Tecnica e Considerazioni nell'utilizzo dei 4x1 anello ad alta definizione transcranica diretta Current Stimulation (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

Alta definizione stimolazione transcranica a corrente continua (HD-tDCS), con il suo 4x1-anello di montaggio, è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva che combina gli effetti neuromodulatori della tDCS convenzionali con maggiore focalità. Questo articolo fornisce una dimostrazione sistematica dell'uso di 4x1 HD-tDCS, e le considerazioni necessarie per la stimolazione sicuro ed efficace.

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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

Alta definizione stimolazione transcranica a corrente continua (HD-tDCS) è stato recentemente sviluppato come un approccio stimolazione cerebrale non invasivo che aumenta la precisione di erogazione di corrente al cervello mediante matrici di elettrodi piccoli "ad alta definizione", invece del più grande pad- elettrodi di tDCS convenzionali. Targeting è raggiunto da energizzante elettrodi posti in configurazioni predeterminate. Uno di questi è la configurazione 4x1-ring. In questo approccio, un anello elettrodo centrale (anodo o catodo) sovrastante la regione corticale bersaglio è circondata da quattro elettrodi di ritorno, che aiutano a circoscrivere l'area di stimolazione. Consegna di 4x1-ring HD-tDCS è in grado di indurre significativi effetti neurofisiologici e clinici sia in soggetti sani e pazienti. Inoltre, la sua tollerabilità è supportato da studi utilizzando intensità alto come 2,0 milliampere per un massimo di 20 minuti.

Anche se 4x1 HD-tDCS è semplice da prestazionim, corretto posizionamento dell'elettrodo è importante al fine di stimolare accuratamente regioni corticali bersaglio e esercitare i suoi effetti neuromodulatori. L'uso di elettrodi e di hardware che sono stati specificamente testati per HD-tDCS è critica per la sicurezza e tollerabilità. Dato che la maggior parte studi pubblicati su 4x1 HD-tDCS hanno preso di mira la corteccia motoria primaria (M1), in particolare per i risultati dolore legato, lo scopo di questo articolo è quello di descrivere sistematicamente il suo uso per la stimolazione M1, così come le considerazioni da prendere per la stimolazione sicuro ed efficace. Tuttavia, i metodi descritti qui possono essere adattate per altre configurazioni HD-tDCS e traguardi corticali.

Introduction

Stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è una tecnica non invasiva cervello stimolazione capace di modificare neuronale potenziale di membrana e il livello di scarica neuronale spontanea nella zona di stimolazione così come in interconnesse reti neurali uno tra il sistema endogeno μ-oppioide 2, così modulare l'eccitabilità corticale. Gli effetti neuromodulatori della tDCS, combinate con il suo basso costo, semplice applicazione e portabilità, hanno portato al suo ampio uso negli ultimi dieci anni in una vasta gamma di impostazioni. Questi hanno incluso studi neurofisiologici, interventi cognitivi e comportamentali e studi di pazienti valutano disturbi come dolore cronico, depressione, emicrania, ictus, morbo di Parkinson e l'acufene 3. Tuttavia, la consegna di corrente continua (DC) viene eseguita utilizzando cuscinetti di grandi dimensioni, più comunemente tra 25-35 cm 2, che stimolano relativamente ampie aree della corteccia cerebrale situati between l'anodo e il catodo 4. Pertanto, la stimolazione focale del bersaglio regioni corticali, che non comportano la stimolazione delle zone anatomiche limitrofe, è difficile da raggiungere con questa tecnica. Diversi approcci sono stati studiati in modo da "plasmare" flusso di corrente variando distanza tra gli elettrodi 5 e aumentando / diminuendo dimensioni pad per diminuire / aumentare la modulazione in regioni corticali sotto l'elettrodo 6. Tuttavia, gli sforzi per un'ulteriore destinazione flusso di corrente, evitando shunt di corrente tra gli elettrodi 7,8 rimangono di interesse.

High-Definition (HD)-tDCS è un intervento di nuova concezione che utilizza matrici di più piccolo, elettrodi appositamente progettati 9. Diverse configurazioni sono stati testati, che può essere modificata per migliorare la stimolazione di obiettivi 10. Tra queste è la configurazione 4x1-ring, un montaggio che utilizza un elettrodo centrale sovrastante la regione corticale bersaglio circondatoda quattro elettrodi di ritorno 4. L'elettrodo centrale definisce la polarità della stimolazione sia come anodica o catodica e raggi degli elettrodi di ritorno confinare l'area subendo modulazione dell'eccitabilità. Studi di modelli cerebrali mostrano che l'area di subire modulazione corticale utilizzando la configurazione HD-tDCS 4x1 è più ristretto rispetto allo standard di montaggio bipolare tDCS convenzionali 4. Inoltre, la sua focalità è robusto al tessuto (modellazione) parametri 11. Gli studi neurofisiologici clinici utilizzando 4x1-ring stimolazione elettrica transcranica confermano focale consegna attuale 12.

Le potenziali applicazioni di questo intervento sono simili a quelle della tDCS convenzionali. Studi comportamentali e neurofisiologici utilizzando 4x1-ring HD-tDCS sulla corteccia motoria primaria (M1) di report cambiamenti nella eccitabilità corticale 13 e postumi che possono sopravvivere a quelli da indotto dalla tDCS convenzionali 14. Gli studi in corso che utilizzano 4x1-ring HD-tDCS supportano la sua tollerabilità sia in soggetti sani e pazienti 13-15 16 quando intensità alto come 2.0 milliampere (mA) vengono consegnati per un massimo di 20 minuti. Sebbene HD-tDCS è ben tollerato, è importante utilizzare solo dispositivi ed elettrodi che specificamente sono stati testati per questo scopo.

