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Neuroscience

Aplicación simultánea de estimulación transcraneal de corriente continua durante la exposición a la realidad 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 describe un protocolo novedoso para permitir la aplicación simultánea de la estimulación transcraneal de corriente directa durante la exposición a señales relacionadas con el trauma de la zona de guerra utilizando la realidad virtual para veteranos con trastorno de estrés postraumático.

Abstract

La estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) es una forma de estimulación cerebral no invasiva que cambia la probabilidad de disparo neuronal a través de la modulación de las membranas neuronales en reposo. En comparación con otras técnicas, la tDCS es relativamente segura, rentable y se puede administrar mientras las personas participan en procesos cognitivos controlados y específicos. Este último punto es importante ya que la tDCS puede afectar predominantemente a regiones neuronales intrínsecamente activas. En un esfuerzo por probar tDCS como un tratamiento potencial para la enfermedad psiquiátrica, el protocolo descrito aquí describe un procedimiento novedoso que permite la aplicación simultánea de tDCS durante la exposición a señales relacionadas con el trauma utilizando realidad virtual (tDCS + VR) para veteranos con trastorno de estrés postraumático (NCT03372460). En este protocolo doble ciego, los participantes son asignados a recibir 2 mA tDCS, o estimulación simulada, durante 25 minutos mientras observan pasivamente tres unidades de realidad virtual estandarizadas de 8 minutos a través de Irak o Afganistán, con eventos de realidad virtual que aumentan en intensidad durante cada unidad. Los participantes se someten a seis sesiones de tDCS + VR en el transcurso de 2-3 semanas, y la psicofisiología (reactividad de la conductancia de la piel) se mide a lo largo de cada sesión. Esto permite realizar pruebas dentro y entre sesiones de cambios en la hiperexcaeralidad a eventos de realidad virtual y efectos complementarios de tDCS. La estimulación se realiza a través de un dispositivo tDCS recargable incorporado impulsado por batería utilizando una configuración de electrodo unilateral de 1 (ánodo) x 1 (cátodo). Cada electrodo se coloca en una bolsa de esponja reutilizable de 3 x 3 cm (densidad de corriente 2.22 A/m2)saturada con solución salina normal al 0.9%. Las esponjas con electrodos se unen al cráneo del participante utilizando una diadema de goma con los electrodos colocados de tal manera que se dirigen a las regiones dentro de la corteza prefrontal ventromedial. El casco de realidad virtual se coloca sobre el montaje tDCS de tal manera que se evite la interferencia de electrodos.

Introduction

El trastorno de estrés postraumático (TEPT) es una afección crónica e incapacitante que es especialmente frecuente entre los veteranos. A pesar de su prevalencia e impacto devastador, muchos de los que reciben psicoterapia basada en la evidencia para el TEPT tienen síntomas residuales significativos1. La aplicación sinérgica de la estimulación cerebral no invasiva junto con los principios de psicoterapia centrados en el TEPT presenta una oportunidad para mejorar las ganancias terapéuticas y reducir las cargas relacionadas con el TEPT.

Un componente central del TEPT es la incapacidad de inhibir una respuesta de miedo desadaptativa2,3. La actividad patológicamente elevada en la amígdala y la corteza cingulada anterior dorsal, regiones que facilitan la respuesta al miedo, se ha reportado consistentemente en el TEPT. Esto se debe a la reducción de la actividad en la corteza prefrontal ventromedial (VMPFC), una región que se cree que regula a la baja la respuesta al miedo3,4,5,6,7. En consecuencia, el aumento de la actividad endógena de VMPFC durante el procesamiento de estímulos que inducen miedo puede ser un método prometedor para mejorar la inhibición del miedo y la efectividad de los tratamientos basados en la exposición.

Las psicoterapias basadas en la exposición, un tratamiento de primera línea para el TEPT, tienen como objetivo facilitar el aprendizaje correctivo enseñando a los pacientes que la experiencia peligrosa (es decir, la causa de su TEPT) ya no está presente o es amenazante en su entorno actual8,9. El compromiso emocional en la terapia de TEPT es un componente crucial del éxito10, pero se ve obstaculizado por los pacientes que desean evitar experimentar emociones angustiantes y la presencia de trastornos psiquiátricos comórbidos. Un enfoque atractivo para maximizar y rastrear el compromiso emocional durante las sesiones es el uso de entornos de realidad virtual (VR) inmersivos y contextualmente relevantes11,12. La implementación de la RV está respaldada por datos previos que indican que la RV podría generar tasas de eficacia comparables a las observadas con las intervenciones cognitivo-conductuales estándar11,13,14. La realidad virtual tiene el beneficio adicional de proporcionar un entorno estandarizado para el desarrollo de tratamientos para pruebas de hipótesis específicas.

Además, el entorno de realidad virtual permite la integración de métodos de estimulación cerebral no invasivos complementarios, como la estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS). tDCS altera la excitabilidad cortical a través de la modulación subarrensante de los potenciales de la membrana neuronal en reposo utilizando una corriente eléctrica constante débil (típicamente 1 – 2 mA)15. La estimulación generalmente se proporciona durante un período de 20 a 30 minutos. Los efectos de la tDCS dependen de la polaridad actual. Aunque una simplificación excesiva, en teoría, el flujo de corriente positiva (es decir, la estimulación anodal) aumenta la probabilidad de despolarización neuronal, mientras que el flujo de corriente negativa (es decir, la estimulación catodal) disminuye la probabilidad de potenciales de acción neuronal16,17. Como tal, la tDCS prepara al cerebro para respuestas posteriores a estímulos externos para facilitar el aprendizaje y la memoria18.

