Técnica e Considerações no Uso de 4x1 Anel de alta definição direto Estimulação Transcraniana de Corrente (HD-ETCC)

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

De alta definição a estimulação transcraniana por corrente contínua (HD-ETCC), com seu anel de 4x1 montagem, é uma técnica de estimulação cerebral não-invasiva, que combina tanto os efeitos neuromoduladores da ETCC convencionais com maior focality. Este artigo proporciona uma demonstração sistemática da utilização de HD-ETCC 4x1, e as considerações necessárias para a estimulação segura e eficaz.

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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

De alta definição a estimulação transcraniana por corrente contínua (HD-ETCC) foi recentemente desenvolvido como uma abordagem não invasiva que a estimulação do cérebro aumenta a precisão de entrega de corrente para o cérebro, utilizando matrizes de eléctrodos mais pequenos "de alta definição", em vez do maior bloco- eletrodos de ETCC convencionais. Segmentação é conseguido através da dinamização de eletrodos colocados em configurações predeterminadas. Uma delas é a configuração de anel de 4x1. Nesta abordagem, um eléctrodo de anel central (ânodo ou cátodo) que recobre a região alvo cortical é circundada por quatro eléctrodos de retorno, que ajudam a limitar a área da estimulação. Entrega de 4x1-ring HD-ETCC é capaz de induzir efeitos neurofisiológicos e clínicos significativos em ambos os indivíduos saudáveis ​​e doentes. Além disso, a sua tolerância é suportada por estudos realizados com intensidades tão elevada como 2,0 miliamperes de até vinte minutos.

Mesmo 4x1 HD-ETCC é simples de desempenhom, o posicionamento do eletrodo correto é importante para estimular a precisão regiões corticais alvo e exercer seus efeitos neuromoduladores. O uso de eletrodos e de hardware que foram especificamente testados para HD-ETCC é fundamental para a segurança e tolerabilidade. Dado que a maioria dos estudos publicados sobre 4x1 HD-ETCC têm como alvo o córtex motor primário (M1), particularmente para desfechos relacionados com a dor, a finalidade deste artigo é descrever sistematicamente a sua utilização para a estimulação M1, bem como as considerações a serem tomadas para estimulação eficaz e segura. No entanto, os métodos descritos aqui podem ser adaptadas para outras configurações de HD-ETCC e Objectivos corticais.

Introduction

Transcranial estimulação de corrente contínua (ETCC) é uma técnica não invasiva estimulação cerebral capaz de modificar o potencial de repouso da membrana neuronal e o nível de descarga neuronal espontânea no domínio da estimulação, bem como em redes neurais interligadas 1, incluindo o sistema de opióides endógenos μ 2, assim excitabilidade cortical modulação. Os efeitos neuromoduladores da ETCC, combinado com o seu custo, aplicação simples e de baixo e portabilidade, levaram à sua ampla utilização ao longo da última década em uma ampla variedade de configurações. Estes incluíram estudos neurofisiológicos, intervenções cognitivas e comportamentais e estudos de pacientes que avaliam doenças, tais como dor crônica, depressão, enxaqueca, acidente vascular cerebral, doença de Parkinson e zumbido 3. No entanto, o fornecimento de corrente contínua (DC) é realizada utilizando almofadas grandes, mais geralmente entre 25-35 cm 2, que estimulam relativamente grandes áreas do córtex cerebral localizados entrn o anodo eo catodo 4. Assim, a estimulação cortical focal de regiões alvo, que não envolvem a estimulação das áreas anatómicas vizinhas, é difícil de conseguir com esta técnica. Várias abordagens têm sido investigados, a fim de "moldar" o fluxo de corrente através da variação inter-eletrodo de distância 5 e aumentar / diminuir tamanho do bloco para aumentar / diminuir a modulação em regiões corticais sob o eletrodo 6. No entanto, os esforços para um maior fluxo de corrente alvo, evitando desvio de corrente entre os eletrodos 7,8 permanecer de interesse.

High-Definition (HD)-ETCC é uma intervenção recém-desenvolvido que utiliza matrizes de eletrodos menores, especialmente concebidos 9. Diferentes configurações de ter sido testado, o que pode ser modificado, a fim de melhorar a estimulação de 10 alvos. Entre elas, está o anel de configuração 4x1, uma montagem que utiliza um eléctrodo central que recobre a região cortical alvo cercadopor quatro eletrodos de retorno 4. O eléctrodo central define a polaridade da estimulação tanto como catódica ou anódica, e os raios dos eléctrodos de retorno confinar a área passando por modulação da excitabilidade. Estudos de modelagem do cérebro mostram que a área de modulação submetidos córtex usando a configuração de HD-ETCC 4x1 é mais restrita, em comparação com o padrão de montagem bipolar ETCC convencionais 4. Além disso, a sua focality é robusto ao tecido (modelação) parâmetros 11. Estudos neurofisiológicos clínicos utilizando-ring 4x1 estimulação elétrica transcraniana confirmar a entrega atual focal 12.

