의 4x1 링의 사용 고화질 경 두개 직류 자극 (HD-tDCS)의 기술 및 고려 사항

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

자사의 4x1 링 몽타주와 함께 고화질 두개 직류 자극 (HD-tDCS)은 증가 focality과 기존 tDCS의 neuromodulatory 효과를 모두 결합하는 비 침습적 뇌 자극 기술입니다. 이 문서의 4x1 HD-tDCS, 안전하고 효과적인 자극을 위해 필요한 고려의 사용으로 체계적인 데모를 제공합니다.

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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).

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Abstract

고화질 두개 직류 자극 (HD-tDCS)는 최근 대신 더 큰 용량, 더 작은 "고화질"전극 배열을 사용하여 뇌에 전류 전달의 정확성을 증가시키는 비 침습적 뇌 자극 방법으로 개발 된 패드 기존 tDCS의 전극. 대상은 일정 구성에 배치 전극을 격려하여 이루어집니다. 이들 중 하나의 4x1 링 구성입니다. 이 방법에서 대상 피​​질 영역을 덮고 중앙 링 전극 (양극 또는 음극) 자극의 영역과 접하는 데 도움 개의 리턴 전극에 의해 둘러싸여 있습니다. 의 4x1 링 HD-tDCS의 전달은 건강한 피험자와 환자 모두에서 유의 한 신경 생리 학적 및 임상 효과를 유도 할 수있다. 또한, 자사의 내약성은 20 가지 분에서 2.0 밀리 암페어로 높은 농도를 사용하여 연구에 의해 지원됩니다.

의 4x1 HD-tDCS는 perfor를 간단하더라도남성, 정확한 전극의 위치를​​ 정확하게 대상 피​​질 영역을 자극하고 neuromodulatory 효과를 발휘하기 위해 중요합니다. 특히 HD-tDCS에 대해 테스트 한 전극 및 하드웨어의 사용은 안전성과 내약성 중요합니다. 의 4x1 HD-tDCS 대부분의 출판 연구는 특히 통증 관련 결과에 대해, 일차 운동 피질 (M1)를 대상으로 한 것을 감안할 때,이 글의 목적은 체계적 M1 자극에 사용뿐만 아니라, 취해야 할 사항을 설명하는 것입니다 안전하고 효과적인 자극. 그러나 여기에 설명 된 방법은 다른 HD-tDCS 구성 및 대뇌 피질의 대상에 대해 적용 할 수 있습니다.

Introduction

두개 직류 자극 (tDCS)는 신경 세포의 휴식 막 잠재력을 수정 할 수있는 비 침습적 뇌 자극 기술과 자연의 연결을 소성의 정도 자극의 영역에서뿐만 아니라 내생 μ-아편 시스템 2 등 상호 신경망 1이며 따라서 변조 대뇌 피질의 흥분. 낮은 비용, 간단한 응용 프로그램과 휴대 함께 tDCS의 neuromodulatory 효과, 설정의 다양한 지난 10 년간의 광범위한 사용을 주도했다. 이러한 신경 생리 학적 연구,인지 및 행동 중재와 같은 만성 통증, 우울증, 편두통, 뇌졸중, 파킨슨 병 및 이명 3 같은 질환을 평가하는 환자의 연구를 포함했다. 그러나 직류 배달 (DC) betwee있는 대뇌 피질의 비교적 넓은 영역을 자극하는 가장 일반적으로 25-35cm 2 사이의 큰 패드를 사용하여 수행됩니다N 양극과 음극 4. 따라서, 주위의 해부학 적 영역의 자극과 관련이없는 대상 피​​질 지역의 초점 자극이 기술을 달성하기 어렵습니다. 몇 가지 방법은 전극 간에게 거리 5 변화 및 증가 / 감소 / 전극 (6)에 따라 대뇌 피질의 지역에서 변조를 높이기 위해 패드의 크기를 감소시켜 전류의 흐름을 "모양"을 위해 연구하고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 추가로 대상 전류의 흐름에 노력 전극 7,8 사이의 전류 션트을 피하면서 관심 남아있다.

고화질 (HD) tDCS 작은 배열, 특별히 고안된 전극 9를 사용하여 새로 개발 된 개입이다. 다른 구성은 목표 10 자극을 개선하기 위해 수정 될 수있는 테스트되었습니다. 그중의 4x1 링 구성 둘러싸여 대상 피​​질 영역을 덮고 중심 전극을 사용하는 몽타주입니다4 개의 전기 수술기 있습니다. 중심 전극 anodal 또는 cathodal 하나로 자극의 극성을 정의하고 리턴 전극의 반지름은 흥분 변조를 겪고 영역을 제한. 뇌 모델링 연구는 기존의 tDCS 4의 표준 바이폴라 몽타주 비교의 4x1 HD-tDCS 구성을 사용 피질 진행 변조의 영역이보다 제한된 것을 보여줍니다. 또한, 자사의 focality은 조직 (모델링) 매개 변수를 11 강력합니다. 초점 현재 배달 12 확인의 4x1 링 두개 전기 자극을 사용하여 임상 neurophysiologic 연구.

이 개입의 잠재적 인 응용 프로그램은 기존 tDCS의 것과 유사하다. 기존 tDCS (14)에 의해 유도하여 사람들을 오래 버틸 수 일차 운동 피질 (M1) 대뇌 피질의 흥분 13 보고서 변경 후 효과에의 4x1 링 HD-tDCS를 사용하여 행동 및 neurophysiologic 연구. 2.0 밀리 암페어 (mA)의 높은 농도는 20 가지 분을 위해 전달 될 ​​때의 4x1 링 HD-tDCS를 사용하여 현재의 연구는 정상인 13-15 환자 16 모두의 인내를 지원합니다. HD-tDCS가 잘 용납되어 있지만, 그것은 단지 장치와 특별히이 목적을 위해 테스트 한 전극을 사용하는 것이 중요합니다.

