JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

Gelijktijdige EEG Monitoring Tijdens transcraniële Direct Current Stimulatie

Published: June 17, 2013
doi:
10.3791/50426
, ,
1Programa de Pós-Graduação em Ciências Médica,Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES), 3Laboratory of Neuromodulation, Department of Physical Medicine & Rehabilitation, Spaulding Rehabilitation Hospital and Massachusetts General Hospital,Harvard Medical School, 4De Montfort University

Summary

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een niet-invasieve hersenstimulatie techniek die heeft aangetoond aanvankelijke therapeutische effecten bij verschillende neurologische aandoeningen. De belangrijkste onderliggende mechanisme van deze therapeutische effecten is de modulatie van corticale prikkelbaarheid. Daarom zou online monitoren van corticale prikkelbaarheid helpen begeleiden stimulatie parameters en optimaliseren van de therapeutische effecten. In dit artikel bespreken we het gebruik van een nieuw apparaat dat gelijktijdige tDCS en EEG-monitoring combineert in real time.

Abstract

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een techniek die zwakke elektrische stromen levert door middel van de hoofdhuid. Deze constante elektrische stroom induceert veranderingen in neuronale membraan prikkelbaarheid, resulterend in secundaire veranderingen in de corticale activiteit. Hoewel tDCS meeste neuromodulatory effecten op de onderliggende cortex, kan tDCS effecten ook worden waargenomen in verre neurale netwerken. Daarom kan gelijktijdige EEG-monitoring van de effecten van tDCS waardevolle informatie bieden over de mechanismen van tDCS. Bovendien kan een belangrijke bevindingen EEG surrogaat marker voor de effecten van tDCS en kan dus worden gebruikt om de parameters te optimaliseren. Deze gecombineerde EEG-tDCS systeem kan ook worden gebruikt voor preventieve behandeling van neurologische aandoeningen gekenmerkt door abnormale pieken van corticale prikkelbaarheid, zoals toevallen. Een dergelijk systeem zou de basis van een niet-invasieve closed-loop-apparaat zijn. In dit artikel zullen we een nieuw apparaat dat in staat is utilizing tDCS en EEG tegelijk. Voor dat, beschrijven we in een stap-voor-stap-mode de belangrijkste procedures van de toepassing van dit apparaat met behulp van schematische figuren, tabellen en video demonstraties. Daarnaast bieden wij een literatuurstudie naar klinische toepassingen van tDCS en de corticale effecten gemeten met EEG-technieken.

Introduction

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een techniek die zwakke directe elektrische stromen continu geleverd via de hoofdhuid veranderingen in corticale prikkelbaarheid 1, 2 te induceren. Gebruik motor evoked potentials als een marker van motorische cortex prikkelbaarheid, Nitsche en Paulus 3 aangetoond dat de richting van de tDCS effecten via hersenen polariteit-specifiek: kathodische stimulatie induceert een daling van corticale prikkelbaarheid, dat anodische stimulatie induceert een toename van corticale prikkelbaarheid . Dit effect op de corticale prikkelbaarheid kan duren voor meer dan een uur na stimulatie. Deze tDCS-geïnduceerde veranderingen in corticale prikkelbaarheid kan resulteren in significante gedragseffecten. Een belangrijke kwestie is de variabiliteit van tDCS effecten op het gedrag. Er zijn verschillende redenen voor deze variabiliteit verklaren. Studies over fMRI 4 en elektro-encefalogram (EEG) 5,6 onthullen dat hoewel tDCS de meest activerende effect op de onderliggende cortex, de stimulatie oproept grootschalige veranderingen in andere gebieden van de hersenen. Bovendien is aangetoond dat tDCS effecten afhangen van de stand van basislijn corticale activiteit 7. Daarom, aangezien deze bronnen van variabiliteit, het gebruik van betere alternatieve methoden om de effecten van tDCS meten wenselijk.

In dit verband stellen wij het gebruik van gelijktijdige EEG-monitoring om real-time gegevens te verstrekken over de gevolgen van tDCS op corticale prikkelbaarheid om verschillende redenen. Ten eerste, om de stimulatie parameters van tDCS optimaliseren. Ten tweede, om inzicht te geven in nieuwe targets voor therapie. Ten derde, om de veiligheid gedurende hersenstimulatie, vooral bij kinderen. Ten vierde, om te helpen bij de vroege opsporing en behandeling van aanvallen bij patiënten met hardnekkige epilepsie ie closed-loop systeem. Tot slot, zou dit apparaat ook een mogelijke toepassing in de hersenen-computer interface systemen.

