Haute définition stimulation transcrânienne à courant continu (HD-STCC), avec son 4×1 torique montage, est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui combine à la fois les effets neuromodulateurs du STCC conventionnelles avec l'augmentation focalité. Cet article fournit une démonstration systématique de l'utilisation des 4×1 HD-STCC, et les considérations nécessaires pour une stimulation efficace et sans danger.
Haute définition stimulation transcrânienne à courant continu (HD-STCC) a été récemment développée comme une approche de la stimulation cérébrale non invasive qui augmente la précision de l'administration actuelle au cerveau en utilisant des tableaux de petites électrodes "haute définition", au lieu de la plus grande pad- électrodes de STCC conventionnels. Le ciblage est réalisé par l'excitation des électrodes placées dans des configurations prédéterminées. L'un d'eux est la configuration 4×1-ring. Dans cette approche, une électrode annulaire central (anode ou cathode) recouvrant la zone corticale de la cible est entourée de quatre électrodes de retour, qui aident à circonscrire la zone de stimulation. Livraison de 4×1 torique HD-STCC est capable d'induire des effets neurophysiologiques et cliniques significatifs chez des sujets sains et des patients. En outre, sa tolérance est soutenue par des études utilisant des intensités aussi élevées que 2,0 milliampères pour un maximum de vingt minutes.
Même si 4×1 HD-STCC est simple à perform, le positionnement correct des électrodes est important afin de stimuler avec précision les régions corticales cibles et exercer ses effets neuromodulateurs. L'utilisation d'électrodes et le matériel qui ont été spécialement testés pour HD-STCC est essentiel pour la sécurité et la tolérabilité. Étant donné que la plupart des études publiées sur les 4×1 HD-STCC ont ciblé le cortex moteur primaire (M1), en particulier pour les résultats liés à la douleur, le but de cet article est de décrire systématiquement son utilisation pour la stimulation M1, ainsi que les considérations à prendre pour une stimulation efficace et sans danger. Cependant, les méthodes décrites ici peuvent être adaptés à d'autres configurations HD-STCC et des cibles corticales.
Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une technique non invasive du cerveau de stimulation capable de modifier le potentiel de repos de la membrane neuronale et le niveau de décharge neuronale spontanée dans le domaine de la stimulation aussi bien que dans les réseaux de neurones interconnectés 1, y compris le système de μ-opioïde endogène 2, ainsi moduler l'excitabilité corticale. Les effets neuromodulateurs du STCC, combinées à son faible coût, application simple et la portabilité, ont conduit à son utilisation massive au cours de la dernière décennie dans une grande variété de contextes. Celles-ci ont inclus des études neurophysiologiques, les interventions cognitives et comportementales et les études évaluant les patients des troubles tels que la douleur chronique, la dépression, la migraine, accident vasculaire cérébral, la maladie de Parkinson et les acouphènes 3. Toutefois, la livraison de courant continu (DC) est réalisée à l'aide de grandes plaquettes, le plus souvent entre 25-35 cm 2, qui stimulent relativement larges zones du cortex cérébral situés between l'anode et la cathode 4. Par conséquent, la stimulation focal des régions corticales cibles, n'impliquant pas la stimulation des zones anatomiques voisines, est difficile à réaliser avec cette technique. Plusieurs approches ont été étudiées afin de "façonner" flux de courant en faisant varier distance inter-électrodes 5 et augmenter / diminuer la taille du tampon pour diminuer / augmenter la modulation dans les régions corticales sous l'électrode 6. Néanmoins, des efforts à plus courant cible tout en évitant les manœuvres du courant entre les électrodes 7,8 demeurent d'intérêt.