이 문서의 목적은 HD-tDCS를위한 4x1를 링 전극의 사용으로 체계적인 데모를 제공하는 것입니다. 그것은 다른 임상 연구 설정에서 사용되는 가장 일반적인 몽타주로 M1의 자극이 선택되었다. 그러나 설명 방법은 같은 배 외측 전두엽 피질 (DLPFC)와 같은 다른 뇌 영역의 대상에 대해 적용 할 수 있습니다. 여기에 표시되므로 올바른 전극의 위치를​​ 정확하게 대상 피​​질 영역을 자극하기 위해 수행하는 간단하지만 중요합니다. 우리는이 데모는 향후 HD-tDCS의 엄격함을 지원하고 향상에 기여하겠습니다이 소설의 중재 메커니즘과 응용 프로그램에 추가 증거를 제공합니다 시험.

Protocol

1. 금기 및 특수 고려 사항

  1. 장치 설치에 앞서, 참가자가 HD-tDCS에 대한 금기 사항이없는 것을 확인합니다. 그것은 이러한 금기는 기존 tDCS (표 1)과 동일하다고 가정하는 것이 합리적 보인다. 이러한 환자의 약물과 같은 다른 특별한 고려 사항은 또한 고려되어야한다. 예를 들어, 중추 신경계 작용 약물은 자극의 원하는 효과를 변경할 수 있습니다.
  2. 같은 상처 나 염증 증상으로 피부 병변을 완전히 참가자의 두피를 검사합니다. 이러한 병변을 보여 두피의 영역을 자극하지 마십시오. 또한, 자극 두개골 결함이나 금속 임플란트 환자에서 피해야한다. 시험의 목적은 특히이 환자 집단을 연구하는 경우, 추가주의 사항 및 특별한 용량 고려 계정 (전산 앞으로 모델 예) 17 고려되어야한다

2. 재료

  1. 필요한 모든 자료 (표 2) 쉽게 사용할 수 있는지 확인합니다.
  2. 모듈 형 뇌파 (EEG) 기록 캡 플라스틱 HD 케이싱을 포함 할 수 있습니다. 중심 전극이 데모 M1에서 대상 영역에 해당하며, 네 개의 리턴 전극의 반경은 연구되고있는 프로토콜을 기반으로 조정해야합니다. 이 데모에서는, 우리는 중앙 M1 위에 배치 전극과의 Cz, F3, T7, 국제 10-20 EEG 시스템 18 P3와 거의 일치하는 반환 전극의 위치, 약 7.5 cm의 반경을 사용합니다.
  3. 각 자극 세션 전에 기존 tDCS 장치 (Soterix 1X1 낮은 강도 DC 자극)와 멀티 채널 자극 어댑터를 켜고 배터리가 충전되었는지 확인합니다. 이 사실이 아닌 경우도 장치 "배터리"표시등이 나타내는 불이 그 batteri에스 교체해야합니다. 배터리 충전을 검사 한 후에, 장치는 즉시 자극을 이전 할 때까지 해제 할 수 있습니다. 기존 tDCS 장치는 몇 mA의 강도 DC를 제공하는 배터리로 작동하는 장치입니다. 전류 제어가 아닌 전압 제어 자극 인해 전극의 임피던스를 변경하는 것이 바람직하다. 전원 어댑터의 사용은 항상 더 큰 강도의 실수로 납품을 피하기 위하여, 안전상의 이유로 권장하지 않습니다. 이 장치의 작동은 우리의 이전 제 19 조에서 설명했다. 멀티 자극 어댑터 (그림 1)에 기존 tDCS 장치를 연결하여 DC가 원하는 영역에 국한 신경 조절을 허용의 4x1 HD-tDCS 구성에 따라 제공됩니다.
  4. 각 세션에 앞서, 시각적으로 비정상적인 마모 나 손상의 흔적이 사용하기 전에 전극을 검사합니다. HD-tDCS 전극 (Discussio를 참조하십시오 재사용 할 수 있지만, 전체 응용 프로그램에 제한이N). HD-tDCS에 사용되는 전극 어셈블리는 특별히 설계 또는 목적을 위해 테스트해야합니다. 이 문서에 설명 된 방법은 자세 / AgCl을 소결 링 전극 (그림 2)를 사용합니다. 이 전극의 사용은 적절한 전기 전도성 젤과 HD 플라스틱 케이스와 함께, 따라서보다 안전하고 그 결과 상당한 난방 9,20 전혀 생산되지 동안 자극 전극 전위와 젤의 pH 변화를 최소화하기 위해 표시되었습니다 전극의 다른 유형에 비해 효과적인 접근.
  5. 의 4x1 어댑터 출력 케이블에 일치하는 수신기 다섯 가지 자세 / AgCl을 소결 링 전극 케이블을 연결합니다. 중심 전극 anodal 또는 cathodal 하나로 자극의 극성을 정의하는 하나가 될 것입니다. 중앙 수신기 플러그 중심 전극 리드를 연결해야합니다. 그런 다음, 주변의 플러그에 남아있는 전극을 연결합니다. 그것은 지적되어야한다는그들은 모두 동일한 극성되므로 수신기 플러그에있는 네 개의 리턴 전극의 배치는 중요하지 않습니다.