La tDCS tiene un perfil de seguridad favorable como técnica de bajo riesgo que es bien tolerada y asociada con efectos secundarios mínimos19,20. tDCS también es barato; Los dispositivos tDCS cuestan alrededor de $ 9,000 en comparación con > $ 70K para los métodos de estimulación cerebral no invasiva clínicamente disponibles, como la estimulación magnética transcraneal. Los dispositivos tDCS también son portátiles, ya que funcionan con baterías, en lugar de necesitar un circuito eléctrico dedicado. Esta portabilidad permite su uso en cualquier oficina o habitación, incluso en casa. Estos factores permiten que la tDCS se utilice en combinación con intervenciones terapéuticas que incluyen la RV y los modelos existentes de tratamiento del TEPT. El uso flexible puede ser particularmente importante en el nuevo panorama que brinda atención psiquiátrica y estimulación cerebral no invasiva en el mundo posterior a COVID19.

El protocolo que se detalla a continuación está diseñado para integrar tDCS durante la administración de VR (tDCS + VR) en individuos con TEPT relacionado con zonas de guerra con el fin de aumentar la habituación ansiosa. Las sesiones de realidad virtual permiten que la exposición a eventos relacionados con el trauma se estandarice entre los participantes para garantizar un contenido consistente para esta habituación. Los participantes se someten a seis sesiones de tDCS + VR en el transcurso de dos a tres semanas, y cada sesión consiste en tres unidades de realidad virtual idénticas. Se seleccionaron seis sesiones para aproximar la duración de la RV en Rothbaum et al.14 y Difede & Hoffman21. Este número de sesiones mostró eficacia en estudios de tratamiento típicos no vr(por ejemplo, Bryant et al.22)y se basó además en los datos de viabilidad del estudio piloto anterior23. A lo largo de cada sesión, se mide la psicofisiología (es decir, la conductancia de la piel). Esto permite probar dentro y entre sesiones cambios en la hiperexcalación a eventos de realidad virtual y efectos complementarios de tDCS. La intensidad de tDCS se establece en 2 mA y se entrega a través de un estimulador recargable incorporado impulsado por batería que proporciona una corriente constante y continua utilizando una configuración de electrodo unilateral de 1 (ánodo) x 1 (cátodo). Cada electrodo se coloca en una bolsa de esponja reutilizable de 3 x 3 cm (densidad de corriente 2.22 A/m2)saturada con solución salina normal al 0.9%. Las esponjas con electrodos se unen al cráneo del participante utilizando una diadema de goma con el ánodo colocado sobre las regiones Fp1 y AF3 y el cátodo sobre PO8 del sistema de coordinación de electrodos 10 – 20 EEG para apuntar a la corteza prefrontal ventromedial al tiempo que se evita la estimulación catodal sobre la corteza prefrontal. Montajes de electrodos similares, destinados a apuntar al VMPFC, se han utilizado para modular la extinción de las respuestas de miedo condicionadas por nuestro laboratorio24,25, así como otros26. El casco de realidad virtual se coloca sobre el montaje tDCS de tal manera que se evite la interferencia con los electrodos tDCS. tDCS debe comenzar durante el inicio de VR23 y continuar durante todo el proceso. Los participantes regresan para visitas de evaluación posteriores al tratamiento de 1 y 3 meses para evaluar los efectos a largo plazo de tDCS + VR sobre los cambios en los síntomas de TEPT, depresión, ansiedad e ira, así como las mejoras en el sueño y la calidad de vida. Las hipótesis que se probarán son 1A) la predicción de que tDCS + VR activa, en comparación con sham + VR, resulta en un mayor cambio en los síntomas del TEPT y la calidad de vida / función social al final del tratamiento, y 1B) el cambio sostenido a los 1 y 3 meses después del tratamiento, y 2) que el cambio en las respuestas psicofisiológicas, que refleja la habituación, se relaciona con los cambios en los síntomas del TEPT y la calidad de vida / funcionamiento de manera diferente después de tDCS + VR activo versus sham + VR. Este ensayo clínico está registrado bajo el identificador de ClinicalTrials.gov: NCT03372460.

