High-definition transcraniële gelijkstroom stimulatie (HD-tDCS), met zijn 4×1-ring montage, is een niet-invasieve hersenstimulatie techniek die zowel de neuromodulatory effecten van conventionele tDCS combineert met een verhoogde focality. Dit artikel geeft een systematische demonstratie van het gebruik van 4×1 HD-tDCS, en de overwegingen die nodig zijn voor een veilige en effectieve stimulatie.
HD transcraniële gelijkstroom stimulatie (HD-tDCS) Onlangs is een invasieve hersenstimulatie benadering die de nauwkeurigheid van de huidige levering verhoogt de hersenen met arrays van kleinere "high-definition" elektroden, in plaats van de grotere pad- elektrodes van conventionele tDCS. Targeting wordt bereikt door bekrachtiging van elektroden geplaatst in een vooraf bepaalde configuratie. Een daarvan is de 4×1-ring configuratie. In deze benadering wordt een binnenring elektrode (anode of kathode) bovenop de doelstelling corticale gebied omringd door vier terugkeerelektroden, die helpen begrenzen het gebied van stimulatie. Levering van de 4×1-ring HD-tDCS is in staat om significante neurofysiologische en klinische effecten bij zowel gezonde proefpersonen en patiënten induceren. Verder wordt de verdraagbaarheid door studies die gebruik intensiteiten zo groot als 2,0 milliampère tot twintig minuten.
Hoewel 4×1 HD-tDCS is eenvoudig prestatiesm, de juiste elektrode positionering is belangrijk om nauwkeurig te stimuleren doel corticale gebieden en oefenen zijn neuromodulatory effecten. Het gebruik van elektroden en hardware die specifiek voor HD-tDCS getest is kritisch voor de veiligheid en verdraagbaarheid. Aangezien de meeste gepubliceerde studies over 4×1 HD-tDCS zijn gericht op de primaire motorische cortex (M1), met name voor pijn prestaties is het doel van dit artikel is tegen misbruik voor M1 stimulatie, en de overwegingen worden systematisch beschrijven voor een veilige en effectieve stimulatie. Echter, kan het hier geschetste methoden worden aangepast voor andere HD-tDCS configuraties en corticale doelen.
Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een niet-invasieve hersenstimulatie techniek kunnen modificeren neuronale rust membraanpotentiaal en het niveau van spontane neuronale op het gebied van stimulatie en in onderling neurale netwerken 1 waaronder de endogene μ-opioid systeem 2, waarbij modulerende corticale prikkelbaarheid. De neuromodulatory effecten van tDCS, in combinatie met de lage kosten, eenvoudige toepassing en draagbaarheid, hebben in een breed scala van instellingen heeft geleid tot het uitgebreide gebruik in het afgelopen decennium. Deze zijn opgenomen neurofysiologische studies, cognitieve en gedragsmatige interventies en geduldige studies beoordelen van aandoeningen zoals chronische pijn, depressie, migraine, beroerte, ziekte van Parkinson en tinnitus 3. Het leveren van gelijkstroom (DC) wordt uitgevoerd met behulp van grote pads, meestal tussen de 25-35 cm 2, met relatief grote gebieden van de cerebrale cortex gelegen tusse stimulerenn de anode en kathode 4. Daarom focale stimulatie van target corticale gebieden, die geen stimulatie van aangrenzende anatomische gebieden, moeilijk te bereiken met deze techniek. Verschillende benaderingen zijn onderzocht met het oog op "vorm" stroom door het variëren van inter-elektrode afstand 5 en verhogen / verlagen pad grootte te verlagen / verhogen modulatie in corticale gebieden onder de elektrode 6. Toch streven naar verdere doelwit stroom terwijl het vermijden rangeren van de stroom tussen de elektroden 7,8 blijft van belang.
High-Definition (HD)-tDCS is een nieuw ontwikkelde interventie die arrays van kleinere, speciaal ontworpen elektroden 9 gebruikt. Verschillende configuraties zijn getest, kan worden gewijzigd om stimulatie van targets 10 verbeteren. Onder hen is de 4×1-ring configuratie, een montage die een midden-elektrode gebruikt bovenop de doelgroep corticale regio omgevendoor vier terugkeer elektroden 4. De centrale elektrode bepaalt de polariteit van de stimulatie als ofwel anodische of kathodische, en de stralen van de terugkeer elektroden beperken het gebied ondergaat prikkelbaarheid modulatie. Brain modelstudies blijkt dat het gebied van de cortex ondergaan modulatie met de 4×1 HD-tDCS configuratie is beperkt in vergelijking met de standaard bipolaire montage conventionele tDCS 4. Bovendien zijn focality is robuust om weefsel (modelleren) parameters 11. Klinische neurofysiologische studies met 4×1-ring transcraniële elektrische stimulatie bevestigen focal huidige aflevering 12.
