Técnica y consideraciones en el uso de 4x1 Anillo de alta definición estimulación transcraneal de corriente directa (HD-tDCS)

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

Estimulación de alta definición transcraneal de corriente directa (HD-tDCS), con su anillo de 4x1-montaje, es una técnica de estimulación cerebral no invasiva que combina tanto los efectos neuromoduladores de TDCS convencionales con un aumento de focalidad. Este artículo proporciona una manifestación sistemática del uso de 4x1 HD-TDCS, y las consideraciones que se necesitan para la estimulación segura y 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

Estimulación transcraneal de corriente directa de alta definición (HD-tDCS) se ha desarrollado recientemente como un enfoque de la estimulación cerebral no invasiva que aumenta la precisión de suministro de corriente para el cerebro mediante el uso de matrices de electrodos más pequeños "de alta definición", en lugar de la más grande-cojín electrodos de TDCS convencionales. La selección se logra por la activación de electrodos colocados en configuraciones predeterminadas. Uno de ellos es la configuración de anillo 4x1. En este enfoque, un electrodo de anillo central (ánodo o cátodo) que recubre la región cortical diana está rodeado por cuatro electrodos de retorno, que ayudan a delimitar la zona de estimulación. Entrega de 4x1-ring HD-tDCS es capaz de inducir efectos neurofisiológicos y clínicos significativos tanto en sujetos sanos y pacientes. Además, su tolerancia con el apoyo de los estudios que utilizan intensidades de hasta 2,0 miliamperios para un máximo de veinte minutos.

Aunque 4x1 HD-tDCS es fácil de desempeñom, colocación correcta de los electrodos es importante con el fin de estimular la precisión regiones corticales objetivo y ejercer sus efectos neuromoduladores. El uso de electrodos y el hardware que específicamente se han probado para HD-TDCS es crítico para la seguridad y la tolerabilidad. Dado que la mayoría de los estudios publicados sobre 4x1 HD-tDCS han centrado en la corteza motora primaria (M1), en particular para los resultados relacionados con el dolor, el propósito de este artículo es describir sistemáticamente su uso para la estimulación M1, así como las consideraciones que se deben tomar para la estimulación segura y eficaz. Sin embargo, los métodos descritos aquí pueden adaptarse para otras configuraciones HD-tDCS y objetivos corticales.

Introduction

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica no invasiva cerebro capaz de modificar la estimulación neuronal potencial de membrana en reposo y el nivel de la descarga neuronal espontánea en la zona de estimulación, así como en las redes neuronales interconectadas 1, incluyendo el sistema de μ-opioide endógeno 2, de tal modo modulación de la excitabilidad cortical. Los efectos neuromoduladores de tDCS, junto con su costo, la aplicación de un sencillo de bajo y portabilidad, han llevado a su amplio uso en la última década en una amplia variedad de entornos. Estos han incluido estudios neurofisiológicos, intervenciones cognitivas y conductuales y la evaluación de los estudios de pacientes trastornos tales como dolor crónico, depresión, migraña, accidente cerebrovascular, enfermedad de Parkinson y el tinnitus 3. Sin embargo, la entrega de corriente continua (CC) se realiza usando grandes almohadillas, más comúnmente entre 25-35 cm 2, que estimulan relativamente amplias áreas de la corteza cerebral situados between el ánodo y el cátodo 4. Por lo tanto, la estimulación focal de regiones corticales de destino, que no implican la estimulación de las zonas anatómicas vecinas, es difícil de conseguir con esta técnica. Varios enfoques han sido investigadas con el fin de "forma" flujo de corriente mediante la variación de la distancia entre los electrodos 5 y el aumento / disminución del tamaño de la almohadilla para reducir / aumentar la modulación en las regiones corticales bajo el electrodo 6. Sin embargo, los esfuerzos para mayor flujo de corriente objetivo, evitando la derivación de corriente entre electrodos 7,8 permanecen de interés.

De alta definición (HD)-TDCS es una intervención recientemente desarrollado que utiliza matrices de electrodos más pequeños, especialmente diseñados 9. Las diferentes configuraciones se han probado, que puede ser modificado con el fin de mejorar la estimulación de los objetivos 10. Entre ellos se encuentra la configuración de anillo 4x1, un montaje que utiliza un electrodo central que cubre la región cortical objetivo rodeadapor cuatro electrodos de retorno 4. El electrodo central define la polaridad de la estimulación, ya sea como anódica o catódica, y los radios de los electrodos de retorno limita el área sometidos a modulación de la excitabilidad. Estudios de modelos del cerebro muestran que el área de la corteza modulación someterse con la configuración HD-tDCS 4x1 es más restringido en comparación con el estándar de montaje bipolar tDCS convencionales 4. Por otra parte, su focalidad es robusto a tejido (modelado) parámetros 11. Estudios neurofisiológicos clínicos utilizando el anillo 4x1 estimulación eléctrica transcraneal confirman la entrega actual focal 12.

Las aplicaciones potenciales de esta intervención son similares a los de TDCS convencionales. Los estudios de comportamiento y neurofisiológicos con 4x1-ring HD-tDCS sobre la corteza motora primaria (M1) reportan cambios en la excitabilidad cortical 13 y secuelas que pueden durar más que las de inducida por tDCS convencionales 14. Los estudios actuales que utilizan 4x1-ring HD-tDCS apoyan su tolerabilidad tanto en sujetos sanos y pacientes 13-15 16 cuando las intensidades de hasta 2,0 miliamperios (mA) se entregan para un máximo de veinte minutos. Aunque HD-TDCS se tolera bien, es importante usar sólo los dispositivos y electrodos que han sido probados específicamente para este propósito.