Protocol

Los participantes elegibles firman el consentimiento informado por escrito antes del inicio de cualquier procedimiento de investigación. La investigación se realiza de conformidad con las directrices institucionales, nacionales e internacionales de investigación humana. Todos los métodos descritos han sido aprobados por la Junta de Revisión Institucional del Providence VA Medical Center. NOTA: El protocolo tDCS + VR requiere dos miembros dedicados del personal de investigación. Un miembro del personal es el controlador de realidad virtual, que opera la realidad virtual y administra los estímulos de realidad virtual en los diversos puntos de tiempo que se describen a continuación. El segundo miembro del personal del estudio opera la computadora en la que se recopila la psicofisiología. 1. Detección, entrevistas diagnósticas y resonancia magnética Reclutar participantes que consistan en veteranos masculinos y femeninos, con un enfoque específico en la Operación Libertad Duradera (Afganistán), la Operación Libertad Iraquí y la Operación Nuevo Amanecer (Irak) en función de la siguiente elegibilidad. Criterios de inclusión: (1) diagnóstico de TEPT crónico con trauma relacionado con la experiencia en zonas de guerra, (2) edad entre 18-70 años, y (3) si está en tratamiento, sintomático a pesar de los regímenes de tratamiento estables en curso durante al menos 6 semanas antes de los procedimientos del estudio. Se permite que los medicamentos y la psicoterapia en curso continúen sin cambios durante el estudio. Los criterios de exclusión son los siguientes: cumplir con los criterios de seguridad establecidos para la resonancia magnética (IRM), ya que los procedimientos de resonancia magnética son un componente de este estudio, e incluyen marcapasos cardíacos, dispositivo implantado (estimulación cerebral profunda) o metal en el cerebro, médula espinal cervical o médula espinal torácica superior, embarazo o planificación para quedar embarazada durante el estudio. Las exclusiones adicionales específicas de tDCS son lesiones cutáneas en el sitio de estimulación que pueden alterar la impedancia (por ejemplo, lunares vasculares o angiomas). Otros criterios de exclusión son los antecedentes de por vida de lesión cerebral traumática (LCT) moderada o grave; condiciones médicas inestables actuales; trastorno neurológico significativo actual (o pasado, si corresponde), o antecedentes de por vida de a) trastorno convulsivo b) tumores primarios o secundarios del SNC c) accidente cerebrovascular o d) aneurisma cerebral, cualquier trastorno psicótico primario, trastorno bipolar I, trastornos activos por uso moderado / grave de sustancias (dentro del último mes, excluyendo nicotina / cafeína), intención suicida activa o plan de intentar suicidarse dentro de los 6 meses según lo detectado en los instrumentos de detección o a juicio del equipo de investigación.NOTA: Los participantes para este estudio fueron reclutados de Providence VA. Obtener el consentimiento informado por escrito antes del inicio de cualquier procedimiento de estudio. Administrar entrevistas diagnósticas y cuestionarios para verificar el diagnóstico y evaluar la gravedad del TEPT utilizando la Entrevista Clínica Estructurada para dsm 5 (SCID-5)27,la Escala de TEPT administrado por el médico (CAPS-5)28y la Lista de verificación de TEPT para DSM5 (PCL-5)29.NOTA: La administración del SCID-5 permite además la detección de cualquier diagnóstico comórbido que pueda excluir los criterios de exclusión del estudio descritos anteriormente. Las evaluaciones adicionales, como el Inventario Rápido de Autoinforme de Sintomatología Depresiva (QIDS-SR)30,dependen de los equipos de investigación individuales dependiendo de las hipótesis. Evaluar la seguridad de los participantes para someterse a tDCS y MRI según los criterios de exclusión enumerados anteriormente.NOTA: Los formularios de seguridad de resonancia magnética de detección previa se pueden obtener de www.MRIsafety.com Programe a los participantes para completar seis sesiones de realidad virtual en el transcurso de dos a tres semanas, de modo que los participantes completen una sesión de realidad virtual aproximadamente cada dos días de la semana. 2. Aleatorización Antes de la implementación inicial del estudio de tDCS + VR, recupere los códigos tDCS activos y falsos del manual del dispositivo tDCS e insérelos en un programa de aleatorización para garantizar el cegamiento de la administración de tDCS + VR o sham + VR. Usando el programa de aleatorización, cree urnas de aleatorización asignando a los participantes a recibir tDCS activo o simulado durante la realidad virtual en función del sexo (masculino; femenino) y la gravedad de los síntomas de PCL-5 (bajo; alto).NOTA: El programa de aleatorización debe generar un código de dispositivo tDCS que posteriormente se pueda ingresar en el dispositivo tDCS para garantizar que el administrador de tDCS permanezca ciego a si se aplica estimulación activa o simulada. Como tal, este es un protocolo doble ciego donde tanto los participantes como los administradores de tDCS están cegados al estado de estimulación. 3. Configuración del dispositivo tDCS Programe el dispositivo tDCS con los siguientes parámetros y configuraciones, enumerados en 3.1.1 y 3.1.2, presionando ambas teclas en el lado izquierdo del dispositivo tDCS para guardar cada configuración. Ajuste A: rampa de 30 s hasta 1 mA de intensidad, estimulación de 1 mA durante 30 s y rampa de descenso a más de 30 s. Ajuste B: rampa de 30 s hasta 2 mA de intensidad, estimulación de 2 mA durante 25 min y una rampa de 30 s de bajada a off. Configure el dispositivo tDCS en modo de estudiou otra función de doble cegamiento, siguiendo las instrucciones del dispositivo tDCS.NOTA: La configuración A se utiliza para obtener información sobre la impedancia antes de la estimulación y la evaluación de la tolerabilidad de la tDCS antes de comenzar la RV. Además, la aplicación de una breve corriente eléctrica se ha utilizado previamente para proporcionar algún grado de sensación somática para ayudar en el estudio del cegamiento24,25,31. La configuración B permite introducir en el código de estudio específico para la aleatorización (activa o simulada) para cada participante. Las configuraciones C y D no se utilizan en este protocolo. 