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Neuroscience

Application simultanée de la stimulation transcrânienne à courant continu pendant l’exposition à la réalité virtuelle

Published: January 18, 2021
doi:
10.3791/61795
,
1VA RR&D Center for Neurorestoration and Neurotechnology,Providence VA Medical Healthcare System, 2Department of Psychiatry and Human Behavior,Alpert Brown Medical School, 3COBRE Center for Neuromodulation, Butler Hospital

Summary

Ce manuscrit décrit un nouveau protocole permettant l’application simultanée de la stimulation transcrânienne à courant continu pendant l’exposition à des signaux liés aux traumatismes en zone de guerre en utilisant la réalité virtuelle pour les anciens combattants atteints de trouble de stress post-traumatique.

Abstract

La stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) est une forme de stimulation cérébrale non invasive qui modifie la probabilité de déclenchement neuronal par modulation des membranes neurales au repos. Comparé à d’autres techniques, le tDCS est relativement sûr, rentable et peut être administré pendant que les individus sont engagés dans des processus cognitifs contrôlés et spécifiques. Ce dernier point est important car le tDCS peut affecter principalement les régions neuronales intrinsèquement actives. Dans le but de tester le tDCS en tant que traitement potentiel d’une maladie psychiatrique, le protocole décrit ici décrit une nouvelle procédure qui permet l’application simultanée du tDCS lors de l’exposition à des signaux liés à un traumatisme à l’aide de la réalité virtuelle (tDCS + VR) chez les anciens combattants atteints de trouble de stress post-traumatique (NCT03372460). Dans ce protocole en double aveugle, les participants sont assignés à recevoir 2 mA tDCS, ou une stimulation simulée, pendant 25 minutes tout en regardant passivement trois lecteurs de réalité virtuelle standardisés de 8 minutes à travers l’Irak ou l’Afghanistan, avec des événements de réalité virtuelle augmentant en intensité au cours de chaque trajet. Les participants subissent six séances de tDCS+VR sur une durée de 2 à 3 semaines, et la psychophysiologie (réactivité de la conductance cutanée) est mesurée tout au long de chaque séance. Cela permet de tester les changements de session dans les événements hyperarousal à la réalité virtuelle et les effets d’appoint de tDCS. La stimulation est délivrée par un dispositif tDCS rechargeable intégré alimenté par batterie à l’aide d’une configuration d’électrode unilatérale 1 (anode) x 1 (cathode). Chaque électrode est placée dans une poche éponge réutilisable de 3 x 3 cm (densité de courant2,22 A/m2)saturée de solution saline normale à 0,9%. Les éponges avec électrodes sont attachées au crâne du participant à l’aide d’un bandeau en caoutchouc avec les électrodes placées de manière à cibler les régions du cortex préfrontal ventromédian. Le casque de réalité virtuelle est placé sur le montage tDCS de manière à éviter les interférences d’électrodes.

Introduction

Le trouble de stress post-traumatique (SSPT) est une maladie chronique et invalidante qui est particulièrement répandue chez les anciens combattants. Malgré sa prévalence et son impact dévastateur, bon nombre de ceux qui reçoivent une psychothérapie fondée sur des données probantes pour le SSPT présentent des symptômes résiduels importants1. L’application synergique de la stimulation cérébrale non invasive avec les principes de psychothérapie axés sur le SSPT offre l’occasion d’améliorer les gains thérapeutiques et de réduire les fardeaux liés au SSPT.

Une composante essentielle du SSPT est l’incapacité d’inhiber une réaction de peur inadaptée2,3. Une activité pathologiquement élevée dans l’amygdale et le cortex cingulaire antérieur dorsal, régions qui facilitent la réponse à la peur, a été systématiquement rapportée dans le SSPT. Ceci est parallèlement à une activité réduite dans le cortex préfrontal ventromédian (VMPFC), une région censée réguler à la baisse la réponse à la peur3,4,5,6,7. En conséquence, l’augmentation de l’activité endogène du VMPFC pendant le traitement des stimuli induisant la peur peut être une méthode prometteuse pour améliorer l’inhibition de la peur et l’efficacité des traitements basés sur l’exposition.

Les psychothérapies basées sur l’exposition, un traitement de première intention du SSPT, visent à faciliter l’apprentissage correctif en enseignant aux patients que l’expérience dangereuse (c.-à-d. la cause de leur TSPT) n’est plus présente ou menaçante dans leur environnement actuel8,9. L’engagement émotionnel dans la thérapie du SSPT est un élément crucial du succès10, mais il est entravé par le fait que les patients veulent éviter de ressentir des émotions pénibles et la présence de troubles psychiatriques comorbides. Une approche attrayante pour maximiser et suivre l’engagement émotionnel au cours des sessions consiste à utiliser des environnements de réalité virtuelle (RV) immersifs et contextuellement pertinents11,12. La mise en œuvre de la RV est étayée par des données antérieures indiquant que la RV pourrait générer des taux d’efficacité comparables à ceux observés avec les interventions cognitivo-comportementales standard11,13,14. La RV a l’avantage supplémentaire de fournir un environnement standardisé pour le développement de traitements pour des tests d’hypothèses spécifiques.