L'obiettivo di questo articolo è di fornire una dimostrazione sistematica uso di elettrodi 4x1-ring per HD-tDCS. Stimolazione della M1 è stato scelto, in quanto è il montaggio più comune utilizzato in diverse impostazioni di ricerca clinica. Tuttavia, i metodi descritti possono essere adattati per il targeting di altre regioni del cervello, come la corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC). Come verrà dimostrato qui, corretto posizionamento dell'elettrodo è semplice da eseguire ma importante per stimolare accuratamente regioni corticali bersaglio. Ci auguriamo che questa manifestazione contribuirà a sostenere e aumentare il rigore del futuro HD-tDCSprove, che forniranno ulteriori elementi di prova sui meccanismi e le applicazioni di questo romanzo intervento.

Protocol

1. Controindicazioni e Considerazioni speciali

  1. Prima della configurazione del dispositivo, verificare che il partecipante non ha controindicazioni per HD-tDCS. Sembra ragionevole assumere che queste controindicazioni sono le stesse per tDCS convenzionali (Tabella 1). Altre considerazioni particolari, come ad esempio i farmaci del paziente, dovrebbero essere presi in considerazione. Per esempio, farmaci del sistema nervoso ad azione centrale potrebbero cambiare gli effetti desiderati della stimolazione.
  2. Ispezionare scalpo del partecipante a fondo per le lesioni cutanee, come tagli o segni infiammatori. Evitare di stimolare aree del cuoio capelluto che mostrano tali lesioni. Inoltre, la stimolazione deve essere evitato in pazienti con difetti del cranio o impianti metallici. Se lo scopo della prova è quello di studiare in particolare questa popolazione di pazienti, ulteriori precauzioni e speciale considerazione della dose devono essere presi in considerazione (ad esempio con modelli computazionali in avanti) 17

2. Materiali

  1. Assicurarsi che tutti i materiali necessari sono facilmente disponibili (Tabella 2).
  2. Incorpora gli involucri di plastica HD nel modulare elettroencefalogramma (EEG) cap registrazione. L'elettrodo centrale deve corrispondere alla zona di destinazione, in questa dimostrazione la M1, e il raggio dei quattro elettrodi di ritorno deve essere regolata in base al protocollo che è in fase di studio. In questa dimostrazione, si usa un raggio di circa 7,5 centimetri, con l'elettrodo centrale posto sopra M1 e la posizione degli elettrodi di ritorno 'che corrisponde grosso modo a Cz, F3, T7 e P3 nel 10-20 sistema EEG Internazionale 18.
  3. Prima di ogni seduta di stimolazione, accendere il dispositivo tDCS convenzionale (Soterix 1x1 bassa intensità DC stimolatore) e l'adattatore stimolazione Multicanale e controllare che le batterie siano cariche. Un indicatore di "batteria scarica" ​​su ciascun dispositivo si accende se questo non è il caso, ad indicare che il Batteries devono essere sostituiti. Dopo il controllo di carica della batteria, i dispositivi possono essere spenti solo immediatamente prima della stimolazione. Il dispositivo tDCS convenzionale è un dispositivo a batteria che fornisce corrente continua con una intensità di pochi mA. Un uno stimolatore controllato in tensione controllato in corrente e non è preferito a causa del cambio di impedenza dell'elettrodo. L'uso di adattatori di corrente è sempre sconsigliato per motivi di sicurezza, al fine di evitare la consegna accidentale di intensità maggiore. Il funzionamento di questo dispositivo è stato descritto nel nostro precedente articolo 19. Collegando il dispositivo tDCS convenzionale per l'adattatore di stimolazione Multicanale (Figura 1), DC viene consegnato insieme alla configurazione 4x1 HD-tDCS consentendo neuromodulazione limitata alla zona desiderata.
  4. Prima di ogni sessione, controllare visivamente gli elettrodi prima dell'uso di segni di usura o danni insolito. Gli elettrodi HD-tDCS sono riutilizzabili, ma hanno un numero limitato di domande totali (vedi discussion). Gruppi di elettrodi utilizzati per HD-tDCS dovrebbero sono stati specificamente progettati o testato per questo scopo. L'approccio dimostrato in questo articolo utilizza Ag / AgCl elettrodi ad anello sinterizzato (Figura 2). L'uso di questi elettrodi, in combinazione con appropriati gel conduttivo elettricamente e HD involucri di plastica, è stato dimostrato per ridurre variazioni di stimolazione potenziale dell'elettrodo e variazioni di pH nel gel mentre produce alcun riscaldamento significativo 9,20, determinando quindi un più sicuro e più approccio efficace rispetto ad altri tipi di elettrodi.
  5. Collegare i cavi di cinque elettrodi ad anello sinterizzato Ag / AgCl ai ricevitori corrispondenti del cavo di uscita dell'adattatore 4x1. L'elettrodo centrale sarà quella che definisce la polarità della stimolazione sia come anodica o catodica. Assicurarsi di collegare il centro dell'elettrodo cavo al ricevitore spina centrale. Quindi, collegare gli elettrodi rimanenti nelle spine circostanti. Va notato che l'disposizione dei quattro elettrodi di ritorno nel ricevitore spine non è critica, in quanto saranno tutti la stessa polarità.