4. Configuración de psicofisiología Utilice software duro y capaz de registrar y analizar la actividad electrodérmica (EDA) / respuesta galvánica de la piel (GSR) en una computadora de grabación psicofisiológica dedicada que sea diferente de la computadora que ejecuta el software de realidad virtual. Cree una plantilla de adquisición de datos de acuerdo con procedimientos específicos del software con la siguiente configuración de recopilación de datos: 5 μV; 10 HZ; FRECUENCIA CARDÍACA: 1000 ganancia, Norma, DZ, 0.05 Hz.NOTA: La creación de una plantilla de adquisición de datos garantiza la coherencia de la configuración de adquisición de datos entre las sesiones y los participantes. 5. Visita de estudio de tDCS: Configuración y administración NOTA: Para los pasos a continuación, la adición de TM1 y TM2 se refiere a la investigación “miembro del equipo 1” y “miembro del equipo 2” para que los diversos pasos se puedan completar simultáneamente. Cuando el participante llegue, limpie suavemente, sin frotar vigorosamente, la piel del participante en las áreas aproximadas donde se colocarán las esponjas / electrodos con un hisopo con alcohol y se dejará secar. Mide y registra la circunferencia de la cabeza del participante. Calcule el 5% y el 10% de la circunferencia que se utilizará más tarde para la colocación del electrodo. Coloque la correa para la cabeza sobre el participante, cubriendo las áreas donde se colocarán esponjas y electrodos, de tal manera que aún sea posible colocar un dedo debajo de la correa para la cabeza. Asegúrese de que el conector de banda elástica esté en el lado de la cabeza para que esté fuera del camino de los electrodos y no interfiera con la pantalla VR montada en la cabeza. Llene cada esponja de electrodo con 4 ml de solución salina con una jeringa. Inserte los electrodos en los bolsillos de esponja. Mientras esté posicionado detrás del participante, establezca la ubicación del electrodo catódico utilizando el 10% de la circunferencia de la cabeza previamente calculado y mida esta distancia desde la inión de la cabeza hacia la derecha. Coloque el electrodo catodal y verifique las mediciones para que el cátodo esté aproximadamente detrás de la oreja derecha en el proceso mastoideo. A continuación, reposicione para enfrentar al participante y establecer la ubicación del electrodo anodal midiendo el 10% de la circunferencia de la cabeza previamente calculado desde la nacisión hacia arriba, y luego midiendo el 5% de la circunferencia de la cabeza previamente calculado a la derecha. Coloque el electrodo anodal y verifique las mediciones para que el ánodo toque de 10 a 20 ubicaciones de electrodos EEG AF3 / Fp1. Encienda el dispositivo tDCS y luego conecte los electrodos. Para cargar la configuración A, salga del modo de estudio presionando el botón superior derecho y, a continuación, introduzca el código maestro del dispositivo mediante los botones superior e inferior izquierdo. Después de ingresar el código maestro, haga clic en Aceptar usando el botón inferior izquierdo. A continuación, asegúrese de que la flecha apunte al gatillo. Usa el botón superior derecho para moverte por la configuración hasta que lea, cargue… configuración. Desplácese por la flecha hasta la parte inferior de la pantalla con las flechas izquierdas, luego use la flecha superior derecha para desplazarse por todos los ajustes y volver a la configuración A. Finalmente, haga clic en la flecha superior izquierda para cargar la configuración A. Verifique la impedancia presionando simultáneamente el botón superior derecho e inferior izquierdo para confirmar que hay un contacto adecuado entre los electrodos tDCS y el cráneo del participante. Registre la impedancia inicial. Siempre asegúrese de que los electrodos no estén conectados al dispositivo antes de encenderlo. Del mismo modo, asegúrese de desconectar siempre los electrodos antes de apagar el dispositivo.NOTA II: El dispositivo tDCS se apagará automáticamente si la impedancia es superior a 55Ω. Como pauta, no inicie el dispositivo tDCS si la impendencia es mayor que 35Ω para limitar la posibilidad de un apagado automático. Si la impedancia es demasiado alta, agregue un poco de solución salina a las esponjas, mueva el cabello del participante fuera del camino o apriete la diadema de goma si parece estar demasiado suelta. Evite gotear solución salina sobre el participante: si esto ocurre, las esponjas están demasiado saturadas. Comience la estimulación en la configuración A. Registre la impedancia antes, durante y después de la estimulación en la configuración A. Después de completar la estimulación en la configuración A, retire los electrodos del dispositivo tDCS y apague el dispositivo. TM1: Coloque dos parches de electrodos EDA autoadhesivos y desechables en la parte tario de la mano no dominante del participante. TM1: Abra el software de adquisición de datos EDA/GSR para permitir la captura de nuevos datos. Abra la plantilla de adquisición de datos generada anteriormente y haga clic en Crear/Grabar un nuevo experimento. Calibre la señal EDA siguiendo instrucciones de software específicas conectando primero un electrodo a un parche de electrodo, calibre y luego conectando el segundo electrodo al segundo parche de electrodo. TM1: Para garantizar una señal GSR adecuada, pida al participante que respire profundamente y lo mantenga durante 10 s antes de exhalar.NOTA: Un aumento en GSR debe ser notable. Si no se detecta ningún cambio en GSR, el personal de investigación puede aplaudir sin previo aviso para obtener una respuesta GSR. Un valor basal de nivel de conductancia de la piel inferior a 2 μS podría ser problemático porque podría indicar una conductancia de la piel demasiado baja para medir GSR durante la sesión de RV. TM2: Encienda el sistema de realidad virtual y abra el programa de solicitud para pacientes. Compruebe