De potentiële toepassingen van deze interventie zijn vergelijkbaar met die van conventionele tDCS. Gedrags-en neurofysiologische studies met 4×1-ring HD-tDCS over de primaire motorische cortex (M1) verslag veranderingen in corticale prikkelbaarheid 13 en na-effecten die de door geïnduceerd door conventionele tDCS 14 mei overleven. Huidige studies met 4×1-ring HD-tDCS ondersteunen haar verdraagbaarheid bij zowel gezonde proefpersonen 13-15 en patiënten van 16 bij intensiteiten zo hoog als 2,0 milliampère (mA) worden geleverd voor maximaal twintig minuten. Hoewel HD-tDCS wordt goed verdragen, is het belangrijk om alleen apparaten en elektroden die zijn speciaal getest voor dit doel te gebruiken.
Het doel van dit artikel is om een systematische demonstratie van het gebruik van 4×1-ringelektroden voor HD-tDCS bieden. Stimulatie van de M1 gekozen, omdat het de meest voorkomende montage in verschillende klinische onderzoek instellingen. Echter, de beschreven werkwijzen worden aangepast voor het richten van andere hersengebieden zoals de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC). Zoals hier getoond, correct elektrode positie is eenvoudig uit te voeren maar belangrijk om nauwkeurig stimuleren doel corticale gebieden. We hopen dat deze demonstratie zal bijdragen tot bevordering en verbetering van de strengheid van de toekomstige HD-tDCSproeven, die aanvullend bewijs over de mechanismen en de toepassingen van deze nieuwe interventie zal bieden.
Kritische stappen
Aspecten te worden gecontroleerd voordat het starten van de procedure
Voordat u begint met het stimuleren, moeten onderzoekers ervoor zorgen dat de deelnemer heeft geen contra-indicaties voor HD-tDCS. Tabel 1 geeft een aantal belangrijke overwegingen in aanmerking moet worden genomen en vat de belangrijkste contra-indicaties, waaronder de aanwezigheid van metalen implantaten of apparaten in het hoofd, ernstige hersenletsel of belangrijke huidletsels. De onderzoeker moet inspecteren op de aanwezigheid van deze laatste binnen de 4×1-ring perimeter tijdens de voorbereiding voor de plaatsing van de elektroden. We hebben geen toepassing van de techniek aanbevolen als dergelijke laesies aanwezig. Dit is belangrijk omdat, hoewel huidletsels zijn niet gemeld bij gebruik van de HD-elektroden en behuizingen getoond in dit artikel, is de huid schade gemeld na de levering van een aantal opeenvolgende sessies van conventionele tDCS 3, in het bijzonder indien uitgevoerd overa periode van 14 dagen 25.
De aanwezigheid van metalen implantaten of defecten in de schedel of de hersenen parenchym kan aanzienlijk wijzigen stroom 17,26 en resulteren in stimulatie van andere dan de beoogde corticale gebieden. Om veiligheidsredenen moeten prikkels worden vermeden bij patiënten met geïmplanteerde medische apparatuur. Relatieve contra-indicaties zijn onder andere de aanwezigheid van epilepsie of een voorgeschiedenis van een beroerte, tenzij de studie die specifiek is gericht op het bestuderen van deze voorwaarden. HD-tDCS dient vermeden te worden bij zwangere vrouwen vanwege een gebrek aan gegevens over veiligheid.
Het is van het grootste belang om de polariteit van de kabels te controleren bij het aansluiten van de 4×1 Multichannel Stimulatie Adapter voor de conventionele tDCS apparaat. Indien dit niet gebeurt kan dit leiden tot het leveren van de verkeerde soort stimulatie aan de deelnemer. Zorg ervoor dat de kabel met het opschrift als "Centrum", die vaak kan rood, is aangesloten op de juiste aansluiting (anode of kathode).