3. Misurazioni

Misurazione testa e localizzazione della zona di stimolazione sono identici a quelli per tDCS convenzionali, come spiegato nel nostro precedente articolo 19. I passi saranno descritti in dettaglio di nuovo per ulteriori chiarimenti.

  1. Avere il partecipante sedersi comodamente su una sedia, che può avere un poggiatesta.
  2. Il sito di stimolazione è determinata dal protocollo di interesse per i ricercatori, poiché la stimolazione di zone differenti risultati in effetti distinti. Più comunemente, il 10-20 sistema EEG Internazionale 18 viene utilizzata per misurazioni della testa, come descritto di seguito.
  3. Prima, localizzare il vertice (Cz).
    1. Per fare ciò, misurare la distanza dal nasion al inion e dividere la distanza della metà. Il nasion è il posto all'incrocio di the la fronte e le ossa nasali, e il inion è il punto più prominente dell'osso occipitale (Figura 3). Segnare il punto come linea, utilizzando una matita olio o un pennarello a base d'acqua non tossico.
    2. In secondo luogo, misurare la distanza tra i punti pre-auricolari sinistro e destro (cioè l'area anteriore al trago). Dividere la distanza della metà, e segnare il punto con una linea. Ora collegare entrambe le linee per creare una croce. Il punto in cui le due linee si intersecano corrisponde Cz.
  4. A seconda del protocollo in fase di studio, identificare il sito bersaglio sulla testa.
    1. Per stimolare sulla corteccia motoria primaria (M1), calcolare il 20% della distanza dal Cz il punto di pre-atriale sinistra o destra, cominciando la misura a Cz (Figura 3). Per una determinazione più precisa di questo settore, l'uso di metodi ausiliari quali i sistemi NEURONAVIGAZIONE o stimolazione magnetica transcranica (TMS) può essere adatto.

    4. Preparazione della pelle

    1. Preparare la pelle al sito di stimolazione separando i capelli. Un tampone imbevuto di alcol può essere utilizzato al fine di contribuire a rimuovere il sebo o di prodotti per i capelli dal cuoio capelluto. Non abradere la pelle. Accertarsi che non siano presenti lesioni cutanee.