que la resolución de pantalla está establecida en 1280 x 720 y haga clic en reproducir. Luego, abra el programa de Controlador Clínico y seleccione el escenario de conducción rural de Irak o el escenario de conducción rural de Afganistán en función de la escena que sea más relevante para la implementación del participante. En la ventana avatar del paciente, seleccione la posición de Conductor. Ajuste el volumen del sonido al 65% del máximo. TM2: Con la ayuda del participante, coloque la pantalla montada en la cabeza del participante, asegurándose de que la pantalla no disloque los electrodos. Compruebe la comodidad. Luego, coloque los auriculares en la cabeza del participante y verifique la comodidad. TM1: Inicie la recopilación de datos de EDA y registre 2 minutos de EDA de referencia explicando al participante que tendrá que sentarse en silencio durante 2 minutos. Presione F1 en el teclado para marcar el comienzo del período de referencia y F3 para marcar el final del período de referencia.NOTA I: El uso de las teclas F1, F2 y F3 para las marcas es esencial para permitir análisis de datos posteriores. F5 se puede utilizar para marcar la interferencia generada por los participantes a lo largo de la recopilación de datos de EDA(por ejemplo, tos, movimiento, etc.). Después de completar la EDA de referencia, no detenga la recopilación de datos de EDA, sino que continúe ejecutándose hasta que se hayan completado las tres unidades. Encienda el dispositivo tDCS y vuelva a enchufar los electrodos. El dispositivo ahora refleja el modo de estudio y la configuración B. Use el botón inferior derecho para hacer clic en Aceptar para confirmar que la configuración B está programada para aplicar una intensidad de 2 mA durante un total de 25 minutos, con una rampa de 30 s hacia arriba y hacia abajo cada una.NOTA: Durante la sesión de realidad virtual, los participantes pueden expresar algunas molestias de la diadema o una sensación de picazón y picazón. Sin embargo, se debe instruir a los participantes para que informen cualquier dolor o una sensación de calentamiento o ardor cada vez mayor, ya que esto justifica el apagado inmediato del dispositivo tDCS para evitar quemaduras locales en la piel. Ingrese el código de aleatorización específico del participante recuperado del software de aleatorización y haga clic en Aceptar, luego inicie la estimulación presionando el botón superior izquierdo para hacer clic en Y.NOTA: Los participantes deben ser informados de que algunas personas experimentan enfermedades cibernéticas por vr y que esta sensación es similar a la enfermedad del automóvil. Si se produce una enfermedad cibernética, debería retroceder rápidamente. Antes de que el participante se vaya, pregunte si puede operar un vehículo. De lo contrario, se puede proporcionar atención de apoyo y, por lo general, el tiempo de espera adicional es suficiente. Para iniciar la unidad, haga clic en el botón Desactivado bajo el control del conductor.NOTA: Cada participante realizará tres drive-throughs por sesión, cada uno con una duración de aproximadamente 8 minutos, lo que equivale a un total de 24 minutos. Los 25 minutos de estimulación activa o simulada programada en el dispositivo tDCS permiten que se utilice un minuto adicional para registrarse con el participante entre los recorridos. Para la primera sesión (VR1, día 1), el controlador de realidad virtual debe guiar al participante a través de la ocurrencia de eventos de realidad virtual utilizando un mensaje verbal durante el primer recorrido de la siguiente manera: “Por delante habrá una emboscada en la carretera. En 3… 2… 1… go” (VR Controller selecciona la ’emboscada de carretera’ en el menú VR).NOTA: Esto solo se hará para el primer drive-through de realidad virtual en la primera sesión. Para todas las demás sesiones o drive-throughs de realidad virtual, el participante debe pasar por la unidad sin indicación verbal. Sin embargo, el controlador de realidad virtual puede recordar a los participantes que verán las mismas escenas que el drive-through anterior, pero no se proporcionará ninguna advertencia verbal de los próximos eventos de realidad virtual. Controlador VR: Asegúrese de que cada drive-through comience con al menos 30 s de conducción solo en el entorno VR. Luego, administre cada evento de realidad virtual (con un mínimo de 10 s de conducción entre cada evento) haciendo clic en el evento como está etiquetado en el entorno de software del controlador clínico. Los eventos de realidad virtual ocurrirán en el siguiente orden: disparos, helicóptero Blackhawk volando sobre sus cabezas, emboscada insurgente y otra emboscada insurgente, seguida de IED, una emboscada en el puente y una explosión del vehículo frente al vehículo del participante. Consulte el Apéndice 1 para conocer el momento de varios eventos de realidad virtual en los escenarios de conducción de Afganistán e Irak.NOTA: Esta secuencia de eventos de realidad virtual se repite en el mismo orden y los eventos de realidad virtual se repiten al mismo tiempo durante cada uno de los tres recorridos de realidad virtual durante cada sesión de realidad virtual. Mientras que el controlador de realidad virtual administra los eventos de realidad virtual, haga que el miembro del personal que supervisa la adquisición de datos de conductancia de la piel presione F2 en el teclado cada vez que se administre un evento de realidad virtual. Cuando el automóvil regrese al comienzo de la unidad, detenga la conducción haciendo clic en el botón Acelerador bajo el control del conductor. Después de cada drive-through, el VR Controller debe registrarse con el participante para garantizar la seguridad y comodidad del participante antes de continuar con el siguiente drive-through. Si el participante menciona efectos secundarios potencialmente más graves de tDCS, como una sensación de ardor o aumento de la sensación de calentamiento, siga las pautas manuales del dispositivo tDCS para detener tDCS. Completa las unidades 2 y 3 utilizando el mismo orden de eventos de realidad virtual que durante la unidad 