当施用颅内直流刺激(tDCS)时,可重复的电极制备和放置对于耐受和有效的会话至关重要。本文的目的是演示用于tDCS和相关的颅内电刺激技术(如颅内交流电刺激(tACS)管理的最新现代设置程序。
颅内直流刺激(tDCS)是一种使用低强度直流电流进行神经调节的非侵入性方法。与其他技术相比,这种大脑刺激方法具有若干潜在的优势,因为它具有非侵入性、成本效益高、可广泛部署且耐受性良好,前提是管理适当的设备和协议。尽管 tDCS 显然执行简单,但正确管理 tDCS 会话,尤其是电极定位和制备,对于确保可重复性和耐久性至关重要。电极定位和准备步骤传统上也是最耗时且容易出错的。为了应对这些挑战,现代 tDCS 技术使用固定位置头饰和预装配的海绵电极,降低了复杂性和设置时间,同时确保电极始终如预期地放置。这些现代 tDCS 方法为研究、临床和远程监督(家庭)设置提供了优势。本文提供了使用固定位置头饰和预组装海绵电极管理 tDCS 会话的全面分步指南。本指南演示了 tDCS,使用用于运动皮层和侧侧前额皮质 (DLPFC) 刺激的常见蒙太奇。如上所述,选择头部尺寸和蒙太奇专用头饰可自动定位电极。完全组装的预饱和卡扣电极只需贴在头饰上的固定位置卡扣接头上即可。现代 tDCS 方法可缩短设置时间,减少新手和专家操作员的误区。本文概述的方法可适用于tDCS的不同应用以及其他形式的颅内电刺激(tES),如颅内交流电流刺激(tACS)和颅内随机噪声刺激(tRNS)).但是,由于 tES 是特定于应用程序的,因此,无论在适当情况下,任何方法配方都是自定义的,以适应主题、指示、环境和结果特定功能。
颅内直流刺激(tDCS)是一种非侵入性脑刺激技术,能够调节皮质兴奋性1,2。在tDCS期间,恒定的低强度电流(通常为1-2毫安(mA))从阳极电极流向阴极电极,产生穿过皮层3、4的弱电场。传统的tDCS协议被认为是可容忍和安全的5。一个tDCS会话的影响可以持续几分钟后会话完成6与重复会话产生更持久的变化大脑功能7,8。耐久性概况和产生急性或长期变化的潜力使tDCS成为各种干预和治疗9,10,11的候选者。虽然关于tDCS12的最佳剂量,包括强度13、极性7和焦度3的作用,人们仍然对控制电极放置对神经调节可重复性的重要性是公认的。此外,电极制备也支持耐受性和相关关注,如致盲的可靠性14。tDCS 具有比其他脑刺激方法的实际优势,由于其成本效益、便携性、易用性和耐受性;然而,该技术的明显简单性和适应性并不能为电极制备和放置技术差开脱。
事实上,tDCS的明显简单性在某些情况下,鼓励对适当的设备、用品和操作员培训给予足够的重视。首先,需要可靠的电极放置才能重现。tDCS 电极在头皮上的定位通常遵循 10-20 系统,这是用于脑电图 (EEG) 电极的放置和应用的方法。在传统的tDCS方法中,这涉及到磁带测量,以建立电极位置,每次15、16、17进行多次测量。标记用于标记头皮位置。此过程有可能导致电极放置的可变性(例如,各种操作员定位测量磁带的可靠程度),尤其是在高通量条件下,尽管严格的操作员培训和认证可以降低可变性。在传统的tDCS方法中,电极然后手动压在以特殊方式施加的测量坐标和橡胶带18上(例如,在影响海绵液体喷射的操作员之间,带的紧度可能不一致,受耐受性,甚至在电极位置19、20处漂移)。与电极位置一样,这种可变性可以通过显式协议和培训来缓解,尽管此类细节在已发布的报告中通常没有描述。在特殊情况下,当垫电极与头皮分离,没有使用海绵21的霜/凝胶,需要谨慎,以防止直接电极皮肤接触导致总是导致烧伤14。tDCS 的替代不太常见的方法使用弹性盖22、23,它取决于主体特定的头部变形,而不是扭曲电极位置,并且存在在盖下盐碱扩散和桥接的风险(操作员不可见)。与传统的橡胶带或弹性帽技术相比,这里介绍的现代tDCS技术使关键电极制备和定位步骤更加坚固可靠。
tDCS 中的另一个关键过程是电极的组装。传统的tDCS电极是多部分的。这些独立的部件,必须由操作员仔细组装,由金属或导电橡胶电极组成,操作员将电极封闭在穿孔海绵口袋中,并用盐溶液15饱和。电极组装过程虽然不复杂,但每次训练都需要训练和警惕,因为金属/橡胶从海绵中伸出并接触主体或盐水体积等小错误可能导致皮肤损伤14。现代 tDCS 技术通过使用预组装的预饱和电极/海绵克服了这些顾虑,此外,这些电极/海绵还包括一个可靠的卡扣连接器到头饰上。预组装和预饱和电极是一次性使用,可减轻重复性问题和重复使用海绵的污染风险14,20。