    5. Posizionamento elettrodi e Device Setup

    1. Dopo la misurazione delle dimensioni della testa e preparare la pelle, trovare il contrassegno corrispondente alla M1.
    2. Quindi, mantenendo il marchio M1 in vista, posizionare il tappo modulare registrazione EEG sulla testa del soggetto mentre si tiene il centro di plastica involucro oltre il segno. Per mantenere il segno di croce M1 sul cuoio capelluto in vista, ci si può spostare i capelli intorno prima di mettere la carcassa HD su di esso. Assicurarsi che il tappo sia ben aderente ma confortevole, e regolare la posizione dei quattro involucri di plastica di ritorno. Anche se altri approcci sono certamente fattibile, in un precedente studio 16 abbiamo posizionato gli elettrodi di ritorno in un raggio di approximately 7,5 centimetri da M1. Loro posizioni corrispondevano grosso modo a Cz, F3, T7 e P3 (figura 4). Quindi, regolare le cinghie del tappo EEG.
    3. Utilizzando un nastro di misurazione, verificare che la distanza tra gli elettrodi è adeguato in base al protocollo di studio.
    4. Con l'estremità di un tampone di cotone di legno, separare i capelli attraverso l'apertura dell'involucro plastico finché il cuoio capelluto è esposto. Ripetere sotto ogni carcassa.
    5. Introdurre circa 1,5 ml di gel elettricamente conduttivo attraverso l'apertura di ciascun involucro di plastica, cominciando dalla superficie del cuoio capelluto. Applicazione del gel può essere raggiunto utilizzando una siringa di plastica. Accuratamente evitare la diffusione gel oltre la circonferenza dell'involucro di plastica, come questo può portare a smistamento della corrente elettrica e inadeguato flusso di corrente (Figura 5).
    6. Successivamente, con la sua superficie ruvida rivolta verso il basso e la superficie arrotondata liscia rivolta verso l'alto, posizionare una Ag / AgCl sinterizzato elettrodo ad anello in ciascun alloggiamento di plastica HD. Utilizzando ilsiringa o lo stantuffo come guida se necessario, abbassare l'elettrodo ad anello fino a che appoggia sulla base dell'involucro di plastica.
    7. Aggiungete un po 'di più gel per coprire l'elettrodo, e poi usare i tappi forniti con gli involucri di plastica HD per bloccare gli elettrodi in posizione (Figura 6). Questo tappo manterrà l'elettrodo in posizione per tutta la stimolazione. Ruotare il cappuccio per bloccarla in posizione. Se il tappo di plastica non si accende facilmente non esercitare una forza eccessiva. Regolare nuovamente l'elettrodo come descritto in 5.6, e quindi tentare di bloccare il coperchio in posizione. Il tappo dell'involucro di plastica HD è progettato per girare facilmente se l'elettrodo ad anello sinterizzato Ag / AgCl è inserito completamente e nel suo corretto posizionamento.
    8. Per ridurre la tensione sui cavi elettrodi, li anello attorno ad ogni involucro di plastica e li nastro alla sedia o ai vestiti del soggetto (Figura 7).
    9. Collegare l'estremità arrotondata del cavo di uscita per la porta di uscita dell'adattatore 4x1.
    10. Utilizzare il cavo di ingresso to Collegare l'adattatore 4x1 stimolazione Multicanale al dispositivo tDCS convenzionale. Collegare l'estremità del cono-spina del cavo di ingresso alla porta di ingresso dell'adattatore 4x1 e collegare l'altra estremità del cavo di ingresso (due spine a banana) alla porta del dispositivo tDCS convenzionale uscita. È importante sottolineare che il cavo che è etichettato come "Centro" è quella che si definisce la polarità DC consegnato dal elettrodo centrale sia come anodica o catodica. Si noti che quando si utilizza l'adattatore 4x1 stimolazione Multicanale in combinazione con il dispositivo di tDCS convenzionale vi è alcun interruttore o pulsante per la selezione di centro-anodo o centro-catodo. Questa polarità è determinato attraverso il processo di collegare il cavo del connettore connettori a banana per le uscite del dispositivo tDCS convenzionali, come sopra descritto. In tDCS e HD-tDCS, "anodo" si riferisce al terminale relativamente positiva dove i flussi di corrente positivi nel corpo. D'altra parte, il "catodo" è il relativo morsetto negativo dove corrente positiva tgallina esce il corpo.
    11. Se i collegamenti sono pronti, si accendono entrambi i dispositivi.
    12. Assicurarsi che i valori di impedenza sono all'interno di una gamma sufficiente ruotare il "Select Mode" manopola nella 4x1 adattatore stimolazione Multicanale su "Scan". Il dispositivo sarà quindi eseguire la scansione degli elettrodi, che mostra l'impedenza di un elettrodo alla volta nella finestra di visualizzazione. Il pulsante "Piombo toggle" può essere utilizzato per attivare o disattivare questa commutazione automatica degli elettrodi nel display. Il pulsante può essere premuto per bloccare il display sull'elettrodo selezionato, ed esaminare l'impedenza. Poi, può essere premuto di nuovo per consentire al dispositivo di cambiare l'elettrodo visualizzato. Il dispositivo adattatore stimolazione Multicanale 4x1 sarà misurare l'impedenza in "unità di qualità". La qualità del contatto è normalizzata a queste "unità di qualità" da parte del circuito di prova in base al fatto che la resistenza dell'elettrodo è non lineare per l'elettrodo-interfaccia elettrochimica processi 21, e che la resistenza dell'elettrodo (impedenza) possonoquindi essere fuorviante. Per esempio, la resistenza misurata è apparentemente completamente dipendente dalla corrente di prova 22. I valori più bassi di qualità "unità" sono auspicabili. Sebbene non rigorose linee guida sono disponibili per data, valori inferiori o pari a 1,50-2,0 "unità di qualità" sono stati utilizzati come un taglio in studi precedenti 15,16.

    Non attivare il dispositivo tDCS convenzionale, mentre la 4x1 adattatore stimolazione multicanale è in modalità "Scan" (controllo di impedenza), come la stimolazione non sarà consegnato al soggetto.

    1. Se i valori di impedenza sono oltre questi limiti desiderati, aprire il coperchio dell'involucro di plastica contenente l'elettrodo che mostra alta impedenza e rimuovere l'anello sinterizzato elettrodo Ag / AgCl. Seguire le procedure descritte in precedenza (ossia 5,4-5,7) per regolare i capelli e elettrodo avere impedenza ottimale. Controllare di nuovo l'impedenza, come notato in 5.12. Una volta che il valore di qualità obiettivo viene raggiunto, sostituce il tappo sul carter. Ripetere la stessa procedura per gli altri elettrodi, se necessario. Indicazione di qualità ottimale può variare da soggetto a soggetto, ma un indicatore di qualità superiore in un elettrodo che nelle altre può indicare scarso contatto di tale elettrodo.
    2. Una volta che la qualità impedenza per tutti gli elettrodi si conferma essere nel range desiderato, ruotare il "Mode Select" manopola nella 4x1 adattatore stimolazione Multicanale da "Scan" per "Pass". Questa impostazione permette alla corrente di tDCS dal dispositivo convenzionale, attraverso gli elettrodi nel dispositivo 4x1. L'operatore è ora pronto per iniziare la stimolazione.

    6. Stimolazione

    1. Assicurarsi che il partecipante è seduto comodamente in poltrona e rimane sveglio durante la stimolazione.
    2. HD-tDCS è ora applicata utilizzando i comandi del dispositivo tDCS convenzionale come indicato nel nostro precedente articolo 19. Confermare la durata e l'intensità della stimolazione consegnato, e regolareil dispositivo come necessario. Inoltre, determinare la modalità della sessione (sham o stimolazione attivo). Se viene scelta la modalità sham, il dispositivo fornirà automaticamente corrente per un periodo di soli 30 secondi. Questo approccio è stato segnalato per essere di successo per accecamento dei partecipanti in entrambi tDCS convenzionali 23 e HD-tDCS 15 prove.
    3. Avviare la sessione di HD-tDCS premendo il pulsante "Start" del dispositivo tDCS convenzionale. La spia "Start" lampeggia come intensità DC è dilagato e poi la luce continuamente quando viene raggiunto attuale destinazione. Il timer mostrerà il tempo rimanente e la spia "Vero attuale" mostrerà l'intensità di corrente erogata per l'elettrodo centrale e le quattro elettrodi di ritorno insieme.
    4. Potrebbe essere il caso che i soggetti indicano fastidio, prurito o formicolio durante il periodo di stimolazione iniziale 24. Se questi sintomi è troppo scomodo, si raccomanda che l'intensità della corrente sia mAnualmente dilagato dal 0,2-0,5 mA per pochi secondi utilizzando la funzione di "Relax" fino a quando il soggetto si sente tranquillo. Immediatamente dopo, l'intensità di corrente deve essere gradualmente aumentata fino alla dose originale. Le sensazioni di cui sopra di solito tendono a scomparire dopo pochi minuti di stimolazione.