3. 측정

우리의 이전 제 19에 설명 된대로 머리 측정 및 자극의 지역의 지역화, 기존 tDCS과 동일합니다. 단계는 자세한 설명을 위해 세부에서 다시 설명한다.

  1. 참가자는 머리 받침이있을 수있는 의자에 편안하게 앉아있다.
  2. 자극 사이트는 뚜렷한 효과 다른 지역 검색 결과의 자극 이후 연구자에 대한 관심의 프로토콜에 의해 결정됩니다. 아래 설명과 같이 가장 일반적으로, 국제 10-20 EEG 시스템 (18)는 머리 측정을 위해 사용됩니다.
  3. 첫째, 정점 (의 Cz)을 집중.
    1. 이 작업을 수행하기 위해, nasion에서 inion까지의 거리를 측정하고 반으로 거리를 나눕니다. nasion는 일의 교차점에있는 곳입니다전자 이마와 코 뼈와 inion은 뒤통수 뼈의 가장 눈에 띄는 점 (그림 3)입니다. 오일 연필이나 독성 수성 마커를 사용하여 라인으로 자리를 표시합니다.
    2. 둘째, 왼쪽과 오른쪽 미리 귀 포인트 (이주 앞쪽에 공간 즉) 사이의 거리를 측정합니다. 절반이 거리를 나누어 줄 자리를 표시합니다. 지금 십자가를 만들기 위해 두 선을 연결합니다. 두 선이 교차하는 지점의 Cz에 해당합니다.
  4. 공부하는 프로토콜에 따라, 머리에 대상 사이트를 식별합니다.
    1. 일차 운동 피질 (M1)를 통해 자극하기 위해의 Cz의 측정 (그림 3) 시작의 Cz에서 왼쪽 또는 오른쪽 미리 귀 점까지의 거리의 20 %를 계산합니다. 이 지역의보다 정확한 측정을 위해 같은 neuronavigation 시스템 또는 두개 자기 자극 (TMS)와 같은 보조 방법의 사용이 적합 할 수 있습니다.

    4. 피부 준비

    1. 머리를 분리하여 자극 현장에서 피부를 준비합니다. 알코올 면봉은 두피의 피지 나 헤어 제품을 제거하는 데 도움이하기 위해 사용할 수 있습니다. 피부를 침식하지 마십시오. 어떤 피부 병변이 존재하지 있는지 확인하십시오.

    5. 전극 위치 및 장치 설정

    1. 머리 크기를 측정하고 피부를 정돈 한 후, M1에 해당하는 표시를 찾을 수 있습니다.
    2. 다음 표를 통해 케이싱 센터 플라스틱을 누른 채 눈에 띄는 M1 표, 피사체의 머리에 모듈 EEG 기록 캡을 씌워 보관. 눈에 띄는 두피 M1 십자가 마크를 유지하기 위해, 하나는 그것을 통해 HD 케이싱을하기 전에 주위에 머리를 이동할 수 있습니다. 모자 아담하지만 편안한 지 확인하고 네 개의 반환 플라스틱 케이스의 위치를​​ 조정합니다. 다른 방법은 확실히 가능하지만, 이전 시험 16 우리는 approximat의 반경 반환 전극을 위치M1에서 엘리는 7.5 cm. 그들의 위치는 CZ의 F3, T7 및 P3 (그림 4)에 대략 맞습니다. 다음 EEG 캡의 스트랩을 조정합니다.
    3. 측정 테이프를 사용하여 전극 간 거리가 연구 프로토콜에 따라 적절한 지 확인합니다.
    4. 두피가 노출 될 때까지 나무 면봉의 끝에 사용하여 플라스틱 케이스에있는 구멍을 통해 머리를 분리합니다. 각 케이스에서 반복합니다.
    5. 두피 표면에서 시작하여, 각각의 플라스틱 케이스의 구멍을 통해 전기 전도성 젤 약 1.5 mL를 소개합니다. 젤의 응용 프로그램은 플라스틱 주사기를 사용하여 얻을 수 있습니다. 조심스럽게이 전류 불충분 한 전류 (그림 5)의 분로로 이어질 수 있으므로, 플라스틱 케이스의 둘레 넘어 젤을 확산하지 마십시오.
    6. 다음의 거친면이 아래로 향하게하고 매끄러운 둥근면이 위를 향하고 함께, 각 HD 플라스틱 케이스에 위치 한 자세 / AgCl을 소결 링 전극. 를 사용하여필요한 경우이 플라스틱 케이스의 바닥에 닿을 때까지, 링 전극을 낮출 가이드로 주사기 또는 플런저.
    7. 전극을 포함하는 좀 더 젤을 추가하고 장소 (그림 6)에 전극을 고정 HD 플라스틱 케이스와 함께 제공되는 캡을 사용합니다. 이 캡의 자극을 통해 장소에 전극을 유지합니다. 위치에 고정하는 캡을 돌립니다. 플라스틱 뚜껑이 쉽게 회전하지 않는 경우 무리한 힘을 사용하지 마십시오. 5.6에서 설명한대로 전극을 다시 조정 한 후 제자리에 뚜껑을 잠글 시도합니다. HD 플라스틱 케이스의 캡은 자세 / AgCl을 소결 링 전극이 완전하고 그것의 적당한 위치에 삽입하면 쉽게 설정하도록 설계되었습니다.
    8. 의자 또는 피사체의 옷 (그림 7) 각 플라스틱 케이스와 테이프 주위 전극 케이블, 루프 그들에 긴장을 줄일 수 있습니다.
    9. 의 4x1 어댑터 출력 포트로 출력 케이블의 둥근 끝을 연결합니다.
    10. 입력 케이블 t를 사용기존 tDCS 장치의 4x1 멀티 자극 어댑터를 연결 O를. 의 4x1 어댑터 입력 포트에 입력 케이블 콘 플러그 끝을 연결하고 기존 tDCS 장치의 출력 포트에 입력 케이블 (2 개 바나나 형 플러그)의 다른 쪽 끝을 연결합니다. 중요한 것은, "센터"로 표시되어 케이블 anodal 또는 cathodal 하나로서 중심 전극으로부터 전달되는 DC 극성을 정의 할 하나입니다. 기존 tDCS 장치와 조합의 4x1 멀티 자극 어댑터를 사용하는 경우 중앙 양극 또는 음극 센터 선택에 대한 스위치 또는 버튼이 없다는 것을 유의하십시오. 이 극성은 위에서 설명한 바와 같이 기존의 tDCS 장치 출력에 커넥터 케이블 바나나 형 플러그를 연결하는 과정을 통해 결정됩니다. tDCS와 HD-tDCS에서 "양극"몸에 긍정적 인 전류가 흘러 상대적으로 양극 단자를 의미합니다. 반면에, "음극"긍정적 인 현재의 t 상대적으로 마이너스 단자입니다암탉 종료 몸을.
    11. 연결이 준비되면, 두 장치를 켜십시오.
    12. 임피던스 값이 "검색"을의 4x1 멀티 자극 어댑터의 "모드 선택"노브를 돌려 적절한 범위 내에 있는지 확인합니다. 디바이스는 디스플레이 창에서 한 번에 하나의 전극의 임피던스를 보여주는 전극을 검색합니다. "리드 전환"버튼은 디스플레이의 전극이 자동 전환을 전환 할 수 있습니다. 이 버튼은 선택된 전극의 디스플레이를 잠그고 임피던스를 검사 할 누를 수 있습니다. 그런 다음,이 장치가 표시 전극을 변경할 수 있도록 다시 누를 수 있습니다. 의 4x1 멀티 자극 어댑터 장치는 "품질 단위"의 임피던스를 측정 할 것이다. 연락처 품질은 전극의 저항은 전극 인터페이스 전기 과정 21 비선형이라는 사실에 따라 시험 회로에 의해 이러한 "품질 단위"로 정규화, 그 전극의 저항 (임피던스) 할 수 있습니다따라서 오해의 소지가. 예를 들어, 분명히 측정 저항 테스트 전류 22 완전히 달라집니다. 아래 "품질 단위"값이 바람직하다. 더 엄격한 지침 날짜에 사용할 수 없지만, 이전의 연구 15,16에서 컷오프로 사용되어보다 낮거나 1.50-2.0 "품질 단위"에 같은 값.