El objetivo de este artículo es proporcionar una demostración sistemática del uso de electrodos de 4x1-ring para HD-tDCS. La estimulación de la M1 fue elegido, ya que es el montaje más común utilizado en diferentes entornos de investigación clínica. Sin embargo, los métodos descritos pueden adaptarse para la orientación de otras regiones del cerebro tales como la corteza prefrontal dorsolateral (córtex prefrontal dorsolateral). Como se muestra aquí, correcta colocación de los electrodos es fácil de realizar, pero importante, con el fin de estimular la precisión regiones corticales de destino. Esperamos que esta demostración contribuirá a apoyar y aumentar el rigor del futuro HD-tDCSensayos, lo que proporcionará más datos sobre los mecanismos y aplicaciones de esta nueva intervención.

Protocol

1. Contraindicaciones y consideraciones especiales

  1. Antes de la instalación del dispositivo, asegúrese de que el participante no tiene ninguna contraindicación para HD-tDCS. Parece razonable suponer que estas contraindicaciones son las mismas que para TDCS convencionales (Tabla 1). Otras consideraciones especiales, como los medicamentos de pacientes, también deben tenerse en cuenta. Por ejemplo, los fármacos del sistema nervioso central de acción prolongada pueden cambiar los efectos deseados de la estimulación.
  2. Inspeccione el cuero cabelludo del participante a fondo de las lesiones cutáneas, tales como cortes o signos inflamatorios. Evitar estimular áreas del cuero cabelludo que muestran este tipo de lesiones. Además, la estimulación debe evitarse en pacientes con defectos del cráneo o implantes metálicos. Si el propósito del ensayo es estudiar específicamente esta población de pacientes, las precauciones adicionales y la consideración de dosis especial deben tenerse en cuenta (por ejemplo, con los modelos computacionales hacia adelante) 17

2. Materiales

  1. Asegúrese de que todos los materiales necesarios son fácilmente disponibles (Tabla 2).
  2. Insertar las carcasas de plástico de alta definición en el electroencefalograma modular (EEG) cap grabación. El electrodo central debe corresponder a la zona de destino, en esta demostración de la M1, y el radio de los cuatro electrodos de retorno debe ser ajustado basado en el protocolo que se está estudiando. En esta demostración, se utiliza un radio de aproximadamente 7,5 cm, con el electrodo central colocado sobre M1 y la ubicación de los electrodos de retorno 'que corresponde aproximadamente a Cz, F3, T7 y P3 en el 10-20 sistema EEG Internacional 18.
  3. Antes de cada sesión de estimulación, se convierten en el dispositivo tDCS convencional (Soterix 1x1 baja intensidad DC estimulador) y el adaptador de estimulación multicanal y compruebe que las baterías están cargadas. Un indicador de "batería baja" en cualquiera de los dispositivos se iluminará si ese no es el caso, lo que indica que la batteries que ser reemplazado. Después de comprobar carga de la batería, los dispositivos se pueden apagar hasta inmediatamente antes de la estimulación. El dispositivo tDCS convencional es un dispositivo de pilas que proporciona corriente continua con una intensidad de unos pocos mA. Una un estimulador controlado por tensión controlada por corriente y no se prefiere debido al cambio de impedancia de los electrodos. El uso de adaptadores de corriente siempre está desalentado por razones de seguridad, a fin de evitar la entrega accidental de intensidades mayores. El funcionamiento de este dispositivo se describe en nuestro artículo anterior 19. Al conectar el dispositivo TDCS convencional para el adaptador de estimulación multicanal (Figura 1), CC se entrega a lo largo de la configuración de HD-TDCS 4x1 permitiendo para neuromodulación restringido a la zona deseada.
  4. Antes de cada sesión, una inspección visual de los electrodos antes de su uso para detectar signos de desgaste anormal o daños. Los electrodos HD-tDCS son reutilizables, pero tienen un número limitado de aplicaciones totales (véase el Discussion). Conjuntos de electrodos utilizados para HD-tDCS deberían haber sido diseñados o probados específicamente para ese fin. El enfoque se demuestra en este artículo utiliza electrodos de anillo sinterizados Ag / AgCl (Figura 2). El uso de estos electrodos, en combinación con la apropiada gel conductor eléctricamente y carcasas de plástico de alta definición, se ha demostrado para reducir al mínimo los cambios en el potencial de electrodo de estimulación y los cambios de pH en el gel, mientras que no produce calentamiento significativo 9,20, por lo tanto, lo que resulta en un más seguro y más enfoque eficaz en comparación con otros tipos de electrodos.
  5. Conecte los cables de cinco electrodos de anillo sinterizado Ag / AgCl a los receptores correspondientes en el cable de salida del adaptador 4x1. El electrodo central será la definición de la polaridad de la estimulación, ya sea como anódica o catódica. Asegúrese de conectar el cable del electrodo central al enchufe receptor central. A continuación, conecte los electrodos que quedan en los tacos circundantes. Cabe señalar que eldisposición de los cuatro electrodos de retorno en los enchufes del receptor no es crítica, ya que todo será la misma polaridad.