As aplicações potenciais desta intervenção são semelhantes aos de ETCC convencionais. Estudos comportamentais e neurofisiológicas usando 4x1-ring HD-ETCC sobre o córtex motor primário (M1) mudanças relatório na excitabilidade cortical 13 e sequelas que podem durar mais do que os de induzida pela ETCC convencionais 14. Os estudos atuais que utilizam 4x1-ring HD-ETCC apoiar a sua tolerabilidade, em indivíduos sãos 13-15 e pacientes 16, quando as intensidades de até 2,0 miliamperes (mA) são entregues por até 20 minutos. Embora HD-ETCC é bem tolerada, é importante utilizar apenas os dispositivos e os eléctrodos que têm sido testados especificamente para este propósito.

O objetivo deste artigo é fornecer uma demonstração sistemática do uso de eletrodos 4x1-ring para HD-ETCC. Estimulação da M1 foi escolhido, pois é a montagem mais comum usado em diferentes contextos de pesquisa clínica. No entanto, os métodos descritos podem ser adaptados para o direcionamento de outras regiões do cérebro tais como o córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC). Como será mostrado aqui, o posicionamento do eletrodo correto é simples de executar, mas importante para estimular a precisão regiões corticais alvo. Esperamos que esta manifestação irá contribuir para apoiar e aumentar o rigor do futuro HD-ETCCensaios, que irá fornecer mais evidências sobre os mecanismos e as aplicações dessa nova intervenção.

Protocol

1. Contra-indicações e Considerações Especiais

  1. Antes da configuração do dispositivo, confirme se o participante não possui contra-indicações para HD-ETCC. Parece razoável supor que estes contra-indicações são as mesmas que para ETCC convencionais (Tabela 1). Outras considerações especiais, tais como a medicações de doentes, também devem ser tidas em conta. Por exemplo, o sistema nervoso drogas centrais de ação pode alterar os efeitos desejados da estimulação.
  2. Inspecione o couro cabeludo do participante completamente para lesões cutâneas, tais como cortes ou sinais inflamatórios. Evite estimular áreas do couro cabeludo que mostram tais lesões. Além disso, a estimulação deve ser evitado em pacientes com defeitos de crânio ou implantes metálicos. Se o objetivo do estudo é estudar especificamente essa população de pacientes, devem ser levados em conta (por exemplo, com modelos computacionais para a frente) 17 precauções adicionais e consideração dose especial

2. Materiais

  1. Assegurar que todos os materiais necessários estão prontamente disponíveis (Tabela 2).
  2. Incorporar os invólucros de plástico HD no modular eletroencefalograma (EEG) cap gravação. O eléctrodo central deve corresponder à área alvo, nesta demonstração da M1, e o raio dos quatro eléctrodos de retorno deve ser ajustada com base no protocolo que está a ser estudado. Nesta demonstração, usamos um raio de cerca de 7,5 cm, com o eletrodo central colocado sobre M1 e localização dos eletrodos de retorno que corresponde aproximadamente a Cz, F3, T7 e P3 no sistema internacional 10-20 EEG 18.
  3. Antes de cada sessão de estimulação, ligue o dispositivo ETCC convencional (Soterix 1x1 baixa intensidade DC Estimulador) eo adaptador de Estimulação Multichannel e verifique se as pilhas estão carregadas. A "bateria fraca" indicador em qualquer dispositivo acenderá se que não é o caso, indicando que o batteries precisam de ser substituídos. Depois de verificar a carga da bateria, os aparelhos podem ser desligados até imediatamente antes da estimulação. O dispositivo ETCC convencional é um dispositivo movido a bateria que fornece DC com uma intensidade de alguns mA. Um estimulador de tensão controlada de corrente controlada e não é preferido devido à mudança de impedância do eléctrodo. O uso de adaptadores de energia é sempre desencorajado por razões de segurança, a fim de evitar a entrega acidental de intensidades maiores. O funcionamento deste dispositivo foi descrito em nosso artigo anterior 19. Ao ligar o dispositivo ETCC convencional para o adaptador de Estimulação Multicanal (Figura 1), CC é fornecida ao longo da configuração de HD-ETCC 4x1 permitindo neuromodulação restrito para a área desejada.
  4. Antes de cada sessão, inspecionar visualmente os eletrodos antes do uso de sinais de desgaste anormal ou danos. Os eletrodos HD-ETCC são reutilizáveis, mas tem um número limitado de aplicações totais (ver Discussion). Conjuntos de eléctrodos utilizados para HD-ETCC deveria ter sido especificamente concebidos ou testado para esta finalidade. A abordagem demonstrado neste artigo utiliza eléctrodos anulares sinterizados de Ag / AgCl (Figura 2). A utilização destes eléctrodos, em combinação com o gel electricamente condutor apropriado e invólucros de plástico de alta definição, tem sido mostrado para minimizar as alterações no potencial de eléctrodo de estimulação e as alterações de pH no gel durante a produção sem aquecimento significativo 9,20, portanto resultando em um ambiente mais seguro e mais abordagem eficaz, em comparação com outros tipos de eléctrodos.
  5. Conecte os cabos de cinco eletrodos anel sinterizado Ag / AgCl para os receptores correspondentes no cabo de saída do adaptador 4x1. O eléctrodo central será aquele que define a polaridade da estimulação anódica ou como quer catódica. Certifique-se de conectar o eletrodo central levou à tomada receptor centro. Em seguida, conecte os demais eletrodos nos plugues circundantes. Deve notar-se que oarranjo dos quatro eléctrodos de retorno nas fichas do receptor não é crítica, uma vez que tudo será a mesma polaridade.