    자극이 주제에 배달되지 않습니다으로의 4x1 멀티 자극 어댑터, "스캔"(임피던스 검사) 모드에있는 동안 기존 tDCS 장치를 활성화하지 마십시오.

    1. 임피던스 값이 원하는 한계를 넘어 있다면, 높은 임피던스를 표시하는 전극을 포함하는 플라스틱 케이스의 뚜껑을 열고 자세 / AgCl을 소결 링 전극을 제거합니다. 최적의 임피던스를 얻기 위해 머리와 전극을 조정합니다 (즉, 5.4-5.7) 위에서 설명한대로 절차를 따르십시오. 다시 임피던스를 확인으로 5.12에서 지적했다. 일단 목표 품질 값을 repla이 이루어집니다케이스의 세륨 캡. 필요에 따라 다른 전극에 대해 동일한 절차를 반복합니다. 최적의 품질 표시 대상에 따라 다를 수 있지만, 다른 사람보다 하나의 전극에 높은 품질의 지표는 전극 접촉 불량을 나타낼 수 있습니다.
    2. 모든 전극 임피던스 품질이 원하는 범위 내에서가 수 있도록이 확인되면, "통과"를 "검사"에서의 4x1 멀티 자극 어댑터에 손잡이를 "모드 선택"설정합니다. 이 설정은 전류의 4x1 장치에 전극을 기존의 tDCS 장치에서 전달할 수 있습니다. 운영자는 이제 자극을 시작할 준비가 된 것입니다.

    6. 자극

    1. 참가자는 의자에 편안하게 앉아하고 자극하는 동안 깨어있는 상태로 유지됩니다 있는지 확인합니다.
    2. HD-tDCS는 이제 우리의 이전 제 19 조에서와 같이 기존의 tDCS 장치의 컨트롤을 사용하여 적용됩니다. 자극이 전달되는 시간과 강도를 확인하고 조정장치가 필요. 또한, 세션 (가짜 또는 활성 자극)의 모드를 결정합니다. 가짜 모드를 선택하면 장치는 자동으로 만 삼십초의 기간 동안 전류를 공급합니다. 이 방법은 기존의 tDCS 23 HD-tDCS 15 시험 모두에서 참가자의 눈부신 성공하기 위해서는보고되었다.
    3. 기존 tDCS 장치의 "시작"버튼을 눌러 HD-tDCS 세션을 시작합니다. "시작"빛 DC 강도가 목표 전류에 도달 할 때까지 계속하고 가벼운 램핑 때 깜박입니다. 타이머는 남은 시간을 표시하고 "TRUE 현재"표시는 중심 전극과 결합 된 네 개의 리턴 전극에 전달되는 전류 강도를 표시합니다.
    4. 이 주제는 초기 자극 기간 24 동안 가려움이나 따끔 거림, 불쾌감을 표시하는 경우가 있습니다. 이러한 증상이 너무 불편해야한다, 그것은 현재의 강도는 엄마 것이 좋습니다nually 피사체가 편안한 느낌까지 "휴식"기능을 사용하여 몇 초 동안 0.2 ~ 0.5 mA로 다운 램핑. 직후, 현재의 강도는 점차 원래의 투여로 증가해야합니다. 언급 감각은 일반적으로 자극의 몇 분 후에 사라 경향이있다.

