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Behavior

Monitoreo EEG simultáneo Durante La estimulación transcraneal de corriente directa

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

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica de estimulación cerebral no invasiva que ha demostrado los efectos terapéuticos iniciales en varias condiciones neurológicas. El principal mecanismo que subyace a estos efectos terapéuticos es la modulación de la excitabilidad cortical. Por lo tanto, el seguimiento en línea de la excitabilidad cortical ayudaría parámetros de estimulación de guía y optimizar sus efectos terapéuticos. En el presente artículo se revisa el uso de un nuevo dispositivo que combina tDCS simultáneas y monitoreo EEG en tiempo real.

Abstract

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica que ofrece débiles corrientes eléctricas a través del cuero cabelludo. Esta corriente eléctrica constante induce cambios en la excitabilidad de la membrana neuronal, lo que resulta en cambios secundarios en la actividad cortical. Aunque TDCS tiene la mayor parte de sus efectos neuromoduladores en la corteza subyacente, efectos tDCS también pueden ser observados en las redes neuronales distantes. Por lo tanto, el monitoreo EEG concomitante de los efectos de la tDCS puede proporcionar información valiosa sobre los mecanismos de tDCS. Además, los hallazgos del EEG puede ser un importante marcador sustituto para los efectos de TDCS y por lo tanto pueden ser utilizados para optimizar sus parámetros. Este sistema de EEG-TDCS combinada también se puede utilizar para el tratamiento preventivo de enfermedades neurológicas que se caracteriza por picos anormales de la excitabilidad cortical, tales como las convulsiones. Tal sistema sería la base de un dispositivo de bucle cerrado no invasiva. En este artículo se presenta un nuevo dispositivo que es capaz de utilizing tDCS y EEG simultáneamente. Para ello, se describe de una manera paso a paso los principales procedimientos de la aplicación de este dispositivo a través de figuras esquemáticas, tablas y demostraciones de vídeo. Además, ofrecemos una revisión bibliográfica sobre los usos clínicos de tDCS y sus efectos corticales medidos por técnicas de EEG.

Introduction

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica que utiliza débiles y directa corrientes eléctricas suministradas continuamente a través del cuero cabelludo para inducir cambios en la excitabilidad cortical 1, 2. Uso de los potenciales evocados de motor como un marcador de la excitabilidad de la corteza motora, Nitsche y Paulus 3 demostraron que la dirección de los efectos tDCS más el cerebro es la polaridad específica: la estimulación catódica induce una disminución de la excitabilidad cortical, mientras que la estimulación anódica induce un aumento en la excitabilidad cortical . Este efecto sobre la excitabilidad cortical puede durar durante más de una hora después de la estimulación. Estos cambios TDCS inducidos en la excitabilidad cortical pueden dar lugar a efectos significativos en el comportamiento. Una cuestión importante es la variabilidad de los efectos tDCS en el comportamiento. Hay varias razones para explicar esta variabilidad. Estudios de fMRI 4 y la electroencefalografía (EEG) 5,6 revelan que aunque tDCS tiene el más efe activaciónct en la corteza subyacente, la estimulación evoca cambios generalizados en otras regiones del cerebro. Además, se ha demostrado que los efectos tDCS dependen del estado de la actividad cortical línea de base 7. Por lo tanto, teniendo en cuenta estas fuentes de variabilidad, es deseable el uso de mejores sustitutos para medir los efectos de la tDCS.

En este contexto, se propone el uso de la monitorización del EEG concomitante para proporcionar datos en tiempo real sobre el impacto de TDCS sobre la excitabilidad cortical por varias razones. En primer lugar, para optimizar los parámetros de estimulación de TDCS. En segundo lugar, para proporcionar información sobre nuevos objetivos para las terapias. En tercer lugar, para garantizar la seguridad durante la estimulación cerebral, especialmente en los niños. En cuarto lugar, para ayudar en la detección temprana y el tratamiento de convulsiones en pacientes con epilepsia intratable es decir, sistema de circuito cerrado. Por último, este dispositivo también puede tener una aplicación potencial en sistemas de interfaz cerebro-ordenador.

