이 원고는 외상 후 스트레스 장애를 가진 참전 용사를위한 가상 현실을 사용하여 warzone 외상 관련 단서에 노출하는 동안 경두개 직접 전류 자극의 동시 적용을 허용하는 새로운 프로토콜을 설명합니다.
경두개 직접 전류 자극 (tDCS)은 신경 휴식 막의 변조를 통해 뉴런 발사의 가능성을 변경하는 비 침습적 뇌 자극의 한 형태입니다. 다른 기술에 비해, tDCS는 상대적으로 안전, 비용 효율적인, 개인이 제어에 종사하는 동안 관리 될 수있다, 특정 인지 과정. tDCS가 본질적으로 활성 신경 영역에 주로 영향을 미칠 수 있기 때문에 이 후자의 점은 중요합니다. 정신 질환에 대한 잠재적 인 치료로 tDCS를 테스트하기위한 노력의 일환으로, 여기에 설명 된 프로토콜은 외상 후 스트레스 장애 (NCT033372460)를 가진 참전 용사를위한 가상 현실 (tDCS + VR)을 사용하여 외상 관련 단서에 노출되는 동안 tDCS의 동시 적용을 허용하는 새로운 절차를 설명합니다. 이 이중 블라인드 프로토콜에서 참가자는 2mA tDCS 또는 샴 자극을 25분 동안 받도록 할당되며, 이라크 나 아프가니스탄을 통과하는 8 분 표준화 된 가상 현실 드라이브 3 개를 수동적으로 보면서 가상 현실 이벤트가 각 드라이브 동안 강도가 증가합니다. 참가자는 2-3 주 동안 tDCS + VR의 여섯 세션을 겪고, 심리 생리학 (피부 전도성 반응성)은 각 세션 전반에 걸쳐 측정됩니다. 이를 통해 하이퍼아Rousal의 세션 변경 사항과 가상 현실 이벤트 및 tDCS의 외래 효과에 대한 테스트를 수행할 수 있습니다. 자극은 1(양극) x 1(음극) 일방적전극 셋업을 사용하여 내장된 충전식 배터리 구동 tDCS 장치를 통해 전달됩니다. 각 전극은 3 x 3cm(전류 밀도 2.22 A/m2)재사용 가능한 스폰지 포켓에 0.9%의 정상 식염수를 채점한다. 전극을 가진 스폰지는 전극이 배치된 고무 헤드밴드를 사용하여 참가자의 두개골에 부착되어 심루근 전두엽 피질 내의 영역을 대상으로 합니다. 가상 현실 헤드셋은 전극 간섭을 피하기 위해 tDCS 몽타주 위에 배치됩니다.
외상 후 스트레스 장애 (PTSD)는 베테랑 들 사이에서 특히 널리 퍼진 만성 및 비활성화 상태입니다. 그것의 보급 및 파괴적인 충격에도 불구하고, PTSD를 위한 기록 기지를 둔 심리치료를 수신하는 많은 사람들은 중요한 잔류 현상1이있습니다. 정신 요법의 PTSD 중심 원리와 함께 비 침습적 뇌 자극의 시너지 응용 프로그램은 치료 이익을 개선하고 PTSD 관련 부담을 낮출 수있는 기회를 제공합니다.
PTSD의 핵심 성분은 부적응성 공포 반응2,3을억제할 수 없다. 편도체 및 등전방 피질에서 병리학적으로 높은 활동은 공포 반응을 용이하게 하는 지역이며, PTSD에서 일관되게 보고되고 있다. 이는 공포반응3,4,5,6,7을하향 조절하는 것으로 생각되는 영역인 벤롬방 전두엽 피질(VMPFC)의 감소된활성과함께 이다. 이에 따라, 두려움을 유발하는 자극의 처리 중 내인성 VMPFC 활성이 증가하는 것은 공포의 억제와 노출 기반 치료의 효과를 개선하는 유망한 방법이 될 수 있다.
노출 기반 심리치료, PTSD를 위한 일선 치료제는 환자에게 위험한 경험(즉, PTSD의 원인)이 더 이상 현재 환경에서 더 이상 존재하거나 위협적이지 않다는 것을 가르쳐 서 교정 학습을 촉진하는 것을 목표로 한다8,9. PTSD 치료에 정서적 참여는 성공의 중요한 구성 요소10 하지만 비참 한 감정과 comorbid 정신 장애의 존재를 경험 하지 않으려는 환자에 의해 방해. 세션에 대한 정서적 참여를 극대화하고 추적하는 한 가지 매력적인 접근 방식은 몰입형 및 상황에 맞는 가상 현실(VR) 환경11,12를사용하는 것입니다. VR 구현은 VR이 표준 인지 행동내정간섭11,13,14로관찰된 것과 비교할 수 있는 효능 비율을 생성할 수 있음을 나타내는 선행 데이터에 의해 지원된다. VR은 특정 가설 테스트를 위한 치료 개발을 위한 표준화된 환경을 제공하는 추가적인 이점이 있습니다.
VR 환경은 또한 경두개 직접 전류 자극 (tDCS)과 같은 형용사 비 침습적 뇌 자극 방법의 통합을 허용합니다. tDCS는 약한 (일반적으로 1 – 2 mA) 일정한 전류를 사용하여 신경 휴식 막 잠재력의 하위 임계 값 변조를 통해 피질 흥분성을변경합니다(1–2 mA) 일정한 전류 15. 자극은 일반적으로 20 – 30 분 기간 동안 제공됩니다. tDCS의 효과는 현재 극성에 따라 달라집니다. 과단순화, 이론적으로, 양성 전류 흐름(즉, 아노달 자극)은 뉴런 탈극성의 가능성을 증가시킵니다, 반면 부정적인 전류 흐름(즉, 음극 자극)은 신경 작용잠재력16,17의가능성을 감소시킨다. 이와 같이, tDCS는 학습 및 기억력을 용이하게 하기 위해 외부 자극에 대한 후속 반응에 대한 뇌를준비한다(18).
tDCS는 잘 용납되고 최소한의 부작용(19,20)과관련된 저위험 기술로서 유리한 안전 프로필을 가지고 있다. tDCS도 저렴합니다. tDCS 장치는 경두개 자기 자극과 같은 임상적으로 이용 가능한 비침습적 뇌 자극 방법에 대한 >$70K에 비해 약 $9,000의 비용이 듭니다. tDCS 장치는 전용 전기 회로가 필요한 것과 는 달리 배터리 전원이 공급되기 때문에 휴대성이 뛰어나다. 이 휴대성은 가정을 포함하여 모든 사무실 위치 또는 방에서 사용할 수 있습니다. 이러한 요인은 tDCS가 VR 및 PTSD 치료의 기존 모델을 포함한 치료 적 개입과 함께 사용될 수 있게 합니다. 유연한 사용은 포스트 COVID19 세계에서 정신과 치료 및 비 침습적 뇌 자극을 제공하는 새로운 풍경에서 특히 중요 할 수 있습니다.
아래 설명된 프로토콜은 불안한 습관을 강화하기 위해 전쟁지역 관련 PTSD를 가진 개인에게 VR 관리(tDCS+VR) 동안 tDCS를 통합하도록 설계되었습니다. VR 세션을 통해 참가자 간에 외상 관련 이벤트에 대한 노출을 표준화하여 이러한 습관에 대한 일관된 콘텐츠를 보장할 수 있습니다. 참가자들은 2~3주 동안 6회의 tDCS+VR 세션을 진행하며, 각 세션은 동일한 VR 드라이브 스루 3개로 구성됩니다. 6개의 세션이 로스바움 외14및 디페데호프만(21)에서VR의 지속 시간을 대략화하기 위해 선택되었다. 이러한 세션 수는 전형적인 비VR 치료 연구에서효능을 보였으며(예: 브라이언트외. 22)는이전 파일럿 연구에서 타당성 데이터에 의해 더 많은 정보를 받았다(23). 각 세션 전반에 걸쳐, 심리 생리학 (즉, 피부 전도도)을 측정합니다. 이를 통해 가상 현실 이벤트및 tDCS의 외래 효과에 대한 하이퍼아Rousal의 세션 변경 사항 내및 사이에 테스트할 수 있습니다. tDCS 강도는 2mA로 설정되며 1(양극) x 1(음극) 일방적전극 셋업을 사용하여 일정하고 직접적인 전류를 제공하는 내장 충전식 배터리 구동 자극기입니다. 각 전극은 3 x 3cm(전류 밀도 2.22 A/m2)재사용 가능한 스폰지 포켓에 0.9%의 정상 식염수를 채점한다. 전극을 가진 스폰지는 전두엽 피질 위에 음극 자극을 방지하면서 환기 전두엽 피질을 표적으로 하기 위하여 10 – 20 EEG 전극 조정 시스템의 PO8 위에 양극과 양극을 가진 고무 헤드밴드를 사용하여 참가자의 두개골에 붙어 있습니다. VMPFC를 목표로 유사한 전극 몽타주, 우리의 실험실에 의해 조건된 공포 응답의 멸종을 조절하는 데 사용되었습니다24,25뿐만 아니라 다른 사람(26). 가상 현실 헤드셋은 tDCS 전극과의 간섭을 피하기 위해 tDCS 몽타주 위에 배치됩니다. tDCS는 VR23의 개시 중에 시작하여 전체적으로 계속되어야 합니다. 참가자는 PTSD, 우울증, 불안 및 분노의 증상의 변화와 수면과 삶의 질 개선에 대한 tDCS + VR의 장기적인 효과를 평가하기 위해 1- 및 3 개월 후 치료 후 평가 방문을 위해 돌아갑니다. 테스트해야 할 가설은 1A) 활성 tDCS+VR, 샴+VR에 비해, PTSD 증상과 치료 종료 시 삶의 질/사회 기능에 더 큰 변화를 초래하고, 1B) 1-3 개월 후 치료에서 지속적인 변화, 정신 생리학적 반응의 변화, 습관의 반사, PTSD 및 용질 및 VR 의 삶의 변화와 관련된 예측 이 임상 시험은 ClinicalTrials.gov 식별자: NCT03372460에 따라 등록됩니다.
위에 설명된 프로토콜은 두 기술의 직렬 적용과 는 달리 tDCS 및 VR의 동시 적용을 설명합니다. 기존 방법에 대해서는 VR을 갖춘 tDCS의 동시 적용이 중요합니다. VR은 공포 관련 처리를 위한 문맥적으로 풍부하고 몰입적인 환경을 제공하지만, tDCS에서 제공하는 서브 임계값 자극은 이 공포 관련 처리와 관련된 본질적인 신경 활성화의 변조를 허용합니다. 이 프로토콜에는 tDCS+VR 구현과 관련된 프로토콜및 분석을 위한 심리생리데이터 캡처와 관련된 단계로 나눌 수 있는 여러 가지 중요한 단계가 있습니다. tDCS+VR과 관련하여 전체 VR 세션 전반에 걸쳐 tDCS의 올바른 무작위화와 동시 적용을 보장하는 것이 중요합니다. 또 다른 눈을 멀게 한 직원은 무작위화에 대한 추가 확인을 수행할 수 있습니다.
동시 tDCS +VR두 측면이 중요하다는 것을 보장하는 것이 중요합니다. 1) tDCS 설정 및 2) 시작 VR에 가까운 거리에서 tDCS 장치를 시작하는 동안 달성 임피던스. 후자의 문제는 비교적 간단하며 25 분동안2 mA 강도가 25 분 동안 적용 될 때 tDCS의 안전 한계 내에서 잘 유지하면서 TDCS가 지속적으로 VR 프리젠 테이션 전반에 걸쳐 적용되도록해야합니다. 임피던스와 관련하여, 낮은 임피던스는 바람직하다. 적절한 임피던스 또는 접촉 품질을 달성했는지 여부는 사용되는 tDCS 장치에 따라 다릅니다. 일부 장치는 더 낮은 경우 Ohms에서 임피던스가 표시되며 다른 장치는 접촉 품질을 나타내는 10- 또는 20 포인트 표시 척도를 사용하므로 더 높은 곳에 있습니다. 특정 장치에 관계없이, 일반 식염수, 0.9% NaCl 용액의 사용은 전극 스폰지를 적축시키기 위해 일반 수돗물과 달리임피던스(35)를향상시킨다. tDCS의 더 심각한 부작용 중 하나인 작은 피부병변(35,36)의발생과 관련이 있기 때문에 일반 수돗물의 사용은 더 피해야 한다. 피부 병변은 또한 전극 의 밑에 피부가 tDCS37 의 앞에 격렬하게 마모되는 경우에 또는 전도성 젤이 사용되는 경우에,35,38를건조할 수 있고, 따라서 또한 피해야 한다. 마지막으로, tDCS를 시작하기 전에 높은 임피던스는 장치의 규정된 안전 매개 변수에 도달하거나 능가하여 장치가 중간 VR 관리를 종료하도록 트리거할 수 있습니다. 적절한 임피던스를 보장하기 위해 전극 스폰지를 충분히 적분시키는 것이 중요하지만, VR 헤드셋을 배치할 때 식염수의 누출 또는 물방울이 발생할 수 있으므로 전극을 과도하게 흡수하지 않음으로써 균형을 이루어야 합니다. 식염수의 누출은 tDCS 강도 (mA)와 전극의 크기 (cm2)에따라 달라지는 낮은, 그러나 알려지지 않은 전류 밀도(39)의결과로 더 큰 영역에 걸쳐 전류가 ‘확산’할 수 있습니다. 마찬가지로, VR 헤드 장착 디스플레이는 참가자가 머리를 움직일 때 전류 흐름의 중단과 전극의 이동을 피하기 위해 스폰지 / 전극을 물리적으로 만지지 않는 것이 중요합니다.
이 프로토콜에서 피부 전도도는 기본 결과 측정값으로 간주됩니다. 피부 전도도는 교감 신경계 활동의 정신 생리학적척도이다(40). 환경 온도 및 습도의 효과, 노화, 흡연 상태, 카페인 사용 및 항콜린 효과 약물사용(41)과같은 피부 전도성 획득과 관련된 일반적인 요인을 고려해야 하지만 항상 제거할 수는 없습니다. 예를 들어, VR 세션 전에 카페인 함유 제품을 사용하지 말것을 참가자에게 요청할 수 있지만 항우울제 약물을 중단하도록 요청하는 것은 윤리적이지 않습니다. 더욱이, 항상 명확하지 않은 이유로, 개인의 일부는 도 4에서강조되는 매우 낮거나 측정 할 수없는 피부 전도도 수준 및 / 또는 피부 전도성 반응을 보여줍니다. 따라서 데이터의 손실 또는 부재를 용인하기에 충분한 샘플 크기를 등록하는 것이 중요합니다. 이 프로토콜의 구현에 특정, 그것은 또한 이벤트 마커는 현재 정신 생리 데이터 캡처 동안 수동으로 입력 언급 되어야한다. 이것은 한계이지만, 비 병원 관리 컴퓨터가 VR 환경을 실행하는 컴퓨터가 암호화 된 병원 정보 기술 네트워크에 연결할 수 없다는 것은 드문 일이 아닙니다. 이는 VR 환경을 실행하는 컴퓨터가 병원 네트워크에 있는 정신 생리학적 데이터 캡처 컴퓨터로신호(예를 들어 TTL 펄스를 통해)를 전송하도록 할 수 없다는 것을 의미한다. 덜 우아하지만, 하나의 해결책은 각 VR 세션 동안 두 연구 팀 구성원이 참석하도록하는 것입니다; 각 그림의 맨 위에서 볼 수 있듯이 VR 투여및 수동으로 심리생리학적 추적에 이벤트 마커를 입력하는 VR 투여를 제어하는 하나(그림 1, 도 2, 도 3 및 도 4참조). 그러나 VR 컨트롤러에 의해 VR 이벤트가 시작되고 제2자가 이벤트 마커를 입력할 때의 시차 반도 미만의 존재는 다루지 않습니다. 향후 스터디에서 이벤트 마커를 자동으로 등록할 수 있도록 이 작업을 완화할 수 있습니다. 그러나 VR 환경을 운영하는 사람과는 다른 두 번째 연구 팀 원의 존재가 세션 전반에 걸쳐 참가자를 관찰할 수 있는 것이 좋습니다. 그것은 일부 참가자 연구 하는 동안 강한 정서적 반응을 가질 수 있습니다 또는 사이버 질병 관련 부작용을 경험할 수 있을 것으로 예상 한다. 이러한 상황에 신속하게 대응하는 연구 팀의 능력은 최상의 치료를 보장합니다.