Vanwege de cruciale rolvan het toezicht op corticale prikkelbaarheid veranderingen met betrekking tot niet-invasieve hersenstimulatie, het doel van dit artikel is om aan te tonen hoe het gebruik van tDCS met EEG combineren door middel van een nieuw apparaat (StarstimÒ – Neuroelectrics Instrument Controller, v 1.0; Rev 2012-08 -01, Neurolelectrics, Barcelona, ​​Spanje). Opgemerkt moet worden dat dit artikel niet de details van tDCS toepassing. Voor een volledig begrip van de toepassing van deze techniek raden wij het ​​lezen van het artikel over tDCS van DaSilva et al.. 11

Protocol

1. Materieel Controleer dat als alle materialen zijn (figuur 1) voordat de volgende stappen. Er zijn 3 maten neopreen caps, afhankelijk van de grootte van het hoofd van de proefpersonen (kleine, middelgrote en grote). De kap heeft een 27 holes vertegenwoordigen EEG posities op basis van het 10/20 systeem: prefrontale (F8, AF8, Fp2, Fpz, Fp1, AF7, F7), frontale (F4, Fz, F3), centrale (C3, C1, Cz, C2, C4), pariëtale (P7, P3, Pz, P4, P8), temporele (T7, T8) en occipitale (PO7, O1, Oz, O2, PO8). De elektroden 2 hebben verschillende toepassingen, ze kunnen worden gebruikt voor de EEG (zes kanalen) en tDCS (twee kanalen voor spons-elektroden, de anode en de kathode). In sommige gevallen kan meer dan twee plaatsen van stimulatie worden gebruikt. In dit geval vier sponge-elektroden vereist en bijgevolg alleen 4 kanalen voor EEG-registraties blijven. De variatie van de tDCS elektroden omvang leidt tot een variatie van focale effecten 11. Wie een vermindering van elektrode dimensie kan een focale stimulatie worden bereikt. Anderzijds, door het verhogen grootte van de elektrode is het mogelijk om een ​​functioneel effectieve elektrode hebben. De meest gebruikte verhoudingen 25 cm 2 (5 cm x 5 cm) en 35 cm2 (5 cm x 7 cm). In dit artikel zal spons-elektroden van 25 cm 2 worden gebruikt. Alle elektroden worden aangesloten op de besturingskast apparaat door de draden. Dit apparaat moet worden gebracht met het bij de Control Box acculader. Om veiligheidsredenen is het niet mogelijk om de Control Box opladen tijdens actieve stimulatie. De USB voor Bluetooth-verbinding is nodig om de Control Box koppelen aan de laptop / computer (zie hieronder). 2. Huid Voorbereiding Inspecteer de huid voor eventuele reeds bestaande laesies – vermijd elektrische stimulatie / EEG-registratie op beschadigde huid of over de schedel laesies. Om geleiding te verhogen, verplaatst haar weg vande site van de elektrische stimulatie / EEG registreren en plaats plastic haarspeldjes om haar weg te houden, reinig het oppervlak van de huid op eventuele tekenen van lotion, vuil, vet, etc. te verwijderen en laat ze drogen. 3. Hoofd Metingen Zoek en markeer de lokalisatie van de Vertex of Cz (figuur 2), door het meten van de afstand van nasion om INION en markering halverwege met behulp van een skin marker 11. 4. Elektroden Positionering in het GLB Zet zoutoplossing op de tDCS spons-elektroden. De spons-elektroden moeten worden geweekt met zoutoplossing 11 voor het dragen van de hoofdkap. Voor een 25-35 cm 2 spons, moet ongeveer 6 ml oplossing per kant volstaan. Het is belangrijk om periodiek vullen de spons-elektrode met zoutoplossing bij een langdurige stimulering protocol. De EEG en de tDCS elektroden in de dop voordat het onderwerp te worden vastgesteld, bedraagt ​​physically draagt. Voor meer informatie over algemene tDCS elektroden voorbereiding en positionering zie 11. 5. Het dragen van het GLB en de vaststelling van de Control Box op het Zorg ervoor dat het onderwerp is comfortabel zitten. Plaats de dop op een manier die de Vertex (gemeten op het hoofd) overeenkomt met de Cz punt op de dop. Belangrijk: dit is alleen geldig voor gemiddelde grootte hoofden. Drie verschillende cap maten beschikbaar, indien nodig. Vul het EEG elektroden onder toepassing van een gebogen injectiespuit. Sluit EEG en tDCS elektroden op de Control Box draden. De Control Box moet worden bevestigd aan het achterste deel van de kap. De kanalen 1 en 2 voor het stimuleren en de overblijvende (3-8) voor