    7. 수술 후

    1. 세션이 완료되면 원하는 경우, 모든 채널에서 저항을 다시 측정 할 수 있습니다. 플라스틱 캡을 열고 조심스럽게 케이스에서 자세 / AgCl을 소결 링 전극을 제거합니다. 필요한 경우, 전극 와이어를 잡아 당 겼 방지하기 위해 면봉의 무딘 끝을 사용합니다. 전극 젤을 제거하고 저장하기 전에 건조하기 위해 수돗물로 부드럽게 세척해야한다.
    2. 다음으로, 내장 된 플라스틱 케이스와 EEG 캡을 제거합니다. 참가자의 머리는 모자 및 / 또는 케이스에 걸려있을 수 있으므로, 폐쇄 플라스틱 캡으로 EEG 캡을 제거하지 마십시오. 플라스틱 케이스는 다음에 세척해야한다젤을 제거하고 종이 타월로 건조.
    3. 종이 타월을 사용하여 피사체의 머리에서 남아있는 젤을 제거합니다. 젤 hydrosoluble이기 때문에, 약간의 물을 제거하는 데 도움이 될 수 있습니다.
    4. 그것은 어떤 부작용 (표 3)에 대해 모니터링 할 각 자극 세션 후 설문지를 작성하는 참가자를 요청하는 것이 좋습니다.

Representative Results

전극이 적절히 배치 및 임피던스 값이 적절한 범위 내에있는 경우, DC는 자극의 기간 동안 여러 캐소드 (음극 센터의 4x1 HD-tDCS의 경우) 양극에서 흐를 것이다. 대상 현재 강도는 기존의 tDCS 장치에 의해 전달하고 "사실 현재"표시기에 표시됩니다. 가짜 모드가 선택된 경우 마찬가지로 장치는 자동으로 초기화 한 후 DC 약 삼십초을 제공 중지 및 표시기는 DC 전달의 중단 (그림 8) 표시됩니다.

참가자 가려움증, 따끔 거림이나 자극의 개시에 따라 약간의 작열감을보고하는 것이 일반적입니다. 이러한 현상은 종종 가짜 활성 HD-tDCS 15,16 둘 중에 관찰 및 DC가 의도 한대로 전달되고 있음을 표시해야합니다. 그러나, 그들은 일반적으로 자극의 처음 몇 분 후에 사라 경향이있다.

내용은 "> 등으로의 4x1-HD-tDCS에 의해 생성 된 초점 전류 흐름이 될 것이다 그것은 일반적으로 더 많은 전류 흐름 뇌 영역이 영역은 거의 무시할만한 전류의 흐름에 직접 영향을받지 않습니다 것 인 동안 변조 될 가능성이 있다고 가정합니다. 지역화 신경 조절을 생성 할 것으로 예상. 전산 모델 4,14,15 종래의 tDCS (그림 9)와 비교하여 더 초점 뇌 자극의 4x1 링 HD-tDCS의 결과.으로 Datta의 등이보고 것으로 나타났습니다. 4,11,이 의 4x1 링 HD-tDCS에 의한 대뇌 피질의 흥분 변조의 영역은 링 경계 내에 제한, 전기 분야의 피크는 중심 전극에서이었다. 반면, 기존의 tDCS 같은 동측 측두엽과 양자와 같은 다른 다른 지역의 자극을 야기 전두엽 및 전기 필드는 그 중 하나 아래 대신 두 전극 사이의 중간을 만족.

HD-tDCS는 새로운 t이다echnique 따라서 그 효과는 기존의 tDCS의 것과 같은 광범위으로 연구되지 ​​않았습니다. 다른 사람은 여전히​​ 탐험을 함께 그러나, 잠재적 인 응용 프로그램은 비슷합니다. 건강한 지원자에서 크게 더위와 추위 감각 임계 값을 줄일 수 있으며, 감기 통증 임계 값 (그림 10) 15 한계 진통 효과로 이어질 것을의 4x1 링 HD-tDCS 쇼를 사용하여 현재 연구. 전위 13,14 (그림 11)을 유발 모터를 사용하여 측정뿐만 아니라, 그것은 대뇌 피질의 흥분에 큰 변화를 일으킬 수 있습니다. fibromyalgia의 환자에서, 활동의 4x1 링 HD-tDCS는 인식 고통에있는 뜻 깊은 감소 (그림 12) 유도 및 사기 16에 비해 크게 기계적 감지 임계 값을 증가했다.

HD-tDCS 및 기존 tDCS를 비교 연구는 각 개입의 효과를 규명하기 위해 중요하다. 그러나, 하나 10 분 sessio 2.0 mA에서 anodal HD-tDCS의 N은 이미 쿠오 등에 의해보고되었다. 14 기존 tDCS (그림 13)보다 더 눈에 띄는, 오래 지속되는 흥분성 후 효과와 더 쾌활 자극을 발휘하는, 연구와 잠재적에서의 사용을 지원 임상있다.

그림 1
그림 1.의 4x1 멀티 자극 어댑터 (좌) 기존 tDCS 장치 (오른쪽)에 연결.