L’environnement VR permet en outre l’intégration de méthodes de stimulation cérébrale non invasives d’appoint, telles que la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS). tDCS modifie l’excitabilité corticale via la modulation sous-du-siège des potentiels membranaires neuronaux au repos en utilisant un courant électrique constant faible (typiquement 1 – 2 mA)15. La stimulation est généralement fournie sur une période de 20 à 30 minutes. Les effets du tDCS dépendent de la polarité actuelle. Bien qu’une simplification excessive, en théorie, le flux de courant positif (c’est-à-dire la stimulation anodale) augmente la probabilité de dépolarisation neuronale, tandis que le flux de courant négatif (c’est-à-dire la stimulation cathodale) diminue la probabilité de potentiels d’action neuronale16,17. En tant que tel, tDCS prépare le cerveau à des réponses ultérieures à des stimuli externes pour faciliter l’apprentissage et la mémoire18.

tDCS a un profil d’innocuité favorable en tant que technique à faible risque qui est bien tolérée et associée à des effets secondaires minimes19,20. tDCS est également peu coûteux; Les dispositifs tDCS coûtent environ 9 000 $, comparativement à 70 000 $ > pour les méthodes de stimulation cérébrale non invasives disponibles cliniquement, telles que la stimulation magnétique transcrânienne. Les appareils tDCS sont également portables, car ils sont alimentés par batterie, au lieu d’avoir besoin d’un circuit électrique dédié. Cette portabilité permet une utilisation dans n’importe quel bureau ou pièce, y compris à la maison. Ces facteurs permettent d’utiliser le tDCS en combinaison avec des interventions thérapeutiques, y compris la RV et les modèles existants de traitement du SSPT. L’utilisation flexible peut être particulièrement importante dans le nouveau paysage de la prestation de soins psychiatriques et de stimulation cérébrale non invasive dans le monde post-COVID19.

Le protocole détaillé ci-dessous est conçu pour intégrer le tDCS pendant l’administration de la RV (tDCS + VR) chez les personnes atteintes de SSPT lié à la zone de guerre afin d’augmenter l’accoutumabilité anxieuse. Les séances de RV permettent de normaliser l’exposition aux événements liés aux traumatismes entre les participants afin d’assurer un contenu cohérent pour cette accoutumée. Les participants suivent six sessions de tDCS+VR sur une durée de deux à trois semaines, chaque session faisant partie de trois drive-through VR identiques. Six sessions ont été sélectionnées pour approximer la durée de la RV dans Rothbaum et al.14 et Difede & Hoffman21. Ce nombre de séances a montré une efficacité dans des études de traitement typiques non VR(par exemple, Bryant et al.22) et a été en outre éclairé par les données de faisabilité de l’étude pilote précédente23. Tout au long de chaque séance, la psychophysiologie (c’est-à-dire la conductance cutanée) est mesurée. Cela permet de tester les changements à l’intérieur et entre les sessions des événements hyperarousal à la réalité virtuelle et les effets d’appoint du tDCS. L’intensité tDCS est réglée à 2 mA et est délivrée par un stimulateur rechargeable intégré alimenté par batterie qui fournit un courant continu constant à l’aide d’une configuration d’électrode unilatérale 1 (anode) x 1 (cathode). Chaque électrode est placée dans une poche éponge réutilisable de 3 x 3 cm (densité de courant2,22 A/m2)saturée de solution saline normale à 0,9%. Les éponges avec électrodes sont attachées au crâne du participant à l’aide d’un bandeau en caoutchouc avec l’anode placée sur les régions Fp1 et AF3 et la cathode sur PO8 du système de coordination des électrodes EEG 10 – 20 afin de cibler le cortex préfrontal ventromédian tout en empêchant la stimulation cathodale sur le cortex préfrontal. Des montages d’électrodes similaires, visant à cibler le VMPFC, ont été utilisés pour moduler l’extinction des réponses de peur conditionnées par notre laboratoire24,25 ainsi que d’autres26. Le casque de réalité virtuelle est placé sur le montage tDCS de manière à éviter les interférences avec les électrodes tDCS. tDCS devrait commencer pendant le lancement de VR23 et se poursuivre tout au long. Les participants reviennent pour des visites d’évaluation post-traitement de 1 et 3 mois afin d’évaluer les effets à long terme du tDCS + VR sur les changements dans les symptômes du SSPT, de la dépression, de l’anxiété et de la colère, ainsi que sur les améliorations du sommeil et de la qualité de vie. Les hypothèses à tester sont 1A) la prédiction que le tDCS + VR actif, par rapport au simulacre + VR, entraîne un changement plus important sur les symptômes du SSPT et la qualité de vie / fonction sociale à la fin du traitement, et 1B) un changement soutenu à 1 et 3 mois après le traitement, et 2) ce changement dans les réponses psychophysiologiques, reflétant l’accoutumation, se rapporte à des changements dans les symptômes du SSPT et la qualité de vie / fonctionnement différemment après tDCS + VR actif par rapport à sham + VR. Cet essai clinique est enregistré sous ClinicalTrials.gov identifiant : NCT03372460.