Debido al papel críticode seguimiento de los cambios de excitabilidad cortical relacionados con la estimulación cerebral no invasiva, el propósito de este artículo es demostrar cómo combinar el uso de tDCS con EEG por medio de un nuevo dispositivo (StarstimÒ – Neuroelectrics Instrument Controller, v 1.0; Ap 2012-08 -01, Neurolelectrics, Barcelona, ​​España). Cabe señalar que este artículo no se proporcionan detalles de aplicación tDCS. Para una comprensión completa de la aplicación de esta técnica se recomienda leer el artículo sobre TDCS de DaSilva et al. 11

Protocol

1. Materiales Compruebe que si todos los materiales están disponibles (Figura 1) antes de iniciar los pasos siguientes. Hay 3 tamaños de almohadillas de neopreno, dependiendo del tamaño de la cabeza de los sujetos (pequeño, mediano y grande). La tapa 27 tiene agujeros que representan posiciones EEG basado en el sistema de 10/20: prefrontal (F8, AF8, Fp2, FPZ, Fp1, AF7, F7), frontal (F4, Fz, F3), central (C3, C1, Cz, C2, C4), parietal (P7, P3, Pz, P4, P8), temporal (T7, T8) y occipital (PO7, O1, Oz, O2, PO8). Los electrodos tienen 2 usos diferentes, ya que pueden ser utilizados para el EEG (seis canales) y para TDCS (dos canales de esponja-electrodos, el ánodo y el cátodo). En algunas circunstancias, se pueden utilizar más de dos sitios de estimulación. En este caso, se requieren cuatro esponja-electrodos y, en consecuencia, sólo 4 canales se mantendrán para las grabaciones de EEG. La variación del tamaño de electrodos TDCS conduce a una variación de los efectos de coordinación 11. Wiª una disminución de la dimensión del electrodo, una estimulación más focal puede lograrse. Por otra parte, mediante el aumento de tamaño del electrodo que es posible tener un electrodo funcionalmente ineficaces. Las proporciones más comúnmente utilizados son 25 cm 2 (5 cm x 5 cm) o 35 cm 2 (5 cm x 7 cm). En este trabajo, se utilizarán esponjas electrodos de 25 cm 2. Todos los electrodos tienen que estar conectados al dispositivo de caja de control a través de los cables. Este dispositivo se debe cargar periódicamente utilizando el cargador de batería Caja de Control. Por razones de seguridad, no es posible cargar la caja de control durante la estimulación activa. Se necesita el USB para la conexión Bluetooth para emparejar la caja de control del ordenador portátil / PC (ver abajo). 2. Preparación de la piel Revise la piel para cualquier tipo de lesiones pre-existentes – evitar la estimulación eléctrica / grabación de EEG sobre la piel dañada o más lesiones craneales. Para aumentar la conductancia, mueva pelo deel sitio de la estimulación eléctrica / EEG registro y lugar de plástico pinzas para el cabello para mantener el cabello lejos, limpie la superficie de la piel para eliminar cualquier signo de loción, suciedad, grasa, etc y dejar que se seque. 3. Cabeza Medidas Encontrar y marcar la localización del vértice o Cz (Figura 2), mediante la medición de la distancia de nasión a inión y el marcado hasta la mitad usando un marcador de la piel 11. 4. Electrodos de posicionamiento en el Cap Ponga solución salina en los tDCS esponja-electrodos. La esponja electrodos se deben empapar con solución salina 11 antes de usar la tapa de la cabeza. Para una esponja de 25-35 cm 2, debería ser suficiente aproximadamente 6 ml de solución por cada lado. Es importante para rellenar periódicamente la esponja-electrodo con solución salina en el caso de un protocolo de estimulación prolongada. El EEG y los electrodos tDCS tienen que fijarse en la tapa antes de que el tema es physically que lo lleva. Para más detalles sobre tDCS generales electrodos preparación y posicionamiento ver 11. 5. El uso de la PAC y de la fijación de la caja de control sobre el mismo Asegúrese de que el sujeto está sentado cómodamente. Coloque la tapa de manera que el vértice (medida en la cabeza) coincide con el punto de la CZ de la tapa Importante:. Esto sólo es válido para los jefes de tamaño medio. Tres tamaños de almohadillas diferentes están disponibles, si es necesario. Llenar los electrodos de EEG con gel usando una jeringa curvada. Conecte los electrodos EEG y tDCS a los cables de la caja de control. La caja de control tiene que ser fijado a la parte posterior de la tapa. Utilice los canales 1 y 2 para la estimulación y los restantes (de 3 a 8) para el registro de EEG. Su posición en el tapón dependerá de la aproximación experimental deseado para la grabación y la estimulación (Tabla 1). Como muestra, los clásicos tDCS anódico izquierda establecieron será displayed: ánodo = M1; cátodo = supraorbitario contralateral. Para este montaje, conecte el ánodo (electrodo-esponja roja) para el C3 y el cátodo (negro esponja electrodos) para Fp2. Ponga los electrodos de referencia a uno de los mastoides, asegurándose que no se toquen entre sí y los unen a los cables (CMS, sentido de modo común y DRL, Impulsado pierna derecha) de la caja de control. 