    7. Dopo la procedura

    1. Dopo la sessione è terminata, resistenze in tutti i canali possono essere misurati di nuovo se lo si desidera. Aprire i tappi di plastica e rimuovere delicatamente gli elettrodi ad anello sinterizzato Ag / AgCl dagli involucri. Se necessario, utilizzare la punta smussata di un tampone di cotone per evitare di tirare i fili degli elettrodi. Elettrodi devono essere lavate delicatamente con acqua corrente per rimuovere gel e poi essiccato prima della conservazione.
    2. Quindi, rimuovere il tappo EEG con gli involucri di plastica embedded. Non rimuovere il tappo EEG con i tappi di plastica chiusi, come i capelli del partecipante può essere catturato nelle calotte e / o involucri. Gli involucri di plastica devono essere lavati arimuovere gel e asciugato con un tovagliolo di carta.
    3. Utilizzando un tovagliolo di carta, rimuovere il gel residuo dalla testa del soggetto. Poiché il gel è idrosolubile, alcuni acqua può essere usata per aiutare rimuoverlo.
    4. Si consiglia di chiedere al partecipante di compilare un questionario dopo ogni seduta di stimolazione per monitorare eventuali reazioni avverse (Tabella 3).

Representative Results

Se gli elettrodi sono posizionati in modo appropriato e valori di impedenza sono all'interno di un intervallo adeguato, DC fluirà dall'anodo ai molteplici catodi (per anodo di centro 4x1 HD-tDCS) per la durata della stimolazione. L'intensità di corrente di destinazione verrà consegnato dal dispositivo tDCS convenzionale e mostrato in l'indicatore "Vero attuale". Allo stesso modo, se si sceglie la modalità di messa in scena, l'apparecchio si ferma automaticamente la consegna DC circa 30 secondi dopo l'apertura, e l'indicatore mostra la cessazione della fornitura DC (Figura 8).

E 'comune per i partecipanti a riferire prurito, formicolio o una sensazione di leggero bruciore dopo l'inizio della stimolazione. Questi fenomeni sono frequentemente osservati durante sia sham e attivi HD-tDCS 15,16 e devono indicare che la DC viene consegnata come previsto. Tuttavia, in genere tendono a scomparire dopo i primi minuti di stimolazione.

contenuto "> E 'tipicamente presume che le aree del cervello con flusso più corrente hanno maggiori probabilità di essere modulata mentre regioni saranno poco o trascurabile flusso di corrente non saranno interessati direttamente. Come tale, il flusso di corrente focale prodotto da 4x1-HD-tDCS sarebbe prevede di produrre neuromodulazione localizzata. modelli computazionali 4,14,15 hanno dimostrato che 4x1-ring HD-tDCS risultati nella stimolazione cerebrale focale maggiore rispetto a tDCS convenzionali (Figura 9). Come riportato da Datta et al. 4,11, l' area di modulazione dell'eccitabilità corticale indotta da 4x1-ring HD-tDCS stato limitato all'interno del perimetro dell'anello, e il picco di campo elettrico era sotto l'elettrodo centrale. In contrasto, tDCS convenzionali causate stimolazione di diverse altre regioni come il temporale omolaterale e bilaterale lobi frontali e il campo elettrico picco a metà strada tra i due elettrodi, invece di sotto di uno di loro.

HD-tDCS è un romanzo technique e quindi i suoi effetti non sono stati studiati estesamente come quelle del tDCS convenzionali. Tuttavia, le sue potenziali applicazioni sono simili, con altri ancora da esplorare. Gli studi in corso che utilizzano 4x1-ring HD-tDCS spettacolo che in volontari sani si può ridurre in modo significativo il calore e soglie sensoriali freddi, e portare ad un effetto analgesico marginale per la soglia del dolore freddo (Figura 10) 15. Inoltre, esso può causare cambiamenti significativi nella eccitabilità corticale, come misurato utilizzando potenziali evocati motori 13,14 (figura 11). In pazienti fibromialgia, attiva 4x1-ring HD-tDCS indotto una riduzione significativa del dolore percepito (Figura 12) e aumentato significativamente soglie di rilevazione meccaniche rispetto a sham 16.

Studi di confronto tra HD-tDCS e tDCS convenzionali saranno importanti per chiarire gli effetti di ogni intervento. Tuttavia, un singolo dieci minuti sessio n di anodica HD-tDCS a 2,0 mA è già stato segnalato da Kuo et al. 14 di esercitare più prominenti, più duratura eccitatori postumi e stimolazione più tollerabile che tDCS convenzionali (Figura 13), che supporta il suo uso in ricerca e potenzialmente in ambito clinico.