EEG-registratie. Hun positie in de dop zal afhangen van de gewenste experimentele benadering voor zowel opname en stimulatie (tabel 1). Als een demonstratie, de klassieke links anodale tDCS opgezet zullen zijn displaYed: anode = M1; kathode = supraorbital contralaterale. Voor deze montering, sluit de anode (rode spons-elektrode) op de C3 en de kathode (zwarte spons-elektrode) op Fp2. Zet de referentie-elektroden aan een van de mastoids zorg ervoor dat ze elkaar niet raken en bevestigd ze aan de draden (CMS, Common Mode Sense en DRL, Gedreven rechterbeen) van de Control Box. 6. Stimulatie en opname instellen Om de parameters van de stimulatie en check opnemen configureren de software moet goed worden geïnstalleerd volgens de instructies van de fabrikant. Druk op "STIMULATION" in de horizontale balk op bovenste scherm (Figuur 3). Selecteer de optie "EDIT" in het bovenste scherm en kies "tDCS" of "schijnvertoning" out of andere elektrische stimulatie technieken, zoals 'transcraniële wisselstroom stimulatie (TAC's) "en" transcraniële willekeurige ruis-stimulatie "(Trns) (Figuur 3a ). De detscheelt van een dergelijke aanpak is buiten het bestek van dit document en zijn beter elders 12 besproken, 13. Kies de totale duur van de elektrische stimulatie, meestal 20 min (figuur 3b) en intensiteit van 2mA. Opmerking: het apparaat kan bevorderen elektrisch en registreren EEG signalen tot 1 uur, indien nodig. Kies de elektrode plaatsing volgens kanalen (figuur 3c). TDCS en EEG-kanalen (figuur 3d) op basis van de experimentele aanpak (tabel 1) te configureren. De referentie-elektroden zijn gelabeld als DRL en CMS. Zorg ervoor dat u de juiste functie voor elk kanaal te kiezen. Belangrijk: het etiket van de actieve stimulatie-elektrode als "anode" of "cathode" en de referentie als "return" (figuur 3d). In de menubalk in het onderste gedeelte van het scherm kiezen voor de duur van de helling naar beneden en oprit periode, meestal 30 sec (Figure 3e). Tijdens deze stap vindt u ook de duur van de te selecteren pre-en post EEG-registraties (figuur 3f). De EEG-registratie is niet afhankelijk van de stimulatie en kan worden geprogrammeerd om te beginnen vóór, tijdens of na afloop van de tDCS. Om elektrode impedantie pers "STIMULATION" in het bovenste gedeelte van het scherm te controleren en vervolgens "MOUNT" in de linkerzijde van het scherm en vervolgens op "START impedantiecontrolesignaal" (figuur 4). 7. Start het apparaat Het onderwerp moet ontspannen, comfortabel en wakker worden tijdens de procedure. Druk op "START" in het onderste gedeelte van het scherm (figuur 5a). Controleer of de verticale grijze balk vooruit gaat voordat (figuur 5b), tijdens (5c) en na (5d) de tDCS. Re-check electrode impedanties (figuur 5e). Druk op "Annuleren" om de stimulatie te schorten op ieder moment, indien nodig (figuur 5f). </li> 8. Opnemen EEG data Druk op "EEG" in het bovenste scherm om te controleren of de EEG-signalen zichtbaar en zonder artefacten (figuur 6, geel beugel) zijn. De signalen worden gefilterd 2-15 Hz, teneinde de EEG sporen verduidelijken. EEG-registratie automatisch starten zodra het pictogram START wordt ingedrukt. Tijdens de stimulatie de lopende EEG kan worden gecontroleerd in drie verschillende panels, gelokaliseerd in het verticale menubalk (figuur 6). Tijdsdomein (figuur 6): zie weer zoals deze wordt ontvangen, uitgaande van verschillende tijd en spanning schalen. Spectrum (Figuur 7): selecteer een kanaal en het vermogensspectrum online dwz het scherm te visualiseren toont de kracht van ieder EEG frequentie door real-time Fast Fourier Transform (FFT) analyse. Spectrogram (Figuur 8): visualiseer de kracht spectrogram online door het verkrijgen van de informatiematie over de frequenties van de geregistreerde EEG als functie van de tijd (tijd-frequentie-analyse). In elk van de bovenstaande mogelijkheden de onderzoeker kan de EEG-activiteit (Figuur 6, gele rechthoek) filter in specifieke frequentiebanden (tabel 2). De meeste onderzoeken naar de effecten van tDCS op EEG-activiteit hebben deze benadering gebruikt voor data-analyse (Tabel 3).