6. Estimulación y grabación Configurar Con el fin de configurar los parámetros de estimulación y registro de verificación, el software debe ser instalado correctamente de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Pulse "ESTIMULACIÓN" en la barra horizontal en la pantalla superior (Figura 3). Seleccione la opción "Editar" en la pantalla superior y seleccione "tDCS" o "falsas" de otras técnicas de estimulación eléctrica, como "estimulación transcraneal de corriente alterna (TAC)" y "estimulación transcraneal ruido aleatorio" (tRNS) (Figura 3a ). La detaflige de estos enfoques está fuera del alcance de este documento y están mejor discuten en otro lugar 12, 13. Elige la duración total de la estimulación eléctrica, por lo general 20 min (Figura 3b) y a una intensidad de 2 mA. Nota: el dispositivo es capaz de estimular eléctricamente y grabar señales de EEG durante un máximo de 1 hora, si es necesario. Elige la posición de los electrodos de acuerdo a los canales (Figura 3c). Configurar TDCS y canales de EEG (Figura 3d) de acuerdo con el enfoque experimental (Tabla 1). Los electrodos de referencia se etiquetan como DRL y CMS. Asegúrese de seleccionar la función adecuada para cada canal importante:. Etiqueta del electrodo de estimulación activa como "ánodo" o "cátodo" y su referencia como "retorno" (Figura 3d). En la barra de menú situada en la parte inferior de la pantalla, seleccione la duración de la rampa hacia abajo y la rampa encima de período, generalmente 30 seg (Figuvolver 3e). Durante este paso, seleccione también la duración de pre-y post EEG (Figura 3f). El registro de EEG no es dependiente de la estimulación y se puede programar para iniciar antes, durante o después del final de los TDCS. Para comprobar la impedancia del electrodo de prensa "ESTÍMULO" en la parte superior de la pantalla y luego "monte" en el lado izquierdo de la pantalla y luego "start Entrada IMPEDANCIA" (Figura 4). 7. Inicie el dispositivo El tema debe estar relajado, cómodo y despierto durante el procedimiento. Pulse el botón "LAUNCH" en la parte inferior de la pantalla (Figura 5a). Compruebe si la barra gris vertical avanzando antes (Figura 5b), durante (5c) y después (5d) los tDCS. Vuelva a comprobar las impedancias de los electrodos (Figura 5e). Pulse "Cancelar" para suspender la estimulación en cualquier momento, si es necesario (Figura 5F). </li> 8. Registro de datos de EEG Pulse "EEG" en la pantalla superior para comprobar si las señales de EEG son visibles y sin ningún tipo de artefactos (Figura 6, soporte de color amarillo). Las señales pueden ser filtrados de 2 a 15 Hz con el fin de aclarar los rastros EEG. Grabación de EEG se iniciará automáticamente en cuanto se pulsa el icono de inicio. Durante la estimulación del EEG en curso se puede comprobar en tres paneles diferentes, localizados en la barra de menú vertical (Figura 6). El dominio del tiempo (Figura 6): véase los datos tal como se recibe, la elección de diferentes escalas de tiempo y voltaje. Spectrum (Figura 7): seleccione un canal y visualizar el espectro de potencia en línea es decir, la pantalla muestra la potencia de cada frecuencia de EEG por Transformada Rápida de Fourier análisis en tiempo real (FFT). Espectrograma (Figura 8): visualizar el espectrograma de energía en línea obteniendo la informaciónción sobre el contenido de frecuencia de la EEG registrada como una función del tiempo (análisis de tiempo-frecuencia). En cualquiera de las opciones antes mencionadas el investigador es capaz de filtrar la actividad del EEG (Figura 6, rectángulo amarillo) en bandas de frecuencia específicos (Tabla 2). La mayoría de los estudios sobre los efectos de TDCS sobre la actividad del EEG han usado este enfoque para el análisis de datos (Tabla 3).

