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Neuroscience

Aplicação simultânea de estimulação de corrente direta transcraniana durante exposição à realidade virtual

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

Este manuscrito descreve um novo protocolo para permitir a aplicação simultânea de estimulação de corrente direta transcraniana durante a exposição a pistas relacionadas ao trauma de zona de guerra usando realidade virtual para veteranos com transtorno de estresse pós-traumático.

Abstract

A estimulação transcraniana da corrente direta (TDCS) é uma forma de estimulação cerebral não invasiva que altera a probabilidade de disparo neuronal através da modulação de membranas de repouso neural. Em comparação com outras técnicas, o TDCS é relativamente seguro, econômico e pode ser administrado enquanto os indivíduos estão envolvidos em processos cognitivos controlados e específicos. Este último ponto é importante, pois o TDCS pode afetar predominantemente regiões neurais intrinsecamente ativas. Em um esforço para testar o TDCS como um tratamento potencial para doenças psiquiátricas, o protocolo descrito aqui descreve um novo procedimento que permite a aplicação simultânea de tDCS durante a exposição a pistas relacionadas ao trauma usando realidade virtual (tDCS+VR) para veteranos com transtorno de estresse pós-traumático (NCT03372460). Neste protocolo duplo-cego, os participantes são designados para receber 2 mA tDCS, ou estimulação falsa, por 25 minutos enquanto assistem passivamente três unidades de realidade virtual padronizadas de 8 minutos pelo Iraque ou Afeganistão, com eventos de realidade virtual aumentando em intensidade durante cada unidade. Os participantes passam por seis sessões de tDCS+VR ao longo de 2-3 semanas, e a psicofisiologia (reatividade da condutância da pele) é medida ao longo de cada sessão. Isso permite testar mudanças dentro e entre as sessões em eventos hiperarousal para realidade virtual e efeitos adjuntos do TDCS. A estimulação é fornecida através de um dispositivo tDCS recarregável embutido com bateria usando uma configuração de eletrodo unilateral 1 (ânodo) x 1 (cátodo). Cada eletrodo é colocado em uma esponja reutilizável de 3 x 3 cm (densidade atual 2,22 A/m2) saturada com soro fisiológico normal de 0,9%. Esponjas com eletrodos são anexadas ao crânio do participante usando uma faixa de borracha com os eletrodos colocados de tal forma que eles visam regiões dentro do córtex pré-frontal ventromedial. O fone de ouvido de realidade virtual é colocado sobre a montagem tDCS de forma a evitar interferência de eletrodos.

Introduction

O transtorno de estresse pós-traumático (TEPT) é uma condição crônica e incapacitante que é especialmente prevalente entre os veteranos. Apesar de sua prevalência e impacto devastador, muitos que recebem psicoterapia baseada em evidências para TEPT têm sintomas residuais significativos1. A aplicação sinérgica da estimulação cerebral não invasiva, juntamente com os princípios de psicoterapia focados em TEPT, apresenta uma oportunidade para melhorar os ganhos terapêuticos e reduzir as cargas relacionadas ao TEPT.

Um componente central do TEPT é a incapacidade de inibir uma resposta de medo mal adaptável2,3. A atividade patologicamente elevada no córtex cingulado anterior amígdala e dorsal, regiões que facilitam a resposta ao medo, tem sido consistentemente relatada em TEPT. Isso ocorre ao lado da atividade reduzida no córtex pré-frontal ventromedial (VMPFC), uma região pensada para diminuir a resposta ao medo3,4,5,6,7. Assim, o aumento da atividade endógena do VMPFC durante o processamento de estímulos indutores de medo pode ser um método promissor para melhorar a inibição do medo e a eficácia dos tratamentos baseados em exposição.

Psicoterapias baseadas em exposição, um tratamento de primeira linha para TEPT, visam facilitar a aprendizagem corretiva, ensinando aos pacientes que a experiência perigosa (ou seja, a causa de seu TEPT) não está mais presente ou ameaçadora em seu ambiente atual8,9. O engajamento emocional na terapia com TEPT é um componente crucial do sucesso10, mas é dificultado por pacientes que querem evitar experimentar emoções angustiantes e a presença de transtornos psiquiátricos comorbados. Uma abordagem atraente para maximizar e acompanhar o engajamento emocional durante as sessões é o uso de ambientes imersivos e contextualmente relevantes de realidade virtual (VR)11,12. A implementação de VR é suportada por dados prévios indicando que a VR poderia gerar taxas de eficácia comparáveis às observadas com intervenções cognitivo-comportamentais padrão11,13,14. A VR tem o benefício adicional de fornecer um ambiente padronizado para o desenvolvimento de tratamento para testes de hipóteses específicas.

