. Кроме того, значимость этих данных может быть улучшена также просят для количественного субъективные оценки. Это может быть достигнуто путем иметь числовой шкале для пациентов, чтобы сообщить интенсивность или тяжесть побочных эффектов, например, от 1 до 5 или от 1 до 10. Важно также, чтобы доставить анкеты побочный эффект после каждого сеанса обман. Это позволяет сравнивать частоту побочных эффектов, связанных с как активная, так и фиктивными стимуляции. Для обычных TDCS, некоторые побочные эффекты были зарегистрированы, чтобы быть еще более частыми в группе фиктивных 24, головная боль является одним из примеров.

Возможные изменения

Для 4x1 HD-ТОК, протоколов стимуляции может быть разработан с участием различных целевых местоположений, полярность тока и интенсивности, а радиус кольца. Как правило, увеличение диаметра 4x1 кольцо IncreaSE глубину проникновения и максимальной интенсивностью под кольцом 28. И наоборот, снижение радиуса кольца увеличивается очаговости но уменьшает индуцированное мозга электрическим полем. Таким образом, дальнейшее исследование оптимальной дозы на индикацию является оправданным.

Хотя эта статья ориентирована на 4x1 кольцо HD-TDCS, другие развертывание электрод также может быть использован, например, 4x2 и 3x3 (двойной полосы), среди прочих. Хотя HD-TDCS предлагает множество вариантов настройки, способы позиционирования и подготовки электрода, как описано здесь, должны быть соблюдены вместе с использованием только оборудование и принадлежности, которые специально были испытаны для этой цели. Это включает в себя обращая особое внимание на HD пластиковая конструкция корпуса, гель, и электродов. Например, электроды, кроме Ag / AgCl спеченные кольца также были протестированы с тем чтобы доставить тока, таких как Ag гранул, Ag / AgCl гранул, Ag / AgCl диск и резиновые гранулы 9. Тем не менее, как Ag и резиновых гранул электродов вызыватьг изменения рН и повышение температуры и потенциала электрода было зарегистрировано для всех электродов, за исключением Ag / AgCl кольца и диска. Таким образом, очевидно, что Ag / AgCl электродов кольцо может быть эффективным и безопасным подходом. В будущем, изменения подхода, описанного в этой статье могут быть также использованы для проведения мероприятий, такие как транскраниальная стимуляция переменным током.

Недостатки

На данный момент, роль 4x1 кольцо HD-ТОК полярности на возбудимости коры остается неясным. Хотя нейрофизиологические исследования показали, что как 1,0 мА и 2,0 мА анодного 4x1 кольцо HD-ТОК привело к увеличению возбудимости коры среди здоровых предметов 13,14, более широкая совокупность доказательств непосредственно касающихся HD-ТОК исследования необходимо прежде, чем любое обобщение можно быть сделаны. Кроме того, следует отметить, что эффект модуляции корковой возбудимости использованием 4x1 кольцо HD-ТОК может зависеть от времени, достигая горохак. несколько минут после окончания стимуляции, а не сразу же после его 14,16. Таким образом, последовательное оценках более различные моменты времени после вмешательства могут быть необходимы для того, чтобы получить точные результаты.

Disclosures

MF Villamar, MS Фольц, AF DaSilva и F Fregni заявляют никакого конфликта интересов, связанных с этой статьей. Городской университет Нью-Йорка есть интеллектуальной собственности на неинвазивной стимуляции мозга с М Биксон и Датта в качестве изобретателей. M Биксон и Датта есть справедливость в Soterix Medical, Inc

Acknowledgments

Авторы благодарят Kayleen Уивер за помощь в редактировании, Александр Вентури кандидатуру на эту видео, Деннис Чыонг за предоставление одной из фигур, используемых в этой статье, и Уоллес H. Coulter Фонд за поддержку, оказанную для проведения этой работы. MS Фольц финансируется докторскую стипендию от Deutsche Schmerzgesellschaft эВ [немецкий глава Международной ассоциации по изучению боли (IASP)].

Materials

Name Company Catalog Number Comments
One conventional tDCS device (Soterix 1x1 Low-intensity DC Stimulator) Soterix Medical Inc., New York, NY, USA 1300A
One 4x1 Multichannel Stimulation Adapter Soterix Medical Inc., New York, NY, USA 4X1-C2
Four 9V batteries Many manufacturers available
One modular electr–ncephalogram recording cap EASYCAP GmbH, Germany EASYCAP
Five Ag/AgCl sintered ring electrodes Stens Biofeedback Inc., San Rafael, CA, USA EL-TP-RNG Sintered
Five specially-designed plastic casings and their respective caps Soterix Medical Inc., New York, NY, USA
One plastic plunger Soterix Medical Inc., New York, NY, USA PSYR-5
Cables Soterix Medical Inc., New York, NY, USA CSIN-X2 Input Cable, CSOP-D5 Output Cable
One measuring tape Many manufacturers available
One wooden cotton swab Many manufacturers available
Electrically conductive gel (Sigma Gel) Parker Laboratories, New Jersey, NJ, USA 15-25
One 3- or 5-ml syringe Many manufacturers available
Adhesive tape Many manufacturers available
Paper towels Many manufacturers available

