高清晰度颅直流电刺激(HD-TDCS),与其4X1环蒙太奇,是一种无创脑刺激技术,结合传统TDCS增加focality的神经调节作用。本文提供了一个系统的示范使用HD-4X1 TDCS,需要考虑安全和有效的刺激。
最近已经开发高清晰度的经颅直流电刺激(HD-TDCS的)已经作为一种非侵入性脑刺激的方法,增加通过使用较小的“高清晰度”的电极阵列的电流发送到大脑的准确性,而不是较大的焊盘电极常规TDCS。目标是通过激励电极放置在预定的配置。这些是配置4X1环。在这种方法中,一个中心环电极(阳极或阴极),覆盖在该目标的皮层区域包围的四个返回的电极包围的区域的刺激。交货的HD-TDCS 4X1环是能够在健康受试者和患者诱导显着的神经生理学和临床效果。此外,其耐受性支持所进行的研究,使用强度高为2.0毫安,不超过20分钟。
虽然HD-4X1 TDCS是简单PERFOR米,正确的电极定位是很重要的,以便准确地刺激目标皮层区域,并发挥其神经调节作用。已专门进行了测试,HD-TDCS的电极和硬件的使用是关键的安全性和耐受性。鉴于大多数发表的研究在HD-4X1 TDCS有针对性的初级运动皮层(M1),特别是对疼痛相关的结果,这篇文章的目的是系统地描述其使用为M1的刺激,以及考虑应采取安全和有效的刺激。然而,这里所述的方法可以适用于其它高清晰度的TDCS的配置和皮质目标。
经颅直流电刺激(TDCS的)是一种非侵入性脑刺激技术能够修改神经元静息膜电位和自发的神经元放电的水平面积的刺激,以及在相互连接的神经网络1包括内源性的μ-阿片样物质的系统2,从而调节大脑皮质的兴奋性。 TDCS的神经调节作用,其成本低,简单的应用和便携性结合,导致其广泛的用途,在过去的十年中,在各种各样的设置。这些包括神经生理学研究,认知和行为干预,病人的研究,评估疾病,如慢性疼痛,抑郁,偏头痛,中风,帕金森氏症,耳鸣3。然而,使用大焊盘,最常见的是在25至35厘米2,刺激大脑皮质位于betwee相对广泛的领域提供直流(DC)进行在阳极和阴极4。因此,焦距刺激目标皮层区域,不涉及邻近的解剖区的刺激,是难以实现的,使用这种技术。有几种方法进行了研究,以“塑造”电流通过改变电极间距离5,增加/减少焊盘尺寸减少/增加皮层区域的调制下的电极6。然而,进一步目标电流流,同时努力避免电极之间的电流分流7,8保持兴趣。
高清晰度(HD)TDCS是一个新开发的干预,使用较小的阵列,专门设计的电极9。已经过测试,不同的配置,可对其进行修改,以提高目标刺激10。其中之一是4×1的环形结构中,一个蒙太奇使用覆盖目标皮层包围的区域的中心电极由四个返回电极4。所述中心电极定义的刺激的极性为正极或阴极,和返回电极的半径限于接受兴奋性调制的区域。脑建模研究表明,该区域的皮层进行调制使用4×1 HD-TDCS的配置是相比更受限制的标准双极常规TDCS的蒙太奇4。此外,其focality是强大的组织(建模)参数11。临床神经生理学研究证实焦点电流输送12使用4X1环的经颅电刺激。
该干预的潜在的应用是类似于常规TDCS的。使用4X1环HD-TDCS超过初级运动皮层(M1)报告皮质兴奋性的变化,13后效应可能会拖垮这些传统TDCS 14诱导的行为和神经生理学的研究。目前的研究,使用4X1环HD-TDCS支持其耐受性强度高达2.0毫安(MA)交付长达二十分钟时,在健康受试者13-15和病人16。虽然HD-TDCS的良好的耐受性,重要的是,仅使用的装置和电极,已为此目的专门测试。
这篇文章的目的是提供一个系统的HD-TDCS的4X1-环电极使用示范。刺激的M1被选的,因为它是最常见的蒙太奇中使用不同的临床研究设置。然而,描述的方法可以适应针对大脑的其他区域,如背外侧前额叶皮层(DLPFC)。将显示在这里,执行正确的电极定位很简单但很重要的,以便准确地刺激目标皮层区域。我们希望这个示范将有助于支持和增加严谨未来HD-TDCS试验中,这种新颖的干预的机制和应用程序,提供了进一步的证据。
关键步骤
启动程序之前,要检查的方面
刺激开始之前,研究人员应确保参与者都有HD-TDCS无禁忌表1列出了一些重要的考虑因素加以考虑,并总结了最重要的禁忌症,包括在场的金属植入物或设备的头部,严重脑损伤或明显的皮损。研究者应该检查后者的存在而内4X1环的周长准备放置电极。如果存在这样的病变,我们不建议应用技术。 ,虽然皮损未见报道当使用HD在这篇文章中所示的电极和外壳,这是很重要的,皮肤损害被报道后,连续几个会话传统TDCS 3的交付,尤其是如果进行的爱岭期为14天25。