Protocol

Les participants admissibles signent un consentement écrit et éclairé avant le début de toute procédure de recherche. La recherche est effectuée conformément aux lignes directrices institutionnelles, nationales et internationales en matière de recherche sur l’être humain. Toutes les méthodes décrites ont été approuvées par le conseil d’examen institutionnel du Providence VA Medical Center. REMARQUE : Le protocole tDCS+VR nécessite deux membres du personnel de recherche dédiés. Un membre du personnel est le contrôleur VR, qui exploite la VR et administre les stimuli VR aux différents points temporels décrits ci-dessous. Le deuxième membre du personnel de l’étude utilise l’ordinateur sur lequel la psychophysiologie est collectée. 1. Dépistage, entrevues diagnostiques et imagerie par résonance magnétique Recruter des participants composés d’hommes et de femmes vétérans, en mettant l’accent sur l’opération Enduring Freedom (Afghanistan), l’opération Iraqi Freedom et l’opération New Dawn (Irak) en fonction de l’admissibilité suivante. Critères d’inclusion : (1) diagnostic de TSPT chronique avec traumatisme lié à l’expérience de la zone de guerre, (2) âge entre 18 et 70 ans, et (3) si en traitement, symptomatique malgré des schémas thérapeutiques stables en cours pendant au moins 6 semaines avant les procédures de l’étude. Les médicaments en cours et la psychothérapie sont autorisés à continuer inchangés pendant l’étude. Les critères d’exclusion sont les suivants : répondre aux critères d’innocuité établis pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM), car les procédures d’IRM sont une composante de cette étude, et comprennent un stimulateur cardiaque, un dispositif implanté (stimulation cérébrale profonde) ou un métal dans le cerveau, la moelle épinière cervicale ou la moelle épinière thoracique supérieure, la grossesse ou la planification de devenir enceinte pendant l’étude. D’autres exclusions spécifiques au tDCS sont des lésions cutanées au site de stimulation qui peuvent altérer l’impédance (par exemple, les grains de beauté vasculaires ou les angiomes). D’autres critères d’exclusion sont les antécédents à vie d’une lésion cérébrale traumatique modérée ou grave (TCC); conditions médicales instables actuelles; trouble neurologique important actuel (ou passé, le cas échéant) ou antécédents au cours de la vie de a) trouble épileptique b) tumeurs primaires ou secondaires du SNC c) accident vasculaire cérébral ou d) anévrisme cérébral, tout trouble psychotique primaire, trouble bipolaire I, troubles actifs modérés / graves liés à la consommation de substances (au cours du dernier mois, à l’exclusion de la nicotine / caféine), intention suicidaire active ou intention de tenter de se suicider dans les 6 mois, tel que détecté sur les instruments de dépistage ou dans le jugement de l’équipe d’enquête.NOTE: Les participants à cette étude ont été recrutés à partir de l’AV providence. Obtenir un consentement éclairé écrit avant le début de toute procédure d’étude. Administrer des entrevues diagnostiques et des questionnaires pour vérifier le diagnostic et évaluer la gravité du SSPT à l’aide de l’entrevue clinique structurée pour le DSM 5 (SCID-5)27,de l’échelle du SSPT administré par le clinicien (CAPS-5)28et de la liste de contrôle du SSPT pour le DSM5 (PCL-5)29.REMARQUE: L’administration du SCID-5 permet en outre la détection de tout diagnostic comorbide qui peut empêcher les critères d’exclusion de l’étude décrits ci-dessus. Des évaluations supplémentaires, telles que l’auto-évaluation rapide de l’inventaire rapide des symptomatologies dépressives (QIDS-SR)30, sont à la charge des équipes de recherche individuelles en fonction d’hypothèses. Dépister les participants pour qu’ils soient en sécurité pour subir un tDCS et une IRM en fonction des critères d’exclusion énumérés ci-dessus.REMARQUE: Les formulaires de sécurité IRM de présélection peuvent être obtenus auprès de www.MRIsafety.com Planifiez que les participants effectuent six sessions de RV sur une durée de deux à trois semaines, de sorte que les participants terminent une session de RV environ tous les deux jours de la semaine. 2. Randomisation Avant la mise en œuvre initiale de tDCS+VR, récupérez les codes tDCS et simulacres actifs du manuel de l’appareil tDCS et saisissez-les dans un programme de randomisation pour assurer la mise en aveugle de l’administration tDCS+VR ou sham+VR. À l’aide du programme de randomisation, créez des urnes de randomisation en assignant aux participants de recevoir soit un tDCS actif, soit un simulacre pendant la réalité virtuelle en fonction du sexe (homme; femme) et de la gravité des symptômes de la PCL-5 (faible; élevé).REMARQUE: Le programme de randomisation doit générer un code de périphérique tDCS qui peut ensuite être entré dans le périphérique tDCS pour s’assurer que l’administrateur tDCS reste aveugle quant à savoir si une stimulation active ou simulée est appliquée. En tant que tel, il s’agit d’un protocole en double aveugle où les participants ainsi que les administrateurs tDCS sont aveuglés par le statut de stimulation. 3. Configuration de l’appareil tDCS Programmez le périphérique tDCS avec les paramètres et paramètres suivants, répertoriés sous 3.1.1 et 3.1.2, en appuyant sur les deux touches du côté gauche du périphérique tDCS pour enregistrer chaque paramètre. Réglage A : montée en puissance de 30 s jusqu’à une intensité de 1 mA, stimulation de 1 mA pendant 30 s et descente jusqu’à plus de 30 s. Réglage B : rampe de 30 s jusqu’à une intensité de 2 mA, stimulation de 2 mA pour une durée de 25 min et rampe de 30 s jusqu’à l’arrêt. Réglez le périphérique tDCS en mode étudeou sur une autre fonction de double insécage, en suivant les instructions du périphérique tDCS.REMARQUE : Le paramètre A est utilisé pour obtenir des informations sur l’impédance avant la stimulation et l’évaluation de la tolérabilité du tDCS avant le début de la RV. En outre, l’application d’un bref courant électrique a déjà été utilisée pour fournir un certain degré de sensation somatique pour aider à étudier l’aveuglement24,25,31. Le paramètre B permet d’entrer dans le code d’étude spécifique pour la randomisation (active ou simulée) pour chaque participant. Les paramètres C et D ne sont pas utilisés dans ce protocole. 