Além disso, o ambiente VR permite a integração de métodos de estimulação cerebral não invasiva adjuntiva, como a estimulação transcraniana de corrente direta (TDCS). tDCS altera a excitabilidade cortical através da modulação sublocação dos potenciais da membrana de repouso neuronal usando uma corrente elétrica constante fraca (tipicamente 1 – 2 mA)15. A estimulação é normalmente fornecida durante um período de 20 a 30 minutos. Os efeitos do TDCS dependem da polaridade atual. Embora uma simplificação excessiva, em teoria, o fluxo de corrente positiva (ou seja, estimulação anodal) aumenta a probabilidade de despolarização neuronal, enquanto o fluxo de corrente negativa (ou seja, estimulação cathodal) diminui a probabilidade de potencial de ação neuronal16,17. Como tal, o TDCS prepara o cérebro para respostas subsequentes a estímulos externos para facilitar o aprendizado e a memória18.

o tDCS tem um perfil de segurança favorável como uma técnica de baixo risco que é bem tolerada e associada a efeitos colaterais mínimos19,20. o tDCS também é barato; Os dispositivos tDCS custam cerca de US$ 9.000 em comparação com > US$ 70 mil para métodos de estimulação cerebral não invasivos clinicamente disponíveis, como estimulação magnética transcraniana. Os dispositivos tDCS também são portáteis, pois são alimentados por bateria, em vez de precisarem de um circuito elétrico dedicado. Esta portabilidade permite o uso em qualquer local de escritório ou quarto, inclusive em casa. Esses fatores permitem que o TDCS seja usado em combinação com intervenções terapêuticas, incluindo VR e modelos existentes de tratamento de TEPT. O uso flexível pode ser particularmente importante na nova paisagem que oferece cuidados psiquiátricos e estimulação cerebral não invasiva no mundo pós-COVID19.

O protocolo detalhado abaixo foi projetado para integrar o TDCS durante a administração vr (tDCS+VR) em indivíduos com TEPT relacionado à zona de guerra, a fim de aumentar a habitação ansiosa. As sessões de VR permitem que a exposição a eventos relacionados ao trauma seja padronizada entre os participantes para garantir um conteúdo consistente para essa habituação. Os participantes passam por seis sessões de tDCS+VR ao longo de duas a três semanas, com cada sessão composta por três drive-throughs VR idênticos. Seis sessões foram selecionadas para aproximar a duração do VR em Rothbaum et al.14 e Difede & Hoffman21. Este número de sessões mostrou eficácia em estudos típicos de tratamento não-VR (por exemplo, Bryant et al.22) e foi ainda informado por dados de viabilidade do estudo piloto anterior23. Ao longo de cada sessão, a psicofisiologia (ou seja, condução da pele) é medida. Isso permite testar mudanças dentro e entre as sessões em eventos hiperarousal para realidade virtual e efeitos adjuntos do TDCS. a intensidade do tDCS é definida em 2 mA e é fornecida através de um estimulador recarregável embutido que fornece uma corrente constante e direta usando uma configuração de eletrodo unilateral 1 (ânodo) x 1 (cátodo). Cada eletrodo é colocado em uma esponja reutilizável de 3 x 3 cm (densidade atual 2,22 A/m2) saturada com soro fisiológico normal de 0,9%. Esponjas com eletrodos são anexadas ao crânio do participante usando uma bandana de borracha com o ânodo colocado sobre as regiões Fp1 e AF3 e o cátodo sobre PO8 do sistema de coordenação de eletrodos de 10 a 20 EEG, a fim de atingir o córtex pré-frontal ventromedial, evitando a estimulação catodal sobre o córtex pré-frontal. Montagens de eletrodos semelhantes, destinadas a atingir o VMPFC, têm sido usadas para modular a extinção de respostas de medo condicionadas pelo nosso laboratório24,25, bem como outras26. O fone de ouvido de realidade virtual é colocado sobre a montagem tDCS de forma a evitar interferências com eletrodos tDCS. o tDCS deve começar durante o início do VR23 e continuar por toda parte. Os participantes retornam para 1 e 3 meses de consultas de avaliação pós-tratamento para avaliar os efeitos a longo prazo do TDCS+VR sobre mudanças nos sintomas de TEPT, depressão, ansiedade e raiva, bem como melhorias no sono e na qualidade de vida. As hipóteses a serem testadas são 1A) a previsão de que o tDCS+VR ativo, em comparação com sham+VR, resulta em maior mudança nos sintomas de TEPT e qualidade de vida/função social no final do tratamento, e 1B) mudança sustentada em 1- e 3 meses após o tratamento, e 2) essa mudança nas respostas psicofisiológicas, reflexo da habituação, relaciona-se com mudanças nos sintomas de TEPT e qualidade de vida/funcionamento de forma diferente após tDCS+VR ativo versus sham+VR. Este ensaio clínico está registrado em ClinicalTrials.gov Identificador: NCT03372460.