3. Medidas

Cabeça de medição e localização da zona de estimulação são idênticos àqueles para ETCC convencionais, tal como explicado no nosso artigo anterior 19. Os passos serão descritos em detalhes novamente para mais esclarecimentos.

  1. Tenha o participante sente-se confortavelmente em uma cadeira, que pode ter um encosto de cabeça.
  2. O local de estimulação é determinada pelo protocolo de interesse para os investigadores, uma vez que a estimulação de áreas diferentes resulta em efeitos distintos. Mais comumente, no sistema internacional de 10-20 EEG 18 é utilizado para as medições de cabeça, tal como descrito abaixo.
  3. Em primeiro lugar, localizar o vértice (Cz).
    1. A fim de fazer isso, medir a distância da nasion ínion e dividir a distância pela metade. O nasion é o local na junção do the testa e os ossos nasais, ea inion é o ponto mais proeminente do osso occipital (Figura 3). Marcar o ponto como uma linha, utilizando um lápis de óleo ou um marcador à base de água não tóxico.
    2. Em segundo lugar, medir a distância entre os pontos pré-auriculares esquerdo e direito (ou seja, a área anterior ao tragus). Divida a distância pela metade, e marcar o ponto com uma linha. Agora, conecte ambas as linhas para criar uma cruz. O ponto em que as duas linhas se cruzam corresponde a Cz.
  4. Dependendo do protocolo a ser estudada, identificar o local alvo na cabeça.
    1. A fim de estimular a todo o córtex motor primário (M1), calcular a 20% da distância a partir do ponto de Cz pré-auricular esquerda ou para a direita, a partir da medição em Cz (Figura 3). Para uma determinação mais precisa da área, a utilização de métodos auxiliares, tais como sistemas de neuronavegação ou estimulação magnética transcraniana (TMS) pode ser adequado.

    4. Preparação da Pele

    1. Prepare a pele no local da estimulação pela separação do cabelo. Uma compressa de álcool pode ser usado para ajudar a remover o sebo ou produtos para o cabelo do couro cabeludo. Não abrasão da pele. Verifique se não há lesões cutâneas estão presentes.

    5. Posicionamento dos eletrodos e configuração do dispositivo

    1. Depois de medir as dimensões da cabeça e preparar a pele, encontrar a marca correspondente ao M1.
    2. Em seguida, mantendo a marca M1 à vista, coloque a tampa de gravação EEG modular na cabeça do sujeito, mantendo o centro de revestimento plástico sobre a marca. Para manter a marca de cruz M1 no couro cabeludo em vista, pode-se mudar o cabelo em torno antes de colocar a cobertura HD sobre ele. Assegure-se que a tampa se encaixa confortavelmente mas confortável, e ajustar a posição dos quatro invólucros de plástico de retorno. Embora outras abordagens são certamente viável, em um julgamento anterior de 16 nós posicionados os eletrodos de retorno em um raio de approximately 7,5 centímetros de M1. Os locais correspondia aproximadamente a Cz, F3, T7 e P3 (Figura 4). Em seguida, ajustar as alças da tampa EEG.
    3. Usando uma fita métrica, confirme que a distância inter-eletrodo é adequado com base no protocolo do estudo.
    4. Usando o final de um cotonete de madeira, separar o cabelo através da abertura do invólucro de plástico até que o couro cabeludo é exposta. Repita em cada caixa.
    5. Introduzir a cerca de 1,5 ml de gel electricamente condutora através da abertura de cada caixa de plástico, a partir da superfície do couro cabeludo. A aplicação do gel pode ser conseguido utilizando uma seringa de plástico. Cuidadosamente evitar espalhamento gel para além da circunferência do invólucro de plástico, pois isto pode levar a desvio de corrente e fluxo de corrente eléctrica insuficiente (Figura 5).
    6. Em seguida, com a sua superfície rugosa voltada para baixo ea superfície arredondada lisa virada para cima, a posição de um eletrodo anel sinterizado Ag / AgCl em cada invólucro de plástico HD. Usando oseringa ou o êmbolo como um guia, se necessário, reduzir o eléctrodo de anel até que repousa sobre a base do invólucro de plástico.
    7. Adicione um pouco mais de gel para cobrir o eletrodo, e, em seguida, usar as tampas fornecidas com as tripas de plástico HD para bloquear os eletrodos no lugar (Figura 6). Este cap irá manter o eletrodo no local durante todo o estímulo. Gire a tampa para travá-lo na posição. Se a tampa de plástico não se transforme facilmente não use força excessiva. Reajustar o eletrodo conforme descrito no 5.6, e, em seguida, tentar bloquear a tampa no lugar. A tampa da caixa de plástico HD é projetado para transformar facilmente se o eletrodo anel sinterizado Ag / AgCl é inserido completamente e em seu posicionamento.
    8. Para reduzir a tensão nos cabos de eletrodos, loop-los em torno de cada invólucro de plástico e fita-los para a cadeira ou a roupa do sujeito (Figura 7).
    9. Conecte a ponta arredondada do cabo de saída para a porta de saída do adaptador 4x1.
    10. Utilize o cabo de entrada de tO Ligue o 4x1 Multichannel Estimulação adaptador para o dispositivo ETCC convencional. Conecte a ponta cone-plug do cabo de entrada para a porta de entrada do adaptador 4x1 e conectar a outra extremidade do cabo de entrada (dois plugs tipo banana) à porta do dispositivo ETCC convencional saída. Mais importante, o cabo que é rotulado como "Center" é a que vai definir polaridade DC entregue a partir do eléctrodo central ou como anódica ou catódica. Note-se que quando se utiliza o adaptador 4x1 Estimulação multicanais em combinação com o dispositivo convencional ETCC não houver um interruptor ou um botão de selecção de centro-ânodo ou-cátodo central. Esta polaridade é determinada através do processo de ligação do conector do tipo banana plugues para as saídas convencionais dispositivo ETCC, como descrito acima. Em ETCC e HD-ETCC, "ânodo" refere-se ao terminal positivo relativamente positivos quando a corrente flui para dentro do corpo. Por outro lado, o "cátodo" é o terminal negativo relativa onde a corrente positiva tgalinha sai do corpo.
    11. Quando as conexões estão prontos, ligue ambos os dispositivos.
    12. Certifique-se que os valores de impedância estão dentro de uma faixa adequada, girando o "Mode select" botão no 4x1 Adaptador Estimulação Multichannel para "Scan". O dispositivo irá escanear os eletrodos, mostrando a impedância de um eletrodo de cada vez na janela do display. O botão "Chumbo alternância" pode ser usado para alternar esta comutação automática dos eletrodos no visor. O botão pode ser apertado para travar a exibição no eléctrodo seleccionado, e examinar a impedância. Em seguida, ela pode ser pressionada novamente para permitir que o dispositivo para mudar o eléctrodo apresentado. O dispositivo adaptador Estimulação Multichannel 4x1 vai medir impedância em "unidades de qualidade". A qualidade do contato é normalizado para essas unidades "qualidade" por parte do circuito de teste com base no fato de que a resistência do eletrodo é não-linear para o eletrodo de interface eletroquímica os processos de 21, e que a resistência do eletrodo (impedância) podeportanto, ser enganosa. Por exemplo, a resistência medida é aparentemente completamente dependente da 22 corrente de teste. "Unidades de qualidade" Os valores mais baixos são desejáveis. Apesar de não haver diretrizes rígidas estão disponíveis até à data, valores iguais ou inferiores a 1,50-2,0 "unidades de qualidade" tem sido usado como um corte em estudos anteriores 15,16.