4. Mise en place de la psychophysiologie Utilisez du matériel et des logiciels capables d’enregistrer et d’analyser l’activité électrodermique (EDA) / réponse galvanique de la peau (GSR) sur un ordinateur d’enregistrement psychophysiologique dédié qui est différent de l’ordinateur qui exécute le logiciel VR. Créez un modèle d’acquisition de données selon des procédures spécifiques au logiciel avec les paramètres de collecte de données suivants: 5 μV; 10 HZ; DC. Fréquence cardiaque: gain de 1000, norme, DZ, 0,05 Hz.REMARQUE : La création d’un modèle d’acquisition de données garantit la cohérence des paramètres d’acquisition de données entre les sessions et les participants. 5. Visite d’étude tDCS : Mise en place et administration REMARQUE: Pour les étapes ci-dessous, l’ajout de TM1 et TM2 fait référence à la recherche « membre de l’équipe 1 » et « membre de l’équipe 2 » afin que les différentes étapes puissent être effectuées simultanément. Lorsque le participant arrive, nettoyez doucement, sans frottement vigoureux, la peau du participant aux zones approximatives où les éponges / électrodes seront placées avec un tampon d’alcool et laissée sécher. Mesurez et enregistrez la circonférence de la tête du participant. Calculez 5% et 10% de la circonférence à utiliser plus tard pour le placement de l’électrode. Placez la sangle de tête sur le participant, en couvrant les zones où les éponges et les électrodes seront placées, de manière à ce qu’il soit toujours possible de placer un doigt sous la sangle de tête. Assurez-vous que le connecteur de l’élastique se trouve sur le côté de la tête afin qu’il soit à l’écart des électrodes et n’interfère pas avec l’affichage monté sur la tête VR. Remplissez chaque éponge d’électrode avec 4 mL de solution saline à l’aide d’une seringue. Insérez les électrodes dans des poches d’éponge. Tout en positionnant derrière le participant, établissez l’emplacement de l’électrode cathodale en utilisant les 10% de circonférence de la tête calculés précédemment et mesurez cette distance de l’inion de la tête vers la droite. Placez l’électrode cathodale et vérifiez les mesures de sorte que la cathode soit approximativement derrière l’oreille droite sur le processus mastoïdien. Ensuite, repositionnez pour faire face au participant et établissez l’emplacement de l’électrode anodale en mesurant les 10% de circonférence de la tête précédemment calculés à partir de la nasion vers le haut, puis en mesurant les 5% de circonférence de la tête précédemment calculés vers la droite. Placez l’électrode anodale et vérifiez les mesures afin que l’anode touche 10 à 20 emplacements d’électrode EEG AF3 / Fp1. Allumez le dispositif tDCS, puis branchez les électrodes. Pour charger le paramètre A, quittez le mode étude en appuyant sur le bouton en haut à droite, puis entrez le code maître de l’appareil à l’aide des boutons en haut et en bas à gauche. Après avoir entré le code maître, cliquez sur OK à l’aide du bouton en bas à gauche. Ensuite, assurez-vous que la flèche pointe vers le déclencheur. Utilisez le bouton en haut à droite pour parcourir les paramètres jusqu’à ce qu’il lise, charge… réglage. Faites défiler la flèche vers le bas de l’écran à l’aide des flèches gauche, puis utilisez la flèche supérieure droite pour parcourir tous les paramètres et revenir au paramètre A. Enfin, cliquez sur la flèche supérieure gauche pour charger le paramètre A. Vérifiez l’impédance en appuyant simultanément sur les boutons en haut à droite et en bas à gauche pour confirmer qu’il y a un contact adéquat entre les électrodes tDCS et le crâne du participant. Enregistrez l’impédance initiale. Assurez-vous toujours que les électrodes ne sont pas branchées sur l’appareil avant de l’allumer. De même, assurez-vous de toujours débrancher les électrodes avant d’éteindre l’appareil.REMARQUE II: Le dispositif tDCS s’éteindra automatiquement si l’impédance est supérieure à 55Ω. À titre indicatif, ne démarrez pas le dispositif tDCS si l’impendence est supérieure à 35Ω afin de limiter les risques d’arrêt automatique. Si l’impédance est trop élevée, ajoutez un peu de solution saline aux éponges, éloignez les cheveux du participant ou serrez le bandeau en caoutchouc s’il semble trop lâche. Évitez de faire couler une solution saline sur le participant – si cela se produit, les éponges sont trop saturées. Commencez la stimulation sous le réglage A. Enregistrez l’impédance avant, pendant et après la stimulation sous le réglage A. Une fois la stimulation terminée sous le réglage A, retirez les électrodes du dispositif tDCS et éteignez l’appareil. TM1 : Placez deux patchs d’électrode EDA jetables et autocollants sur la partie thenar de la main non dominante du participant. TM1 : Ouvrez le logiciel d’acquisition de données EDA/GSR pour permettre la capture de nouvelles données. Ouvrez le modèle d’acquisition de données généré précédemment et cliquez sur Créer/Enregistrer une nouvelle expérience. Calibrez le signal EDA en suivant des instructions logicielles spécifiques en attachant d’abord une électrode à un patch d’électrode, en étalonnant, puis en connectant la deuxième électrode au deuxième patch d’électrode. TM1: Pour assurer un signal GSR adéquat, demandez au participant de prendre une profonde inspiration et de la retenir pendant 10 s avant d’expirer.REMARQUE: Une augmentation du GSR devrait être perceptible. Si aucun changement dans le GSR n’est détecté, le personnel de recherche peut taper dans les mains sans avertissement pour obtenir une réponse GSR. Une valeur de niveau de conductance cutanée de base inférieure à 2 μS peut être problématique