Representative Results

tDCS wordt momenteel onderzocht als therapeutische instrument voor verschillende neurologische aandoeningen, die depressie 14, 15, posttraumatische stressstoornis 16, verlangen naar voedsel 17, 18 marihuana, alcohol 19 en roken 20, evenals pijn 21, tinnitus omvat 22, 23 migraine, epilepsie 24, de ziekte van Parkinson 25, 26, slagrehabilitatie 27, 28 en cognitieve dysfunctie 6, 29. Tabel 1 toont de evidence-based tDCS elektrode montages worden gebruikt als behandeling voor verschillende klinische omstandigheden. In de meeste gevallen wordt klinische verbetering na tDCS hoofdzakelijk toegeschreven aan de corticale effecten. Er zijn verschillende manieren om corticale veranderingen kwantificeren en de meest frequent gebruikte zijn functionele magnetische resonantie imaging (fMRI), TMS-geïndexeerde corticale prikkelbaarheid en de electroencephalography-encefalogram (EEG). In vergelijking met fMRI, EEG heeft slechtere ruimtelijke resolutie, maar superieure temporale resolutie van 30, als gevolg van de timing van de neuronale activiteit nauwkeuriger. Bovendien, vergeleken met TMS-geïndexeerde corticale prikkelbaarheid, EEG door een grotere ruimtelijke resolutie. Bijvoorbeeld, met de tDCS / EEG inrichting is het mogelijk om voortdurende veranderingen op de onbewerkte EEG detecteren in reactie op tDCS. Figuur 9 toont de demping van corticale activiteit, vooral op de pariëtale regio na de tDCS werd aangezet (kanalen C3 en C4). Merk op dat tijdens de stimulatie is niet mogelijk om hersenactiviteit op in dezelfde kanalen gebruikt voor stimulatie. De effecten van tDCS op EEG zijn onlangs onderzocht door verschillende auteurs (zie tabel 3), maar slechts een is tDCS en EEG 31 gelijktijdig toegepast. De meeste studies toonden significante EEG veranderingen op tDCS door analyse van de EEG vermogensspectrum in op actieve versussham-tDCS. Met behulp vermogensspectrum analyse, kan EEG-signalen worden ontleed in een som van pure frequentie componenten met behulp van FFT-analyse. Zo kunnen de signalen worden geanalyseerd in termen van het vermogensspectrum, die informatie geeft over de macht van het signaal bij elke frequentie (tabel 2). Figuur 7 toont een representatief voorbeeld van een lopende EEG-activiteit in tDCS (rode steun op de bodem) en na FFT analyse (rode cirkel). De eerste piek activiteit heeft theta (5-7 Hz) en de tweede alpha (8-10 Hz) band frequenties. De amplitude van EEG pieken wordt gemeten in mV 2. Een ander voorbeeld is afkomstig uit het onderzoek van Maeoka et al.. 36, waarin de auteurs vonden een locale afname van alfa en een toename in beta band amplitude na anodische stimulering van de dorsolaterale prefrontale cortex combinatie met emotionele stress. Figuur 10 </strong> toont een illustratief voorbeeld van de effecten van tDCS op kwantitatief EEG (vermogensspectrum). De grootte van frontale alfa amplitude significant hoger in reactie op actieve tDCS vergeleken met sham-tDCS de linker dorsolaterale prefrontale cortex. Daarom gebruikt automatische FFT-analyse (Figuur 7) de onderzoeker kan de amplitude van de overheersende EEG frequentieactiviteiten (delta, theta, alpha, beta, gamma) te bepalen en te meten tijdens en na tDCS. Afhankelijk van de regio stimulatie en andere experimentele omstandigheden, wordt de amplitude van specifieke EEG frequentiebanden zullen wijzigen na tDCS (tabel 3). Inderdaad, het toevoegen van de FFT analyse functie om de EEG-registratie tijdens tDCS biedt een unieke kans om de corticale neuromodulatory effecten in real-time te begrijpen. Tenslotte kan EEG-signalen worden geanalyseerd met een techniek genaamd tijd-frequentie gebaseerde of spectrogram image. Deze techniek is veelbelovend beschouwd voor onderzoeksdoeleinden, maar dit soort EEG analyse is nog niet volledig gevalideerd voor diagnostische intenties en moeten met voorzichtigheid worden geïnterpreteerd voor dit doel 8. Figuur 8 toont een illustratief voorbeeld van een EEG spectrogram verwerkt door hetzelfde apparaat. Figuur 1. Lijst van benodigde materialen voor de gelijktijdige EEG-monitoring