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Villamar, M. F., Santos Portilla, A., Fregni, F., Zafonte, R. Noninvasive brain stimulation to modulate neuroplasticity in traumatic brain injury. Neuromodulation. 15, 326-338 (2012).
  2. Dos Santos, M. F., et al. Immediate effects of tDCS on the μ-opioid system of a chronic pain patient. Front Psychiatry. 3, 1-6 (2012).
  3. Nitsche, M. A., et al. Transcranial direct current stimulation: state of the art. Brain Stimul. 11, 642-651 (2008).
  4. Datta, A., et al. Gyri -precise head model of transcranial DC stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2, 201-207 (2009).
  5. Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Electrode-distance dependent after-effects of transcranial direct and random noise stimulation with extracephalic reference electrodes. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 121, 2165-2171 (2010).
  6. Nitsche, M. A., et al. Shaping the effects of transcranial direct current stimulation of the human motor cortex. Journal of Neurophysiology. 97, 3109-3117 (2007).
  7. Dasilva, A. F., et al. tDCS-induced analgesia and electrical fields in pain-related neural networks in chronic migraine. Headache. 52, 1283-1295 (2012).
  8. Antal, A., et al. Imaging artifacts induced by electrical stimulation during conventional fMRI of the brain. Neuroimage. (2012).
  9. Minhas, P., et al. Electrodes for high-definition transcutaneous DC stimulation for applications in drug delivery and electrotherapy, including tDCS. J. Neurosci. Methods. 190, 188-197 (2010).
  10. Dmochowski, J. P., Datta, A., Bikson, M., Su, Y., Parra, L. C. Optimized multi-electrode stimulation increases focality and intensity at target. J. Neural Eng. 8, 046011 (2011).
  11. Datta, A., Truong, D., Minhas, P., Parra, L. C., Bikson, M. Inter-Individual Variation during Transcranial Direct Current Stimulation and Normalization of Dose Using MRI-Derived Computational Models. Front Psychiatry. 3, 91 (2012).
  12. Edwards, D. J., et al. Physiological and modeling evidence for focal transcranial electrical brain stimulation in humans: a basis for high-definition tDCS. Neuroimage. Under review (2013).
  13. A pilot study on effects of 4x1 High-Definition tDCS on motor cortex excitability. Caparelli-Daquer, E. M., et al. 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 735-738 (2012).
  14. Kuo, H. I., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4 x 1 ring tDCS: A neurophysiological study. Brain Stimul. (2012).
  15. Borckardt, J. J., et al. A pilot study of the tolerability and effects of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) on pain perception. J. Pain. 13, 112-120 (2012).
  16. Villamar, M. F., et al. Focal modulation of the primary motor cortex in fibromyalgia using 4x1-ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): immediate and delayed analgesic effects of cathodal and anodal stimulation. J. Pain. 14, 371-383 (2013).
  17. Datta, A., Bikson, M., Fregni, F. Transcranial direct current stimulation in patients with skull defects and skull plates: high-resolution computational FEM study of factors altering cortical current flow. Neuroimage. 52, 1268-1278 (2010).
  18. Reilly, E. L. Ch. 7. Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. Niedermeyer, E., Lopes da Silva, F. H. Lippincott Williams & Wilkins. 139-141 (2004).
  19. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. J. Vis. Exp. (51), e2744 (2011).
  20. Bio-heat transfer model of transcranial DC stimulation: comparison of conventional pad versus ring electrode. Conference proceedings. Datta, A., Elwassif, M., Bikson, M. 31st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 670-673 (2009).
  21. Merrill, D. R., Bikson, M., Jefferys, J. G. Electrical stimulation of excitable tissue: design of efficacious and safe protocols. J. Neurosci. Methods. 141, 171-198 (2005).
  22. Hahn, C., et al. Methods for extra-low voltage transcranial direct current stimulation: Current and time dependent impedance decreases. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. (2012).
  23. Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): a tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clin. Neurophysiol. 117, 845-850 (2006).
  24. Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. Int. J. Neuropsychopharmacol. 14, 1133-1145 (2011).
  25. Palm, U., Keeser, D., Schiller, C., Fintescu, Z., Nitsche, M., Reisinger,, Padberg, E. Skin lesions after treatment with transcranial direct current stimulation (tDCS). Brain Stimul. 1, 386-387 (2008).
  26. Datta, A., Baker, J. M., Bikson, M., Fridriksson, J. Individualized model predicts brain current flow during transcranial direct-current stimulation treatment in responsive stroke patient. Brain Stimul. 4, 169-174 (2011).
  27. Antal A, T. D., Poreisz, C., Paulus, W. Towards unravelling task-related modulations of neuroplastic changes induced in the human motor cortex. Eur. J. Neurosci. 26, 2687-2691 (2007).
  28. Datta, A., Elwassif, M., Battaglia, F., Bikson, M. Transcranial current stimulation focality using disc and ring electrode configurations: FEM analysis. J. Neural Eng. 5, 163-174 (2008).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics