В этой рукописи излагается новый протокол, позволяющий одновременно применять транскраниальную стимуляцию током во время воздействия сигналов, связанных с травмой зоны боевых действий, с использованием виртуальной реальности для ветеранов с посттравматическим стрессовым расстройством.
Транскраниальная стимуляция постоянного тока (tDCS) является формой неинвазивной стимуляции мозга, которая изменяет вероятность возбуждения нейронов посредством модуляции нейронных мембран покоя. По сравнению с другими методами, tDCS относительно безопасен, экономически эффективен и может применяться, когда люди участвуют в контролируемых, специфических когнитивных процессах. Этот последний момент важен, поскольку tDCS может преимущественно влиять на внутренне активные нейронные области. В попытке проверить tDCS в качестве потенциального лечения психических заболеваний, протокол, описанный здесь, описывает новую процедуру, которая позволяет одновременно применять tDCS во время воздействия сигналов, связанных с травмой, с использованием виртуальной реальности (tDCS + VR) для ветеранов с посттравматическим стрессовым расстройством (NCT03372460). В этом двойном слепом протоколе участникам поручают либо получать 2 мА tDCS, либо фиктивную стимуляцию в течение 25 минут, пассивно наблюдая за тремя 8-минутными стандартизированными поездками виртуальной реальности через Ирак или Афганистан, причем интенсивность событий виртуальной реальности увеличивается во время каждой поездки. Участники проходят шесть сеансов tDCS+VR в течение 2-3 недель, а психофизиология (реактивность проводимости кожи) измеряется на протяжении каждого сеанса. Это позволяет тестировать внутри и между сеансами изменения в гиперадушии к событиям виртуальной реальности и вспомогательным эффектам tDCS. Стимуляция осуществляется через встроенное перезаряжаемое устройство tDCS с батарейным питанием с использованием односторонней установки электрода 1 (анод) x 1 (катод). Каждый электрод помещается в многоразовый губчатый карман 3 х 3 см (плотность тока 2,22А/м2),насыщенный 0,9% нормального физиологического раствора. Губки с электродами прикрепляются к черепу участника с помощью резинового оголовья с электродами, размещенными таким образом, чтобы они нацеливались на области в вентромедиальной префронтальной коры. Гарнитура виртуальной реальности размещается над монтажом tDCS таким образом, чтобы избежать электромагнитных помех.
Посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) является хроническим и инвалидизирующим состоянием, которое особенно распространено среди ветеранов. Несмотря на его распространенность и разрушительное воздействие, многие, кто получает доказательную психотерапию для ПТСР, имеют значительные остаточные симптомы1. Синергетическое применение неинвазивной стимуляции мозга вместе с ориентированными на ПТСР принципами психотерапии дает возможность улучшить терапевтические достижения и снизить нагрузку, связанную с ПТСР.
Основным компонентом ПТСР является неспособность ингибировать дезадаптивную реакцию страха2,3. Патологически повышенная активность в миндалине и дорсальной передней поясной коре, областях, которые облегчают реакцию страха, постоянно сообщалось при ПТСР. Это наряду со снижением активности в вентромедиальной префронтальной коре (VMPFC), области, которая, каксчитается,снижает реакцию страха3,4,5,6,7. Соответственно, повышение эндогенной активности VMPFC во время обработки вызывающих страх стимулов может быть перспективным методом улучшения ингибирования страха и эффективности лечения, основанного на воздействии.
Психотерапия, основанная на воздействии, лечение ПТСР первой линии, направлена на облегчение корректировального обучения, обучая пациентов, что опасный опыт (т. Е. Причина их ПТСР) больше не присутствует или не угрожает в их текущей среде8,9. Эмоциональное участие в терапии ПТСР является важнейшим компонентом успеха10, но ему препятствуют пациенты, желающие избежать переживания тревожных эмоций и наличия сопутствующих психических расстройств. Одним из привлекательных подходов к максимизации и отслеживанию эмоционального взаимодействия во время сеансов является использование иммерсивных и контекстуально релевантных сред виртуальной реальности (VR)11,12. Внедрение VR подтверждается предыдущими данными, указывающими на то, что VR может генерировать показатели эффективности, сопоставимые с теми, которые наблюдаются при стандартных когнитивно-поведенческих вмешательствах11,13,14. VR имеет дополнительное преимущество, задающее стандартизированную среду для разработки лечения для проверки конкретных гипотез.
Кроме того, среда VR позволяет интегрировать дополнительные неинвазивные методы стимуляции мозга, такие как транскраниальная стимуляция постоянного тока (tDCS). tDCS изменяет возбудимость коры через подпороговую модуляцию мембранных потенциалов покоя нейронов с использованием слабого (обычно 1 – 2 мА) постоянного электрического тока15. Стимуляция обычно предоставляется в течение 20-30-минутного периода. Эффекты tDCS зависят от текущей полярности. Хотя это упрощение, теоретически положительный поток тока (т.е. анодальная стимуляция) увеличивает вероятность деполяризации нейронов, тогда как отрицательный ток (т.е. катодальная стимуляция) снижает вероятность потенциалов действия нейронов16,17. Таким образом, tDCS подготовкает мозг к последующим реакциям на внешние раздражители для облегчения обучения и памяти18.
tDCS имеет благоприятный профиль безопасности как методика низкого риска, которая хорошо переносится и связана с минимальными побочными эффектами19,20. tDCS также недорог; Устройства tDCS стоят около 9000 долларов США по сравнению с > 70 000 долларов США за клинически доступные неинвазивные методы стимуляции мозга, такие как транскраниальная магнитная стимуляция. Устройства tDCS также портативны, так как они питаются от батарей, в отличие от необходимости выделенной электрической цепи. Такая портативность позволяет использовать в любом офисе или помещении, в том числе и дома. Эти факторы позволяют использовать tDCS в сочетании с терапевтическими вмешательствами, включая VR и существующие модели лечения ПТСР. Гибкое использование может быть особенно важным в новом ландшафте предоставления психиатрической помощи и неинвазивной стимуляции мозга в мире после COVID19.
Протокол, подробно описанный ниже, предназначен для интеграции tDCS во время администрирования VR (tDCS + VR) у людей с ПТСР, связанным с зоной боевых действий, чтобы усилить тревожное привыкание. Сеансы VR позволяют стандартизировать воздействие событий, связанных с травмой, среди участников, чтобы обеспечить согласованное содержание для этого привыкания. Участники проходят шесть сессий tDCS + VR в течение двух-трех недель, причем каждая сессия состоит из трех идентичных проходов VR. Шесть сессий были выбраны для приближения продолжительности VR в Rothbaum et al.14 и Difede & Hoffman21. Это количество сеансов показало эффективность в типичных исследованиях лечения, не основанных на VR(например, Bryant et al.22)и было дополнительно информировано технико-экономическими данными из предыдущего пилотного исследования23. На протяжении каждого сеанса измеряется психофизиология (т.е. проводимость кожи). Это позволяет тестировать внутри и между сеансами изменения в гиперадушии к событиям виртуальной реальности и вспомогательным эффектам tDCS. Интенсивность tDCS устанавливается на уровне 2 мА и подается через встроенный перезаряжаемый стимулятор на батарейном питание, который обеспечивает постоянный постоянный ток с использованием односторонней электродной установки 1 (анод) x 1 (катод). Каждый электрод помещается в многоразовый губчатый карман 3 х 3 см (плотность тока 2,22А/м2),насыщенный 0,9% нормального физиологического раствора. Губки с электродами прикрепляются к черепу участника с помощью резинового оголовья с анодом, размещенным над областями Fp1 и AF3, и катодом над PO8 системы координации электродов ЭЭГ 10 -20, чтобы нацелиться на вентромедиальную префронтальную кору, предотвращая катодальную стимуляцию над префронтальной корой. Подобные монтажи электродов, направленные на нацеливание на VMPFC, были использованы для модуляции вымирания условных реакций страха нашей лабораторией24,25, а также другими26. Гарнитура виртуальной реальности размещается поверх монтажа tDCS таким образом, чтобы избежать помех электродам tDCS. tDCS должен начинаться во время инициации VR23 и продолжаться на протяжении всего процесса. Участники возвращаются на 1- и 3-месячные оценочные визиты после лечения, чтобы оценить долгосрочное влияние tDCS + VR на изменения симптомов ПТСР, депрессии, тревоги и гнева, а также улучшение сна и качества жизни. Гипотезы, которые должны быть проверены, следующие: 1A) прогноз о том, что активный tDCS + VR, по сравнению с sham + VR, приводит к большему изменению симптомов ПТСР и качества жизни / социальной функции в конце лечения и 1B) устойчивые изменения через 1 и 3 месяца после лечения, и 2) что изменение психофизиологических реакций, отражающих привыкание, относится к изменениям симптомов ПТСР и качества жизни / функционирования по-разному после активного tDCS + VR по сравнению с sham + VR. Данное клиническое исследование зарегистрировано под ClinicalTrials.gov идентификатором: NCT03372460.
Протокол, подробно описанный выше, описывает одновременное применение tDCS и VR, в отличие от последовательного применения любого метода. По отношению к существующим методам важно одновременное применение tDCS с VR. В то время как VR обеспечивает контекстуально богатую и захватывающую среду для обработки, связанной со страхом, подпороговая стимуляция, обеспечиваемая tDCS, позволяет модулировать внутреннюю нейронную активацию, связанную с этой обработкой, связанной со страхом. В этом протоколе есть несколько критических шагов, которые можно разделить на те, которые относятся к реализации tDCS + VR, и те, которые связаны с сбором психофизиологических данных для анализа. Что касается tDCS+VR, то крайне важно обеспечить правильную рандомизацию и одновременное применение tDCS на протяжении всего сеанса VR. Другой ослепленный сотрудник может выполнить дальнейшее подтверждение рандомизации.
Что касается обеспечения одновременного tDCS+VR, то важны два аспекта; 1) импеданс, достигаемый при настройке tDCS и 2) запуск устройства tDCS в непосредственной близости от запуска VR. Последний вопрос является относительно простым и должен гарантировать, что tDCS непрерывно применяется на протяжении всей презентации VR, оставаясь в пределах пределов безопасности tDCS, когда интенсивность 2 мА применяется в течение 25-минутной продолжительности20. В отношении импеданса желательно низкое сопротивление. Знание того, достигается ли адекватное сопротивление или качество контакта, зависит от используемого устройства tDCS. Некоторые устройства будут отображать импеданс в Омах, где чем ниже, тем лучше, в то время как другие устройства используют 10- или 20-точечную шкалу отображения, представляющую качество контакта, где чем выше, тем лучше. Независимо от конкретного устройства, использование обычного физиологического раствора, 0,9% раствора NaCl, в отличие от обычной водопроводной воды для увлажнения электродных губок, улучшает импеданс35. Следует в дальнейшем избегать употребления обычной водопроводной воды, поскольку она связана с возникновением небольших поражений кожи35,36,одним из наиболее серьезных возможных побочных эффектов tDCS. Поражения кожи также могут возникать, если кожа под электродами энергично истирается до tDCS37 или если используется проводящий гель, который может высушить35,38,и поэтому его также следует избегать. Наконец, высокое сопротивление перед запуском tDCS может привести к достижению или превышению предписанных параметров безопасности устройства, что приведет к отключению устройства в середине администрирования VR. Хотя важно достаточно увлажнить губки электродов, чтобы обеспечить адекватное сопротивление, это должно быть сбалансировано, не чрезмерно замачив электроды, так как это может привести к утечке или капанию физиологического раствора при размещении гарнитуры VR. Утечка физиологического раствора может позволить электрическому току «распространиться» на большую площадь, что приведет к более низкой, но неизвестной плотности тока39,которая зависит от интенсивности tDCS (в мА) и размера электродов (всм2). Кроме того, важно, чтобы дисплей, установленный на голове VR, физически не касался губок / электродов, чтобы избежать нарушения потока тока и смещения электродов по мере движения головы участниками.
В этом протоколе проводимость кожи считается основным показателем исхода. Проводимость кожи является психофизиологическим показателем активности симпатической нервной системы40. Типичные факторы, связанные с приобретением проводимости кожи, такие как влияние температуры и влажности окружающей среды, старение, статус курения, употребление кофеина и использование лекарств с антихолинергическим эффектом41,должны быть рассмотрены, но не всегда могут быть устранены. Например, можно попросить участников воздержаться от использования продуктов, содержащих кофеин, до сеансов VR, но неэтично просить их прекратить прием антидепрессантов. Более того, по причинам, которые не всегда ясны, часть людей демонстрирует очень низкие или неизмеримые уровни проводимости кожи и / или реакции проводимости кожи, что показано на рисунке 4. Поэтому важно зачислить достаточный размер выборки, чтобы допустить потерю или отсутствие данных. Что касается реализации этого протокола, следует также упомянуть, что маркеры событий в настоящее время вводятся вручную во время сбора психофизиологических данных. Хотя это ограничение, в больничных системах нередко компьютер, управляемый не больницей, в данном случае компьютер, который работает в среде VR, не может быть подключен к зашифрованной сети информационных технологий больницы. Это означает, что невозможно, чтобы компьютер, который работает в среде VR, посылал сигналы(например, через пульс TTL) на компьютер сбора психофизиологических данных, который находится в больничной сети. Хотя это менее элегантно, одним из решений является присутствие двух членов исследовательской группы во время каждой сессии VR; тот, который управляет администрированием VR, и тот, который вручную вводит маркеры событий в психофизиологическое отслеживание, как видно в верхней части каждого рисунка (см. Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3 и Рисунок 4). Тем не менее, это не учитывает наличие небольшой разницы во времени, менее половины секунды, с момента, когда события VR инициируются контроллером VR и входят в маркер события вторым лицом. Будущие исследования, возможно, захотят смягчить это, чтобы маркеры событий могли автоматически регистрироваться. Тем не менее, присутствие второго члена исследовательской группы, отличного от человека, который управляет средой VR, который может наблюдать за участником во время сеансов, настоятельно рекомендуется. Следует ожидать, что некоторые участники могут иметь сильные эмоциональные реакции во время исследования или испытывать побочные эффекты, связанные с кибер-болезнью. Способность исследовательской группы быстро реагировать на эти ситуации обеспечивает наилучший возможный уход.
Таким образом, этот протокол использует одновременный tDCS во время VR для расширения жилья в сценариях, связанных с травмой. Основным преимуществом этого подхода является использование иммерсивного контекста, связанного с травмой, и применение неинвазивной техники стимуляции мозга во время клинически значимого когнитивного процесса, в отличие от последовательного выполнения любого из них. В то время как протокол, описанный здесь, использует приложение в офисе в ветеранской выборке с ПТСР, этот подход одновременной неинвазивной стимуляции мозга и виртуальной реальности может привести к другим расстройствам, основанным на страхе и тревоге, а также к домашним применениям подходов, основанных на воздействии.
The authors have nothing to disclose.
Мы хотели бы поблагодарить Сидни Бригидо, Ханну Халлетт, Эмили Айкен, Викторию Ларсон, Марджи Боукер, Кристиану Фоше и Алексис Харл за их самоотверженные усилия в этом проекте. Эта работа была поддержана наградой за заслуги (I01 RX002450) от Соединенных Штатов (США) Департамент по делам ветеранов, Служба реабилитационных исследований и разработок и Центр нейровосстановления и нейротехнологий (N2864-C) в Providence VA (VA Rehabilitation Research and Development Service). Мнения, выраженные в этой статье, являются мнениями авторов и не отражают взгляды Министерства по делам ветеранов США или правительства Соединенных Штатов. Мы благодарим всех участников.
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). |