High-Definition (HD)-STCC est une intervention nouvellement développé qui utilise des tableaux de petit, des électrodes spécialement conçues 9. Différentes configurations ont été testées, qui peut être modifiée afin d'améliorer la stimulation des cibles 10. Parmi eux se trouve la configuration 4×1-ring, un montage qui utilise une électrode centrale recouvrant la région corticale cible entourépar quatre électrodes de retour 4. L'électrode centrale définit la polarité de la stimulation comme étant soit anodique ou cathodique, et les rayons des électrodes de retour confiner la zone subissant une modulation de l'excitabilité. Des études de modélisation du cerveau montrent que la zone de cortex modulation subir en utilisant la configuration HD-STCC 4×1 est plus restreint par rapport au montage bipolaire niveau de STCC classiques 4. En outre, son focalité est robuste aux tissus (modélisation) des paramètres 11. Des études neurophysiologiques cliniques utilisant 4×1 torique stimulation électrique transcrânienne confirment la livraison courant focal 12.
Les applications potentielles de cette intervention sont similaires à ceux de la STCC conventionnels. Des études comportementales et neurophysiologiques utilisant 4×1 torique HD-STCC sur le cortex moteur primaire (M1) signalent les changements d'excitabilité corticale 13 et séquelles qui peuvent durer plus longtemps que ceux en induite par STCC conventionnels 14. Les études actuelles utilisant 4×1 torique HD-STCC soutenir sa tolérabilité chez des sujets sains et des patients 13-15 16 lorsque intensités aussi élevées que 2,0 milliampères (mA) sont fournis pour un maximum de vingt minutes. Bien que HD-STCC est bien toléré, il est important de n'utiliser que des périphériques et des électrodes qui ont été spécialement testés à cet effet.
L'objectif de cet article est de fournir une démonstration systématique de l'utilisation d'électrodes 4×1-ring pour le HD-STCC. Stimulation de la M1 a été choisi, car il est le montage le plus couramment utilisé dans différents contextes de recherche clinique. Cependant, les méthodes décrites peuvent être adaptées pour cibler d'autres régions du cerveau comme le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC). Comme on le voit ici, le positionnement correct des électrodes est simple à réaliser mais important dans le but de stimuler avec précision les régions corticales cibles. Nous espérons que cette manifestation contribuera à soutenir et à augmenter la rigueur de la future HD-STCCessais, qui fourniront une preuve supplémentaire sur les mécanismes et les applications de cette nouvelle intervention.
Étapes critiques
Aspects à vérifier avant de commencer la procédure
Avant de commencer la stimulation, les chercheurs doivent s'assurer que le participant n'a pas de contre-indications pour HD-STCC. Tableau 1 énumère quelques considérations importantes à prendre en compte et résume les contre-indications les plus importantes, y compris la présence d'implants métalliques ou des appareils dans la tête, sévère lésions cérébrales ou de lésions importantes de la peau. Le chercheur doit vérifier la présence de ce dernier dans le périmètre 4×1-ring tout en se préparant pour le placement des électrodes. Nous ne recommandons pas l'application de la technique si ces lésions existent. Ceci est important car, si les lésions cutanées n'ont pas été rapportés lors de l'utilisation des électrodes HD et boîtiers présentées dans cet article, des lésions cutanées ont été rapportés après la livraison de plusieurs séances consécutives de STCC conventionnels 3, en particulier si elle est effectuée overa période de 14 jours 25.
La présence d'implants ou de défauts dans le crâne ou parenchyme cérébral métalliques peut modifier de manière significative le flux de courant 17,26 et le résultat dans la stimulation des régions corticales autres que celles prévues. Pour des raisons de sécurité, la stimulation doit être évitée chez les patients ayant des dispositifs médicaux implantés. Contre-indications relatives présence d'épilepsie ou l'histoire d'un accident vasculaire cérébral, à moins que l'étude est plus particulièrement axé sur l'étude de ces conditions. HD-STCC doit être évitée chez les femmes enceintes en raison du manque de données concernant la sécurité.
Il est primordial de vérifier la polarité des câbles lors de la connexion de l'adaptateur de stimulation Multichannel 4×1 sur le périphérique de STCC conventionnel. Ne pas le faire peut conduire à livrer le mauvais type de stimulation au participant. Assurez-vous que le câble étiqueté comme "Centre", qui peuvent souvent être rouge, est branché à la borne correcte (anode ou cathode).