car elle pourrait indiquer une conductance cutanée trop faible pour mesurer le GSR tout au long de la session vr. TM2 : Allumez le système de réalité virtuelle et ouvrez le programme Patient Application. Vérifiez que la résolution de l’écran est réglée sur 1280 x 720 et cliquez sur lecture. Ensuite, ouvrez le programme Contrôleur clinicien et sélectionnez le scénario de conduite rurale en Irak ou en Afghanistan en fonction de la scène la plus pertinente pour le ou les déploiements du participant. Sous la fenêtre de l’avatar du patient, sélectionnez la position de Driver. Réglez le volume sonore à 65 % du maximum. TM2 : Avec l’aide du participant, placez l’affichage monté sur la tête du participant, en veillant à ce que l’écran ne disloque pas les électrodes. Vérifiez le confort. Ensuite, placez les écouteurs sur la tête du participant et vérifiez le confort. TM1 : Commencez la collecte de données EDA et enregistrez 2 min d’EDA de base en expliquant au participant qu’il devra s’asseoir tranquillement pendant 2 min. Appuyez sur F1 sur le clavier pour marquer le début de la période de référence et F3 pour marquer la fin de la période de référence.REMARQUE I : L’utilisation des touches F1, F2 et F3 pour les marquages est essentielle pour permettre des analyses de données ultérieures. F5 peut être utilisé pour marquer les interférences générées par les participants tout au long de la collecte de données EDA(par exemple, toux, mouvements, etc.). Une fois l’EDA de base terminée, n’arrêtez pas la collecte de données EDA, mais continuez à s’exécuter jusqu’à ce que les trois lecteurs soient terminés. Rallumez l’appareil tDCS et rebranchez les électrodes. L’appareil reflète désormais le mode d’étude et le réglage B. Utilisez le bouton en bas à droite pour cliquer sur OK pour confirmer que le paramètre B est programmé pour appliquer une intensité de 2 mA pendant un total de 25 minutes, avec une montée et une descente de 30 s chacune.REMARQUE: Pendant la session de RV, les participants peuvent exprimer un certain inconfort à partir du bandeau ou une sensation de démangeaison et de picotement. Cependant, les participants doivent être invités à signaler toute douleur ou une sensation de plus en plus chauffante ou brûlante, car cela justifie l’arrêt immédiat du dispositif tDCS pour éviter les brûlures cutanées locales. Entrez le code de randomisation spécifique au participant récupéré à partir du logiciel de randomisation et cliquez sur OK, puis démarrez la stimulation en appuyant sur le bouton supérieur gauche pour cliquer sur Y.REMARQUE: Les participants doivent être informés que certaines personnes souffrent de cyber-maladie de la RV et que ce sentiment est similaire au mal de voiture. Si la cyber-maladie se produit, elle devrait reculer rapidement. Avant le départ du participant, demandez-lui s’il est capable de conduire un véhicule. Si ce n’est pas le cas, des soins de soutien peuvent être fournis et, en général, un temps d’attente supplémentaire est suffisant. Pour démarrer le lecteur, cliquez sur le bouton Désactivé sous contrôle du pilote.REMARQUE: Chaque participant fera trois drive-throughs par session, chacun d’une durée d’environ 8 min, soit un total de 24 min. Les 25 minutes de stimulation active ou simulée programmées dans l’appareil tDCS permettent d’utiliser une minute supplémentaire pour vérifier avec le participant entre les traversées. Pour la première session (VR1, jour 1), le contrôleur VR doit guider le participant à travers la survenue d’événements VR en utilisant une invite verbale lors du premier drive-through comme suit: « À l’avance, il y aura une embuscade sur la route. Dans 3… 2… 1… go » (VR Controller sélectionne l’embuscade de la route dans le menu VR).REMARQUE: Cela ne sera fait que pour le premier drive-through VR lors de la première session. Pour tous les autres drive-throughs ou sessions VR, le participant doit passer par le drive sans invite verbale. Cependant, le contrôleur VR peut rappeler aux participants qu’ils verront les mêmes scènes que le drive-through précédent, mais aucun avertissement verbal des événements VR à venir ne sera fourni. Contrôleur VR: Assurez-vous que chaque drive-through commence avec au moins 30s de conduite uniquement dans l’environnement VR. Ensuite, administrez chaque événement VR (avec un minimum de 10s de conduite entre chaque événement) en cliquant sur l’événement tel qu’il est étiqueté dans l’environnement logiciel du contrôleur clinicien. Les événements de RV se dérouleront dans l’ordre suivant : coups de feu, hélicoptère Blackhawk volant au-dessus de la tête, embuscade des insurgés et autre embuscade des insurgés, suivis d’EAI, d’une embuscade sur un pont et d’une explosion du véhicule devant le véhicule du participant. Voir l’annexe 1 pour le calendrier de divers événements de RV dans les scénarios de conduite en Afghanistan et en Irak.REMARQUE: Cette séquence d’événements VR est répétée dans le même ordre et les événements VR sont répétés en même temps pendant chacun des trois drive-through VR au cours de chaque session VR. Pendant que le contrôleur VR administre les événements VR, demandez au membre du personnel de surveiller l’acquisition des données de conductance cutanée d’appuyer sur F2 sur le clavier chaque fois qu’un événement VR est administré. Lorsque la voiture revient au début de la conduite, arrêtez-la de conduire en cliquant sur le bouton Accélérateur sous le contrôle du conducteur. Après chaque drive-through, le contrôleur VR doit vérifier avec le participant pour assurer la sécurité et le confort du participant avant de poursuivre le prochain drive-through. Si le participant mentionne des effets secondaires potentiellement plus graves du tDCS, tels qu’une sensation de brûlure ou une sensation de chauffage croissante, veuillez suivre les directives manuelles de l’appareil tDCS pour arrêter le tDCS. Complétez les disques 2 et 3 en utilisant le même ordre d’événements VR que pendant le