    Não ative o dispositivo ETCC convencional, enquanto a 4x1 Adaptador Estimulação Multichannel está no modo "Scan" (verificação de impedância), como a estimulação não será entregue ao assunto.

    1. Se os valores de impedância estão além desses limites desejados, abra a tampa do invólucro de plástico contendo o eletrodo apresentando alta impedância e remover o eletrodo anel sinterizado Ag / AgCl. Seguir os procedimentos acima descritos (isto é 5,4-5,7) para ajustar o cabelo e o eléctrodo de impedância para obter óptima. Verificar a impedância de novo, como observado em 5,12. Uma vez que o valor de qualidade meta é alcançada, subsce a tampa da caixa. Repita o mesmo procedimento para outros eletrodos conforme necessário. Indicação de ótima qualidade pode variar de indivíduo para indivíduo, mas um indicador de qualidade superior em um eletrodo do que nos outros pode indicar mau contato nesse eletrodo.
    2. Uma vez que a qualidade de impedância para todos os eletrodos está confirmado para estar dentro da faixa desejada, desligue o "Modo selecione" botão no 4x1 Adaptador Estimulação Multichannel de "Scan" para "Pass". Esta configuração permite que a corrente passe pelo dispositivo ETCC convencional através dos eléctrodos no dispositivo de 4x1. O operador está pronto para iniciar a estimulação.

    6. Estimulação

    1. Certifique-se de que o participante está sentado confortavelmente na cadeira e permanece acordado durante a estimulação.
    2. HD-ETCC é agora aplicado usando os controles do dispositivo ETCC convencional, como mostrado em nosso artigo anterior 19. Confirmar a duração ea intensidade da estimulação é entregue, e ajustaro dispositivo, conforme necessário. Além disso, o modo de determinar a sessão (sham ou estimulação activa). Se o modo de engodo é escolhido, o dispositivo vai automaticamente fornecer corrente para um período de apenas trinta segundos. Foi relatado que esta abordagem seja bem sucedida para cegar dos participantes em ambos os ETCC convencionais 23 e HD-ETCC 15 ensaios.
    3. Inicie a sessão de HD-ETCC, premindo o botão "Iniciar" do dispositivo ETCC convencional. A luz "Start" irá piscar como intensidade DC é incrementada e, em seguida, a luz continuamente quando a corrente alvo é atingido. O temporizador irá mostrar o tempo restante e os "verdadeiros atual" indicador mostra a intensidade da corrente entregue ao eletrodo central e os quatro eletrodos de retorno combinados.
    4. Pode ser o caso de que os sujeitos indicam desconforto, coceira ou formigamento durante o período de estimulação inicial 24. Se estes sintomas ser muito desconfortável, recomenda-se que a intensidade de corrente ser manually desacelerada por 0,2-0,5 mA por alguns segundos, usando o recurso de "Relax" até que o sujeito se sente confortável. Imediatamente depois, a intensidade da corrente deve ser aumentada gradualmente, de volta para a dose inicial. As sensações acima mencionados normalmente tendem a desaparecer depois de alguns minutos de estimulação.