Protocol

Os participantes elegíveis assinam o consentimento por escrito e informado antes do início de qualquer procedimento de pesquisa. A pesquisa é realizada em conformidade com as diretrizes institucionais, nacionais e internacionais de pesquisa humana. Todos os métodos descritos foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional do Providence VA Medical Center. NOTA: O protocolo tDCS+VR requer dois membros dedicados da equipe de pesquisa. Um membro da equipe é o Vr Controller, que opera o VR e administra os estímulos vr nos vários pontos de tempo descritos abaixo. O segundo membro da equipe do estudo opera o computador no qual a psicofisiologia é coletada. 1. Triagem, Entrevistas diagnósticas e Ressonância Magnética Recrutar participantes composto por veteranos do sexo masculino e feminino, com foco específico na Operação Liberdade Duradoura (Afeganistão), Operação Liberdade Iraquiana e Operação Nova Aurora (Iraque) com base na seguinte elegibilidade. Critérios de inclusão: (1) diagnóstico de TEPT crônico com trauma relacionado à experiência da zona de guerra, (2) idade entre 18-70 anos e (3) se em tratamento, sintomático apesar dos regimes de tratamento estáveis em curso por pelo menos 6 semanas antes dos procedimentos de estudo. Medicamentos contínuos e psicoterapia podem continuar inalterados durante o estudo. Os critérios de exclusão são os seguintes: atender aos critérios de segurança estabelecidos para ressonância magnética (RM), pois os procedimentos de ressonância magnética são um componente deste estudo, e incluem marca-passo cardíaco, dispositivo implantado (estimulação cerebral profunda) ou metal no cérebro, medula espinhal cervical ou medula espinhal torácica superior, gravidez ou planejamento para engravidar durante o estudo. Exclusões adicionais específicas do TDCS são lesões cutâneas no local da estimulação que podem alterar a impedância (por exemplo, mols vasculares ou angiomas). Outros critérios de exclusão são o histórico vitalício de lesão cerebral traumática moderada ou grave (TCE); condições médicas instáveis atuais; atual (ou passado, se apropriado) transtorno neurológico significativo, ou histórico de vida de a) transtorno convulsivo b) tumores CNS primários ou secundários c) derrame ou d) aneurisma cerebral, qualquer transtorno psicótico primário, transtorno bipolar I, transtorno ativo de uso de substâncias moderadas/graves (no último mês, excluindo nicotina/cafeína), intenção ativa suicida ou plano de tentativa de suicídio dentro de 6 meses, conforme detectado em instrumentos de triagem ou no julgamento da equipe investigativa.NOTA: Os participantes deste estudo foram recrutados do Providence VA. Obter consentimento por escrito informado antes do início de qualquer procedimento de estudo. Administrar entrevistas diagnósticas e questionários para verificar o diagnóstico e avaliar a gravidade do TEPT utilizando a Entrevista Clínica Estruturada para DSM 5 (SCID-5)27,a Escala de TEPT administrada pelo médico (CAPS-5)28e a Lista de Verificação de TEPT para DSM5 (PCL-5)29.NOTA: A administração do SCID-5 permite ainda a detecção de quaisquer diagnósticos comorbídeos que possam impedir critérios de exclusão do estudo descritos acima. Avaliações adicionais, como o Inventário Rápido de Auto-Relato de Sintomatologia Depressiva (QIDS-SR)30,dependem das equipes de pesquisa individuais, dependendo das hipóteses. Os participantes da tela para a segurança passaram por TDCS e MRI com base nos critérios de exclusão listados acima.NOTA: Os formulários de segurança da ressonância magnética pré-triagem podem ser obtidos a partir de www.MRIsafety.com Agende os participantes para completar seis sessões de VR ao longo de duas a três semanas, de modo que os participantes completem uma sessão vr aproximadamente a cada dois dias da semana. 2. Randomização Antes da implementação inicial do estudo do tDCS+VR, recupere os códigos ativos de TDCS e sham do manual do dispositivo tDCS e insira-os em um programa de randomização para garantir a cegueira da administração tDCS+VR ou sham+VR. Utilizando o programa de randomização, crie urnas de randomização atribuindo aos participantes que recebam tDCS ativos ou sham durante a realidade virtual com base no sexo (masculino; feminino) e gravidade dos sintomas PCL-5 (baixo; alto).NOTA: O programa de randomização deve gerar um código de dispositivo tDCS que pode ser posteriormente inserido no dispositivo tDCS para garantir que o administrador do TDCS permaneça cego para se a estimulação ativa ou falsa for aplicada. Como tal, este é um protocolo duplo-cego onde tanto os participantes quanto os administradores do TDCS estão cegos para o status de estimulação. 3. configuração do dispositivo tDCS Programe o dispositivo tDCS com os seguintes parâmetros e configurações, listados em 3.1.1 e 3.1.2, pressionando ambas as teclas do lado esquerdo do dispositivo tDCS para salvar cada configuração. Ajuste A: rampa de 30 s até intensidade de 1 mA, estimulação de 1 mA para 30 s e rampa para fora acima de 30 s. Ajuste B: rampa de 30 s até intensidade de 2 mA, estimulação de 2 mA por uma duração de 25 min, e uma rampa de 30 s até o off. Defina o dispositivo tDCS para o modode estudo ou outro recurso de blindagem dupla, seguindo as instruções do dispositivo tDCS.NOTA: A configuração A é usada para obter informações sobre impedância antes da estimulação e avaliação da tolerância ao TDCS antes de iniciar a VR. Além disso, a aplicação de uma breve corrente elétrica já foi usada anteriormente para fornecer algum grau de sensação somática para auxiliar no estudo ofuscante24,25,31. A configuração B permite inserir no código de estudo específico para randomização (ativa ou falsa) para cada participante. As configurações C e D não são usadas neste protocolo. 