요약하면, 이 프로토콜은 VR 동안 동시 tDCS를 사용하여 외상 관련 시나리오에 대한 거주를 보강합니다. 이 접근법의 주요 장점은 몰입형 외상 관련 맥락의 사용과 임상적으로 관련된 인지 과정 동안 비침습적 뇌 자극 기술의 적용이며, 이는 연속적으로 수행하는 것과는 대조적입니다. 여기에 설명된 프로토콜은 PTSD를 가진 베테랑 견본에 있는 사무실 응용프로그램을 사용하는 동안, 동시 비침습적인 두뇌 자극 및 가상 현실의 이 접근은 노출 기지를 둔 접근의 그밖 공포 기지를 둔 및 불안 무질서 및 더불어 그밖 공포 기지를 둔 불안 무질서로 번역할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
시드니 브리지도, 한나 할렛, 에밀리 에이켄, 빅토리아 라슨, 마지 보커, 크리스티나 파우처, 알렉시스 할레에게 이 프로젝트에 대한 헌신적인 노력에 감사드립니다. 이 작품은 미국(미국)의 공로상(I01 RX002450)의 지원을 받았습니다. 재향 군인 국무부, 재활 연구 개발 서비스 및 프로비던스 VA (VA 재활 연구 및 개발 서비스)의 신경 회복 및 신경 기술 센터 (N2864-C). 이 기사에서 표현된 견해는 저자들의 견해이며 미국 재향군인부 또는 미국 정부의 견해를 나타내지 않습니다. 우리는 모든 참가자에게 감사드립니다.
ECG data acquisition module | Biopac | Part #: ECG100C | ECG100C Electrocardiogram Amplifier records electrical activity generated by the heart to record ECG. |
ECG electrode patches | Biopac | Part #: EL503, EL503-10 | These pre-gelled disposable electrodes have a circular contact and are most suitable for short-term recordings, including surface EMG, ECG, EOG, etc |
ECG leads | Biopac | 2 x Part #: LEAD110 | These electrode leads are used with the EL500 series disposable snap electrodes. |
EDA/GSR acquisition module | Biopac | Part #: EDA100C | The EDA100C Electrodermal Activity Amplifier measures both the skin conductance level (SCL) and skin conductance response (SCR) as they vary with sweat gland (eccrine) activity due to stress, arousal or emotional excitement. |
EDA/GSR electrode patches | Biopac | Part #: EL507, EL507-10 | These disposable snap electrodes are designed for electrodermal activity studies and are pre-gelled with isotonic gel. The latex-free electrodes conform and adhere well to fingers/hands. Use with LEAD110A or SS57L unshielded electrode lead. |
EDA/GSR leads | Biopac | 2 x Part #: LEAD110, LEAD110A, LEAD110S-R, LEAD110S-W | These electrode leads are used with the EL500 series disposable snap electrodes. |
HD/tDCS-Explore Neurotargeting Software | Soterix Medical | Contact Soterix Medical | Software to assist in electrical field modeling and optimization of electrode montages for brain targeting. Free available options include ROAST and SIMNibs that run in Matlab. |
Psychophysiology (ECG & EDA/GSR) analysis software | Biopac | Part #: ACK100W, ACK100M | Biopac AcqKnowledge software data acquisition and analysis software allows for waveform analysis and instantly view, measure, analyze, and transform data. |
Psychophysiology measuring equipment for ECG and EDA/GSR | Biopac | Part #: MP160WSW, MP160WS | MP160 data acquisition system; needs connected EDA/GSR and ECG modules ordered separately, see next two entries. |
Randomization and data capture software | Redcap | https://www.project-redcap.org/ | REDCap software and consortium support are available at no charge to non-profit organizations that join the REDCap consortium. Joining requires submission of a standard, online license agreement. |
Saline – 0.9% NaCi | e.g Vitality Medical | e.g. #37-6280 | Regular saline can be purchased from different vendors. |
tDCS electrodes and sponges | Jali Medical (USA) | Contact Jali Medical | tDCS electrodes and sponges sold separately – contact vendor to order correct size (e.g. 5×5 cm) |
Transcranial direct current stimulator (tDCS) | Jali Medical (USA) | Contact Jali Medical | The neuroConn DC-STIMULATOR PLUS* is a single-channel programmable direct and alternating Current Stimulator. |
Virtual reality system | Virtually Better | Contact Virtually better | PTSD Suite from Virtually better "Bravemind" is an application for clinicians specializing in treating Posttraumatic Stress Disorder (PTSD). |