    7. Após o Procedimento

    1. Após a sessão estiver concluída, as resistências em todos os canais podem ser novamente medido, se desejado. Abra as tampas de plástico e retire cuidadosamente os eletrodos anel sinterizado Ag / AgCl das tripas. Se necessário, utilize o fim brusco de um cotonete para evitar puxar os fios dos eletrodos. Os eléctrodos deverão ser lavado suavemente com água da torneira, a fim de remover o gel e depois secou-se antes de armazenar.
    2. Em seguida, retire a tampa do EEG com os invólucros de plástico embutidos. Não retire a tampa de EEG com as tampas de plástico fechados, como o cabelo da participante pode ser preso nas tampas e / ou carcaças. Os invólucros de plástico deve então ser lavada paraRemover o gel e secou-se com uma toalha de papel.
    3. Usando uma toalha de papel, retire o gel restante da cabeça do sujeito. Uma vez que o gel é hidrossolúvel, um pouco de água pode ser usado para ajudar a remover.
    4. Recomenda-se a pedir ao participante que preencher um questionário depois de cada sessão de estimulação para monitorar os eventos adversos (Tabela 3).

Representative Results

Se os eléctrodos são posicionados de forma adequada, e os valores de impedância estão dentro de uma gama adequada, DC vai fluir a partir do ânodo para os múltiplos cátodos para o centro do ânodo (4x1 HD-ETCC) durante a duração do estímulo. A intensidade de corrente alvo será entregue pelo dispositivo ETCC convencional e mostra o indicador "A verdadeira corrente". Da mesma forma, se o modo de fraude é escolhido, o aparelho irá parar automaticamente entregar DC aproximadamente trinta segundos após seu início, e o indicador mostrará a cessação da prestação de DC (Figura 8).

É comum para que os participantes relatam coceira, formigamento ou uma leve sensação de queimação após o início da estimulação. Esses fenômenos são freqüentemente observadas durante tanto farsa e ativo HD-ETCC 15,16 e deve indicar que a DC está sendo entregue conforme o esperado. No entanto, eles geralmente tendem a desaparecer após os primeiros minutos de estimulação.

conteúdo "> é tipicamente Presume-se que as áreas do cérebro com o fluxo de mais corrente são mais susceptíveis de ser modulada, enquanto as regiões irá pouca ou negligenciável fluxo de corrente não ser directamente afectado. Como tal, o fluxo de corrente focal produzida por 4x1-HD-ETCC seria esperado para produzir neuromodulação localizada. modelos computacionais 4,14,15 demonstraram que 4x1-ring HD-ETCC resulta em estimulação cerebral focal mais, em comparação com ETCC convencionais (Figura 9). Como relatado por Datta et ai. 4,11, o área de modulação da excitabilidade cortical induzida por 4x1 anel HD-ETCC foi restrita dentro do perímetro do anel e do pico de campo elétrico estava sob o eletrodo central. Em contraste, ETCC convencionais causado estimulação de diversas outras regiões, como o ipsilateral temporal e bilateral lobos frontais, e o campo eléctrico pico a meio caminho entre os dois eléctrodos, em vez de por baixo deles.

HD-ETCC é uma novela technique e, portanto, os seus efeitos não foram estudadas de forma extensiva como as de ETCC convencionais. No entanto, suas potenciais aplicações são semelhantes, com outros ainda a ser explorado. Os estudos atuais que utilizam 4x1-ring HD-ETCC mostram que, em voluntários saudáveis, pode diminuir significativamente o calor e os limites sensoriais de frio, e levar a um efeito analgésico marginal para o limiar da dor frias (Figura 10) 15. Além disso, o que pode provocar alterações significativas na excitabilidade cortical, tal como medido usando potencial evocado motor 13,14 (Figura 11). Em pacientes com fibromialgia, activa-4x1 anel HD-ETCC induziu uma redução significativa na dor percebida (Fig. 12) e aumentou significativamente os limiares de detecção mecânicos, em comparação com o tratamento simulado 16.

Estudos comparando HD-ETCC e ETCC convencionais será importante para elucidar os efeitos de cada intervenção. No entanto, uma única dez minutos Sessio n de anodal HD-ETCC em 2,0 mA já foi relatado por Kuo et al. 14 para exercer mais proeminentes, mais duradoura excitatórios pós-efeitos e estimulação mais tolerável do que ETCC convencionais (Figura 13), apoiando o seu uso em pesquisa e potencialmente em ambientes clínicos.

Figura 1
Figura 1. 4x1 Adaptador Estimulação Multicanal (à esquerda), ligado ao dispositivo ETCC convencional (à direita).

Figura 2
Figura 2. Eléctrodos anulares sinterizados de Ag / AgCl, com superfícies lisas, arredondadas (preto) e áspero. Os eletrodos são conectados aos receptores correspondentes no cabo de saída do adaptador 4x1.