tijdens tDCS: neopreen cap, Control Box, kabels, elektroden, meetlint, zoutoplossing en Bluetooth USB. Figuur 2. Lokalisatie van vertex (Cz) op de hoofdhuid 11: Meet de afstand van nasion om INION en Mark halverwege met behulp van een skinmarker. Figuur 3. Stimulatie Screenshot: a) Elektrische stimulatie modus (tDCS, TAC's Trns, sham); b) Totale duur van elektrische stimulatie; c) Elektrode positionering volgens kanalen; d) tDCS en channel configuratie EEG; e) tDCS ramping duur; f) EEG-registratie duur. Figuur 4. Mount Screenshot: Controleer elektroden impedantie voordat stimulatie begint. Figuur 5. Lanceren Screenshot: a) LANCERING kont op; b) Verticale grijze balk voordat tDCS; c) Verticale grijze balk tijdens tDCS; d) Verticale grijze balk na tDCS; e) Impedantie opnieuw te controleren; f) ABORT knop. Figuur 6. EEG Time domain: controleer de basislijn lopende EEG-activiteit en selecteer EEG-band frequenties indien nodig (gele pijl rechts onderaan). Figuur 7. EEG vermogensspectrum: controleer de overheersende EEG frequentieband (rode cirkel) na automatische Fast Fourier Transform (FFT) analyse over de ruwe lopende EEG-activiteit (rode rechthoek op de bodem). oad/50426/50426fig8.jpg "/> Figuur 8. EEG spectrogram: EEG signalen (rode rechthoek onderaan) kunnen ook worden omgezet in beelden (rode cirkel) met een techniek genaamd tijd-frequentie gebaseerd. Figuur 9. Verzwakking van de pariëtale EEG-activiteit in reactie op anodale tDCS (Anode = C3; Cathode = C4). Merk op dat tijdens de stimulatie het niet mogelijk om hersenactiviteit te nemen in dezelfde kanalen gebruikt voor stimulatie. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken . Figuur 10. tDCS effecten EEG vermogensspectrum: Note verschillen in frontale alfa (a) en beta (b) </strong> amplitude in reactie op actieve-tDCS in vergelijking met sham-tDCS over de linker dorsolaterale prefrontale cortex. Ziekte Auteurs Anode elektrode positie Kathode elektrode positie Depressie Boggio et al., 2008;. Loo et al., 2012. DLPFC Supraorbital Pijn Fregni et al.., 2006 M1 Supraorbital Beroerte Lindenberg et al., 2010. M1 M1 Boggio et al., 2007. M1 (aangedane zijde) Supraorbital Supraorbital MI (niet-aangedane zijde) Tinnitus Fregni et al.., 2006 </ Td> LTA Supraorbital Parkinson Benninger et al., 2010. M1/DLPFC Mastoid Fregni et al.., 2006 M1 Supraorbital Migraine Antal et al.., 2011 V1 Oz Alcoholmisbruik Boggio et al., 2008. R / L – DLPFC L / R – DLPFC Tabel 1. tDCS elektrode montages in verschillende klinische omstandigheden Legends: LTA, links temporoparietal gebied; V1, visuele cortex; DLPFC, dorsolaterale prefrontale cortex; M1, Motor cortex, R, Rechts, L, Links.. Bands Symbool Frequentie (Hz) Beste opname website <strong> Meer prominent tijdens … Delta δ 1-4 Frontale (volwassenen), Posterior (kinderen) Diepe fasen van de slaap (3 en 4) Theta θ 5-7 Diffunderen in de hoofdhuid Slaperigheid Alpha α 8-12 Posterieure regio Ontwaakt, met gesloten ogen Beta β 13-30 Frontaal Mentale inspanning, diepe slaap Gamma γ 31-45 Somatosensorisch cortex Korte termijn geheugen taken en tactiele stimulatie Tabel 2. EEG-frequentiebanden. Auteurs Anode elektrode positie <td> Kathode elektrode positie EEG Kanalen (aantal) Belangrijkste bevindingen Ardolino et al., 2005. Fp1 C4 4 Bilaterale stijging van frontale delta en theta bands. Keeser et al.., 2011 F3 Fp2 25 Afname in frontale en prefrontale delta band. Marshall et al.., 2011 F3/F4 Mastoids 7 – Non-REM-slaap: frontale daling van delta band. – REM-slaap: wereldwijde toename van gamma-band. Wirth et al.., 2011 F3 Rechterschouder 52 Wereldwijde daling van de delta band. Zaehle et al.., 2011 F3 Mastoids 32 – Anodale: lokale verhoging van tHeta en alfa banden. – Kathodische: lokale daling van de theta en alfa banden. Jacobson et al.., 2011 Tussen T4-Fz Fp1 27 Afname in de rechter frontale theta band. Polanía et al.., 2011 C3 FP3 62 – Global synchronisatie van alle onderzochte groepen. Maeoka et al., 2012. F3 Fp2 128 Lokale toename in beta-en alfa verminderde bands. Tabel 3. Studies die de effecten van tDCS op EEG-registraties.