De exploitant dient ook visueel te inspecteren de Ag / AgCl gesinterde ring elektroden voor het bewijs van de depositie van elektrolyse producten voor elk gebruik en vervang ze indien geïndiceerd. Na elke stimulatie actieve sessie producten van elektrochemische reacties zijn te bouwen op het ruwe oppervlak op de bodem van de elektroden. Daarom wordt het aanbevolen dat elke elektrode in het midden van de 4×1 configuratie voor twee actieve stimulatie alleen sessies. Vervolgens kan het worden gedraaid en gebruikt als een van de retourelektroden. Nadat elk van de vijf elektroden in een set fungeerden als middenelektrode tweemaal wordt aanbevolen een nieuw stel elektroden te gebruiken. Het is eenvoudig te labelen elke elektrode en noteer het aantal toepassingen om te draaien op een gecoördineerde wijze. Naast de verdraagbaarheid, wordt de (beperkte) rotatie van elektroden ook bedoeld om een hoge impedantie geval waar de huidige zal niet gelijk verdeeld voorkomen across de vier terugkeer elektroden. De exploitant is verantwoordelijk voor het controleren van contact kwaliteit voorafgaand aan de stimulatie (zoals uitgelegd in stappen 5,12-5,14), en ervoor te zorgen dat er geen abnormaal hoge weerstand waarden worden waargenomen.
Het kan voorkomen dat de deelnemers bewegen hun hoofd overmatig of onbedoeld trek de kabels en verjagen of breken ze. Om deze reden, is het raadzaam om lus elke kabel rond de kunststof behuizing en tape de 4×1 adapter uitgang aan op een oppervlak (dwz de stoel of kleding van de deelnemer).
Desgewenst kan het mogelijk zijn om topische anesthetica aan de hoofdhuid teneinde mogelijke oncomfortabele gevoelens voorkomen en verbeteren blindering van deelnemers aan de studie. Er moet echter rekening mee worden gehouden dat, hoewel de brandwonden zijn niet gemeld bij HD-tDCS, is er een klein theoretisch risico voor dit nadelig effect zou kunnen zijn en het gebruik van topische anesthetica kunnen voorkomen dat deelnemers uit rAPPORTAGE het tijdens de stimulatie. In deze demonstratie, en in onze eerdere studies hebben we geen gebruik topische verdoving als ongemak wordt gewoonlijk gerapporteerd als licht.
Zoals hierboven vermeld, om optimale resultaten is het zeer belangrijk om de elektrische gel kan verspreiden buiten de grenzen van de kunststof behuizing. Anders huidige kracht shunt van de ene elektrode naar de andere.
Belangrijke overwegingen bij het stimuleren
Tenzij dit noodzakelijk is in het kader van de onderzoeksopzet, mag het onderwerp niet te slapen, lezen of andere manier afgeleid tijdens de stimulatie sessie. Dit is belangrijk omdat het is beschreven dat intense cognitieve inspanning, verveling of slapen, spieractiviteit en andere activiteiten die leiden tot veranderingen in corticale prikkelbaarheid kan resulteren in veranderde en tegengesteld effecten van conventionele tDCS 27.
Bij aanvang van de stimulation, en om bijwerkingen te voorkomen plotseling begin van de stroom, het apparaat automatisch actuele hellingen op en neer over een periode van dertig seconden. Om soortgelijke redenen, niet schakelen tussen "Pass" en "Scan" modes terwijl de conventionele tDCS apparaat is het genereren van stroom. Het is altijd raadzaam om periodiek te onderwerpen of ze comfortabel met de procedure te voelen, om ervoor te zorgen dat de stimulatie veilig verloopt vragen.
Stimulatie bij gevoelige bevolkingsgroepen, waaronder pediatrische patiënten, kunnen een dosisaanpassing vereisen.