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Marcos anatômicos Figura 3. (Esquerda) e do córtex motor primário (M1) de localização baseado no Sistema de EEG 10-20 Internacional (direita).

Figura 4
Figura 4. Posicionamento proposto para os eléctrodos de HD, baseado no Sistema de EEG 10-20. Outras montagens podem também ser testados.

Figura 5
Figura 5. Aplicação do gel eléctrica (à esquerda). A fim de evitar a corrente de desvio entre os eléctrodos, é necessário ter cuidado para evitar a propagação de gel de aparelhos para além dos limites do invólucro de plástico (à direita).

Figura 6
Figura 6. Placement de eletrodo anel em invólucro de plástico. A superfície áspera do eletrodo deve estar voltada para baixo ea face lisa superfície arredondada para cima. O eléctrodo de anel deve, então, ser reduzido até que repousa sobre a base do invólucro de plástico (à esquerda) e a tampa bloqueada na posição (à direita).

Figura 7
Figura 7. Amostra 4x1 custos HD-ETCC.

Figura 8
Figura 8. Entrega de ativos (à esquerda) e modo sham (direita) por dispositivo ETCC convencional. A partir da Silva et al. 19.

Figura 9
Figura 9. Comparação entre o modelo computacional do córtex motor primário 4x1-ring HD-ETCC (acima) e ETCC convencionais usando um padrão bipolar esponja montagem (abaixo). Clique aqui para ver a figura maior .

Figura 10
Figura 10. Calor e frio do limiar sensorial e limiares de dor frio medidos em indivíduos saudáveis, antes (pré) e após (pós) 4x1 anel HD-ETCC. O protocolo consistiu na entrega de 2mA de ativo anodal HD-ETCC ou simulação da estimulação do córtex motor primário para 20 min. Modificado de Borckardt et al. 15. Clique aqui para ver a figura maior .

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Figura 11. Efeitos de 4x1-ring HD-ETCC no potencial evocado motor (MEP) amplitude em indivíduos saudáveis. O protocolo consistiu na entrega de 1 mA de ativo anodal HD-ETCC ou simulação da estimulação do córtex motor primário para 20 min. MEP foram medidos antes e depois da estimulação, e a amplitude do último normalizados para que a linha de base. Bigodes representam desvios-padrão. Modificado de Caparelli-Daquer, et ai. 13.

Figura 12
Figura 12. Efeitos de 4x1-ring HD-ETCC sobre a dor percebida em pacientes com fibromialgia. Os pacientes foram solicitados a classificar sua dor em geral através de uma escala visual numérica antes, imediatamente e 30 minutos após a estimulação. O protocolo consistiu de sessões individuais de anodal ativa e catódica HD-ETCC, entregues à esquerda córtex motor primário (2mA durante 20 minutos) e estimulação placebo. Bigodes representam erro padrão. Modificado de Villamar et al. 16.

Figura 13
Figura 13. Comparação dos efeitos secundários induzidos pela estimulação anódica e catódica utilizando ETCC convencionais e 4x1 anel HD-ETCC. Potencial evocado motor amplitude (MEP) foi medido antes e depois do parto de 2mA de ETCC convencionais ou 4x1 HD-ETCC para 10 min. Avaliações sequenciais foram realizados para avaliar o curso de tempo de sequelas. MEP amplitude pós-estimulação foi normalizada para a da linha de base. Modificado de Kuo et al. 14.

Alguma vez você já ... Teve uma reação adversa a TMS / ETCC?
Teve um seizure?
Teve uma perda inexplicável de consciência?
Teve um derrame?
Teve uma lesão grave na cabeça?
Passou por uma cirurgia para a sua cabeça?
Tinha alguma cerebrais relacionadas, doenças neurológicas?
Teve qualquer doença que pode ter causado lesão cerebral?
Você sofre de dores de cabeça freqüentes ou grave?
Você tem todo o metal na sua cabeça (fora da boca), como estilhaços, grampos cirúrgicos, ou fragmentos de soldagem?
Você tem dispositivos médicos implantados, como marca-passos cardíacos ou bombas médicas?
Você está tomando algum medicamento?
Você está grávida, ou você é sexualmente ativa e não tenho certeza se você pode estar grávida?
Alguém na sua família tem epilepsia?
Você precisa de maisexplicações sobre ETCC / HD-ETCC ou seus riscos associados?

Tabela 1. Triagem para contra-indicações e considerações especiais antes ETCC / HD-ETCC.

Materiais Um dispositivo ETCC convencional
Um 4x1 Adaptador Estimulação Multichannel
Quatro baterias de 9 volts
Uma tampa de gravação modular eletroencefalograma
Cinco eléctrodos anulares sinterizados de Ag / AgCl
Cinco especialmente concebidos invólucros de plástico HD e suas respectivas tampas
Um êmbolo de plástico
Cabos
Uma fita métrica
Um cotonete de madeira
Gel eletricamente condutivo
Uma 3 - ou 5 ml seringa
Fita adesiva
Toalhas de papel

Tabela 2. Materiais.