4. Configuração psicofisiologia Use software rígido e capaz de gravar e analisar atividade eletrodérmica (EDA)/resposta de pele galvânica (GSR) em um computador de gravação psicofisiológico dedicado que seja diferente do computador que executa o software VR. Criar um modelo de aquisição de dados de acordo com procedimentos específicos de software com as seguintes configurações de coleta de dados: 5 μV; 10 HZ; DC. Frequência cardíaca: ganho de 1000, Norm, DZ, 0,05 Hz.NOTA: A criação de um modelo de aquisição de dados garante a consistência das configurações de aquisição de dados entre sessões e participantes. 5. TDCS Study Visit: Configuração e Administração NOTA: Para as etapas abaixo, a adição de TM1 e TM2 refere-se à pesquisa “membro da equipe 1” e “membro da equipe 2” para que as várias etapas possam ser concluídas simultaneamente. Quando o participante chegar, suavemente limpo, sem esfregar vigorosamente, a pele do participante nas áreas aproximadas onde as esponjas/eletrodos serão colocadas com um cotonete de álcool e deixar secar. Meça e regisse a circunferência da cabeça do participante. Calcule 5% e 10% da circunferência a ser usada posteriormente para colocação de eletrodos. Coloque a alça da cabeça no participante, cobrindo áreas onde esponjas e eletrodos serão colocados, de tal forma que ainda é possível encaixar um dedo sob a alça da cabeça. Certifique-se de que o conector do elástico está na lateral da cabeça para que ele esteja fora do caminho dos eletrodos e não interfira com o display montado na cabeça vr. Encha cada esponja de eletrodo com 4 mL de soro fisiológico usando uma seringa. Insira os eletrodos em bolsos de esponja. Enquanto posicionado atrás do participante, estabeleça o local para o eletrodo catodal utilizando os 10% de circunferência da cabeça previamente calculados e meça essa distância da inilusão da cabeça para a direita. Coloque o eletrodo catódal e verifique as medidas para que o cátodo esteja aproximadamente atrás da orelha direita no processo mastoide. Em seguida, reposicione-se para enfrentar o participante e estabelecer o local para o eletrodo anodal medindo os 10% de circunferência da cabeça previamente calculados da região para cima, e, em seguida, medindo os 5% de circunferência da cabeça previamente calculados à direita. Coloque o eletrodo anodal e verifique as medidas para que o ânodo toque 10 – 20 locais de eletrodos EEG AF3/Fp1. Ligue o dispositivo tDCS e ligue os eletrodos. Para carregar a configuração A, saia do modo de estudo pressionando o botão superior direito e, em seguida, digite o código mestre do dispositivo usando os botões superior e inferior esquerdo. Depois de digitar o código mestre, clique em OK usando o botão inferior esquerdo. Em seguida, certifique-se de que a seta está apontando para o gatilho. Use o botão superior direito para mover-se através das configurações até que ele leia, carregue… configuração. Role a seta até a parte inferior da tela usando as setas esquerdas e use a seta superior direita para mover-se através de todas as configurações e voltar para a configuração A. Por fim, clique na seta superior esquerda para carregar a configuração A. Verifique a impedância pressionando simultaneamente o botão superior direito e inferior esquerdo para confirmar que há contato adequado entre os eletrodos tDCS e o crânio do participante. Regisso recorde a impedância inicial. Certifique-se sempre de que os eletrodos não estão conectados ao dispositivo antes de ligá-los. Da mesma forma, certifique-se de sempre desligar eletrodos antes de desligar o dispositivo.NOTA II: O dispositivo tDCS será desligado automaticamente se a impedância estiver acima de 55Ω. Como diretriz, não inicie o dispositivo tDCS se a impendência for superior a 35Ω, a fim de limitar a chance de um desligamento automático. Se a impedância for muito alta, adicione um pouco de soro fisiológico às esponjas, mova o cabelo do participante para fora do caminho, ou aperte a faixa de borracha se parecer muito solta. Evite pingar soro fisiológico no participante – se isso ocorrer, as esponjas estão muito saturadas. Inicie a estimulação em Configuração A. Regisse a impedância prévia, durante e depois da estimulação na Configuração A. Após a conclusão da estimulação na Configuração A, remova os eletrodos do dispositivo tDCS e desligue o dispositivo. TM1: Coloque duas manchas de eletrodo EDA autoadesivos e descartáveis na parte tármida da mão não dominante do participante. TM1: Abra o software de aquisição de dados EDA/GSR para permitir a captura de novos dados. Abra o modelo de aquisição de dados gerado anteriormente e clique em Criar/Gravar um novo experimento. Calibrar o sinal EDA seguindo instruções específicas de software, primeiro anexando um eletrodo a um patch de eletrodo, calibrar e, em seguida, conectar o segundo eletrodo ao segundo patch de eletrodo. TM1: Para garantir o sinal GSR adequado, peça ao participante para respirar fundo e segurá-lo por 10 s antes de respirar.NOTA: Um aumento da RSE deve ser perceptível. Se nenhuma alteração no GSR for detectada, a equipe de pesquisa pode bater palmas sem aviso para obter uma resposta GSR. Um valor de condutância da pele de base inferior a 2 μS pode ser problemático