本文的目的是展示tDCS和相关的颅内电刺激技术管理的现代设置程序,如颅内交流电刺激(tACS)、颅内勒索噪声刺激(tRNS)24、颅内脉冲电流刺激(tPCS)及其变种25。本指南演示了 tDCS 使用常用的蒙太奇用于运动皮层26和侧侧前额皮质 (DLPFC) 刺激27。此处介绍的现代 tDCS 技术避免了用于确定电极放置的磁带测量、繁琐的碳橡胶电极插入、繁琐的润湿电极海绵程序以及使用橡皮筋或弹性帽作为头饰。使用专用的固定位置头饰和预饱和卡扣连接器电极优化了此过程。固定位置头饰由带状的肩带组成,可自动将tDCS电极置于标准10-10 EEG19。这些表带提供的预先确定的电极位置无需进行广泛的测量和计算,从而提高了可重复性、时效性和主体操作性。第一次访问时,只需进行一次性接头测量(用于确定正确的表带尺寸)。一次性预组装海绵电极在优化的盐水体积中预浸泡,并插入并固定橡胶电极,将橡胶/金属与皮肤直接接触以及过度/浸透的风险降至最低。使用固定位置头饰和预装配海绵电极(图1)不仅大大降低了因测量误差而导致电极错位的可能性,而且使管理tDCS更容易、更及时。对于每个蒙太奇,有一个特定的头饰。本文将使用两个蒙太奇作为示例。第一个蒙太奇是M1-SO,其中阳极放置在与初级运动皮层(M1)相对应的区域,阴极被放置在反向超轨道(SO)区域(图2A)。第二个蒙太奇是双面蒙太奇,其中阳极位于右侧,阴极位于左侧的 DLPFC 上(F3/F4,图 2C)。此处概述的方法不限于上述蒙太奇,并可适应其他配置,显著降低了因测量误差而导致电极错位的可能性,同时使 tDCS 和相关 tES 技术的应用更加高效。此处介绍的现代头饰是电极蒙太奇特异性(例如,M1-SO、F3/F4),不同的头饰将用于单独的电极蒙太奇。尽管现代技术减少了步骤数,使tES技术的管理效率很高,但新方法仍需要培训才能操作刺激器。
自2000年以来,tDCS5、11、33的速率(已公布的试验次数)和广度(应用和适应症的范围)呈指数级增长。此处演示的现代 tDCS 协议可能进一步支持在人体试验中采用,尤其是增加规模和站点(例如关键试验),并最终在治疗9中,因为这些现代 tDCS 技术简单且规范化的关键设置步骤。由于电极制备和位置确定tDCS剂量12,确保可复制设置支持可重复试验的方法。这里描述的现代技术有望在纳入标准中具有优势,但在传统技术因头皮/毛发条件、行为或高整(多中心试验)和远程设置34、35而证明具有挑战性的群体中,可能会提供特殊优势。现代技术,通过提供更安全的电极固定(例如,相对于传统技术中的临时弹性带)将加强与辅助行为疗法的组合,如镜面疗法36,37,38,视觉图像和虚拟现实39,40,41,或物理治疗34,42,43,44,45.
tDCS被认为是一种安全方便的非侵入性脑刺激形式5,11。尽管如此,确保按照最佳实践14进行刺激仍然很重要。所有 tDCS 操作员都经过培训和认证。创建详细的研究特定协议,概述任何必要的额外材料、使用的电极蒙太奇、任何任务(如果适用)、刺激前、期间和之后应遵循的重要安全程序,以及特定于研究的包含和排除标准。某些排除标准可能包括金属头部和/或颈部纹身、头部和/或颈部的金属植入物等,但这些不是绝对的(例如癫痫、植入物和急性颅骨缺陷受试者的 tES)4。tDCS 研究协议的许多方面,如某些材料、电极放置、持续时间等程序,都特定于研究设计。修改协议以适应研究特定需求时,确保这些修改为受试者和研究者所接受5,11。
本指南介绍了现代 tDCS 方法。这种现代的tDCS应用技术比传统方法简单得多,因此既快又不容易出错。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了NIH的支持(授权1R01NS101362-01,1R01MH111896-01,1R01NS095123-01,1R01MH109289-01,1K01AG050707)。
1×1 transcranial electrical stimulation | Soterix Medical Inc. | 2001tE | The tDCS setting was used on the tES device |
Dlpfc-1 headgear with cables | Soterix Medical Inc. | SNAPstrap 1300-ESOLE-S-M | Dlpfc-1 (size: adult – medium) |
M1-SO headgear with cables | Soterix Medical Inc. | SNAPstrap 1300-ESM-S-M | M1-SO (size: adult – medium) |
Saline solution | Soterix Medical Inc. | 1300S_5 | |
Snap sponge electrodes 5×5 cm | Soterix Medical Inc. | SNAPpad 1300-5x5S | Single-use only |
Syringe | Soterix Medical Inc. | 1300SR_5 | Syringe for saline application |