lecteur 1. Après avoir terminé les trois drive-through VR pour une session, vérifiez et enregistrez l’impédance tDCS en sortant du mode étude en appuyant d’abord sur le bouton en haut à droite et en entrant le code maître de l’appareil en utilisant les boutons en haut et en bas à gauche. Débranchez les électrodes de l’appareil tDCS et éteignez l’appareil. Interrogez le participant pour tout effet secondaire potentiel en administrant un questionnaire sur les effets secondaires du tDCS32. Enfin, nettoyez le casque VR, les écouteurs et le bandeau en caoutchouc après utilisation avec des tampons d’alcool et des lingettes désinfectantes. Prenez une capture d’écran de la trace EDA entièrement collectée au fil du temps pour le traitement du contrôle qualité.REMARQUE: La mise en œuvre de mesures de nettoyage et de prévention supplémentaires pourrait être nécessaire en tant que précautions pour réduire la propagation de la COVID-19. Par exemple, les participants peuvent avoir besoin de porter des masques chirurgicaux. Le port de masques faumaux augmente la probabilité de buée des lentilles VR. Le ruban chirurgical peut être utilisé pour coller les masques sur le nez du participant afin de réduire la buée. De même, la disponibilité de plusieurs bandeaux – pour le tDCS et le casque VR – et d’écouteurs assurera une utilisation espacée entre les participants pour le nettoyage et la désinfection. 6. Analyses Prétraitement GSR À l’aide du logiciel de traitement GSR, ouvrez le fichier GSR stocké par le participant et enregistrez une nouvelle copie du fichier pour le prétraitement afin que le fichier de données brutes d’origine reste conservé. Inspectez visuellement les données à la recherche d’artefacts et de dérives générales, puis supprimez-les ou corrigez-les. Suivez les directives publiées précédemment sur l’enlèvement des artefacts et les corrections pour la dérive générale qui peuvent être trouvées sur https://www.birmingham.ac.uk/Documents/college-les/psych/saal/guide-electrodermal-activity.pdf Niveau de conductance de la peau de base Enregistrez les valeurs moyennes, minimales et maximales (en μS) sur la période de référence de 2 minutes en sélectionnant la période de référence de 2 minutes à l’aide du curseur. Cette information fournit un indice du niveau de conductance tonique de la peau et du niveau de réactivité à l’EDA.REMARQUE: Bien qu’une période de référence de 2 minutes soit utilisée ici, une période plus longue allant jusqu’à quatre ou 5 minutes peut être utilisée. Réponse de conductance cutanée (SCR) liée à l’événement aux stimuli VR Déterminez et créez des époques liées aux événements VR à l’aide des marques d’événement de type stimulus dans les données en sélectionnant la seconde avant chaque événement VR et jusqu’à dix secondes après chaque événement VR. La largeur de l’époque est le temps inclus pour capturer le SCR. Chaque ensemble d’équipement de psychophysiologie aura son propre ensemble d’instructions pour créer des époques. Reportez-vous au manuel de votre appareil de collecte de psychophysiologie pour cette information.REMARQUE I : Bien que les STR aient généralement un début, ou une latence, de 1 à 3 s après la présentation de l’événement, les événements VR ne sont pas toujours présentés immédiatement lorsqu’ils sont lancés. Par exemple, alors qu’une explosion d’EED et des tirs de canon à distance se produisent immédiatement lorsqu’ils sont déclenchés, le début des tirs d’armes à feu dans le cadre d’une embuscade d’insurgé ou le survol d’un Blackhawk est retardé de plusieurs secondes. En tant que tel, la fenêtre de 10 s pour les analyses SCR devrait être suffisamment libérale pour capturer les SCR en réponse à tous les événements VR.REMARQUE II : Vérifiez que les événements, et non les intervalles de temps fixes, sont sélectionnés pour l’analyse. Ici, les événements sont définis par l’utilisateur de type 2 – début VR spécifique à l’événement tel qu’entré par un membre de l’équipe de recherche. Suivez les procédures de traitement des données décrites dans le logiciel de psychophysiologie utilisé afin de marquer le début et la fin de chaque époque d’intérêt et d’extraire les données SCR liées à l’événement. Voir l’annexe 2 pour un exemple d’utilisation d’une approche de cycle de recherche. Exportez les données GSR prétraitées pour des analyses plus approfondies. Autres analysesREMARQUE: Compte tenu des époques relativement grandes liées aux événements VR, à savoir de 1 s avant 10 s suivant les événements VR, le fichier de sortie prétraité contiendra à la fois des STR liés aux événements et des STR non liés aux événements ou non spécifiques. Pour déterminer la RCS liée à l’événement, utilisez le premier écart positif qui dépasse un seuil de 0,02 μS survenant après au moins deux secondes. Une fenêtre de deux secondes est choisie car l’époque contient les 1 s précédant la présentation de l’événement VR, et les STR liés à l’événement n’ont généralement pas une latence inférieure à 1 s. À l’aide d’un logiciel d’analyse statistique, déterminez si la distribution des données SCR est normale. Si ce n’est pas le cas, appliquez une transformation de racine carrée ou de journal pour corriger l’inclinaison/kurtose en suivant les étapes appropriées pour le package d’analyse statistique utilisé. Utilisez des modèles mixtes linéaires pour tester l’effet du tDCS actif ou du simulacre sur les SCR pendant la RV, où le groupe (tDCS actif ou simulacre) est une variable entre les sujets, contrôlant statistiquement le niveau de conductance cutanée de base (SCL) et d’autres facteurs démographiques ou cliniques(par exemple, la gravité du SSPT). Afin de tester l’effet du tDCS sur l’accoutumabilité entre les sessions, utilisez la session VR (1 à 6) comme variable à l’intérieur des sujets. Pour évaluer l’effet du tDCS sur l’accoutumabilité au sein de la session, utilisez des drive-through individuels (1 à 3) dans chaque session VR en tant que variable à l’intérieur du sujet.