Se tiver algum dos seguintes sintomas ou efeitos colaterais? Insira um valor (1-4) no espaço abaixo.
1 Ausente
2-ameno
3-Moderado
4-Severe
Se houver, você acha que isso está relacionado ao HD-ETCC?
1-Nenhum
2-remoto
3 Possível
4-Provável
5 Definite
Notas
Dor de cabeça
A dor de garganta
Dor no couro cabeludo
Queimaduras no couro cabeludo
Formigueiro
Vermelhidão da pele
Sono
Dificuldade de concentração
Mudança de humor agudo
Outros (especifique):

Tabela 3. Triagem efeito adverso seguindo HD-ETCC.

Discussion

Etapas críticas

Aspectos a serem verificados antes de iniciar o procedimento

Antes de iniciar a estimulação, os pesquisadores devem se certificar de que o participante não tem contra-indicações para HD-ETCC. Tabela 1 apresenta algumas considerações importantes a serem levados em conta e resume as contra-indicações mais importantes, incluindo a presença de implantes metálicos ou dispositivos na cabeça, grave lesões cerebrais ou lesões significativas pele. O pesquisador deve inspecionar a presença deste último dentro do perímetro do anel 4x1 durante a preparação para a colocação do eletrodo. Não recomendamos a aplicação da técnica, se existirem tais lesões. Isto é importante porque, apesar das lesões cutâneas não foram relatados quando usar os eletrodos HD e carcaças apresentadas neste artigo, os danos da pele tem sido relatada após a entrega de várias sessões consecutivas de ETCC convencionais 3, especialmente se realizada overa período de 14 dias 25.

A presença de implantes metálicos ou defeitos no crânio ou parênquima cerebral pode modificar significativamente o fluxo de corrente 17,26 e resultar em estímulo de outros que não os destinados regiões corticais. Por razões de segurança, o estímulo deve ser evitado em pacientes com dispositivos médicos implantados. Contra-indicações relativas incluem a presença de epilepsia ou história de um acidente vascular cerebral, a menos que o estudo é especificamente focada em estudar estas condições. HD-ETCC deve ser evitado em mulheres grávidas, devido à falta de dados de segurança.

É de extrema importância para verificar a polaridade dos cabos quando se liga a 4x1 Adaptador Estimulação multicanal para o dispositivo ETCC convencional. Não fazer isso pode resultar em entregar o tipo errado de estímulo ao participante. Certifique-se de que o cabo rotulado como "Centro", que muitas vezes pode ser vermelho, é conectado ao terminal correto (ânodo e cátodo).

O operador também deve inspecionar visualmente os eletrodos anel sinterizado Ag / AgCl para a evidência de deposição de produtos de eletrólise antes de cada uso e substituí-los, se indicado. Após cada sessão de estimulação activa, os produtos de reacções electroquímicas tendem a acumular-se sobre a superfície áspera no fundo dos eléctrodos. Por esta razão, recomenda-se que cada eléctrodo ser localizada no centro da configuração 4x1 por apenas duas sessões de estimulação activas. Subsequentemente, pode ser rodado e utilizados como um dos eléctrodos de retorno. Uma vez que cada um dos cinco eléctrodos num conjunto tem servido como o eléctrodo central duas vezes, é recomendado o uso de um novo conjunto de eléctrodos. É simples de etiquetar cada eletrodo e registrar o número de utilizações, a fim de girá-las de uma forma coordenada. Além disso a tolerabilidade, a rotação (limitado) dos eléctrodos também se destina a evitar um caso de alta impedância, onde a corrente não será dividida igualmente across os quatro eletrodos de retorno. O operador é responsável pela verificação da qualidade contato prévio com o estímulo (como explicado nos passos 5,12-5,14), e garantir que não existem valores de resistência anormalmente elevados são observados.

Pode ocorrer que os participantes mover a cabeça excessivamente ou inadvertidamente puxar os cabos e desalojar ou quebrá-las. Por esta razão, é aconselhável fazer um loop cada cabo em torno do seu invólucro de plástico e cabo de saída de fita da placa de 4x1, a uma superfície (isto é, a cadeira ou a roupa do participante).

Se desejado, pode ser possível acrescentar anestésicos tópicos para o couro cabeludo a fim de evitar sensações desagradáveis ​​e potencialmente para melhorar a mascaramento dos participantes do estudo. No entanto, deve ser tido em conta que, apesar de queimaduras da pele não têm sido relatadas com HD-ETCC, pode haver um pequeno risco teórico para este efeito adverso, e a utilização de anestésicos tópicos, pode impedir que os participantes a partir de reporting durante a estimulação. Nesta demonstração, bem como nos estudos anteriores, não temos usado anestésicos tópicos como qualquer desconforto geralmente classificado como leve.

Como mencionado acima, a fim de obter resultados óptimos, é muito importante para evitar o gel eléctrica a partir estende para além dos limites do invólucro de plástico. Caso contrário, o actual poder shunt de um eletrodo para o outro.

Considerações importantes durante a estimulação

A menos que este é exigido como parte do desenho do estudo, o assunto não deveria estar dormindo, lendo ou não distrair durante a sessão de estimulação. Isto é importante, uma vez que foi relatado que intenso esforço cognitivo, o aborrecimento ou o sono, a activação do músculo e de outras actividades que conduzem a alterações na excitabilidade cortical pode resultar em efeitos alterados e opostos da ETCC convencionais 27.