1. Después de completar los tres drive-throughs de realidad virtual para una sesión, verifique y registre la impedancia de tDCS saliendo del modo de estudio presionando primero el botón superior derecho e ingresando el código maestro del dispositivo usando los botones superior e inferior izquierdo. Desenchufe los electrodos del dispositivo tDCS y apague el dispositivo. Consultar al participante para cualquier efecto secundario potencial mediante la administración de un cuestionario de efectos secundarios tDCS32. Finalmente, limpie los auriculares VR, los auriculares y la diadema de goma después de usarlos con hisopos con alcohol y toallitas desinfectantes. Tome una captura de pantalla del rastro EDA completamente recopilado a lo largo del tiempo para el procesamiento del control de calidad.NOTA: La implementación de medidas adicionales de limpieza y prevención podría ser necesaria como precauciones para reducir la propagación de COVID-19. Por ejemplo, los participantes pueden necesitar usar máscaras faciales quirúrgicas. El uso de máscaras faciales aumenta la probabilidad de empañamiento de las lentes VR. La cinta quirúrgica se puede usar para pegar las máscaras sobre la nariz del participante para reducir el empañamiento. Del mismo modo, la disponibilidad de múltiples diademas, tanto para tDCS como para los auriculares VR, y los auriculares garantizará un uso espaciado entre los participantes para la limpieza y desinfección. 6. Análisis Preprocesamiento GSR Utilizando el software de procesamiento GSR, abra el archivo GSR almacenado del participante y guarde una nueva copia del archivo para su preprocesamiento de modo que el archivo de datos original sin procesar permanezca conservado. Inspeccione visualmente los datos en busca de artefactos y deriva general, luego elimínelos o corríjalos. Siga las pautas publicadas anteriormente sobre la eliminación de artefactos y las correcciones para la deriva general que se pueden encontrar en https://www.birmingham.ac.uk/Documents/college-les/psych/saal/guide-electrodermal-activity.pdf Nivel de conductancia de la piel basal Registre los valores promedio, mínimo y máximo (en μS) a lo largo del período de referencia de 2 minutos seleccionando el período de referencia de 2 minutos con el cursor. Esta información proporciona algún índice del nivel de conductancia tónica de la piel y el nivel de capacidad de respuesta de EDA.NOTA: Aunque aquí se utiliza un período de referencia de 2 minutos, se puede utilizar un período de tiempo más largo de hasta cuatro o 5 minutos. Respuesta de conductancia de la piel relacionada con eventos (SCR) a estímulos de realidad virtual Determine y cree épocas relacionadas con eventos de realidad virtual utilizando las marcas de eventos de tipo de estímulo en los datos seleccionando un segundo antes de cada evento de realidad virtual y hasta diez segundos después de cada evento de realidad virtual. El ancho de época es la cantidad de tiempo incluido para capturar el SCR. Cada conjunto de equipos de psicofisiología tendrá su propio conjunto de instrucciones para crear épocas. Consulte el manual de su dispositivo de recolección de psicofisiología para obtener esta información.NOTA I: Aunque los S SCR suelen tener un inicio, o latencia, de 1-3 s después de la presentación del evento, los eventos de REALIDAD virtual no siempre se presentan inmediatamente cuando se inician. Por ejemplo, mientras que una explosión de IED y un disparo de arma de fuego distante ocurrirán inmediatamente cuando se inicien, el inicio del disparo de arma como parte de una emboscada insurgente o el sobrevuelo de un Blackhawk se retrasa varios segundos. Como tal, la ventana de 10 s para los análisis SCR debe ser lo suficientemente liberal como para capturar SCR en respuesta a todos los eventos de realidad virtual.NOTA II: Compruebe que los eventos, no los intervalos de tiempo fijos, están seleccionados para el análisis. Aquí los eventos son definidos por el usuario tipo 2: inicio de VR específico del evento ingresado por un miembro del equipo de investigación. Siga los procedimientos de procesamiento de datos como se describe en el software de psicofisiología utilizado para marcar el inicio y el final de cada época de interés y extraer datos de SCR relacionados con eventos. Consulte el Apéndice 2 para ver un ejemplo que utiliza un enfoque de ciclo de hallazgo. Exporte datos GSR preprocesados para análisis posteriores. Otros análisisNOTA: Dadas las épocas relativamente grandes relacionadas con los eventos de realidad virtual, es decir, desde 1 s antes de 10 s después de los eventos de realidad virtual, el archivo de salida preprocesado contendrá tanto S SCR relacionados con eventos como S SCR no relacionados con eventos o no específicos. Para determinar el SCR relacionado con el evento, utilice la primera desviación positiva que supere un umbral de 0,02 μS que se produce después de al menos dos segundos. Se elige una ventana de dos segundos ya que la época contiene la 1 s anterior a la presentación del evento de realidad virtual, y los S SCR relacionados con eventos no suelen tener una latencia inferior a 1 s. Utilizando un software de análisis estadístico, determine si la distribución de los datos de SCR es normal. De lo contrario, aplique una transformación de raíz cuadrada o log para corregir el sesgo/curtosis siguiendo los pasos apropiados para el paquete de análisis estadístico utilizado. Utilice modelos mixtos lineales para probar el efecto de la tDCS activa o simulada en los SCR durante la RV, donde el grupo (tDCS activo o simulado) es una variable entre sujetos, controlando estadísticamente el nivel de conductancia cutánea basal (SCL) y otros factores demográficos o clínicos(por ejemplo, la gravedad del TEPT). Para probar el efecto de la tDCS en la habituación entre sesiones, use la sesión de realidad virtual (1 – 6) como una variable dentro de los sujetos. Para evaluar el efecto de la tDCS en la habituación dentro de la sesión, use drive-throughs individuales (1 – 3) dentro de cada sesión de REALIDAD virtual como una variable dentro del sujeto.