porque pode indicar uma condutância de pele muito baixa para medir a RSE durante toda a sessão VR. TM2: Ligue o sistema de realidade virtual e abra o programa de Aplicação do Paciente. Verifique se a resolução da tela está definida para 1280 x 720 e clique em reproduzir. Em seguida, abra o programa Controlador Clínico e selecione a condução rural do Iraque ou o cenário de condução rural do Afeganistão com base no cenário mais relevante para a implantação do participante. Sob a janela avatar do paciente, selecione a posição do Driver. Ajuste o volume de som em 65% do máximo. TM2: Com a ajuda do participante, coloque o display montado na cabeça na cabeça do participante, garantindo que o display não desloque os eletrodos. Procure por conforto. Em seguida, coloque os fones de ouvido na cabeça do participante e verifique se há conforto. TM1: Inicie a coleta de dados do EDA e grave 2 minutos de EDA de linha de base explicando ao participante que eles precisarão sentar-se tranquilamente por 2 minutos. Pressione F1 no teclado para marcar o início do período de linha de base e F3 para marcar o fim do período de linha de base.NOTA I: O uso das teclas F1, F2 e F3 para marcas são essenciais para permitir análises posteriores de dados. O F5 pode ser usado para marcar a interferência gerada pelo participante durante a coleta de dados do EDA (por exemplo, tosse, movimento, etc.). Após a conclusão do EDA base, não pare a coleta de dados EDA, mas continue a funcionar até que todas as três unidades sejam concluídas. Ligue o dispositivo tDCS e ligue os eletrodos de volta. O dispositivo agora reflete o modo de estudo e a configuração B. Use o botão inferior direito para clicar em OK para confirmar que a configuração B está programada para aplicar uma intensidade de 2 mA para um total de 25 minutos, com uma rampa de 30 s para cima e rampa para baixo cada.NOTA: Durante a sessão vr os participantes podem expressar algum desconforto da bandana ou uma sensação de coceira e espinhosa. No entanto, os participantes devem ser instruídos a relatar qualquer dor ou uma sensação de aquecimento ou queimação cada vez mais, pois isso garante o desligamento imediato do dispositivo tDCS para evitar queimaduras de pele locais. Digite o código de randomização específico do participante recuperado do software de randomização e clique em OK, em seguida, inicie a estimulação pressionando o botão superior esquerdo para clicar em Y.NOTA: Os participantes devem ser informados de que algumas pessoas sofrem de doença cibernética por VR e que esse sentimento é semelhante à doença do carro. Se a doença cibernética ocorrer, deve recuar rapidamente. Antes que o participante saia, pergunte se ele é capaz de operar um veículo. Caso não, o cuidado de apoio pode ser prestado, e geralmente o tempo adicional de espera é suficiente. Para iniciar a unidade, clique no botão Desligar sob controle do driver.NOTA: Cada participante fará três drive-throughs por sessão, cada um com duração de cerca de 8 minutos, totalizando 24 min. Os 25 minutos de estimulação ativa ou falsa programados no dispositivo tDCS permitem que um minuto adicional seja usado para verificar com o participante entre os drive throughs. Para a primeira sessão (VR1, dia 1) o Controlador VR deve orientar o participante através da ocorrência de eventos VR usando um prompt verbal durante o primeiro drive-through da seguinte forma: “Lá na frente haverá uma emboscada na estrada. Em 3… 2… 1… ir” (Vr Controller seleciona a ’emboscada de estrada’ no menu VR).NOTA: Isso só será feito para o primeiro drive-through vr na primeira sessão. Para todos os outros drive-throughs vr ou sessões, o participante deve passar pela unidade sem solicitação verbal. No entanto, o Vr Controller pode lembrar aos participantes que eles verão as mesmas cenas do drive-through anterior, mas nenhum aviso verbal dos próximos eventos vr será fornecido. Vr Controller: Certifique-se de que cada drive-through comece com pelo menos 30s de condução apenas no ambiente VR. Em seguida, administre cada evento VR (com um mínimo de 10s de condução entre cada evento) clicando no evento como rotulado no ambiente de software do controlador clínico. Os eventos vr ocorrerão na seguinte ordem: tiros, helicóptero Blackhawk voando sobre a superfície, emboscada insurgente e outra emboscada insurgente, seguida de IEDs, uma emboscada de ponte e uma explosão do veículo em frente ao veículo do participante. Consulte o Apêndice 1 para o tempo de vários eventos vr nos cenários de condução do Afeganistão e Iraque.NOTA: Esta sequência de eventos VR é repetida na mesma ordem e os eventos VR são repetidos ao mesmo tempo durante cada um dos três drive-throughs vr durante cada sessão VR. Enquanto o Vr Controller administra os eventos VR, o membro da equipe monitora a aquisição de dados de condução da pele pressione F2 no teclado toda vez que um evento VR é administrado. Quando o carro voltar ao início da viagem, pare o carro de dirigir clicando no botão do acelerador sob controle do motorista. Após cada drive-through, o Controlador VR deve verificar com o participante para garantir a segurança e o conforto do participante antes de continuar com o próximo drive-through. Se o participante mencionar efeitos colaterais de TDCS potencialmente mais graves, como uma sensação de queimação ou aumento do aquecimento, siga as diretrizes manuais do dispositivo tDCS para parar o TDCS. Unidades completas 2 e 3 usando a mesma ordem de eventos VR durante a unidade 1. Após a conclusão de