Discussion

Veiligheidsaspecten

In eerste instantie moet proefpersonen worden gescreend op eventuele contra-indicaties voor tDCS 11. Controleer ook op letsels of ziekten huid, omdat er aanwijzingen zijn van tDCS veroorzaakte letsels volgens de integriteit van de huid. Als tDCS sterk over een laesiegebied is aangegeven, is het mogelijk om dit bij lagere intensiteit, dat wil zeggen 0,5-1,0 mA. Het is echter niet gegarandeerd dat dit voorkomt irritaties of huidlaesies. Daarom moet de conditie van de huid onder de elektroden worden gecontroleerd voor en na tDCS 2.

Impedantie en elektroden

Electrode impedanties moet zo laag mogelijk zijn. Dit vermindert het risico voor de interne en externe ruis of vervormde signalen. Impedanties moet ook opnieuw worden gecontroleerd wanneer er een artefact aanwezig is in het signaal 37.

Alle elektroden moeten van goede kwaliteit zijn met intacte oppervlakken. Rebruikbare elektroden met inconsistente oppervlakken kunnen ongelijke huidige dichtheden creëren. Alle oppervlakte-elektroden moeten worden toegepast met voldoende geleidende gel om lage impedanties waarborgen, en de impedanties moeten worden gecontroleerd op artefacten 37.

Gesloten systemen

Een gesloten-lus systeem is een systeem waarmee het diagnosticeren elektrofysiologische afwijkingen en snel 8, 10 te behandelen. Een illustratief voorbeeld is de EEG spike detector voor een naderende aanval. Dit principe is met succes toegepast bij patiënten met ernstige epilepsie. Morrell en collega 9 behandelde 191 patiënten met hardnekkige epilepsie met behulp van een brein geïmplanteerde stimulator en zagen een significante vermindering van het aantal aanvallen, evenals verbeteringen in de kwaliteit van leven. Ondanks het succes, zijn invasieve procedures in verband met de risico's en complicaties zoals lokale infectie of ongewenste stemming of cognitieve effecten en daarom een ​​altertieve, niet-invasieve benadering is gewenst. Derhalve kan de onderhavige inrichting een interessante optie voor patiënten die neurofysiologische snelle diagnose en snelle behandeling, zoals epileptische patiënten moeten vertegenwoordigen.

De closed-loop systeem toepassing mogelijk niet worden beperkt tot patiënten met epilepsie alleen. Een aantal recente studies hebben gesuggereerd dat de EEG-veranderingen kunnen zijn markers van verschillende neuropsychiatrische ziekten 30. Een combinatie van tDCS en EEG kunnen ook nuttig voor het optimaliseren van de parameters van de stimulatie. Dergelijke algoritmen zijn nog braak, maar de combinatie van de bevindingen van EEG en tDCS studies kunnen helpen bij een dergelijke ontwikkeling.

Vergeleken met TMS, die een non-invasieve hersenstimulatie techniek wordt tDCS beschouwd als veel meer geschikt voor therapeutische doeleinden voornamelijk vanwege de lage kosten en relatief draagbaarheid. Daarnaast heeft dat gebruik maakt van een kopkap met vooraf bepaalde electrode locaties kunt de locatie van de stimulatie te standaardiseren en de resultaten te verbeteren. Een ander voordeel van dit apparaat is de mogelijkheid om meerdere sites tegelijk, waarvan wordt aangenomen dat als klinisch superieur dan conventionele stimulatie volgens sommige auteurs 38, 39 stimuleren.

Hoewel het apparaat geeft duidelijke voordelen, een aantal beperkingen nodig hebben om het apparaat voor de toekomst te verbeteren moeten worden aangepakt. Ten eerste kan het apparaat niet stimuleren en opnemen EEG signalen in dezelfde locatie gelijktijdig (zie figuur 9). Ten tweede, het aantal beschikbare kanalen om EEG op te nemen is laag. De gebruikelijke aanbeveling om ten minste 16-kanalen een passende EEG onderzoek 40 en zelfs meer kanalen voor electro-oculografie aan oog bewegingsartefacten detecteren. Inderdaad, in de afgelopen jaren is er een tendens om het aantal kanalen in het EEG / tDCS studies (tabel 3) te vergroten. Hoewel het lage aantal kanalen miGHT invloed gevoeligheid bij het detecteren van dynamische veranderingen in corticale prikkelbaarheid, kan een dergelijk systeem nog steeds nuttig voor het vinden van specifieke algoritmen elektrodelocaties.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