Representative Results

Los resultados representativos presentados aquí reflejan los rastreos de datos psicofisiológicos individuales de cuatro participantes que completaron el protocolo descrito anteriormente. Los participantes inscritos son veteranos con un diagnóstico de TEPT y, de acuerdo con los criterios de inclusión del ensayo, tienen entre 18 y 70 años de edad. Dado que se trata de un ensayo controlado aleatorio doble ciego y controlado con simulación (NCT03372460) actualmente en curso, no es posible presentar datos relacionados con la efectividad de la tDCS activa versus la simulación. Por lo tanto, se presentan los rastreos de datos de conductancia cutánea individuales en bruto, no procesados, recopilados como parte de este ensayo clínico en curso. Esto proporcionará una visión preliminar de lo que podría esperarse, incluidos los obstáculos al recopilar datos psicofisiológicos y los registros de conductancia de la piel en particular. Los datos sobre doce veteranos con TEPT relacionado con zonas de guerra que utilizan el protocolo anterior como parte de un estudio piloto separado se han publicado previamente23. Sobre la base de la inspección visual de los rastros de conductancia de la piel, el participante A(Figura 1)parece mostrar signos de habituación entre sesiones desde la primera sesión de realidad virtual hasta el punto medio del protocolo, durante la tercera sesión de realidad virtual, hasta la última, sexta sesión de realidad virtual. Figura 1: Ejemplo de rastreo de datos de conductancia de la piel cruda del participante A. La Figura 1 muestra capturas de pantalla de los datos de conductancia de la piel sin procesar obtenidos durante la sesión de realidad virtual 1 (arriba), la sesión de realidad virtual 3 (centro) y la sesión de realidad virtual 6 (parte inferior). Las reducciones en la reactividad de la conductancia de la piel indican habituación entre sesiones. Las sesiones de realidad virtual 2, 4 y 5 no se muestran para permitir una mejor comparación visual de los rastreos de conductancia de la piel. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. La inspección visual del seguimiento de la conductancia de la piel cruda del participante B(Figura 2)parece indicar la habituación dentro de la sesión al comparar el primer drive-through (cuadrado rojo) con el tercer drive-through (cuadrado verde). Estudios previos sugieren que aunque la habituación dentro de la sesión es importante, la habituación entre sesiones puede ser un mejor predictor del éxito del tratamiento basado en la exposición prolongada para el TEPT33,34. Figura 2: Ejemplo de rastreo de datos de conductancia de la piel en bruto del participante B. La Figura 2 muestra capturas de pantalla de los datos de conductancia de la piel sin procesar obtenidos durante la primera unidad (cuadrado rojo) y la tercera unidad (cuadrado verde) de una sesión de realidad virtual. Los datos representados en esta figura pueden indicar una habituación dentro de la sesión desde el primer drive-through hasta el tercer drive-through. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. La inspección visual de los datos de conductancia de la piel cruda del participante C(Figura 3)parece mostrar un perfil de habituación menos marcado en comparación con el participante A(Figura 1),este participante demuestra tanto la habituación entre la sesión como dentro de ella. Además, y al igual que el participante A, el nivel de conductancia de la piel es numéricamente más alto durante la primera sesión de realidad virtual en comparación con las cinco sesiones restantes. Figura 3: Ejemplo de rastreo de datos de conductancia de la piel en bruto del participante C. La Figura 3 muestra capturas de pantalla de datos de conductancia de la piel sin procesar del participante C para sesiones de realidad virtual 1 a 6 ordenadas de arriba a abajo. El participante C parece demostrar tanto la habituación entre la sesión como dentro de la sesión. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Los datos brutos de conductancia de la piel del participante D(Figura 4)demuestran un nivel de conductancia de la piel que puede considerarse demasiado bajo para los análisis adecuados con una ausencia de respuestas de conductancia de la piel visualmente detectables. Como tal, estos datos representan un error en la recopilación de datos. Aunque los datos en bruto también revelan la presencia de artefactos y pérdida de señal de electrodo, los niveles persistentemente bajos de conductancia de la piel y la ausencia de respuestas de conductancia de la piel visualmente detectables en las seis sesiones de realidad virtual son evidentes para este individuo. Figura 4: Ejemplo de rastreo de datos de conductancia de la piel en bruto del participante D. La Figura 4 muestra capturas de pantalla de datos de conductancia de la piel en bruto del participante D durante las sesiones de realidad virtual 1 a 6, ordenadas de arriba a abajo, que demuestran niveles y respuestas de conductancia de la piel inconmensurables, así como artefactos (óvalos azules) y pérdida de señal de electrodo EDA (cuadrado verde). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

El protocolo detallado anteriormente describe la aplicación simultánea de tDCS y VR, a diferencia de la aplicación en serie de cualquiera de las técnicas. Con respecto a los métodos existentes, la aplicación simultánea de tDCS con VR es importante. Mientras que la realidad virtual proporciona un entorno contextualmente rico e inmersivo para el procesamiento relacionado con el miedo, la estimulación subenstibliotica proporcionada por tDCS permite los modulados de la activación neuronal intrínseca asociada con este procesamiento relacionado con el miedo. Hay múltiples pasos críticos en este protocolo que se pueden dividir en aquellos que se relacionan con la implementación de tDCS + VR y aquellos relacionados con la captura de datos psicofisiológicos para análisis. Con respecto a tDCS + VR, es de vital importancia garantizar la correcta aleatorización y la aplicación simultánea de tDCS a lo largo de toda la sesión de VR. Otro miembro del personal ciego puede realizar una confirmación adicional de la aleatorización.