在颅骨或脑实质内的金属植入物或缺陷的存在下,可以显着地修改电流流过17,26和导致刺激与预期以外的皮层区域。出于安全原因,应避免刺激患者的植入式医疗设备。相对禁忌证包括癫痫或中风病史的存在,除非是专门研究集中研究这些条件。 HD-TDCS的应避免在孕妇,由于缺乏数据安全性。
这是非常重要的TDCS的常规的移动设备的4×1的多通道刺激适配器连接时,检查电缆的极性。如果不这样做,可能会导致向参与者提供了错误类型的刺激。请确保电缆标记为“中心”,这往往可能是红色的,是插入到正确的终端( 阳极或阴极)。
操作员也应目视检查Ag / AgCl电极烧结环形电极电解产物的沉积证据每次使用前,如果表示替换它们。每个活动的刺激会话后,电化学反应的产品往往建立在粗糙的表面上的底部电极。出于这个原因,它是建议设在各电极的中心的4×1配置在两个活动的刺激会。其后,其可旋转,用作返回电极之一。一旦在一组的五个电极担任所述中心电极的两倍,它是推荐使用一组新的电极。它是直接标记每个电极和记录的使用次数,以旋转它们以协调的方式。除了耐受性,电极的(有限的)旋转的目的还在于,以避免一个高阻抗的情况下,电流不会被平分ACROSS四个返回电极。操作者是负责刺激前检查接触质量(如解释步骤5.12至5.14),并确保没有异常高电阻值的观察到的。
它可能发生,参与者将他们的头过高或无意地拉电缆和打跑或打破他们。出于这个原因,它是最好的循环每根电缆周围的塑料外壳和磁带的4X1适配器输出电缆的表面( 即椅子或参与者的衣服)。
如果需要的话,它可能会局部麻醉剂添加在头皮上,以防止潜在的不舒服的感觉,并提高盲法研究参与者。但是,应该牢记,与HD-TDCS,虽然皮肤灼伤尚未见报道,有可能是一个小理论这种不利影响的风险和局部麻醉剂的使用可能会阻止参与者从r刺激时eporting。在这个演示中,以及在我们以前的研究中,我们没有使用任何不适的局部麻醉剂一般报道为轻度。
正如上文所述,为了有最佳的效果,这是非常重要的,以防止电气凝胶扩散限制范围之外的塑料壳体。否则,电流的威力分流从一个电极到另一个。
刺激时的重要考虑因素
除非这是必须作为研究设计的一部分,主体不应该睡觉,阅读或其他分心的刺激会话期间。这是很重要的,因为它已被报道,强烈的认知努力,无聊或睡觉,肌肉活化和其他活动,导致皮质兴奋性的变化可能导致改变的相对影响的常规TDCS的27。
在开始的s目前的的timulation,为了防止从突然起动电流的流动,该设备的副作用自动斜向上和向下超过30秒的一段时间。出于同样的原因,没有“通行证”和“扫描”模式之间切换,而常规的TDCS设备产生电流。它始终是可取,定期询问受试者是否他们感到舒适的过程中,为了使确定的刺激进行安全。
刺激易感人群,包括儿童患者,可能需要调整剂量。
在手术后的实用方面
为了进一步收集证据的安全性和监视HD-TDCS效果,我们建议使用产生不利影响的问卷调查,如表3所示,应在每次会议后传送给各参赛者。确保屏幕的存在下最常见的adveRSE效果与HD-TDCS,如不适,刺痛,瘙痒和烧灼感。此外,这些数据的意义,可以提高,还要求进行定量主观分数。这可以实现具有数字刻度为患者报告的强度或严重程度的不利影响,例如,从1到5,或1至10个。同样重要的是提供副作用后每个假会话。这使得比较主动和假刺激相关的副作用的频率。对于传统的TDCS,已经报道了一些副作用,假手术组24就是一个例子,头痛更加频繁。
可能的修改
对于HD-4X1 TDCS,刺激方案可能会涉及不同的目标位置,电流极性和力度,以及环半径设计。作为一般规则,增加4X1环直径increa本身的渗透深度和最大强度下的环28。反之,减少环半径增加focality的,但会降低引起大脑电场。因此,最佳剂量为每指示进一步调查是必要的。