그림 2
그림 2. 둥근 부드러운 (검정)과 표면이 거친 자세 / AgCl을 소결 링 전극. 전극의 4x1 어댑터 출력 케이블에 일치하는 수신기에 연결됩니다.

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그림 3. 해부학 적 랜드 마크 (왼쪽)과 국제 10-20 EEG 시스템 (오른쪽)에 따라 일차 운동 피질 (M1) 지역화.

그림 4
그림 4. 10-20 EEG 시스템에 따라 HD 전극에 대한 제안 된 위치. 다른 몽타주도 테스트 할 수 있습니다.

그림 5
그림 5. 전기 젤 응용 프로그램 (왼쪽). 전극 사이에 비켜에서 전류를 방지하기 위해주의가 플라스틱 케이스 (오른쪽)의 한계를 넘어 전기 젤의 확산을 방지하기 위해주의해야한다.

그림 6
그림 6. P플라스틱 케이스에 링 전극 lacement. 전극의 거친 표면이 아래로 향하게하고 매끄러운 둥근 표면면을 위로해야한다. 그것은 플라스틱 케이스 (왼쪽) (오른쪽) 위치에 고정 캡의 기초에 닿을 때까지 링 전극은 다음 하향 조정해야한다.

그림 7
그림 7. 샘플의 4x1 HD-tDCS 설정.

그림 8
그림 8. 활성화 (왼쪽)와 기존 tDCS 장치에 의해 가짜 (오른쪽) 모드 납품. 실바 등의. 19.

그림 9
그림 9. 일차 운동 피질의 4x1 링 HD-tDCS (위)와 표준 바이폴라 스펀지 몽타주 (아래)를 사용하여 기존의 tDCS 사이의 전산 모델을 비교. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 10
그림 10. 열 차가운 감각 임계 값과 이전 (이전)과 (POST)의 4x1 링 HD-tDCS 후 정상인에서 측정 차가운 통증 임계 값. 프로토콜은 활성 anodal HD-tDCS 또는 20 분의 일차 운동 피질에 가짜 자극 2mA의 대금 구성되어있다. Borckardt 등의 수정. 15. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

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모터의 4x1 링 HD-tDCS의 그림 11. 효과는 건강한 주제에 전위 (MEP) 진폭을 유발. 프로토콜은 활성 anodal HD-tDCS 또는 20 분의 일차 운동 피질에 가짜 자극 1mA의 대금 구성되어있다. MEP는 자극 전후에 측정, 후자의 진폭이 기준의 정상화되었다. 수염 표준 편차를 나타냅니다. Caparelli-Daquer, 등에서 수정. 13.

그림 12
그림 12. 섬유 근육통 환자에서인지 통증의 4x1 링 HD-tDCS의 효과. 환자는 이전에 시각적 수치 척도를 사용하여 즉시 30 분 자극 한 후 전반적인 고통을 평가하도록 요청 하였다. 프로토콜은 왼쪽 일차 운동 피질로 전달 활성 anodal 및 cathodal HD-tDCS 단일 세션 (2m로 구성20 분)와 가짜 자극. 수염 표준 오류를 나타냅니다. Villamar 등의 수정. 16.

그림 13
그림 13. 기존 tDCS와의 4x1 링 HD-tDCS를 사용 anodal 및 cathodal 자극에 의해 유도 된 후유증의 비교. 모터 전위 (MEP) 진폭은 10 분 동안 기존의 tDCS 또는의 4x1 HD-tDCS 2mA의 배달 전후에 측정 하였다 유발. 순차 평가는 후유증의 시간 경과를 평가하기 위해 수행되었다. MEP 진폭 후 자극이 기준의 정상화되었다. 쿠오 등의 수정. 14.

당신은이 ... TMS / tDCS에 부작용이 있나요?
seizu했다다시?
의식 불명 손실이 되었나요?
스트로크를했다?
심각한 머리 부상을했다?
당신의 머리에 수술을했다?
모든 뇌 관련, 신경 질환이 되었나요?
뇌 손상의 원인이 될 수있는 질병이 있나요?
당신은 자주 심한 두통으로 고생합니까?
당신은 이러한 파편 같은 머리 (입 밖), 수술 클립 또는 용접 조각의 금속이 있습니까?
당신은 심장 박동기 나 의료용 펌프 등의 이식 의료 장치가 있습니까?
당신은 어떤 약물을 복용하고 있습니까?
당신은 임신, 또는 당신은 성생활과 임신이 될 수 있는지 알 수없는?
당신의 가족에서 누군가가 간질을 가지고 있습니까?
당신은 더 이상 필요tDCS / HD-tDCS 또는 관련된 위험에 대한 설명?

표 1. tDCS / HD-tDCS 전에 금기 및 특수 고려 사항에 대한 심사.

재료 한 기존의 tDCS 장치
하나의 4x1 멀티 자극 어댑터
네 개의 9 볼트 배터리
하나의 모듈 뇌파 기록 캡
다섯 가지 자세 / AgCl을 소결 링 전극
다섯 특별히 디자인 된 HD 플라스틱 케이스와 각각의 모자
한 플라스틱 플런저
케이블
하나의 측정 테이프
하나의 나무 면봉
전기 전도성 젤
한 - 3 또는 5 ML의 주사기
접착 테이프
종이 수건

표 2. 자재.

다음과 같은 증상이나 부작용이 발생할습니까? 아래 공간에 값 (1-4)를 입력합니다.
1 부재
2 가벼운
3 보통
4 심한
존재하는 경우, 당신이이 HD-tDCS 관련이 있다고 생각합니까?
1 없음
2 원격
3 가능
4 예상
5 확실한
참고
두통
목에 통증이
두피 통증
두피 화상
욱신 거리고
피부 적색
졸음
집중 고생
심각한 기분의 변화
기타 (구체적으로) :

표 3. HD-tDCS 다음과 같은 부작용 검사.