Figura 1
Figura 1. 4x1 adattatore stimolazione Multicanale (a sinistra) collegato al dispositivo tDCS convenzionale (a destra).

Figura 2
Figura 2. Ag / AgCl elettrodi ad anello sinterizzati, con superfici lisce arrotondata (nero) e ruvido. Gli elettrodi sono collegati ai ricevitori corrispondenti del cavo di uscita dell'adattatore 4x1.

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Figura 3. Punti di riferimento anatomici (a sinistra) e della corteccia motoria primaria (M1) di localizzazione basato sul sistema internazionale 10-20 EEG (a destra).

Figura 4
Figura 4. Posizionamento suggerita per elettrodi HD sulla base del sistema EEG 10-20. Altri montaggi possono essere testati.

Figura 5
Figura 5. Applicazione gel elettrico (a sinistra). Per impedire corrente dalla manovra tra gli elettrodi, si dovrebbe aver cura di evitare la diffusione di gel elettrica oltre i limiti del rivestimento in plastica (a destra).

Figura 6
Figura 6. Placement di elettrodo ad anello in alloggiamento di plastica. La superficie ruvida dell'elettrodo deve essere rivolto verso il basso e la faccia liscia superficie arrotondata. L'elettrodo ad anello dovrebbe quindi essere abbassato fino ad appoggiarlo sulla base dell'involucro di plastica (a sinistra) e il tappo bloccato in posizione (a destra).

Figura 7
Figura 7. Esempio di configurazione 4x1 HD-tDCS.

Figura 8
Figura 8. Consegna di attivo (a sinistra) e la farsa (a destra) la modalità da periferica tDCS convenzionale. Da DaSilva et al. 19.

Figura 9
Figura 9. Confronto tra il modello computazionale della corteccia motoria primaria 4x1-ring HD-tDCS (sopra) e tDCS convenzionali utilizzando uno standard bipolare spugna fotomontaggio (qui di seguito). Clicca qui per ingrandire la figura .

Figura 10
Figura 10. Calore e soglie sensoriali freddi e la soglia del dolore freddi misurati nei soggetti sani prima (pre) e dopo (post) 4x1-ring HD-tDCS. Il protocollo consisteva in consegna di 2mA di attivo anodica HD-tDCS o sham stimolo alla corteccia motoria primaria per 20 min. Modificato da Borckardt et al. 15. Clicca qui per ingrandire la figura .

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Figura 11. Effetti della 4x1-ring HD-tDCS sui potenziali evocati motori (MEP) di ampiezza in soggetti sani. Il protocollo consisteva in consegna di 1 mA di attivo anodica HD-tDCS o sham stimolo alla corteccia motoria primaria per 20 min. MEP sono stati misurati prima e dopo la stimolazione, e l'ampiezza di quest'ultimo normalizzata a quella della linea di base. Baffi rappresentano deviazioni standard. Modificato da Caparelli-Daquer, et al. 13.

Figura 12
Figura 12. Effetti della 4x1-ring HD-tDCS sul dolore percepito nei pazienti con fibromialgia. I pazienti sono stati invitati a votare il loro dolore generale utilizzando una scala numerica visiva prima, subito e 30 minuti dopo la stimolazione. Il protocollo consisteva in singole sessioni di anodica attiva e catodica HD-tDCS, consegnati a sinistra corteccia motoria primaria (2mA per 20 min) e la stimolazione sham. Baffi rappresentano l'errore standard. Modificato da Villamar et al. 16.

Figura 13
Figura 13. Confronto dei postumi indotti dalla stimolazione anodica e catodica con tDCS convenzionali e 4x1-ring HD-tDCS. Motor evocato potenziale ampiezza (MEP) è stata misurata prima e dopo la consegna di 2 mA di tDCS convenzionali o 4x1 HD-tDCS per 10 min. Valutazioni sequenziali sono stati condotti per valutare l'andamento nel tempo di postumi. MEP ampiezza post-stimolazione è stata normalizzata a quella della linea di base. Modificato da Kuo et al. 14.

Avete mai ... Ha avuto una reazione avversa a TMS / tDCS?
Aveva un seizure?
Aveva una inspiegabile perdita di coscienza?
Ha avuto un ictus?
Aveva una grave ferita alla testa?
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Tabella 1. Screening per le controindicazioni e le considerazioni specifiche prima tDCS / HD-tDCS.

Materiali Un dispositivo tDCS convenzionale
Un 4x1 adattatore stimolazione Multicanale
Quattro batterie da 9 volt
Un tappo di registrazione dell'elettroencefalogramma modulare
Cinque Ag / AgCl elettrodi ad anello sinterizzati
Cinque appositamente progettati involucri di plastica HD e rispettivi tappi
Uno stantuffo di plastica
Cavi
Un nastro di misura
Un tampone di cotone di legno
Gel elettricamente conduttivo
Un 3 - o 5-ml siringa
Nastro adesivo
Asciugamani di carta

Tabella 2. Materiali.