3. Mediciones

Cabeza de medición y localización de la zona de estimulación son idénticas a las de TDCS convencionales, como se explica en nuestro artículo anterior 19. Los pasos que se describen más en detalle más aclaraciones.

  1. Haga que el participante sentado cómodamente en una silla, que puede tener un apoyo para la cabeza.
  2. El sitio de estimulación está determinada por el protocolo de interés para los investigadores, ya que la estimulación de diferentes áreas resulta en efectos distintos. Más comúnmente, el sistema de EEG 10-20 Internacional 18 se utiliza para medidas de la cabeza, tal como se describe a continuación.
  3. En primer lugar, localizar el vértice (Cz).
    1. Con el fin de hacer esto, medir la distancia desde el nasión a la inión y dividir la distancia por medio. El nasión es el lugar en el cruce de the la frente y los huesos nasales y el inion es el punto más prominente del hueso occipital (Figura 3). Marque el punto con una línea, utilizando un lápiz de aceite o un marcador a base de agua no tóxico.
    2. En segundo lugar, medir la distancia entre los puntos de pre-auricular izquierda y derecha (es decir, la zona anterior para el trago). Divida esta distancia por la mitad y marcar el lugar con una línea. Ahora conecte ambas líneas para crear un centro. El punto en el que ambas líneas se cruzan corresponde a Cz.
  4. Dependiendo del protocolo que está siendo estudiado, identificar el sitio de destino en la cabeza.
    1. Con el fin de estimular sobre la corteza motora primaria (M1), calcular 20% de la distancia desde Cz para el punto de pre-auricular izquierda o hacia la derecha, comenzando la medición en Cz (Figura 3). Para una determinación más precisa de esta área, el uso de los métodos de adjuntos, tales como los sistemas de neuronavegación o la estimulación magnética transcraneal (TMS) puede ser adecuado.

    4. Preparación de la piel

    1. Preparar la piel en el sitio de la estimulación mediante la separación de los cabellos. Un hisopo de alcohol puede ser utilizado para ayudar a eliminar el sebo y productos para el cabello en el cuero cabelludo. No raspe la piel. Asegúrese de que no hay lesiones en la piel están presentes.

    5. Colocación de los electrodos y de la configuración del dispositivo

    1. Después de medir las dimensiones de la cabeza y la preparación de la piel, busque la marca correspondiente a la M1.
    2. A continuación, manteniendo la marca M1 a la vista, coloque la tapa de registro de EEG modular de la cabeza del sujeto mientras se mantiene el centro de la cubierta de plástico sobre la marca. Para mantener la marca de cruz M1 en el cuero cabelludo a la vista, se puede mover el pelo alrededor antes de colocar la carcasa HD encima. Asegúrese de que la tapa se ajusta perfectamente, pero cómodamente, y ajustar la posición de las cuatro cajas de plástico de retorno. Aunque otros enfoques son ciertamente factible, en un estudio anterior 16 nos posicionamos los electrodos de retorno en un radio de APROXIMADAely 7,5 cm de M1. Sus lugares correspondieron aproximadamente a Cz, F3, T7 y P3 (Figura 4). A continuación, ajuste las correas de la tapa de EEG.
    3. Utilizando una cinta métrica, confirme que la distancia entre electrodos es adecuado basado en el protocolo de estudio.
    4. Usando el extremo de un bastoncillo de algodón de madera, separar el cabello a través de la abertura en la carcasa de plástico hasta que el cuero cabelludo se expone. Repetir en cada caja.
    5. Introducir aproximadamente 1,5 ml de gel conductor de electricidad a través de la apertura de cada caja de plástico, a partir de la superficie del cuero cabelludo. Aplicación del gel se puede lograr utilizando una jeringa de plástico. Evitar cuidadosamente la difusión de gel más allá de la circunferencia de la carcasa de plástico, ya que esto puede dar lugar a la desviación de la circulación de corriente eléctrica actual y la insuficiente (Figura 5).
    6. A continuación, con su superficie rugosa hacia abajo y la superficie suave y redondeada hacia arriba, la posición de un electrodo de anillo sinterizado de Ag / AgCl en cada carcasa de plástico de alta definición. Uso de lajeringa o el émbolo como una guía si es necesario, reducir el electrodo de anillo hasta que descanse sobre la base de la carcasa de plástico.
    7. Añadir un poco más de gel para cubrir el electrodo, y luego utilice los tapones suministrados con las carcasas de plástico de alta definición para fijar los electrodos en su lugar (Figura 6). Este límite se mantendrá el electrodo en su lugar durante la estimulación. Gire la tapa hasta que encaje en su posición. Si la tapa de plástico no se enciende con facilidad, no use fuerza excesiva. Vuelva a ajustar el electrodo como se describe en 5.6, y luego tratar de bloquear la tapa en su lugar. La tapa de la carcasa de plástico HD está diseñado para convertir fácilmente si el electrodo de anillo sinterizado Ag / AgCl se inserta plenamente y en su posición correcta.
    8. Para reducir la tensión en los cables de los electrodos, enrollen alrededor de cada carcasa de plástico y cinta adhesiva a la silla o en la ropa del sujeto (Figura 7).
    9. Conecte el extremo redondo del cable de salida al puerto de salida del adaptador 4x1.
    10. Utilice el cable de entrada de to Conecte el adaptador de estimulación multicanal 4x1 al dispositivo tDCS convencional. Conectar el extremo del cono de conexión del cable de entrada al puerto de entrada del adaptador 4x1 y conectar el otro extremo del cable de entrada (dos enchufes de tipo banana) al puerto de salida del dispositivo de TDCS convencional. Es importante destacar que el cable que está etiquetado como "Centro" es el que va a definir la polaridad DC liberado del electrodo central, ya sea anódica o catódica. Tenga en cuenta que cuando se utiliza el adaptador de estimulación multicanal 4x1 en combinación con el dispositivo de tDCS convencional no hay interruptor o el botón de selección central ánodo o centro de cátodo. Esta polaridad se determina a través del proceso de conexión de los enchufes de tipo banana cable conector a las salidas convencionales dispositivo tDCS, como se describe anteriormente. En TDCS y HD-TDCS, "ánodo" se refiere a la terminal positiva relativamente donde fluye la corriente positiva en el cuerpo. Por otra parte, la "cátodo" es el terminal negativo relativa donde la corriente t positivogallina sale del cuerpo.
    11. Si las conexiones están listos, se convierten en los dos dispositivos.
    12. Asegúrese de que los valores de impedancia están dentro de un rango adecuado girando el "selecto Mode" botón en el adaptador de estimulación multicanal 4x1 a "Scan". El dispositivo explora entonces los electrodos, que muestra la impedancia de un electrodo a la vez en la ventana de visualización. El botón "plomo de palanca" se puede utilizar para cambiar esta conmutación automática de los electrodos en la pantalla. El botón puede ser presionado para bloquear la pantalla en el electrodo seleccionado, y examinar la impedancia. Entonces, se puede pulsar de nuevo para permitir que el dispositivo para cambiar el electrodo está representada. El dispositivo adaptador de estimulación multicanal 4x1 medirá la impedancia en "unidades de calidad". La calidad del contacto se normaliza a estas "unidades de calidad" por el circuito de prueba basado en el hecho de que la resistencia del electrodo es no lineal a la interfaz electrodo-electroquímica procesos 21, y que la resistencia del electrodo (impedancia) puedepor lo tanto, ser engañosa. Por ejemplo, la resistencia al parecer medido es completamente dependiente de la prueba 22 de corriente. Los valores más bajos de calidad "unidades" son deseables. Si bien no existen directrices estrictas están disponibles a la fecha, los valores inferiores o iguales a 1,50 hasta 2,0 "unidades de calidad" se han utilizado como un punto de corte en estudios previos 15,16.