todos os três drive-throughs vr para uma sessão, verifique e regisse a impedância do TDCS, saindo do modo de estudo pressionando primeiro o botão superior direito e digitando o código mestre do dispositivo usando os botões superior e inferior esquerdo. Desligue os eletrodos do dispositivo tDCS e desligue o dispositivo. Consulte o participante para obter quaisquer possíveis efeitos colaterais administrando um questionário de efeitos colaterais tDCS32. Por fim, limpe o fone de ouvido VR, fones de ouvido e bandana de borracha após o uso com cotonetes de álcool e lenços desinfetantes. Faça uma captura de tela do rastreamento EDA totalmente coletado ao longo do tempo para processamento de controle de qualidade.NOTA: A implementação de medidas adicionais de limpeza e prevenção podem ser necessárias como precaução para reduzir a propagação do COVID-19. Por exemplo, os participantes podem precisar usar máscaras faciais cirúrgicas. O uso de máscaras faciais aumenta a probabilidade de embaçamento das lentes VR. A fita cirúrgica pode ser usada para amarrar as máscaras no nariz do participante para reduzir o embaçamento. Da mesma forma, a disponibilidade de várias faixas na cabeça – tanto para tDCS quanto para o fone de ouvido VR – e fones de ouvido garantirão o uso espaçado entre os participantes para limpeza e desinfecção. 6. Análises Pré-processamento de GSR Usando o software de processamento GSR, abra o arquivo GSR armazenado do participante e salve uma nova cópia do arquivo para pré-processamento para que o arquivo de dados original e bruto permaneça conservado. Inspecione visualmente os dados em busca de artefatos e deriva geral, em seguida, remova ou corrija-os. Siga as diretrizes publicadas anteriormente sobre remoção de artefatos e correções para deriva geral que podem ser encontradas em https://www.birmingham.ac.uk/Documents/college-les/psych/saal/guide-electrodermal-activity.pdf Linha de base do nível de condução da pele Registo os valores médio, mínimo e máximo (em μS) durante o período de 2 min da linha de base, selecionando o período de 2 min da linha de base com o cursor. Essas informações fornecem algum índice do nível de condutância da pele tônica e o nível de responsividade do EDA.NOTA: Embora um período de 2 min de linha de base seja usado aqui, um período de tempo maior de até quatro ou 5 minutos pode ser usado. Resposta de condução da pele relacionada a eventos (SCR) para estímulos vr Determine e crie épocas relacionadas a eventos VR usando as marcas de eventos do tipo de estímulo nos dados, selecionando um segundo antes de cada evento VR e até dez segundos após cada evento VR. A largura da época é a quantidade de tempo incluída para capturar o SCR. Cada conjunto de equipamentos de psicofisiologia terá seu próprio conjunto de instruções para a criação de épocas. Consulte o manual do seu dispositivo de coleta de psicofisiologia para obter essas informações.NOTA I: Embora os SCRs normalmente tenham um início, ou latência, de 1-3 s após a apresentação do evento, os eventos VR nem sempre são apresentados imediatamente quando iniciados. Por exemplo, enquanto uma explosão de IED e tiros distantes ocorrerão imediatamente quando iniciado, o início do disparo de arma de fogo como parte de uma emboscada insurgente ou o viaduto de um Blackhawk é adiado por vários segundos. Como tal, a janela de 10 s para análises de SCR deve ser liberal o suficiente para capturar SCRs em resposta a todos os eventos vr.NOTA II: Verifique se os eventos, não intervalos de tempo fixos, são selecionados para análise. Aqui os eventos são definidos pelo usuário tipo 2- início vr específico do evento, como inserido por um membro da equipe de pesquisa. Siga os procedimentos de processamento de dados conforme descrito no software de psicofisiologia utilizado para marcar o início e o fim de cada época de interesse e extrair dados SCR relacionados a eventos. Consulte o Apêndice 2 para obter um exemplo usando uma abordagem Find Cycle. Exportar dados de GSR pré-processados para análises posteriores. Análises adicionaisNOTA: Dadas as épocas relativamente grandes relacionadas a eventos VR, ou seja, de 1 s antes de 10 s seguintes eventos vr, o arquivo de saída pré-processado conterá SCRs relacionados a eventos e SCRs não relacionados a eventos, ou SCRs não específicos. Para determinar o SCR relacionado ao evento, use o primeiro desvio positivo que supera um limiar de 0,02 μS que ocorre após pelo menos dois segundos. Uma janela de dois segundos é escolhida, pois a época contém o 1 s antes da apresentação do evento VR, e os SCRs relacionados a eventos normalmente não têm uma latência inferior a 1 s. Usando software de análise estatística, determine se a distribuição dos dados do SCR é normal. Se não, aplique uma transformação de raiz quadrada ou log para corrigir para distorção/kurtose seguindo as etapas apropriadas para o pacote de análise estatística utilizado. Use modelos mistos lineares para testar o efeito de tDCS ativo ou sham em SCRs durante vr, onde o grupo (tDCS ativo ou sham) é uma variável entre os sujeitos, controlando estatisticamente para o nível de condutância da pele da linha de base (SCL) e outros fatores demográficos ou clínicos(por exemplo, gravidade do TEPT). Para testar o efeito do TDCS na habituação entre as sessões, use a sessão VR (1 – 6) como variável de subseção. Para avaliar o efeito do TDCS na habituação dentro da sessão, use drive-throughs individuais (1 – 3) dentro de cada sessão VR como uma variável dentro do assunto.