Praktische aspecten na de procedure
Om aanvullend bewijs over de veiligheid te verzamelen en HD-tDCS effecten te controleren, adviseren wij het gebruik van een ongunstige gevolgen vragenlijst zoals die weergegeven in tabel 3, die moet worden geleverd aan de deelnemers na elke sessie. Zorg ervoor om te screenen op de aanwezigheid van de meest voorkomende adverse effecten geassocieerd met HD-tDCS, zoals ongemak, tintelingen, jeuk en een branderig gevoel. Bovendien kan van de zin van deze gegevens worden verbeterd door vragen ook kwantitatieve persoonlijke scores. Dit kan worden bereikt door een numerieke schaal voor patiënten om de intensiteit of de ernst van de bijwerkingen, bijvoorbeeld rapporteren van 1 tot 5 of 1 tot 10. Het is ook belangrijk om de bijwerking vragenlijst leveren na elke sessie schijnvertoning. Dit maakt vergelijking van de frequentie van bijwerkingen geassocieerd met zowel actieve als sham stimulatie. Voor conventionele tDCS, hebben sommige bijwerkingen gemeld nog vaker in de sham-groep 24, hoofdpijn is hier een voorbeeld te zijn.
Eventuele wijzigingen
Voor 4×1 HD-tDCS kunnen stimulatieprotocollen worden ontworpen waarbij verschillende doelplaatsen, actuele polariteit en sterkte, en straal van de ring. Als algemene regel, zal het verhogen van 4×1 ring met een diameter Increase de diepte van de penetratie en de maximale intensiteit onder de ring 28. Omgekeerd reduceerring straal verhoogt focality maar vermindert geïnduceerde hersenen elektrisch veld. Daarom is verder onderzoek van de optimale dosering per indicatie gerechtvaardigd.
Hoewel dit artikel is gericht op 4×1-ring HD-tDCS kunnen andere elektrode implementaties ook worden gebruikt, zoals 4×2 en 3×3 (dual band), onder anderen. Hoewel HD-tDCS biedt vele mogelijkheden voor maatwerk, de methoden voor het positioneren en het voorbereiden van elektroden, zoals hier beschreven, dient te worden gevolgd, samen met het gebruik van alleen hardware en accessoires die speciaal voor dit doel hebben getest. Dit omvat met speciale aandacht voor HD plastic behuizing ontwerp, gel, en elektroden. Zo zijn dan Ag / AgCl elektroden gesinterde ring ook getest om DC, zoals Ag pellet, Ag / AgCl pellet, Ag / AgCl klep met rubber pellet 9 leveren. Echter, zowel de Ag en rubber pellet elektroden inducerend veranderingen in pH en temperatuurstijgingen en elektrodepotentiaal werden gerapporteerd voor alle elektroden behalve Ag / AgCl ring en schijf. Derhalve blijkt dat Ag / AgCl elektroden ring een effectieve en veiligere aanpak hebben. In de toekomst kunnen aanpassingen van de in dit document beschreven aanpak ook gebruikt worden om interventies zoals transcraniële wisselstroom stimulatie leveren.
Beperkingen
Op dit punt, de rol van 4×1-ring HD-tDCS polariteit op de corticale exciteerbaarheid blijft onduidelijk. Hoewel neurofysiologische studies hebben gemeld dat zowel de 1,0 mA en 2,0 mA van anodale 4×1-ring HD-tDCS geleid tot verhogingen van corticale prikkelbaarheid tussen gezonde proefpersonen 13,14, is een bredere lichaam van bewijsmateriaal die specifiek betrekking HD-tDCS studies nodig voordat een generalisatie kan worden. Daarnaast is het opmerkelijk dat de effecten van corticale prikkelbaarheid modulatie met 4×1-ring HD-tDCS kunnen tijdsafhankelijke, het bereiken van hun erwtk enkele minuten na beëindiging van de stimulatie en niet onmiddellijk na 14,16. Daarom kan sequentiële evaluaties over verschillende tijdstippen na de interventie noodzakelijk om nauwkeurige resultaten te verkrijgen.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs danken Kayleen Wever voor redactionele ondersteuning, Alexandre Venturi voor vrijwilligerswerk voor deze video, Dennis Truong voor het verstrekken van een van de in dit artikel gebruikte cijfers, en de Wallace H. Coulter Stichting tot steun gegeven om dit werk uit te voeren. MS Volz wordt gefinancierd door een doctoraatsbeurs van Deutsche Schmerzgesellschaft eV [Duitse afdeling van de Internationale Vereniging voor de Studie van Pijn (IASP)].
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
One conventional tDCS device (Soterix 1×1 Low-intensity DC Stimulator) | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | 1300A | |
One 4×1 Multichannel Stimulation Adapter | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | 4X1-C2 | |
Four 9V batteries | Many manufacturers available | ||
One modular electroencephalogram 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 |