    No active el dispositivo tDCS convencional mientras que el adaptador de estimulación multicanal 4x1 está en modo "Scan" (comprobación de impedancia), como la estimulación no será entregado al sujeto.

    1. Si los valores de impedancia son más allá de estos límites deseados, abrir la tapa de la carcasa de plástico que contiene el electrodo que muestra alta impedancia y retire el electrodo de anillo sinterizado de Ag / AgCl. Siga los procedimientos como los descritos anteriormente (es decir, 5.4 a 5.7) para ajustar el pelo y el electrodo para obtener la impedancia óptima. Compruebe la impedancia de nuevo, como se indica en 5.12. Una vez que el valor de calidad objetivo se logra, reemce la tapa de la carcasa. Repita el mismo procedimiento para otros electrodos según sea necesario. Indicación de la calidad óptima puede variar de un sujeto a otro, pero un indicador de calidad superior en un electrodo que en los otros puede indicar un mal contacto en ese electrodo.
    2. Una vez que la calidad del impedancia para todos los electrodos se confirma que está dentro del rango deseado, gire el "Modo seleccionar" botón en el adaptador de estimulación multicanal 4x1 de "Scan" para "pasar". Esta configuración permite que la corriente pase del dispositivo tDCS convencional a través de los electrodos en el dispositivo de 4x1. El operador está listo para comenzar la estimulación.

    6. Estímulo

    1. Asegúrese de que el participante se sienta cómodamente en la silla y se mantiene despierto durante la estimulación.
    2. HD-tDCS se aplica ahora el uso de los controles del dispositivo tDCS convencional como se muestra en nuestro anterior artículo 19. Confirmar la duración y la intensidad de estimulación que es entregado, y ajustarel dispositivo según sea necesario. Además, determinar el modo de la sesión (tratamiento simulado o estimulación activa). Si se elige el modo de simulacro, el dispositivo ofrecerá automáticamente la corriente durante un período de sólo treinta segundos. Este enfoque se ha notificado a ser exitosa para el cegamiento de los participantes en ambos tDCS convencionales 23 y HD-tDCS 15 ensayos.
    3. Iniciar la sesión de HD-tDCS pulsando el botón "Inicio" del dispositivo tDCS convencional. La luz de "Start" parpadea como la intensidad de CC es incrementado y luz continua cuando se alcance actual objetivo. El temporizador se mostrará el tiempo restante y el indicador de "Verdadero actual" mostrará la intensidad de la corriente suministrada al electrodo central y los cuatro electrodos de retorno combinados.
    4. Podría ser el caso que los sujetos indican malestar, picor u hormigueo durante el periodo de estimulación inicial de 24. Si estos síntomas ser demasiado incómodo, se recomienda que la intensidad de corriente sea maanualmente en rampa por 0,2-0,5 mA durante unos segundos con la función de "Relax" hasta que el sujeto se sienta cómodo. Inmediatamente después, la intensidad de corriente debe aumentarse gradualmente a la dosis original. Las sensaciones mencionadas normalmente tienden a desaparecer después de unos minutos de estimulación.