En cuanto a garantizar la tDCS + VR simultánea, dos aspectos son importantes; 1) la impedancia lograda durante la configuración de tDCS y 2) el inicio del dispositivo tDCS muy cerca de la VR inicial. Este último problema es relativamente sencillo y debe garantizar que tDCS se aplique continuamente a lo largo de la presentación de REALIDAD virtual mientras se mantiene dentro de los límites de seguridad de tDCS cuando se aplica una intensidad de 2 mA durante una duración de 25 minutos20. Con respecto a la impedancia, es deseable una baja impedancia. Saber si se logra una impedancia adecuada o una calidad de contacto depende del dispositivo tDCS que se utilice. Algunos dispositivos mostrarán impedancia en Ohmios, donde más bajo es mejor, mientras que otros dispositivos usan una escala de visualización de 10 o 20 puntos que representa la calidad del contacto, donde más alto es mejor. Independientemente del dispositivo específico, el uso de solución salina normal, 0.9% NaCl, a diferencia del agua del grifo regular para humedecer las esponjas de electrodos mejora la impedancia35. El uso de agua del grifo regular debe evitarse aún más porque se asocia con la aparición de pequeñas lesiones cutáneas35,36, uno de los posibles efectos secundarios más graves de la tDCS. Las lesiones cutáneas también pueden ocurrir si la piel debajo de los electrodos está vigorosamente desgastada antes de tDCS37 o si se usa un gel conductor, que puede secar35,38y, por lo tanto, también debe evitarse. Finalmente, una alta impedancia antes de iniciar tDCS puede resultar en alcanzar o superar los parámetros de seguridad prescritos del dispositivo, lo que hará que el dispositivo se apague a mediados de la administración de VR. Aunque es importante humedecer suficientemente las esponjas de los electrodos para garantizar una impedancia adecuada, esto debe equilibrarse no empapando excesivamente los electrodos, ya que esto puede provocar fugas o goteos de solución salina cuando se colocan los auriculares VR. La fuga de solución salina puede permitir que la corriente eléctrica se “extienda” sobre un área más grande, lo que resulta en una densidad de corriente39más baja, pero desconocida, que depende de la intensidad de tDCS (en mA) y el tamaño de los electrodos (en cm2). Del mismo modo, es importante que la pantalla vr montada en la cabeza no toque físicamente las esponjas / electrodos para evitar la interrupción del flujo de corriente y el desplazamiento de los electrodos a medida que los participantes mueven la cabeza.

En este protocolo, la conductancia de la piel se considera una medida de resultado primaria. La conductancia cutánea es una medida psicofisiológica de la actividad del sistema nervioso simpático40. Los factores típicos asociados con la adquisición de conductancia de la piel, como los efectos de la temperatura y la humedad ambientales, el envejecimiento, el tabaquismo, el uso de cafeína y el uso de medicamentos con efectos anticolinérgicos41, deberán considerarse, pero no siempre se pueden eliminar. Por ejemplo, es posible pedir a los participantes que se abstengan de usar productos que contengan cafeína antes de las sesiones de realidad virtual, pero no es ético pedirles que suspenda los medicamentos antidepresivos. Además, por razones que no siempre están claras, una parte de los individuos demuestran niveles de conductancia cutánea muy bajos o inmensurables y/o respuestas de conductancia cutánea, lo que se destaca en la Figura 4. Por lo tanto, es importante inscribir un tamaño de muestra suficiente para tolerar la pérdida o ausencia de datos. Específicamente para la implementación de este protocolo, también debe mencionarse que los marcadores de eventos se ingresan actualmente manualmente durante la captura de datos psicofisiológicos. Aunque esta es una limitación, no es raro en los sistemas hospitalarios que una computadora no administrada por el hospital, en este caso la computadora que ejecuta el entorno de realidad virtual, no se pueda conectar a la red de tecnología de información del hospital encriptada. Esto significa que no es posible que la computadora que ejecuta el entorno de realidad virtual envíe señales(por ejemplo, a través de un pulso TTL) a la computadora de captura de datos psicofisiológicos que se encuentra en la red del hospital. Aunque menos elegante, una solución es tener dos miembros del equipo de investigación presentes durante cada sesión de realidad virtual; uno que controla la administración de RV y otro que introduce manualmente marcadores de eventos al rastreo psicofisiológico, como se puede ver en la parte superior de cada figura (ver Figura 1, Figura 2, Figura 3 y Figura 4). Sin embargo, esto no aborda la presencia de una ligera diferencia de tiempo, menos de medio segundo, desde que el controlador de VR inicia los eventos de VR y la segunda persona inicia el marcador de eventos. Es posible que los estudios futuros deseen mitigar esto para que los marcadores de eventos se puedan registrar automáticamente. Sin embargo, la presencia de un segundo miembro del equipo de investigación, diferente de la persona que opera el entorno de realidad virtual, que pueda observar al participante a lo largo de las sesiones es muy recomendable. Se debe esperar que algunos participantes puedan tener fuertes reacciones emocionales durante el estudio o experimentar efectos secundarios relacionados con la enfermedad cibernética. La capacidad del equipo de investigación para responder rápidamente a estas situaciones garantiza la mejor atención posible.

En resumen, este protocolo utiliza tDCS simultáneo durante la RV para aumentar la habitación a escenarios relacionados con el trauma. La principal ventaja de este enfoque es el uso de un contexto inmersivo relacionado con el trauma y la aplicación de una técnica de estimulación cerebral no invasiva durante un proceso cognitivo clínicamente relevante, en lugar de hacer cualquiera de las dos consecutivamente. Si bien el protocolo descrito aquí utiliza la aplicación en el consultorio en una muestra de veteranos con TEPT, este enfoque de estimulación cerebral no invasiva simultánea y realidad virtual puede traducirse en otros trastornos basados en el miedo y la ansiedad, así como en aplicaciones en el hogar de enfoques basados en la exposición.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nos gustaría agradecer a Sydney Brigido, Hannah Hallett, Emily Aiken, Victoria Larson, Margy Bowker, Christiana Faucher y Alexis Harle por su dedicado esfuerzo en este proyecto. Este trabajo fue apoyado por un Premio al Mérito (I01 RX002450) de los Estados Unidos (EE. UU.) Departamento de Asuntos de Veteranos, Servicio de Investigación y Desarrollo de Rehabilitación y el Centro de Neurorestorización y Neurotecnología (N2864-C) en providence VA (Servicio de Investigación y Desarrollo de Rehabilitación de VA). Las opiniones expresadas en este artículo son las de los autores y no representan las opiniones del Departamento de Asuntos de Veteranos de los Estados Unidos o del Gobierno de los Estados Unidos. Agradecemos a todos los 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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