Representative Results

Les résultats représentatifs présentés ici reflètent les recherches de données psychophysiologiques individuelles de quatre participants qui ont suivi le protocole décrit ci-dessus. Les participants inscrits sont des vétérans ayant reçu un diagnostic de SSPT et, conformément aux critères d’inclusion des essais, âgés de 18 à 70 ans. Étant donné qu’il s’agit d’un essai contrôlé fictif randomisé en double aveugle en cours (NCT03372460), il n’est pas possible de présenter des données relatives à l’efficacité du tDCS actif par rapport au faux. Par conséquent, des traçages individuels de données de conductance cutanée brutes, non traitées, recueillies dans le cadre de cet essai clinique en cours sont présentés. Cela fournira un aperçu préliminaire de ce à quoi on pourrait s’attendre, y compris les obstacles lors de la collecte de données psychophysiologiques et d’enregistrements de conductance cutanée en particulier. Des données sur douze anciens combattants atteints de SSPT lié à une zone de guerre utilisant le protocole ci-dessus dans le cadre d’une étude pilote distincte ont déjà été publiées23. Sur la base de l’inspection visuelle des traces de conductance cutanée, le participant A(Figure 1)semble montrer des signes d’accoutumance entre les sessions de la première session VR au milieu du protocole, au cours de la troisième session VR, jusqu’à la dernière, sixième session VR. Figure 1 : Exemple de traçage des données de conductance cutanée brutes du participant A. La figure 1 montre des captures d’écran des données brutes de conductance cutanée obtenues lors de la session VR 1 (en haut), de la session VR 3 (au milieu) et de la session VR 6 (en bas). Les réductions de la réactivité de la conductance cutanée indiquent une accoutumance entre les séances. Les sessions VR 2, 4 et 5 ne sont pas illustrées pour permettre une meilleure comparaison visuelle des tracés de conductance cutanée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. L’inspection visuelle du traçage de la conductance cutanée brute du participant B (Figure 2) semble indiquer une accoutumance en cours de session lors de la comparaison du premier drive-through (carré rouge) au troisième drive-through (carré vert). Des études antérieures suggèrent que, bien que l’accoutumation en cours de séance soit importante, l’accoutumation entre les séances peut être un meilleur prédicteur du succès du traitement basé sur l’exposition prolongée pour le SSPT33,34. Figure 2 : Exemple de traçage des données de conductance cutanée brutes du participant B. La figure 2 montre des captures d’écran des données brutes de conductance de la peau obtenues lors du premier lecteur (carré rouge) et du troisième lecteur (carré vert) d’une session VR. Les données représentées dans cette figure peuvent indiquer l’accoutumabilité au sein de la session du premier drive-through au troisième drive-through. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. L’inspection visuelle des données brutes de conductance cutanée du participant C (Figure 3) semble montrer un profil d’accoutumance moins marqué par rapport au participant A (Figure 1), ce participant démontre néanmoins une accoutumance à la fois entre et pendant la session. De plus, et comme pour le participant A, le niveau de conductance de la peau est numériquement plus élevé lors de la première session de RV par rapport aux cinq sessions restantes. Figure 3 : Exemple de traçage des données de conductance cutanée brutes du participant C. La figure 3 montre des captures d’écran de données brutes de conductance de la peau du participant C pour les sessions VR 1 à 6 classées de haut en bas. Le participant C semble démontrer à la fois une accoutumabilité entre les sessions et à l’intérieur de la session. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. Les données brutes de conductance cutanée du participant D(figure 4)démontrent un niveau de conductance cutanée qui peut être considéré comme trop faible pour des analyses appropriées avec une absence de réponses de conductance cutanée détectables visuellement. En tant que telles, ces données représentent un échec de collecte de données. Bien que les données brutes révèlent également la présence d’artefacts et la perte de signal d’électrode, les niveaux de conductance cutanée constamment bas et l’absence de réponses de conductance cutanée visuellement détectables au cours des six sessions de RV sont évidents pour cette personne. Figure 4 : Exemple de traçage des données brutes de conductance cutanée du participant D. La figure 4 montre des captures d’écran de données de conductance cutanée brutes du participant D pendant les sessions VR 1 à 6, classées de haut en bas, démontrant des niveaux et des réponses de conductance cutanée inmesurables, ainsi que des artefacts (ovales bleus) et une perte de signal d’électrode EDA (carré vert). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Discussion

Le protocole détaillé ci-dessus décrit l’application simultanée de tDCS et vr, par opposition à l’application série de l’une ou l’autre technique. En ce qui concerne les méthodes existantes, l’application simultanée de tDCS avec VR est importante. Alors que la RV fournit un environnement contextuellement riche et immersif pour le traitement lié à la peur, la stimulation du sous-récepteur fournie par tDCS permet les modulations de l’activation neuronale intrinsèque associée à ce traitement lié à la peur. Il existe plusieurs étapes critiques dans ce protocole qui peuvent être divisées en celles qui se rapportent à la mise en œuvre de tDCS + VR et celles liées à la capture de données psychophysiologiques pour les analyses. En ce qui concerne tDCS+VR, il est d’une importance cruciale d’assurer la randomisation correcte et l’application simultanée de tDCS tout au long de la session VR. Un autre membre du personnel en aveugle peut effectuer une confirmation supplémentaire de la randomisation.

En ce qui concerne la garantie simultanée tDCS + VR, deux aspects sont importants; 1) l’impédance atteinte lors de la configuration tDCS et 2) le démarrage du dispositif tDCS à proximité du démarrage de la VR. Cette dernière question est relativement simple et devrait garantir que le tDCS est appliqué en continu tout au long de la présentation VR tout en restant bien dans les limites de sécurité du tDCS lorsqu’une intensité de 2 mA est appliquée sur une durée de 25 minutes20. En ce qui concerne l’impédance, une faible impédance est souhaitable. Savoir si une impédance adéquate ou une qualité de contact adéquate est obtenue dépend du dispositif tDCS utilisé. Certains appareils afficheront l’impédance en Ohms, où plus bas est mieux, tandis que d’autres appareils utilisent une échelle d’affichage de 10 ou 20 points représentant la qualité du contact, où plus haut est mieux. Quel que soit le dispositif spécifique, l’utilisation d’une solution saline normale, à 0,9% de NaCl, par opposition à l’eau du robinet ordinaire pour humidifier les éponges d’électrode améliore l’impédance35. L’utilisation régulière d’eau du robinet doit en outre être évitée car elle est associée à l’apparition de petites lésions cutanées35,36, l’un des effets secondaires possibles les plus graves du tDCS. Des lésions cutanées peuvent également survenir si la peau sous les électrodes est vigoureusement abrasée avant tDCS37 ou si un gel conducteur est utilisé, qui peut dessécher35,38, et doit donc également être évité. Enfin, une impédance élevée avant le démarrage du tDCS peut entraîner l’atteinte ou le dépassement des paramètres de sécurité prescrits de l’appareil, ce qui déclenchera l’arrêt de l’appareil au milieu de l’administration DE LA RV. Bien qu’il soit important d’humidifier suffisamment les éponges d’électrodes pour assurer une impédance adéquate, cela doit être équilibré en ne trempant pas excessivement les électrodes, car cela pourrait entraîner une fuite ou un égouttement de solution saline lorsque le casque VR est placé. Une fuite de solution saline peut permettre au courant électrique de « se propager » sur une plus grande surface, ce qui entraîne une densité de courant inférieure, maisinconnue, 39, qui dépend de l’intensité tDCS (en mA) et de la taille des électrodes (en cm2). De même, il est important que l’écran monté sur la tête VR ne touche pas physiquement les éponges / électrodes afin d’éviter toute perturbation du flux de courant et le déplacement des électrodes lorsque les participants bougent la tête.