    7. Después del procedimiento

    1. Después de la sesión se ha completado, las resistencias a través de todos los canales se pueden medir de nuevo, si se desea. Abra las tapas de plástico y retire con cuidado los electrodos de anillo sinterizado Ag / AgCl de las tripas. Si es necesario, use el extremo romo de un hisopo de algodón para evitar tirar de los cables de los electrodos. Los electrodos se lavaron suavemente con agua del grifo con el fin de remover el gel y luego se seca antes de guardarla.
    2. A continuación, retire la tapa de EEG con las carcasas de plástico incrustados. No retire la tapa de EEG con los tapones de plástico cerrados, como el pelo del participante puede quedar atrapado en las tapas y / o casquillos. Las envolturas de plástico se deben lavar conremover el gel, y se secó con una toalla de papel.
    3. Con una toalla de papel, retire el gel restante de la cabeza del sujeto. Dado que el gel es hidrosoluble, un poco de agua se puede utilizar para ayudar a eliminarlo.
    4. Se recomienda pedir al participante que llene un cuestionario después de cada sesión de estimulación para monitorear eventos adversos (Tabla 3).

Representative Results

Si los electrodos están colocados apropiadamente y los valores de impedancia están dentro de un rango adecuado, DC fluirá desde el ánodo a los cátodos múltiples (por ánodo centro de 4x1 HD-tDCS) para la duración de la estimulación. La intensidad de corriente objetivo será entregado por el dispositivo tDCS convencional y se muestra en el indicador de "Verdadero actual". Del mismo modo, si se elige el modo de simulacro, el dispositivo automáticamente dejar de repartir DC aproximadamente treinta segundos después de su inicio, y el indicador mostrará el cese del suministro de CC (Figura 8).

Es común para los participantes informen de picazón, hormigueo o una ligera sensación de ardor en la iniciación de la estimulación. Estos fenómenos son observados con frecuencia durante tanto simulacro y activa HD-tDCS 15,16 y deben indicar que DC se entrega según lo previsto. Sin embargo, por lo general tienden a desaparecer después de los primeros minutos de estimulación.

contenido "> Se asume normalmente que las áreas cerebrales con más flujo de corriente son más propensos a ser modulada mientras que las regiones tendrán poca o insignificante flujo de corriente no se verán afectadas directamente. Como tal, el flujo de corriente focal producido por 4x1-HD-TDCS sería espera que produzca neuromodulación localizada. Los modelos computacionales 4,14,15 han demostrado que 4x1-anillo HD-tDCS resultados en más estimulación cerebral focal en comparación con TDCS convencionales (Figura 9). Como se informó por Datta et al. 4,11, la área de la modulación excitabilidad cortical inducida por 4x1-anillo HD-TDCS fue restringido dentro del perímetro del anillo, y el pico del campo eléctrico estaba bajo el electrodo central. En contraste, TDCS convencionales causadas estimulación de diferentes otras regiones tales como la ipsilateral temporal y bilateral lóbulos frontales, y el campo eléctrico alcanzó su punto máximo a mitad de camino entre los dos electrodos en lugar de debajo de uno de ellos.

HD-tDCS es una novela technique y por lo tanto, sus efectos no se han estudiado tan extensivamente como los de TDCS convencionales. Sin embargo, sus posibles aplicaciones son similares, con todavía para ser explorado otros. Los estudios actuales que utilizan 4x1-ring HD-tDCS muestran que en voluntarios sanos puede reducir significativamente el calor y umbrales sensoriales fríos, y dar lugar a un efecto analgésico marginal para los umbrales de dolor en frío (Figura 10) 15. Además, puede causar cambios significativos en la excitabilidad cortical, como se mide utilizando los potenciales evocados motores 13,14 (Figura 11). En los pacientes con fibromialgia, activa 4x1-anillo HD-TDCS indujo una reducción significativa en el dolor percibido (Figura 12) y aumentó significativamente los umbrales de detección mecánicas en comparación con el tratamiento simulado 16.

Los estudios que comparan HD-tDCS y tDCS convencionales serán importantes para dilucidar los efectos de cada intervención. Sin embargo, una sola Sessió diez minutos n de HD-tDCS anódico de 2,0 mA ya ha sido reportado por Kuo et al. 14 para ejercer más prominentes, secuelas excitadores de mayor duración y la estimulación más tolerable que tDCS convencionales (Figura 13), que apoya su uso en la investigación y, potencialmente, en el ámbito clínico.

Figura 1
Figura 1. 4x1 adaptador estimulación multicanal (izquierda) conectado al dispositivo tDCS convencional (derecha).

La figura 2
Figura 2. Electrodos de anillo sinterizados Ag / AgCl, con superficies lisas redondeadas (negro) y áspera. Los electrodos se conectan a los receptores correspondientes en el cable de salida del adaptador 4x1.

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Figura 3. Hitos anatómicos (izquierda) y la corteza motora primaria (M1) de localización basado en el Sistema Internacional de EEG 10-20 (derecha).