Discussion

중요한 단계

절차를 시작하기 전에 확인해야 할 부분

자극을 시작하기 전에 연구자들은 참가자가 HD-tDCS에 대한 금기 사항이 없음을 확인해야합니다. 표 1은 고려되어야 할 몇 가지 중요한 고려 사항을 나열하고 심한 머리에 금속 임플란트 또는 장치의 존재를 포함하여 가장 중요한 금기, 요약 뇌 손상 또는 중요한 피부 병변. 전극 배치를 위해 준비하는 동안 연구원의 4x1 링 주변에서 후자의 존재를 검사해야한다. 이러한 병변이있을 경우 우리는 기술의 응용 프로그램을 사용하지 않는 것이 좋습니다. 이 문서에 나와있는 HD 전극 및 케이스를 사용하는 경우 피부 병변이보고되지 않은 생각으로이 중요하고, 피부 손상을 비켜 수행 할 경우, 특히 기존의 tDCS 3 여러 가지 연속 세션의 배달 후보고되었다십사일 25 RA 기간.

금속 임플란트 또는 두개골이나 뇌 실질의 결함의 존재는 상당히 전류 흐름 17,26 및 목적 이외의 다른 피질 영역의 자극 결과를 수정할 수 있습니다. 안전을 위해 자극 이식 의료 기기 환자에서 피해야한다. 연구는 특히 이러한 조건을 공부에 집중하지 않는 상대 금기는 뇌졸중의 간질이나 역사의 존재를 이용하실 수 있습니다. HD-tDCS는 안전에 관한 자료의 부족으로 인해 임신 한 여성 피해야한다.

그것은 기존의 tDCS 장치의 4x1 멀티 자극 어댑터를 연결할 때 케이블의 극성을 확인하는 가장 중요합니다. 그렇게하지 ​​않으면 참가자에게 자극의 잘못된 유형을 제공 될 수 있습니다. 케이블은 종종 빨강있을 수 있습니다 "센터"로 표시해야합니다, 올바른 단자 (양극 또는 음극)에 연결되어.

운영자는 시각적으로 각 사용하기 전에 전기 제품의 퇴적 증거 자세 / AgCl을 소결 링 전극을 검사하고 표시된 경우이를 교체해야합니다. 각 활성 자극 세션 후, 전기 화학적 반응의 제품은 전극의 하단에있는 거친 표면에 구축하는 경향이있다. 이러한 이유로, 각 전극은 단지 두 개의 활성 자극 세션의 4x1 구성의 중심에 위치하는 것이 좋습니다. 그 후, 그것은 회전 수 및 반환 전극의 하나로서 사용 할 수 있습니다. 세트에있는 5 개의 전극을 각각 두 번 중심 전극을 역임했다되면, 전극의 새로운 세트를 사용하는 것이 좋습니다. 그것은 각 전극 레이블을 조정 방식을 회전하기 위해 사용하는 사용자의 숫자를 기록하는 간단합니다. 인내뿐만 아니라, 전극 (제한적) 회전은 균등하게 분배되지 않습니다 현재의 높은 임피던스 사건을 방지하기위한 것입니다 ACROSS 개의 리턴 전극. 연산자 (같은 단계 5.12-5.14에서 설명)의 자극에 먼저 연락 품질을 확인하고, 더 비정상적으로 높은 저항 값이 발생하지 않습니다 것을 보장 할 책임이 있습니다.

그것은 참가자가 지나치게 자신의 머리를 이동하거나 실수로 케이블을 끌어와 그들을 쫓아하거나 중단하는 발생할 수 있습니다. 이런 이유로 들어, 표면의 4x1 어댑터 출력 케이블 (예 : 의자 또는 참가자의 옷)를 플라스틱 케이스 주위에 루프를 각각의 케이블을 테이프에 좋습니다.

원하는 경우, 잠재적으로 불편한 감각을 방지하고 연구 참가자의 눈부신 향상하기 위해 두피에 국소 마취제를 추가 할 수 있습니다. 그러나, 피부 화상은 HD-tDCS로보고되지 않았지만,이이 부작용을위한 작은 이론적 인 위험이 될 수 있으며, 국​​소 마취제의 사용이 연구에서 참가자를 방지 할 수도 염두에 보관해야자극 중에 eporting. 불편 함은 일반적으로 경증으로보고되는이 데모에서는,뿐만 아니라 우리의 이전 연구에서와 같이, 우리는 국소 마취제를 사용하지 않았습니다.

위에서 언급 한 바와 같이, 최적의 결과를 위해 그것은 플라스틱 케이스의 한계를 넘어 확산 전기 젤을 방지하는 것이 매우 중요합니다. 그렇지 않으면, 한 전극에서 다른 현재의 세력 션트.

자극시 중요 고려 사항

이것은 연구 설계의 일환으로 요구되지 않는 한, 주제, 자고 읽거나 그렇지 않으면 자극 세션 동안 산만해서는 안됩니다. 그것은 강렬한인지 노력, 지루함이나 수면, 근육의 활성화와 대뇌 피질의 흥분의 변화를 선도하는 다른 활동은 기존의 tDCS 27 변경된와 반대 효과가 발생할 수 있다고보고 되었기 때문에 이것은 중요합니다.