Representative Results

Os resultados representativos aqui apresentados refletem os dados psicofisiológicos individuais de quatro participantes que completaram o protocolo acima delineado. Os participantes inscritos são veteranos com diagnóstico de TEPT e – em consonância com os critérios de inclusão experimental – têm entre 18 e 70 anos. Dado que este é um ensaio atualmente duplo-cego, randomizado controlado por sham (NCT03372460), não é possível apresentar dados relativos à eficácia do tDCS ativo versus sham. Portanto, são apresentados dados individuais de conduta de pele crus, não processados e de conduta da pele coletados como parte deste ensaio clínico em andamento. Isso fornecerá uma visão preliminar do que poderia ser esperado, incluindo obstáculos ao coletar dados psicofisiológicos e registros de condução da pele em particular. Dados sobre doze veteranos com TEPT relacionado à zona de guerra usando o protocolo acima como parte de um estudo piloto separado foram publicados anteriormente23. Com base na inspeção visual dos traços de condutância da pele, o participante A (Figura 1) parece mostrar sinais de habituação entre a sessão da primeira sessão vr ao ponto médio do protocolo, durante a terceira sessão vr, até a última, sexta sessão vr. Figura 1: Exemplo de rastreamento de dados de condução da pele crua do participante A. A Figura 1 mostra capturas de tela de dados de condução da pele crua obtidos durante a sessão VR 1 (superior), sessão VR 3 (meio) e sessão VR 6 (inferior). Reduções na reatividade da condução da pele indicam a habituação entre as sessões. As sessões vr 2, 4 e 5 não são retratadas para permitir uma melhor comparação visual dos rastreamentos de condução da pele. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. A inspeção visual do rastreamento de condução da pele bruta do participante B(Figura 2) parece indicar a habituação dentro da sessão ao comparar o primeiro drive-through (quadrado vermelho) com o terceiro drive-through (quadrado verde). Estudos anteriores sugerem que, embora a habituação dentro da sessão seja importante, a habituação entre as sessões pode ser um melhor preditor do sucesso prolongado do tratamento baseado em exposição para TEPT33,34. Figura 2: Exemplo de rastreamento de dados de condução da pele crua do participante B. A Figura 2 mostra capturas de tela de dados de condução da pele crua obtidos durante a primeira unidade (quadrado vermelho) e terceira unidade (quadrado verde) de uma sessão VR. Os dados representados neste número podem indicar a habituação dentro da sessão desde o primeiro drive-through até o terceiro drive-through. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. A inspeção visual dos dados de condução da pele bruta C do participante(Figura 3)parece mostrar um perfil de habitação menos acentuado em relação ao participante A (Figura 1),este participante, no entanto, demonstra tanto entre a habituação entre e dentro da sessão. Além disso, e semelhante ao participante A, o nível de condução da pele é numericamente maior durante a primeira sessão vr em comparação com as cinco sessões restantes. Figura 3: Exemplo de rastreamento de dados de condução da pele crua do participante C. A Figura 3 mostra capturas de tela de dados de condução da pele cruas do participante C para sessões vr 1 a 6 encomendadas de cima para baixo. O participante C parece demonstrar tanto entre a habituação entre e dentro da sessão. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Dados de condutância da pele crua do participante D (Figura 4) demonstram um nível de condutância da pele que pode ser considerado muito baixo para análises adequadas com ausência de respostas de condutância visualmente detectáveis da pele. Como tal, esses dados representam falha na coleta de dados. Embora os dados brutos também revelem a presença de artefatos e perda de sinal de eletrodo, os níveis de condutância persistentemente baixos da pele e a ausência de respostas de condutância visualmente detectável da pele em todas as seis sessões de VR são aparentes para este indivíduo. Figura 4: Exemplo de rastreamento de dados de condução da pele crua do participante D. A Figura 4 mostra capturas de tela de dados de condutância da pele cruas do participante D durante as sessões vr 1 a 6, encomendadas de cima para baixo, demonstrando níveis e respostas de condutância cutânea inmediável, bem como artefatos (ovais azuis) e perda de sinal de eletrodo EDA (quadrado verde). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

O protocolo detalhado acima descreve a aplicação simultânea de tDCS e VR, em oposição à aplicação serial de qualquer técnica. Com relação aos métodos existentes, a aplicação simultânea de tDCS com VR é importante. Embora o VR forneça um ambiente contextualmente rico e imersivo para o processamento relacionado ao medo, a estimulação sublocação fornecida pelo tDCS permite os modulados da ativação neural intrínseca associada a esse processamento relacionado ao medo. Existem várias etapas críticas neste protocolo que podem ser divididas entre aquelas que se relacionam com a implementação do TDCS+VR e aquelas relacionadas à captura de dados psicofisiológicos para análises. Com relação ao tDCS+VR, é de fundamental importância garantir a randomização correta e a aplicação simultânea de tDCS durante toda a sessão VR. Outro membro cego da equipe pode realizar mais confirmação de randomização.