Figura 4
Figura 4. Posicionamiento Propuesto para electrodos de HD basado en el Sistema de EEG 10-20. Otros montajes también pueden ser probados.

La figura 5
Figura 5. Aplicación del gel eléctrico (a la izquierda). Con el fin de evitar que la corriente de derivación entre los electrodos, se debe tener cuidado para evitar la propagación de gel eléctrica más allá de los límites de la carcasa de plástico (a la derecha).

La figura 6
Figura 6. Placement del electrodo de anillo en caja de plástico. La superficie rugosa del electrodo debe estar hacia abajo y la cara de la superficie suave y redondeada hacia arriba. El electrodo de anillo a continuación, se debe reducir hasta que descanse sobre la base de la carcasa de plástico (a la izquierda) y el tapón bloqueado en la posición (a la derecha).

La figura 7
Figura 7. Muestra la configuración 4x1 HD-tDCS.

Figura 8
Figura 8. Entrega de los activos (a la izquierda) y el modo simulado (derecha) por el dispositivo tDCS convencional. De DaSilva et al. 19.

Figura 9
La Figura 9. Comparación de modelos computacionales entre la corteza motora 4x1-ring HD-tDCS principal (arriba) y tDCS convencionales utilizando una esponja bipolar montaje estándar (abajo). Haga clic aquí para ver más grande la figura .

Figura 10
Figura 10. Calor y umbrales sensoriales fríos y los umbrales de dolor frío medidos en sujetos sanos antes (pre) y después (post) 4x1-anillo HD-TDCS. El protocolo consistió en la entrega de 2 mA activa anódica de HD-TDCS o la estimulación simulada a la corteza motora primaria durante 20 min. Modificado de Borckardt et al. 15. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

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Figura 11. Efectos de 4x1-ring HD-tDCS sobre potenciales evocados motores (MEP) de amplitud en sujetos sanos. El protocolo consistió en la entrega de 1 mA de activa anódica HD-TDCS o la estimulación simulada a la corteza motora primaria durante 20 min. MEP se midieron antes y después de la estimulación, y la amplitud de este último normalizó a la de la línea de base. Whiskers representan desviaciones estándar. Modificado de Caparelli-Daquer, et al. 13.

Figura 12
Figura 12. Efectos de 4x1-ring HD-tDCS en el dolor percibido en los pacientes con fibromialgia. Se pidió a los pacientes que calificaran su dolor en general utilizando una escala numérica visual antes, inmediatamente y 30 minutos después de la estimulación. El protocolo consistió en sesiones individuales de anódica y catódica activa HD-tDCS, entregados a la corteza motora primaria izquierda (2mA durante 20 minutos) y la estimulación simulada. Whiskers representan el error estándar. Modificado de Villamar et al. 16.

Figura 13
Figura 13. Comparación de los efectos secundarios inducidos por la estimulación anódica y catódica con tDCS convencionales y 4x1-ring HD-tDCS. Motor potencial evocado amplitud (MEP) se midió antes y después de la entrega de 2 mA de tDCS convencionales o 4x1 HD-tDCS de 10 min. Secuenciales evaluaciones se realizaron para evaluar el curso temporal de efectos secundarios. MEP amplitud después de la estimulación se normalizó a la de la línea de base. Modificado de Kuo et al. 14.

¿Alguna vez ... Tuve una reacción adversa al TMS / tDCS?
Tenía una seizuvolver?
Tuvo una pérdida inexplicable de la conciencia?
Tenía un derrame cerebral?
Ha tenido una lesión grave en la cabeza?
Se sometió a cirugía en la cabeza?
Tenía alguna, enfermedades neurológicas relacionadas con el cerebro?
Tenía alguna enfermedad que pueda haber causado una lesión cerebral?
¿Sufre de dolores de cabeza frecuentes o severos?
¿Tiene algún metal en su cabeza (fuera de la boca), como metralla, clips quirúrgicos, o fragmentos de la soldadura?
¿Tiene algún dispositivos médicos implantados, como marcapasos cardíacos o bombas de médicos?
¿Está tomando algún medicamento?
¿Está embarazada o eres sexualmente activa y no estoy seguro de si es posible que esté embarazada?
¿Alguien en su familia tiene epilepsia?
¿Se necesita másexplicaciones sobre tDCS / HD-tDCS o sus riesgos asociados?

Tabla 1. La detección de contraindicaciones y consideraciones especiales antes tDCS / HD-tDCS.

Materiales Un dispositivo tDCS convencional
Un adaptador de estimulación multicanal 4x1
Cuatro pilas de 9 voltios
Una tapa de registro electroencefalográfico modular
Cinco electrodos de anillo sinterizados Ag / AgCl
Cinco especialmente diseñados carcasas de plástico de alta definición y sus respectivas tapas
Un émbolo de plástico
Cables
Una cinta métrica
Un hisopo de algodón de madera
Gel eléctricamente conductor
Un 3 - o 5-ml jeringa
Cinta adhesiva
Toallas de papel

Tabla 2. Materiales.