PS financiering ontvangen steun van CAPES, Brazilië. Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund met een subsidie ​​van CIMIT. De auteurs zijn ook dankbaar Uri Fligil voor zijn technische bijstand en Olivia gozel en Noelle Chiavetta voor hun hulp bij het bewerken van dit manuscript.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Material
Neoprene HeadCap Neuroelectrics NE019 1
Neoprene Headband Neuroelectrics NE020 1
Frontal dry electrode front-end Neuroelectrics NE021 4
Gel electrode front-end Neuroelectrics NE022 8
Gel Bottle 60cl Neuroelectrics NE016 1
Stimulation electrode Pi cm2 Neuroelectrics NE024 8
Saline solution bottle 100ml Neuroelectrics NE033 1
Sponge electrode fron-end 25 cm2 Neuroelectrics NE026 4
Adhesive Electrode Front-end Neuroelectrics NE025 25
USB Bluetooth Dongle Neuroelectrics NE031 1
USB card with software Neuroelectrics NE015 1
Curved Syringe Neuroelectrics NE014 1
microUSB NECBOX charger Neuroelectrics NE013 1
Electrode cable Neuroelectrics NE017 10 1
Material Name
StarStim NECBOX Neuroelectrics NE012 1
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fregni, F., Pascual-Leone, A. Technology insight: noninvasive brain stimulation in neurology-perspectives on the therapeutic potential of rTMS and tDCS. Nat. Clin. Pract. Neurol. 3, 383-393 (2007).
  2. Nitsche, M. A., Cohen, L. G. Transcranial direct current stimulation: State of the art. Brain Stimul. 1, 206-223 (2008).
  3. Nitsche, M. A., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurology. 57, 1899-1901 (2001).
  4. Kwon, Y. H., Ko, M. H. Primary motor cortex activation by transcranial direct current stimulation in the human brain. Neurosci. Lett. 435, 56-59 (2008).
  5. Ardolino, G., Bossi, B., Barbieri, S., Priori, A. Non-synaptic mechanisms underlie the after-effects of cathodal transcutaneous direct current stimulation of the human brain. J. Physiol. 568, 653-663 (2005).
  6. Marshall, L., Kirov, R., Brade, J., Mölle, M., Born, J. Transcranial electrical currents to probe EEG brain rhythms and memory consolidation during sleep in humans. PLoS One. 6, 16905 (2011).
  7. Brunoni, A. R., Nitsche, M. A. Clinical research with transcranial direct current stimulation (tDCS): challenges and future directions. Brain Stimul. 5, 175-195 (2012).
  8. Nuwer, M. Assessment of digital EEG, quantitative EEG, and EEG brain mapping: report of the American Academy of Neurology and the American Clinical Neurophysiology Society. Neurology. 49, 277-292 (1997).
  9. Morrell, M. J. RNS System in Epilepsy Study Group. Responsive cortical stimulation for the treatment of medically intractable partial epilepsy. Neurology. 77, 1295-1304 (2011).
  10. Berényi, A., Belluscio, M., Mao, D., Buzsáki, G. Closed-loop control of epilepsy by transcranial electrical stimulation. Science. 337, 735-737 (2012).
  11. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. J. Vis. Exp. (51), e2744 (2011).
  12. Antal, A., Boros, K., Poreisz, C., Chaieb, L., Terney, D., Paulus, W. Comparatively weak after-effects of transcranial alternating current stimulation (tACS) on cortical excitability in humans. Brain Stimul. 1, 97-105 (2008).
  13. Terney, D., Chaieb, L., Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Increasing human brain excitability by transcranial high-frequency random noise stimulation. J. Neurosci. 28, 14147-14155 (2008).
  14. Boggio, P. S., Rigonatti, S. P. A randomized, double-blind clinical trial on the efficacy of cortical direct current stimulation for the treatment of major depression. Int. J. Neuropsychopharmacol. 11, 249-254 (2008).
  15. Loo, C. K., Alonzo, A., Martin, D., Mitchell, P. B., Galvez, V., Sachdev, P. Transcranial direct current stimulation for depression: 3-week, randomised, sham-controlled trial. Br. J. Psychiatry. 200, 52-59 (2012).
  16. Boggio, P. S., Rocha, M. Noninvasive brain stimulation with high-frequency and low-intensity repetitive transcranial magnetic stimulation treatment for posttraumatic stress disorder. J. Clin. Psychiatry. 71, 992-999 (2010).
  17. Goldman, R. L., Borckardt, J. J. Prefrontal cortex transcranial direct current stimulation (tDCS) temporarily reduces food cravings and increases the self-reported ability to resist food in adults with frequent food craving. Appetite. 56, 741-746 (2011).
  18. Boggio, P. S., Zaghi, S. Modulation of risk-taking in marijuana users by transcranial direct current stimulation (tDCS) of the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). Drug Alcohol Depend. 112, 220-225 (2010).
  19. Boggio, P. S., Sultani, N. Prefrontal cortex modulation using transcranial DC stimulation reduces alcohol craving: a double-blind, sham-controlled study. Drug Alcohol Depend. 92, 55-60 (2008).