虽然本文集中在4×1型圈HD-TDCS的,也可以使用其他电极的部署,如4×2和3×3(双带),等等。虽然HD-TDCS提供了很多定制选项,定位和制备电极,这里所描述的方法,应该跟着只使用硬件和配件已专门进行了测试,此目的。这包括HD塑料外壳设计,凝胶,和电极要特别注意。例如,电极以外的Ag / AgCl电极的烧结环也进行了测试,以提供直流,例如银颗粒,银/氯化银颗粒,银/氯化银光盘和橡胶颗粒9。然而,Ag和橡胶颗粒电极诱导D转换的pH值,温度和电极电位增加所有电极的Ag / AgCl环和光盘除外。因此,出现的Ag / AgCl环形电极可能是一种有效和安全的方法。在未来,也可能被用来修改本文中所描述的方法,提供干预措施,如颅交流电刺激。
限制
此时,4X1环极性HD-TDCS皮质兴奋的作用尚不清楚。虽然神经生理学的研究报告说,1.0 mA和2.0 mA的正极4X1环HD-TDCS导致大脑皮质的兴奋性增加在健康受试者13,14,专门针对HD-TDCS研究的证据之前,还需要更广泛的身体任何概括作出。此外,值得注意的是,皮层的兴奋性调制的影响,采用4×1型圈HD-TDCS的可能是时间依赖性的,到达他们的豌豆Ķ刺激结束后并不会立即14,16后的几分钟。因此,为了获得准确的结果,可能需要在不同的时间点上,顺序评估以下的干预。
The authors have nothing to disclose.
作者社论援助感谢Kayleen韦弗,亚历山大·文丘里,丹尼斯张庭志愿此视频在这篇文章中所使用的数字之一,而华莱士的H. Coulter基金会开展这项工作给予的支持。 MS VOLZ德意志Schmerzgesellschaft EV [德国章疼痛研究国际协会(IASP)博士生奖学金资助。
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
One conventional tDCS device (Soterix 1×1 Low-intensity DC Stimulator) | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | 1300A | |
One 4×1 Multichannel Stimulation Adapter | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | 4X1-C2 | |
Four 9V batteries | Many manufacturers available | ||
One modular electroencephalogram recording cap | EASYCAP GmbH, Germany | EASYCAP | |
Five Ag/AgCl sintered ring electrodes | Stens Biofeedback Inc., San Rafael, CA, USA | EL-TP-RNG Sintered | |
Five specially-designed plastic casings and their respective caps | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | ||
One plastic plunger | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | PSYR-5 | |
Cables | Soterix Medical Inc., New York, NY, USA | CSIN-X2 Input Cable, CSOP-D5 Output Cable | |
One measuring tape | Many manufacturers available | ||
One wooden cotton swab | Many manufacturers available | ||
Electrically conductive gel (Sigma Gel) | Parker Laboratories, New Jersey, NJ, USA | 15-25 | |
One 3- or 5-ml syringe | Many manufacturers available | ||
Adhesive tape | Many manufacturers available | ||
Paper towels | Many manufacturers available |