Representative Results

tDCS está siendo investigado actualmente como un instrumento terapéutico para diversas enfermedades neurológicas, que incluyen la depresión mayor 14, 15, trastorno de estrés post-traumático 16, el ansia por la comida 17, 18 de marihuana, alcohol y tabaco 19 20, así como el dolor 21, tinnitus 22, 23 migraña, epilepsia 24, enfermedad de Parkinson, 25, 26, rehabilitación del accidente cerebrovascular 27, 28 y la disfunción cognitiva 6, 29. Tabla 1 muestra los TDCS basadas en la evidencia electrodo montajes para ser utilizado como tratamiento para diferentes condiciones clínicas. En la mayoría de los casos, la mejoría clínica después de TDCS se atribuye principalmente a sus efectos corticales. Hay varias maneras de cuantificar los cambios corticales y los más utilizados son los de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI), la excitabilidad cortical TMS-indexada y la electroencephalography (EEG). En comparación con fMRI, EEG tiene más pobre resolución espacial, pero la resolución temporal superior 30, lo que refleja sincronización de la actividad neuronal con mayor precisión. Además, en comparación con la excitabilidad cortical TMS-indexada, EEG proporciona una mayor resolución espacial. Por ejemplo, el uso de los TDCS / dispositivo EEG, es posible detectar cambios en curso en el EEG en bruto en respuesta a TDCS. Figura 9 muestra la atenuación de la actividad cortical, principalmente en la región parietal, después de los TDCS estaba encendido (canales C3 y C4). Tenga en cuenta que durante la estimulación no es posible grabar la actividad cerebral en los mismos canales utilizados para la estimulación. Los efectos de tDCS en el EEG se han estudiado recientemente por varios autores (véase el cuadro 3), pero sólo uno ha aplicado tDCS y EEG concomitante 31. La mayoría de los estudios mostraron cambios en el EEG significativos sobre tDCS analizando el espectro de potencia del EEG en respuesta al activo versussham-tDCS. Utilizando el análisis de espectro de potencia, señales de EEG se pueden descomponer en una suma de componentes de frecuencia puros utilizando análisis FFT. De esta manera, las señales pueden ser analizadas en términos de su espectro de potencia, que proporciona información sobre la potencia de la señal en cada frecuencia (Tabla 2). La figura 7 muestra un ejemplo representativo de una actividad EEG en curso durante tDCS (soporte de rojo en la parte inferior) y después del análisis FFT (círculo rojo). El primer pico de actividad corresponde a theta (5-7 Hz) y el segundo a la alfa (8-10 Hz) frecuencias de la banda. La amplitud de los picos de EEG se mide en mV 2. Otro ejemplo proviene del estudio de Maeoka et al. 36, en el que los autores encontraron una disminución local en alfa y un aumento de la amplitud de banda beta después de la estimulación anódica de la corteza prefrontal dorsolateral combinado con el estrés emocional. Figura 10 </strOng> muestra