¿Sabía usted experimenta alguno de los siguientes síntomas o efectos secundarios? Introduzca un valor (1-4) en el espacio de abajo.
1-Ausente
2-Suave
3 Moderado
4-Severo
Si está presente, ¿crees que esto está relacionado con HD-tDCS?
1-Ninguno
2-Remote
3-Posible
4-Probable
5-definido
Notas
Dolor de cabeza
Dolor en el cuello
Dolor del cuero cabelludo
Quemaduras del cuero cabelludo
Hormigueo
Enrojecimiento de la piel
Somnolencia
Dificultad para concentrarse
Cambio de humor agudo
Otros (especificar):

Tabla 3. Detección efectos adversos después de HD-tDCS.

Discussion

Pasos críticos

Aspectos que deben comprobarse antes de comenzar el procedimiento

Antes del comienzo de la estimulación, los investigadores deben asegurarse de que el participante no tiene contraindicaciones para HD-tDCS. Tabla 1 se enumeran algunas consideraciones importantes que deben tenerse en cuenta y resume las contraindicaciones más importantes, incluyendo la presencia de implantes metálicos o dispositivos en la cabeza, severa lesiones cerebrales o lesiones significativas de la piel. El investigador debe inspeccionar para detectar la presencia de este último dentro del perímetro del anillo 4x1 mientras se prepara para la colocación de los electrodos. No se recomienda la aplicación de la técnica si existen esas lesiones. Esto es importante porque, a pesar de las lesiones de piel no se han reportado al utilizar los electrodos de alta definición y las cubiertas que aparecen en este artículo, se ha informado de daños en la piel después de la entrega de varias sesiones consecutivas de tDCS convencionales 3, sobre todo si se realiza overa período de 14 días 25.

La presencia de los implantes o defectos en el cráneo o el parénquima cerebral metálicos puede modificar significativamente el flujo de corriente 17,26 y el resultado de la estimulación de las regiones corticales distintas de las utilizadas. Por razones de seguridad, la estimulación debe evitarse en pacientes con dispositivos médicos implantados. Las contraindicaciones relativas incluyen la presencia de epilepsia o antecedentes de derrame cerebral, a menos que el estudio se centra específicamente en el estudio de estas condiciones. HD-tDCS debe evitarse en mujeres embarazadas debido a la falta de datos sobre seguridad.

Es de suma importancia para comprobar la polaridad de los cables para conectar el adaptador de estimulación multicanal 4x1 al dispositivo tDCS convencional. El no hacerlo puede resultar en la entrega de un tipo equivocado de estimulación para el participante. Asegúrese de que el cable etiquetado como "Centro", que a menudo puede ser de color rojo, está conectado a la terminal correcta (ánodo y cátodo).

El operador también debe inspeccionar visualmente los electrodos de anillo sinterizado Ag / AgCl para la evidencia de la deposición de productos de electrólisis antes de cada uso y reemplazarlos si es indicado. Después de cada sesión de estimulación activa, los productos de las reacciones electroquímicas tienden a acumularse en la superficie rugosa en la parte inferior de los electrodos. Por esta razón, se recomienda que cada electrodo se encuentra en el centro de la configuración de 4x1 para sólo dos sesiones de estimulación activos. Posteriormente, se puede girar y se utiliza como uno de los electrodos de retorno. Una vez que cada uno de los cinco electrodos en un conjunto ha servido como el electrodo central dos veces, se recomienda utilizar un nuevo conjunto de electrodos. Es fácil de etiquetar cada electrodo y registrar el número de usos con el fin de girar de una manera coordinada. Además de la tolerabilidad, la rotación (limitado) de electrodos también se pretende evitar un caso de alta impedancia donde la corriente no se divide en partes iguales across los cuatro electrodos de retorno. El usuario es responsable de verificar la calidad de contacto antes de la estimulación (como se explica en los pasos 5.12 a 5.14), y asegurar que no se observan valores anormalmente altos de resistencia.

Puede ocurrir que los participantes mueven la cabeza en exceso o sin querer tirar de los cables y de desalojar o rompen. Por esta razón, es recomendable bucle de cada cable alrededor de su carcasa de plástico y a la cinta del cable de salida del adaptador 4x1 a una superficie (es decir, la silla o la ropa de los participantes).

Si se desea, puede ser posible añadir anestésicos tópicos para el cuero cabelludo con el fin de evitar sensaciones incómodas y potencialmente para mejorar el cegamiento de los participantes en el estudio. Sin embargo, se debe tener en cuenta que, a pesar de quemaduras en la piel no se han reportado con HD-TDCS, podría haber un pequeño riesgo teórico para este efecto adverso y el uso de anestésicos tópicos puede evitar que los participantes reporting que durante la estimulación. En esta demostración, así como en nuestros estudios anteriores, no hemos utilizado anestésicos tópicos como cualquier molestia generalmente se reporta como leve.

Como se mencionó anteriormente, con el fin de tener resultados óptimos es muy importante para evitar que el gel eléctrica se propague más allá de los límites de la carcasa de plástico. De lo contrario, la corriente de derivación de fuerza de un electrodo a otro.

Consideraciones importantes durante la estimulación

A menos que se requiere como parte del diseño del estudio, el tema no debería estar durmiendo, leyendo o distraído de lo contrario durante la sesión de estimulación. Esto es importante ya que se ha informado de que intenso esfuerzo cognitivo, aburrimiento o dormir, la activación muscular y otras actividades que producen cambios en la excitabilidad cortical pueden resultar en efectos alterados y opuesto de TDCS convencionales 27.