  20. Fregni, F., Liguori, P. Cortical stimulation of the prefrontal cortex with transcranial direct current stimulation reduces cue-provoked smoking craving: a randomized, sham-controlled study. J. Clin. Psychiatry. 69, 32-40 (2008).
  21. Fregni, F., Gimenes, R. A randomized, sham-controlled, proof of principle study of transcranial direct current stimulation for the treatment of pain in fibromyalgia. Arthritis Rheum. 54, 3988-3998 (2006).
  22. Fregni, F., Marcondes, R. Transient tinnitus suppression induced by repetitive transcranial magnetic stimulation and transcranial direct current stimulation. Eur. J. Neurol. 13, 996-1001 (2006).
  23. Antal, A., Kriener, N., Lang, N., Boros, K., Paulus, W. Cathodal transcranial direct current stimulation of the visual cortex in the prophylactic treatment of migraine. Cephalalgia. 31, 820-828 (2011).
  24. Fregni, F., Otachi, P. T. A randomized clinical trial of repetitive transcranial magnetic stimulation in patients with refractory epilepsy. Ann. Neurol. 60, 447-455 (2006).
  25. Benninger, D. H., Lomarev, M. Transcranial direct current stimulation for the treatment of Parkinson’s disease. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 81, 1105-1111 (2010).
  26. Boggio, P. S., Nunes, A. Repeated sessions of noninvasive brain DC stimulation is associated with motor function improvement in stroke patients. Restor. Neurol. Neurosci. 25, 123-129 (2007).
  27. Lindenberg, R., Renga, V., Zhu, L. L., Nair, D., Schlaug, G. Bihemispheric brain stimulation facilitates motor recovery in chronic stroke patients. Neurology. 75, 2176-2184 (2010).
  28. Fregni, F., Boggio, P. S. Anodal transcranial direct current stimulation of prefrontal cortex enhances working memory. Exp. Brain Res. 166, 23-30 (2005).
  29. Shafi, M. M., Westover, M. B., Fox, M. D., Pascual-Leone, A. Exploration and modulation of brain network interactions with noninvasive brain stimulation in combination with neuroimaging. Eur. J. Neurosci. 35, 805-825 (2012).
  30. Wirth, M., Rahman, R. A. Effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on behaviour and electrophysiology of language production. Neuropsychologia. 49, 3989-3998 (2011).
  31. Keeser, D., Padberg, F. Prefrontal direct current stimulation modulates resting EEG and event-related potentials in healthy subjects: a standardized low resolution tomography (sLORETA) study. Neuroimage. 55, 644-657 (2011).
  32. Zaehle, T., Sandmann, P., Thorne, J. D., Jäncke, L., Herrmann, C. S. Transcranial direct current stimulation of the prefrontal cortex modulates working memory performance: combined behavioral and electrophysiological evidence. BMC Neurosci. 12, 979-984 (2011).
  33. Polanía, R., Nitsche, M. A., Paulus, W. Modulating functional connectivity patterns and topological functional organization of the human brain with transcranial direct current stimulation. Hum. Brain Mapp. 32, 1236-1249 (2011).
  34. Maeoka, H., Matsuo, A., Hiyamizu, M., Morioka, S., Ando, H. Influence of transcranial direct current stimulation of the dorsolateral prefrontal cortex on pain related emotions: a study using electroencephalographic power spectrum analysis. Neurosci. Lett. 512, 12-16 (2012).
  35. Isley, M. R., Edmonds, H. L., Stecker, M. American Society of Neurophysiological Monitoring. Guidelines for intraoperative neuromonitoring using raw (analog or digital waveforms) and quantitative electroencephalography: a position statement by the American Society of Neurophysiological Monitoring. J. Clin. Monit. Comput. 23, 369-390 (2009).
  36. Faria, P., Leal, A., Miranda, P. C. Comparing different electrode configurations using the 10-10 international system in tDCS: a finite element model analysis. Conf Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. , 1596-1599 (2009).
  37. Dmochowski, J. P., Datta, A., Bikson, M., Su, Y., Parra, L. C. Optimized multi-electrode stimulation increases focality and intensity at target. J. Neural. Eng. 8, 046011 (2011).
  38. Flink, R., Pedersen, B. Guidelines for the use of EEG methodology in the diagnosis of epilepsy. International League Against Epilepsy: commission report. Acta Neurol. Scand. 106, 1-7 (2002).

Tags

Transcranial Direct Current StimulationTDCSEEGNeuromodulationCortical ExcitabilityClosed-loop DeviceNeurological ConditionsNon-invasive Treatment

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Schestatsky, P., Morales-Quezada, L., Fregni, F. Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation. J. Vis. Exp. (76), e50426, doi:10.3791/50426 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image