Dans ce protocole, la conductance cutanée est considérée comme une mesure de critère de jugement principal. La conductance cutanée est une mesure psychophysiologique de l’activité du système nerveux sympathique40. Les facteurs typiques associés à l’acquisition de la conductance cutanée, tels que les effets de la température et de l’humidité ambiantes, le vieillissement, le tabagisme, la consommation de caféine et l’utilisation de médicaments ayant des effets anticholinergiques41, devront être pris en compte, mais ne peuvent pas toujours être éliminés. Par exemple, il est possible de demander aux participants de s’abstenir d’utiliser des produits contenant de la caféine avant les séances de RV, mais il n’est pas éthique de leur demander d’arrêter les antidépresseurs. De plus, pour des raisons qui ne sont pas toujours claires, une partie des individus présentent des niveaux de conductance cutanée très faibles ou non mesurables et/ou des réponses de conductance cutanée, ce qui est mis en évidence à la figure 4. Il est donc important d’inscrire un échantillon de taille suffisante pour tolérer la perte ou l’absence de données. Spécifique à la mise en œuvre de ce protocole, il convient également de mentionner que les marqueurs d’événements sont actuellement saisis manuellement lors de la saisie des données psychophysiologiques. Bien qu’il s’agisse d’une limitation, il n’est pas rare dans les systèmes hospitaliers qu’un ordinateur non géré par l’hôpital, dans ce cas l’ordinateur qui exécute l’environnement vr, ne puisse pas être connecté au réseau informatique crypté de l’hôpital. Cela signifie qu’il n’est pas possible que l’ordinateur qui exécute l’environnement VR envoie des signaux(par exemple via une impulsion TTL) à l’ordinateur de capture de données psychophysiologiques qui se trouve sur le réseau de l’hôpital. Bien que moins élégant, une solution consiste à faire en partie deux membres de l’équipe de recherche lors de chaque séance de RV; un qui contrôle l’administration de la RV et un qui entre manuellement les marqueurs d’événement dans le traçage psychophysiologique, comme on peut le voir en haut de chaque figure (voir Figure 1, Figure 2, Figure 3 et Figure 4). Cependant, cela ne résout pas la présence d’une légère différence de temps, inférieure à une demi-seconde, entre le moment où les événements VR sont initiés par le contrôleur VR et l’entrée du marqueur d’événement par la deuxième personne. Des études futures pourraient vouloir atténuer ce problème afin que les marqueurs d’événements puissent être automatiquement enregistrés. Pourtant, la présence d’un deuxième membre de l’équipe de recherche – différent de la personne qui exploite l’environnement VR – qui peut observer le participant tout au long des sessions est fortement recommandée. Il faut s’attendre à ce que certains participants aient de fortes réactions émotionnelles au cours de l’étude ou subissent des effets secondaires liés à la cyber-maladie. La capacité de l’équipe de recherche à réagir rapidement à ces situations assure les meilleurs soins possibles.

En résumé, ce protocole utilise des tDCS simultanés pendant la RV pour augmenter l’habitation aux scénarios liés aux traumatismes. Le principal avantage de cette approche est l’utilisation d’un contexte immersif lié au traumatisme et l’application d’une technique de stimulation cérébrale non invasive au cours d’un processus cognitif cliniquement pertinent, par opposition à l’un ou l’autre consécutivement. Bien que le protocole décrit ici utilise une application au bureau dans un échantillon vétéran atteint de SSPT, cette approche de stimulation cérébrale non invasive simultanée et de réalité virtuelle peut se traduire par d’autres troubles anxieux et basés sur la peur ainsi que par des applications à domicile d’approches basées sur l’exposition.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nous tenons à remercier Sydney Brigido, Hannah Hallett, Emily Aiken, Victoria Larson, Margy Bowker, Christiana Faucher et Alexis Harle pour leur dévouement à ce projet. Ce travail a été soutenu par un prix de mérite (I01 RX002450) des États-Unis (États-Unis) Département des anciens combattants, Service de recherche et de développement en réadaptation et Centre de neurorestabilité et de neurotechnologie (N2864-C) au Providence VA (VA Rehabilitation Research and Development Service). Les opinions exprimées dans cet article sont celles des auteurs et ne représentent pas celles du département des Anciens Combattants des États-Unis ou du gouvernement des États-Unis. Nous remercions tous les participants.

Materials

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).
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van ‘t Wout-Frank, M., Philip, N. S. Simultaneous Application of Transcranial Direct Current Stimulation during Virtual Reality Exposure. J. Vis. Exp. (167), e61795, doi:10.3791/61795 (2021).
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