Después de la iniciación de la stimulation, y con el fin de prevenir los efectos secundarios de la repentina partida del flujo de corriente, el dispositivo automáticamente rampas corriente arriba y hacia abajo durante un período de treinta segundos. Por razones similares, no cambiar de modo "Scan" "Pass" y mientras el dispositivo tDCS convencional está generando corriente. Siempre es aconsejable preguntar periódicamente a los sujetos si se sienten cómodos con el procedimiento con el fin de asegurarse de que el estímulo está llevando a cabo de forma segura.

La estimulación en poblaciones susceptibles, incluyendo pacientes pediátricos, puede ser necesario ajustar la dosis.

Aspectos prácticos después de la intervención

Con el fin de recoger más pruebas sobre la seguridad y para controlar efectos HD-tDCS, se recomienda utilizar un cuestionario de efectos adversos como el que se muestra en la Tabla 3, que debe ser entregado a los participantes después de cada sesión. Asegúrese de que para la detección de la presencia de la adve más comúnrse efectos asociados con HD-tDCS, tales como malestar, hormigueo, picazón y ardor. Por otra parte, la significación de estos datos se puede mejorar también pidiendo puntuaciones cuantitativas subjetivas. Esto se puede lograr por tener una escala numérica para los pacientes que informen de la intensidad o la gravedad de los efectos adversos, por ejemplo de 1 a 5 o de 1 a 10. También es importante entregar el cuestionario efecto secundario después de cada sesión de tratamiento simulado. Esto permite la comparación de la frecuencia de los efectos adversos asociados con la estimulación tanto activas y simuladas. Para TDCS convencionales, algunos de los efectos secundarios han sido reportados a ser aún más frecuente en el grupo de tratamiento simulado 24, dolor de cabeza que es un ejemplo.

Las modificaciones posibles

Para 4x1 HD-TDCS, protocolos de estimulación pueden ser diseñados participación de diferentes lugares de destino, la polaridad y la intensidad de corriente, y el radio del anillo. Como regla general, el aumento de diámetro del anillo de 4x1 se increasí la profundidad de penetración y la intensidad máxima en el anillo 28. Por el contrario, la reducción de radio de focalidad anillo aumenta pero disminuye inducida campo eléctrico del cerebro. Por lo tanto, se justifica la investigación adicional de la dosis óptima por indicación.

Aunque este artículo se centra en 4x1-anillo HD-TDCS, otras implementaciones de electrodos también se pueden utilizar, tales como 4x2 y 3x3 (doble tira), entre otros. Aunque HD-TDCS ofrece muchas opciones de personalización, los métodos para el posicionamiento y la preparación de electrodos, como se describe aquí, se deben seguir, junto con el uso de sólo el equipo físico y los accesorios que han sido probados específicamente para este propósito. Esto incluye prestar especial atención a HD carcasa de plástico de diseño, gel, y los electrodos. Por ejemplo, los electrodos distintos de anillo sinterizado de Ag / AgCl también han sido probados con el fin de entregar DC, tal como Ag pellets, Ag / AgCl precipitado, Ag / AgCl disco y pastilla de goma 9. Sin embargo, los dos electrodos de Ag y caucho de pellets inducend cambios en el pH, y los aumentos de temperatura y potencial de electrodo se registraron para todos los electrodos, excepto para el anillo y el disco de Ag / AgCl. Por lo tanto, parece que Ag / AgCl electrodos de anillo pueden ser un enfoque eficaz y más seguro. En el futuro, las modificaciones del enfoque descrito en el presente documento también pueden ser utilizados para realizar intervenciones tales como la estimulación transcraneal de corriente alterna.

Limitaciones

En este punto, el papel de 4x1-anillo HD-TDCS polaridad en la excitabilidad cortical sigue siendo poco clara. Aunque los estudios neurofisiológicos han informado de que tanto 1,0 mA y 2,0 mA anódica de 4x1-anillo HD-TDCS hubo un aumento en la excitabilidad cortical entre sujetos sanos 13,14, se necesita un cuerpo más amplio de pruebas que abordan específicamente estudios de HD-TDCS antes de cualquier generalización puede ser hecho. Además, es de destacar que los efectos de la modulación de la excitabilidad cortical utilizando 4x1-anillo HD-TDCS pueden ser dependiente del tiempo, alcanzando su guisantek varios minutos después del final de la estimulación y no inmediatamente después de que 14,16. Por lo tanto, pueden ser necesarios más de las evaluaciones secuenciales diferentes puntos de tiempo después de la intervención con el fin de obtener resultados precisos.

Disclosures

MF Villamar, MS Volz, AF DaSilva y F Fregni declaran no tener conflictos de interés relacionados con este artículo. La Universidad de la Ciudad de Nueva York tiene la propiedad intelectual de la estimulación cerebral no invasiva con M Bikson y A Datta como inventores. M y A Bikson Datta tienen equidad en Soterix Medical, Inc.

Acknowledgments

Los autores agradecen a Kayleen Weaver por su asistencia editorial, Alejandro Venturi para el voluntariado para este video, Dennis Truong para proporcionar una de las cifras utilizadas en este artículo, y la Fundación Wallace H. Coulter por el apoyo brindado para llevar a cabo este trabajo. MS Volz es financiado por una beca de doctorado de Deutsche Schmerzgesellschaft eV [capítulo alemana de la Asociación Internacional para el Estudio del Dolor (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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References

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