un ejemplo ilustrativo de los efectos de tDCS en el EEG cuantitativo (espectro de potencia). El tamaño de la amplitud alfa frontal fue significativamente mayor en respuesta a la activa-TDCS en comparación con el tratamiento simulado-TDCS de la corteza prefrontal dorsolateral izquierda. Por lo tanto, utilizando el análisis automático de FFT (Figura 7), el investigador es capaz de determinar y medir la amplitud de las actividades de una frecuencia EEG predominantes (delta, theta, alfa, beta, gamma) durante y después de TDCS. Dependiendo de la región de la estimulación y otras condiciones experimentales, se espera que la amplitud de las bandas específicas de frecuencia del EEG a cambiar después de TDCS (Tabla 3). En efecto, la adición de la función de análisis FFT con el registro EEG durante tDCS ofrece una oportunidad única para entender los efectos neuromoduladores corticales en tiempo real. Por último, las señales de EEG pueden ser analizados con una técnica llamada basada en un tiempo-frecuencia, o espectrograma IMAge. Esta técnica ha sido considerado prometedor para fines de investigación, sin embargo, este tipo de análisis de EEG todavía no está totalmente homologado para propósitos de diagnóstico y debe interpretarse con precaución para este fin 8. La Figura 8 muestra un ejemplo ilustrativo de un espectrograma de EEG procesado por el mismo dispositivo. Figura 1. Lista de los materiales necesarios para el monitoreo EEG simultáneo durante tDCS: cap neopreno, caja de control, cables, electrodos, cinta de medición, solución salina y Bluetooth USB. Figura 2. La localización de los vértices (Cz) en el cuero cabelludo 11: Mida la distancia de nasión a inion y la mitad del recorrido con una pielmarcador. Figura 3. Estimulación Captura de pantalla: a) el modo de estimulación eléctrica (tDCS, TAC, tRNS, sham), b) Duración total de la estimulación eléctrica, c) colocación de los electrodos según canales; d) tDCS y configuración de canales EEG; e) tDCS rampa duración; f) duraciones de grabación de EEG. La Figura 4. Montar Imagen: Ver electrodos de impedancia antes de que comience la estimulación. Figura 5. Iniciar Captura de pantalla: a) LAUNCH trasero en b) Barra vertical gris antes tDCS; c) Vertical barra gris durante tDCS; d) barra gris vertical después tDCS, e) Impedancia de volver a comprobar; f) botón Abortar. La Figura 6. Dominio de tiempo EEG: comprobar la actividad basal del EEG en curso y seleccionar frecuencias de banda EEG si es necesario (flecha amarilla en la parte inferior derecha). Figura 7. Espectro de potencia del EEG: comprobar la banda de frecuencias de EEG predominante (círculo rojo) después Transform (FFT) Análisis de Fourier rápida automática sobre la actividad EEG en curso cruda (rectángulo rojo en la parte inferior). oad/50426/50426fig8.jpg "/> Figura 8. EEG espectrograma: señales de EEG (rectángulo rojo en la parte inferior) también se pueden transformar en imágenes (círculo rojo) utilizando una técnica llamada tiempo-frecuencia base. La Figura 9. La atenuación de la actividad EEG parietal en respuesta a tDCS anódico (ánodo = C3, C4 = cátodo). Tenga en cuenta que durante la estimulación no puede registrar la actividad cerebral en los mismos canales utilizados para la estimulación. Haz clic aquí para ver más grande la figura . La Figura 10. efectos tDCS sobre espectro de potencia del EEG: Tenga en cuenta las diferencias en alfa frontal (a) y beta (b) </strong> amplitud en respuesta a la activa-tDCS en comparación con el tratamiento simulado-tDCS sobre la corteza prefrontal dorsolateral izquierda. Enfermedad Autores Colocación de los electrodos del ánodo Colocación de los electrodos catódicos Depresión Boggio et al, 2008;. Loo et al, 2012. DLPFC Supraorbitario Dolor Fregni et al., 2006 M1 Supraorbitario Carrera Lindenberg et al., 2010 M1 M1 Boggio et al., 2007 M1 (lado afectado) Supraorbitario Supraorbitario MI (lado no afectado) Tinnitus Fregni et al., 2006 </ Td> LTA Supraorbitario Parkinson Benninger et al., 2010 M1/DLPFC Mastoides Fregni et al., 2006 M1 Supraorbitario Migraña Antal et al., 2011 V1 Oz El abuso de alcohol Boggio et al., 2008 R / L – DLPFC L / R – DLPFC Tabla 1. tDCS electrodo montajes en diferentes condiciones clínicas Legends: LTA, zona temporoparietal izquierda, V1, corteza visual; córtex prefrontal dorsolateral, la corteza prefrontal dorsolateral, M1, Motor corteza, R, Derecha, L, Izquierda.. Bandas Símbolo Frecuencia (Hz) Mejor sitio de registro <strong> Más prominente durante … Delta δ 1-4 Frontal (adultos), posterior (niños) Etapas profundas del sueño (3 y 4) Theta θ 5-7 Difusa en el cuero cabelludo Modorra Alfa α 8-12 Regiones posteriores Despierta, con los ojos cerrados Beta β 13-30 Frontal El esfuerzo mental, el sueño profundo Gama γ 31-45 Corteza somato-sensorial Tareas de memoria a corto plazo y la estimulación táctil Tabla 2. Bandas de frecuencia del EEG. Autores Colocación de los electrodos del ánodo <td> Colocación de los electrodos catódicos Canales de EEG (número) Principales hallazgos Ardolino et al., 2005 FP1 C4 4 Aumento bilateral de frontal delta y theta bandas. Keeser et al., 2011 F3 Fp2 25 Disminución de la banda delta frontal y prefrontal. Marshall et al., 2011 F3/F4 Mastoides 7 – El sueño no-REM: disminución frontal de la banda delta. – El sueño REM: aumento global de la banda gamma. Wirth et al., 2011 F3 Hombro derecho 52 Disminución global en la banda delta. Zaehle et al., 2011 F3 Mastoides 32 – Anodal: aumento local de tHeta y alfa bandas. – Catódica: disminución local de la theta y alfa bandas. Jacobson et al., 2011 Entre T4-Fz FP1 27 Disminución de la derecha banda theta frontal. Polania et al., 2011 C3 Fp3 62 – Sincronización Global de todos los grupos estudiados. Maeoka et al., 2012 F3 Fp2 128 Aumento local en beta y disminuyó bandas alfa. Tabla 3. Los estudios que analizan los efectos de tDCS en el EEG.