Ao início do stimulation, e a fim de evitar efeitos secundários de início repentino do fluxo de corrente, o dispositivo automaticamente rampas corrente para cima e para baixo ao longo de um período de trinta segundos. Por razões semelhantes, não alternar entre "Pass" e modos de "Scan", enquanto o dispositivo ETCC convencional está gerando atual. É sempre aconselhável pedir periodicamente assuntos se eles se sentem confortáveis ​​com o procedimento, a fim de certificar-se de que o estímulo está a decorrer de forma segura.

Estimulação em populações suscetíveis, incluindo pacientes pediátricos, podem exigir o ajuste da dose.

Aspectos práticos após o procedimento

A fim de recolher mais provas sobre a segurança e monitorar os efeitos HD-ETCC, recomendamos o uso de um questionário de efeitos adversos, como o descrito na Tabela 3, que deverá ser entregue aos participantes após cada sessão. Certifique-se de tela para a presença do adve mais comumefeitos rse associados HD-ETCC, como desconforto, formigamento, coceira e sensação de queimação. Além disso, o significado de tais dados pode ser melhorada por também pedir pontuações subjectivas quantitativos. Isto pode ser alcançado através de uma escala numérica para os pacientes relatam a intensidade ou a gravidade dos efeitos adversos, por exemplo, de 1 a 5 ou de 1 a 10. É também importante para entregar o questionário efeito colateral após cada sessão de engodo. Isto permite comparar a frequência de efeitos adversos associados com a estimulação ativa e fraude. Para ETCC convencionais, alguns efeitos colaterais foram relatados para ser ainda mais freqüentes no grupo sham 24, dor de cabeça sendo um exemplo.

Possíveis modificações

Para 4x1 HD-ETCC, protocolos de estimulação podem ser projetados envolvendo diferentes locais de destino, polaridade e intensidade da corrente, e raio do anel. Como regra geral, o aumento do diâmetro do anel 4x1 vai aumense a profundidade de penetração e intensidade máxima sob o anel 28. Por outro lado, reduzindo o raio de anel aumenta focality mas diminui induzida campo elétrico cerebral. Portanto, uma investigação mais aprofundada de dose ideal por indicação se justifica.

Embora este artigo é focado em 4x1 anel HD-ETCC, outras implementações de eléctrodos podem também ser utilizados, tais como 4x2 e 3x3 (tira dupla), entre outros. Embora HD-ETCC oferece muitas opções para a personalização, os métodos para a preparação de eléctrodos de posicionamento e, tal como aqui descritas, devem ser seguidos juntamente com o uso só de hardware e acessórios que, especificamente, foram testados para o efeito. Isso inclui atenção especial para HD plástico projeto de revestimento, gel e eletrodos. Por exemplo, com excepção de Ag / AgCl anel sinterizado eléctrodos também foram testados a fim de entregar DC, tais como Ag pelete, Ag / AgCl pelete, de Ag / AgCl e disco de borracha pelete 9. No entanto, ambos os AG e borracha pelota eletrodos induzemd alterações no pH, e os aumentos de temperatura e de potencial de eléctrodo foram reportados para todos os eléctrodos, excepto para a Ag / AgCl do anel e do disco. Por conseguinte, afigura-se que os eléctrodos do anel de Ag / AgCl pode ser uma abordagem eficaz e mais seguro. No futuro, as modificações da abordagem descrita no presente documento podem também ser utilizados para realizar intervenções, tais como a estimulação transcraniana por corrente alternada.

Limitações

Neste ponto, o papel do anel de HD-4x1-ETCC polaridade na excitabilidade cortical permanece obscura. Embora estudos neurofisiológicos relataram que tanto 1,0 mA e 2,0 mA de anodal 4x1-ring HD-ETCC levou a um aumento na excitabilidade cortical entre indivíduos saudáveis ​​13,14, um corpo mais amplo de provas abordando especificamente estudos HD-ETCC é necessária antes de qualquer generalização pode ser feita. Além disso, é de notar que os efeitos da modulação da excitabilidade cortical utilizando 4x1 anel HD-ETCC pode ser dependente do tempo, atingindo a sua ervilhak vários minutos após o término da estimulação e não imediatamente após a 14,16. Portanto, as avaliações sequenciais ao longo de diferentes pontos de tempo após a intervenção pode ser necessária a fim de obter resultados precisos.

Disclosures

MF Villamar, MS Volz, AF DaSilva e F Fregni declaram não haver conflitos de interesse relacionados a este artigo. A Universidade da Cidade de Nova York tem a propriedade intelectual sobre estimulação cerebral não invasiva com M Bikson e A Datta como inventores. M Bikson e A Datta tem a equidade em Soterix Medical, Inc.

Acknowledgments

Os autores agradecem Kayleen Weaver para a assistência editorial, Alexandre Venturi para o voluntariado para esse vídeo, Dennis Truong para a prestação de uma das figuras usadas neste artigo, eo Wallace H. Coulter Foundation pelo apoio dado para a realização deste trabalho. MS Volz é financiado por uma bolsa de doutoramento da Deutsche Schmerzgesellschaft eV [capítulo alemã da Associação Internacional para o Estudo da Dor (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

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