의 개시시삼십초의 기간 동안 timulation, 전류 흐름이 갑자기 시작 장치에서 부작용을 방지하기 위해 자동으로 램프 전류를 최대 아래로. 기존 tDCS 장치가 전류를 생성하는 동안 비슷한 이유로 들어, "패스"와 "스캔"모드로 전환되지 않습니다. 주기적으로 그들이 자극이 안전하게 진행되고 있는지 확인하기 위해 절차에 편안하게 있는지 과목을 문의하는 것이 좋습니다.

소아 환자 등 취약 인구에 자극 용량 조절이 필요할 수 있습니다.

수술 후 실용적인 측면

안전에 관한 추가 증거를 수집하고 HD-tDCS의 효과를 모니터링하기 위해, 우리는 각 세션에 다음 참가자들에게 전달해야한다 표 3에 도시 된 하나 같은 부작용 설문지를 사용하는 것이 좋습니다. 가장 일반적인 adve의 존재를 화면으로 확인이러한 불편 등의 HD-tDCS와 관련된 RSE 효과, 따끔 거림, 가려움증과 감각을 레코딩합니다. 또한, 이러한 데이터의 의미 성을 정량적 인 주관적인 점수에 대한 요구에 의해 향상 될 수 있습니다. 이 환자는 1에서 5까지 또는 1에서 10까지 인스턴스에 대한 부작용의 강도 또는 심각도를보고하는 숫자 스케일을함으로써 달성 될 수있다. 각 가짜 세션 후 부작용 설문지를 전달하는 것도 중요하다. 이 활성 및 사기 모두 자극과 관련된 부작용의 빈도를 비교 할 수 있습니다. 기존 tDCS를 들어, 일부 부작용 가짜 그룹 24 한 예 인 두통에 더 자주보고 된 바있다.

가능한 수정

의 4x1 HD-tDCS를 들어, 자극 프로토콜이 다른 대상의 위치, 현재의 극성과 강도, 그리고 반지의 반경을 포함한 설계 될 수있다. 일반적으로, 증가의 4x1 링 직경은 increa에합니다SE 링 28 이하 침투 및 최대 강도의 깊이. 반대로, 반지 반경을 줄이는 것은 focality 증가하지만, 뇌의 전기장을 유도 감소한다. 따라서, 표시 기준, 최적 용량의 추가 조사가 보증합니다.

이 문서의 4x1 링 HD-tDCS에 초점을 맞추고 있지만, 다른 전극 배치는 다른 사람의 사이에서, 같은 4X2 및 3x3로 (이중 지구)로 사용할 수 있습니다. HD-tDCS 맞춤 많은 옵션을 제공하지만, 여기에 설명 된대로 전극을 배치하고 준비하는 방법은 단지 하드웨어와 특별히이 목적을 위해 테스트 한 액세서리를 사용하여 함께 따라야한다. 이 HD 플라스틱 케이스 디자인, 젤, 및 전극에 특별한주의를 지불 포함되어 있습니다. 예를 들어, 자세 / AgCl을 소결 링이 아닌 다른 전극은 또한 자세 펠렛, 자세 / AgCl을 펠렛, 자세 / AgCl을 디스크 및 고무 펠릿 9로 DC를 제공하기 위해 테스트되었습니다. 그러나 AG 및 고무 펠릿 전극 모두 유도D 산도의 변화, 온도와 전극 전위의 증가는 자세 / AgCl을 링 및 디스크를 제외한 모든 전극에 대해보고 하였다. 따라서 자세 / AgCl을 링 전극 효과적이고 안전한 방법이 될 수 있다는 것을 나타납니다. 향후 본 논문에서 설명하는 방법의 수정 또한 두개 교류 전류 자극 등의 개입을 제공하는 데 사용할 수 있습니다.

제한

이 시점에서, 대뇌 피질의 흥분에의 4x1 링 HD-tDCS 극성의 역할은 불분명 남아있다. 신경 생리 학적 연구는 1.0 mA와 anodal의 4x1 링 HD-tDCS 2.0 mA 모두 건강한 주제 13,14 사이에 대뇌 피질의 흥분이 증가하는지도보고 왔지만 어떤 일반화하기 전에 특히 HD-tDCS 연구를 다루는 증거의 넓은 바디가 필요합니다 할. 또한,의 4x1 링 HD-tDCS를 사용하여 대뇌 피질의 흥분 변조의 효과가 완두콩 도달 시간 의존 할 수있는 주목할 필요가있다자극의 종료 후가 아니라 즉시 14,16 후 몇 분 K. 따라서, 간섭에 따라 서로 다른 시간 지점에 순차적 평가는 정확한 결과를 얻기 위해 필요할 수 있습니다.

Disclosures

MF Villamar, MS VOLZ, AF 실바와 F Fregni이 문서에 관련된 관심 없음 충돌 선언하지 않습니다. 뉴욕 시립 대학은 비 침습적 뇌 M Bikson와 자극과 발명가로 Datta의에 대한 지적 재산권을 보유하고 있습니다. M Bikson 및 Datta는이 Soterix 의료, 주식 회사 지분을 가지고

Acknowledgments

저자는이 비디오에 대한 봉사를 위해, 편집에 도움 알렉산더 벤츄리를 Kayleen 위버 감사합니다,이 문서에 사용 된 인물 중 하나,이 작업을 수행하기 위해 주어진 지원 월러스 H. 풀 베는 기초를 제공하는 데니스 트루 옹. MS VOLZ는 독일 Schmerzgesellschaft eV의 [고통의 연구를위한 국제 협회 독일의 장 (IASP)가]에서 박사 장학금으로 후원됩니다.

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

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References

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