Quanto à garantia de dois aspectos simultâneos do TDCS+VR; 1) a impedância alcançada durante a configuração do TDCS e 2) iniciar o dispositivo tDCS nas proximidades da inicial vr. Este último problema é relativamente simples e deve garantir que o tDCS seja continuamente aplicado durante toda a apresentação vr, mantendo-se bem dentro dos limites de segurança do TDCS quando uma intensidade de 2 mA é aplicada ao longo de uma duração de 25 minutos20. Com relação à impedância, a baixa impedância é desejável. Saber se a impedância adequada, ou a qualidade de contato, é alcançada depende do dispositivo tDCS que é usado. Alguns dispositivos exibirão impedância em Ohms, onde mais baixo é melhor, enquanto outros dispositivos usam uma escala de exibição de 10 ou 20 pontos representando qualidade de contato, onde maior é melhor. Independentemente do dispositivo específico, o uso de soro fisiológico normal, solução de 0,9% NaCl, em oposição à água da torneira regular para umedecer as esponjas de eletrodo melhora a impedância35. O uso de água da torneira regular deve ser evitado ainda porque está associado à ocorrência de pequenas lesões cutâneas35,36, um dos efeitos colaterais mais graves possíveis do TDCS. Lesões cutâneas também podem ocorrer se a pele sob os eletrodos estiver vigorosamente abradada antes do TDCS37 ou se um gel condutor for usado, que pode secar35,38, e, portanto, também deve ser evitado. Finalmente, uma alta impedância antes do início do TDCS pode resultar em alcançar ou superar os parâmetros de segurança prescritos do dispositivo, o que acionará o dispositivo para desligar a administração média de VR. Embora seja importante umedecer suficientemente as esponjas de eletrodos para garantir impedância adequada, isso deve ser equilibrado por não absorver excessivamente os eletrodos, pois isso pode resultar em vazamento, ou gotejamento, de soro fisiológico quando o fone de ouvido VR é colocado. O vazamento de soro fisiológico pode permitir que a corrente elétrica se ‘espalhe’ sobre uma área maior, resultando em uma densidade de corrente mais baixa, mas desconhecida39,que depende da intensidade do TDCS (em mA) e do tamanho dos eletrodos (no cm2). Da mesma forma, é importante que o display montado na cabeça VR não toque fisicamente nas esponjas/eletrodos, a fim de evitar interrupções do fluxo de corrente e mudança de eletrodos à medida que os participantes movem a cabeça.

Neste protocolo, a conduciência da pele é considerada uma medida de desfecho primário. A condutância cutânea é uma medida psicofisiológica da atividade do sistema nervoso simpático40. Fatores típicos associados à aquisição de condução da pele, como efeitos da temperatura e umidade ambiental, envelhecimento, estado de tabagismo, uso de cafeína e uso de medicamentos com efeitos anticolinergic41,precisarão ser considerados, mas nem sempre podem ser eliminados. Por exemplo, é possível pedir aos participantes que se abstenham de usar produtos contendo cafeína antes das sessões de VR, mas não é ético pedir-lhes que interrompam medicamentos antidepressivos. Além disso, por razões nem sempre claras, uma parcela dos indivíduos demonstra níveis de condutância cutânea muito baixos ou imperdíveis e/ou respostas de condutância cutânea, o que é destacado na Figura 4. Por isso, é importante inscrever um tamanho amostral suficiente para tolerar a perda ou ausência de dados. Específico para a implementação deste protocolo, deve-se mencionar também que os marcadores de eventos são atualmente inseridos manualmente durante a captura de dados psicofisiológicos. Embora isso seja uma limitação, não é incomum nos sistemas hospitalares que um computador gerenciado não hospitalar, neste caso o computador que executa o ambiente VR, não pode ser conectado à rede de tecnologia da informação hospitalar criptografada. Isso significa que não é possível que o computador que executa o ambiente VR envie sinais ( porexemplo, através de um pulso TTL) para o computador de captura de dados psicofisiológicos que está na rede hospitalar. Embora menos elegante, uma solução é ter dois membros da equipe de pesquisa presentes durante cada sessão de VR; aquele que controla a administração vr e aquele que insere manualmente marcadores de eventos para o rastreamento psicofisiológico, como pode ser visto no topo de cada figura (ver Figura 1, Figura 2, Figura 3 e Figura 4). No entanto, isso não aborda a presença de uma pequena diferença de tempo, inferior a meio segundo, a partir de quando os eventos VR são iniciados pelo controlador VR e entrando no marcador de evento pela segunda pessoa. Estudos futuros podem querer mitigar isso para que os marcadores de eventos possam ser automaticamente registrados. No entanto, a presença de um segundo membro da equipe de pesquisa – diferente da pessoa que opera o ambiente vr – que possa observar o participante ao longo das sessões é altamente recomendada. Espera-se que alguns participantes possam ter fortes reações emocionais durante o estudo ou experimentar efeitos colaterais relacionados à doença cibernética. A capacidade da equipe de pesquisa de responder rapidamente a essas situações garante o melhor atendimento possível.

Em resumo, este protocolo usa tDCS simultânea durante vr para aumentar a habitação para cenários relacionados ao trauma. A principal vantagem dessa abordagem é o uso de um contexto imersivo relacionado ao trauma e a aplicação de uma técnica de estimulação cerebral não invasiva durante um processo cognitivo clinicamente relevante, em vez de fazer ou seja consecutivamente. Embora o protocolo descrito aqui use a aplicação no escritório em uma amostra veterana com TEPT, essa abordagem de estimulação cerebral não invasiva simultânea e realidade virtual pode se traduzir em outros transtornos de ansiedade e medo baseados em medo, bem como aplicações domésticas de abordagens baseadas em exposição.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gostaríamos de agradecer a Sydney Brigido, Hannah Hallett, Emily Aiken, Victoria Larson, Margy Bowker, Christiana Faucher e Alexis Harle por seu esforço dedicado neste projeto. Este trabalho foi apoiado por um Prêmio de Mérito (I01 RX002450) dos Estados Unidos (EUA) Departamento de Assuntos de Veteranos, Serviço de Pesquisa e Desenvolvimento de Reabilitação e o Centro de Neurorestoração e Neurotecnologia (N2864-C) no Providence VA (Va Reabilitation Research and Development Service). As opiniões expressas neste artigo são dos autores e não representam as opiniões do Departamento de Assuntos dos Veteranos dos EUA ou do Governo dos Estados Unidos. Agradecemos a todos os participantes.

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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