Lo si verifica uno dei seguenti sintomi o effetti collaterali? Immettere un valore (1-4) nello spazio sottostante.
1-Assente
2-Lieve
3-moderata
4-Grave
Se presente, pensi che questo è legato alla HD-tDCS?
1-Nessuno
2-Remote
3-Possibile
4 Probabile
5 Definite
Note
Mal di testa
Il dolore al collo
Dolore del cuoio capelluto
Ustioni del cuoio capelluto
Formicolio
Arrossamento della pelle
Sonnolenza
Difficoltà a concentrarsi
Cambiamento di umore acuta
Altro (specificare):

Tabella 3. Adverse proiezione effetto seguendo HD-tDCS.

Discussion

Fasi critiche

Aspetti da verificare prima di iniziare la procedura di

Prima di iniziare la stimolazione, i ricercatori dovrebbero accertarsi che il partecipante non ha controindicazioni per HD-tDCS. Tabella 1 elenca alcune considerazioni importanti da prendere in considerazione e riassume le controindicazioni più importanti, tra cui la presenza di impianti metallici o dispositivi in testa, grave lesioni cerebrali o di significative lesioni cutanee. Il ricercatore dovrebbe ispezionare la presenza di quest'ultimo all'interno del perimetro 4x1-ring durante la preparazione per il posizionamento degli elettrodi. Si consiglia di non applicazione della tecnica, se esistono tali lesioni. Questo è importante in quanto, se le lesioni cutanee non sono stati riportati durante l'uso degli elettrodi HD e involucri illustrati in questo articolo, i danni alla pelle è stato riportato dopo la consegna delle diverse sessioni consecutive di tDCS convenzionali 3, in particolare se eseguita overa periodo di 14 giorni 25.

La presenza di impianti o difetti nel cranio o parenchima cerebrale metallici in grado di modificare in modo significativo il flusso di corrente 17,26 e provocare la stimolazione di regioni corticali diverse da quelle destinate. Per motivi di sicurezza, la stimolazione deve essere evitato in pazienti con dispositivi medici impiantati. Le controindicazioni relative includono la presenza di epilessia o la storia di un colpo, a meno che lo studio è specificamente focalizzata sullo studio di queste condizioni. HD-tDCS dovrebbe essere evitato nelle donne in gravidanza a causa della mancanza di dati sulla sicurezza.

E 'della massima importanza per verificare la polarità dei cavi quando si collega l'adattatore 4x1 stimolazione Multicanale al dispositivo tDCS convenzionale. In caso contrario si potrebbe causare consegnare il tipo sbagliato di stimolo al partecipante. Assicurarsi che il cavo etichettato come "Centro", che può spesso essere di colore rosso, è collegato al terminale corretto (anodo e catodo).

L'operatore deve anche ispezionare visivamente gli elettrodi ad anello sinterizzato Ag / AgCl per la prova di deposizione di prodotti di elettrolisi prima di ogni uso e sostituirli se indicato. Dopo ogni sessione di stimolazione attiva, prodotti di reazioni elettrochimiche tendono ad accumularsi sulla superficie ruvida sul fondo degli elettrodi. Per questo motivo, si raccomanda che ciascun elettrodo essere situato nel centro della configurazione 4x1 per soli due sedute di stimolazione attive. Successivamente, può essere ruotato e utilizzato come uno degli elettrodi di ritorno. Una volta che ciascuno dei cinque elettrodi in un insieme è servito come elettrodo centrale due volte, si raccomanda di utilizzare un nuovo set di elettrodi. E 'semplice per etichettare ogni elettrodo e registrare il numero di utilizzi per ruotarle in modo coordinato. Oltre alla tollerabilità, la rotazione (limitato) di elettrodi è destinato anche a evitare un caso di alta impedenza in cui la corrente non sarà diviso in parti uguali across i quattro elettrodi di ritorno. L'operatore è responsabile del controllo qualità del contatto prima della stimolazione (come spiegato nei passaggi 5,12-5,14), e di garantire che non si osservano valori anormalmente elevati di resistenza.

Potrebbe accadere che i partecipanti si muovono le loro teste eccessivamente o inavvertitamente tirare i cavi e sloggiare o romperli. Per questo motivo, è consigliabile ciclo ogni cavo intorno al relativo involucro di plastica e su nastro il cavo di uscita dell'adattatore 4x1 ad una superficie (cioè la sedia o vestiti del partecipante).

Se desiderato, può essere possibile aggiungere anestetici topici al cuoio capelluto per evitare sensazioni sgradevoli e potenzialmente per migliorare accecamento dei partecipanti allo studio. Tuttavia, va tenuto presente che, sebbene ustioni cutanee non sono stati riportati con HD-tDCS, ci potrebbe essere un piccolo rischio teorico di questo effetto avverso e l'uso di anestetici topici potrebbe evitare che i partecipanti reporting durante la stimolazione. In questa dimostrazione, così come nei nostri studi precedenti, non abbiamo usato anestetici topici come il disturbo è generalmente di grado da lieve.

Come detto sopra, al fine di ottenere risultati ottimali è molto importante per evitare che il gel elettrico dalla diffusione oltre i limiti del rivestimento in plastica. Altrimenti, potenza shunt corrente da un elettrodo all'altro.

Considerazioni importanti durante la stimolazione

A meno che questo è richiesto come parte del disegno dello studio, il soggetto non deve dormire, leggere o altrimenti distratto durante la seduta di stimolazione. Questo è importante in quanto è stato riferito che un intenso sforzo cognitivo, noia o sonno, attivazione muscolare e le altre attività che portano a cambiamenti nella eccitabilità corticale possono provocare effetti alterati e contrapposizione di tDCS convenzionali 27.