Discussion

Los problemas de seguridad

Inicialmente, los sujetos deben ser examinados para cualquier contraindicación para tDCS 11. Consultar también para lesiones de la piel o enfermedades, ya que no hay evidencia de lesiones inducidas por tDCS según integridad de la piel. Si tDCS está fuertemente indicada sobre un área lesionada, es posible hacerlo en menor intensidad, es decir, 0,5 a 1,0 mA. Sin embargo, no se garantiza que esto evitará irritaciones de la piel o lesiones. Por lo tanto, la condición de la piel debajo de los electrodos debe ser inspeccionado antes y después de TDCS 2.

Impedancia y electrodos

Impedancias de los electrodos deben ser tan bajo como sea posible. Esto reduce el riesgo de interferencia de ruido interno y externo o señales distorsionadas. Impedancias también debe ser revisado siempre que haya un artefacto en la señal 37.

Todos los electrodos deben ser de buena calidad, con superficies intactas. Reelectrodos utilizables con superficies inconsistentes pueden crear densidades de corriente desiguales. Todos los electrodos de superficie deben aplicarse con gel conductor suficiente para asegurar impedancias bajas, y las impedancias deben ser revisadas para artefactos 37.

Sistemas de circuito cerrado

Un sistema de circuito cerrado es un sistema capaz de diagnosticar anormalidades electrofisiológicas y tratarlos con prontitud 8, 10. Un ejemplo ilustrativo es el detector de pico EEG para un ataque inminente. Este principio se ha aplicado con éxito en pacientes con epilepsia severa. Morrell y colegas 9 191 sujetos tratados con epilepsia intratable utilizando un estimulador implantado cerebro y observaron una reducción significativa en la frecuencia de las crisis, así como mejoras en la calidad de vida. A pesar del éxito, los procedimientos invasivos se asocian con riesgos y complicaciones, tales como infecciones locales o los efectos del estado de ánimo o cognitivas no deseados y por lo tanto una alterntivo, el enfoque no invasivo es deseable. Por lo tanto, el presente dispositivo puede representar una opción interesante para aquellos pacientes que necesitan diagnóstico neurofisiológico rápida y un tratamiento inmediato, como los pacientes epilépticos.

La aplicación del sistema de bucle cerrado no puede estar restringido a los pacientes con epilepsia solamente. Un número de estudios recientes han sugerido que las alteraciones EEG que pueden ser marcadores de diversas enfermedades neuropsiquiátricas 30. Usando una combinación de TDCS y EEG también podría ser útil para optimizar los parámetros de estimulación. Tales algoritmos son todavía poco desarrollado, pero la combinación de los resultados de estudios de EEG y tDCS puede ayudar en este desarrollo.

En comparación con TMS, que es otra técnica de estimulación cerebral no invasiva, TDCS se considera mucho más adecuado para fines terapéuticos, principalmente debido a su bajo costo y portabilidad relativa. Además, tener un sistema que utiliza una tapa de cabezal con electro predeterminadade ubicaciones pueden estandarizar ubicación de estimulación y mejorar los resultados. Otra ventaja de este dispositivo es la posibilidad de estimular más de un sitio, al mismo tiempo, que se ha encontrado para ser clínicamente superior a la estimulación convencional de acuerdo con algunos autores 38, 39.

Aunque el dispositivo muestra claras ventajas, algunas limitaciones deben ser abordados con el fin de mejorar el dispositivo para el futuro. En primer lugar, el dispositivo no puede estimular y registrar señales de EEG en el mismo lugar al mismo tiempo (véase la Figura 9). En segundo lugar, el número de canales disponibles para registrar el EEG es baja. La recomendación habitual es usar al menos 16 canales para un estudio EEG adecuada 40 e incluso más canales para electrooculografía para detectar artefactos del movimiento del ojo. De hecho, en los últimos años ha habido una tendencia a aumentar el número de canales en estudios de EEG / TDCS (Tabla 3). A pesar del bajo número de canales millasGHT afectar la sensibilidad en la detección de los cambios dinámicos en la excitabilidad cortical, este sistema todavía puede ser útil para encontrar algoritmos para las ubicaciones de electrodos específicos.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

PS recibió apoyo financiero de la CAPES, Brasil. Este trabajo ha sido parcialmente financiado con una donación de CIMIT. Los autores también agradecen a Fligil Uri por su asistencia técnica y Olivia Gozel y Noelle Chiavetta por su ayuda en la edición de este manuscrito.

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).

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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).
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