Dopo l'inizio della scorrente timulation, e al fine di prevenire gli effetti collaterali da improvvisa partenza del flusso di corrente, il dispositivo automaticamente rampe su e giù per un periodo di 30 secondi. Per ragioni analoghe, non passare da una modalità "Scansione" "Pass" e mentre il dispositivo tDCS convenzionale è corrente generando. E 'sempre consigliabile chiedere periodicamente soggetti se si sentono bene con la procedura al fine di fare in modo che la stimolazione sta procedendo in modo sicuro.

Stimolazione in popolazioni sensibili, compresi i pazienti pediatrici, può richiedere un aggiustamento della dose.

Aspetti pratici dopo la procedura

Al fine di raccogliere ulteriori elementi di prova in materia di sicurezza e di monitorare gli effetti HD-tDCS, si consiglia di utilizzare un questionario di effetti negativi, come quella raffigurata nella tabella 3, che deve essere consegnato ai partecipanti dopo ogni sessione. Assicurarsi di schermo per la presenza del adve più comunirse effetti connessi con HD-tDCS, come il disagio, formicolio, prurito e sensazione di bruciore. Inoltre, la significatività di questi dati può essere migliorata anche chiedendo punteggi soggettivi quantitative. Ciò può essere ottenuto con una scala numerica per i pazienti a segnalare l'intensità o la gravità degli effetti negativi, ad esempio da 1 a 5 o da 1 a 10. È anche importante per offrire un effetto questionario lato dopo ogni sessione sham. Questo permette di confrontare la frequenza degli effetti avversi associati con la stimolazione attiva e sham. Per tDCS convenzionali, sono stati riportati alcuni effetti collaterali di essere ancora più frequenti nel gruppo sham 24, mal di testa è un esempio.

Possibili modifiche

Per 4x1 HD-tDCS, protocolli di stimolazione possono essere progettati coinvolgendo diversi luoghi di destinazione, la polarità e l'intensità di corrente, e il raggio dell'anello. Come regola generale, l'aumento diametro 4x1 sarà Increase la profondità di penetrazione e intensità massima sotto l'anello 28. Viceversa, riducendo raggio anello aumenta focalità ma diminuisce campo elettrico indotto cervello. Pertanto, ulteriori indagini della dose ottimale per ogni indicazione è giustificata.

Anche se questo articolo è focalizzata sulla 4x1-ring HD-tDCS, altre implementazioni elettrodi possono anche essere utilizzati, ad esempio 4x2 e 3x3 (doppia striscia), tra gli altri. Anche se HD-tDCS offre molte opzioni per la personalizzazione, i metodi per il posizionamento e la preparazione di elettrodi, come qui descritte, devono essere seguiti assieme utilizzando solo l'hardware e gli accessori che sono stati specificamente testati per questo scopo. Questo include prestando particolare attenzione alla progettazione HD involucro di plastica, gel, e gli elettrodi. Per esempio, elettrodi diversi Ag / AgCl anello sinterizzato sono stati anche testati per consegnare DC, come pellet Ag, Ag / AgCl pellet, Ag / AgCl disco e gomma pellet 9. Tuttavia, entrambe le Ag e gomma elettrodi pellet induconod cambiamenti di pH, e aumenti di temperatura e potenziale di elettrodo sono stati segnalati per tutti gli elettrodi eccetto Ag / AgCl anello e disco. Pertanto, sembra che Ag / AgCl elettrodi ad anello può essere un approccio efficace e più sicuro. In futuro, modifica del metodo descritto in questo documento possono essere utilizzati anche per fornire interventi come la stimolazione transcranica corrente alternata.

Limitazioni

A questo punto, il ruolo di 4x1-ring HD-tDCS polarità sulla corticale rimane poco chiaro. Anche se gli studi neurofisiologici hanno riferito che entrambi 1,0 mA e 2,0 mA di anodica 4x1-ring HD-tDCS portato ad aumenti in eccitabilità corticale tra soggetti sani 13,14, un corpo più ampio di prove affrontando specificamente studi HD-tDCS è necessaria prima di ogni generalizzazione può essere fatta. Inoltre, è da notare che gli effetti di modulazione dell'eccitabilità corticale utilizzando 4x1-ring HD-tDCS può essere dipendente dal tempo, raggiungendo il pisellok diversi minuti dopo la fine della stimolazione e non immediatamente dopo 14,16. Pertanto, le valutazioni sequenziali oltre diversi tempi dopo l'intervento possono essere necessari per ottenere risultati accurati.

Disclosures

MF Villamar, MS Volz, AF DaSilva e F Fregni dichiarano assenza di conflitti di interesse relativi a questo articolo. La City University di New York ha la proprietà intellettuale sulla stimolazione cerebrale non invasiva con M Bikson e A Datta come inventori. M Bikson e A Datta hanno equità nella Soterix Medical, Inc.

Acknowledgments

Gli autori ringraziano Kayleen Tessitore per l'assistenza editoriale, Alexandre Venturi per il volontariato per questo video, Dennis Truong per la fornitura di una delle figure utilizzate in questo articolo, e il Wallace H. Coulter Fondazione per il sostegno dato a svolgere questo lavoro. MS Volz è finanziato da una borsa di studio di dottorato di Deutsche Schmerzgesellschaft eV [sezione tedesca della Associazione Internazionale per lo Studio del Dolore (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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