L'opérateur doit également inspecter visuellement les électrodes annulaires frittés Ag / AgCl pour preuve de dépôt de produits d'électrolyse avant chaque utilisation et remplacez-les si nécessaire. Après chaque séance de stimulation actif, les produits des réactions électrochimiques ont tendance à s'accumuler sur la surface rugueuse sur la partie inférieure des électrodes. Pour cette raison, il est recommandé que chaque électrode est situé dans le centre de la configuration 4×1 pour deux séances de stimulation active uniquement. Par la suite, il peut être mis en rotation et utilisée comme l'une des électrodes de retour. Une fois que chacun des cinq électrodes dans un ensemble a servi de l'électrode centrale deux fois, il est recommandé d'utiliser un nouveau jeu d'électrodes. Il est facile d'étiqueter chaque électrode et enregistrer le nombre d'utilisations, afin de les faire tourner d'une manière coordonnée. En plus de la tolérance, la rotation (limité) d'électrodes est également destinée à éviter un cas de haute impédance où le courant ne sera pas divisé en parts égales acrRejoignez les quatre électrodes de retour. L'opérateur est tenu de vérifier la qualité du contact avant la stimulation (comme expliqué aux étapes 5.12 à 5.14), et s'assurer qu'aucune des valeurs anormalement élevées de résistance sont observés.
Il peut arriver que les participants passent leurs têtes de manière excessive ou tirer par inadvertance les câbles et déloger ou de les rompre. Pour cette raison, il est conseillé de boucle chaque câble autour de son boîtier en plastique et de bande du câble de sortie de l'adaptateur 4×1 sur une surface (ie le président ou les vêtements du participant).
Si vous le souhaitez, il peut être possible d'ajouter des anesthésiques topiques sur le cuir chevelu afin d'éviter les sensations inconfortables et potentiellement à améliorer l'aveuglement des participants à l'étude. Cependant, il faut garder à l'esprit que, bien que des brûlures de la peau n'ont pas été rapportés avec HD-STCC, il pourrait y avoir un petit risque théorique de cet effet indésirable et l'utilisation d'anesthésiques topiques peut empêcher les participants de rAPPORTS pendant la stimulation. Dans cette démonstration, ainsi que dans nos études précédentes, nous n'avons pas utilisé des anesthésiques topiques comme tout inconfort est généralement signalé comme doux.
Comme mentionné ci-dessus, afin d'avoir des résultats optimaux, il est très important de prévenir le gel électrique de se propager au-delà des limites de l'enveloppe en plastique. Dans le cas contraire, shunt de puissance de courant d'une électrode à l'autre.
Des considérations importantes lors de la stimulation
Sauf si cela est nécessaire dans le cadre de la conception de l'étude, le sujet ne doit pas être dormir, lire ou autrement distrait lors de la séance de stimulation. Ceci est important car il a été rapporté que l'effort cognitif intense, d'ennui ou de dormir, l'activation musculaire et d'autres activités entraînant des changements dans l'excitabilité corticale peuvent entraîner des effets altérées et opposition de STCC conventionnels 27.
Dès l'ouverture de la stimulation, et afin de prévenir les effets secondaires du début brusque du courant, l'appareil automatiquement rampes courant de haut en bas sur une période de trente secondes. Pour les mêmes raisons, ne pas basculer entre «Pass» et les modes «scan» tandis que le dispositif de STCC conventionnel produit du courant. Il est toujours conseillé de demander périodiquement des sujets qu'ils se sentent à l'aise avec la procédure afin de s'assurer que la stimulation se déroule en toute sécurité.
Stimulation des populations sensibles, y compris les patients pédiatriques, peut nécessiter un ajustement de dose.
Les aspects pratiques après la procédure
Afin de recueillir des preuves supplémentaires sur la sécurité et à surveiller les effets HD-STCC, nous vous recommandons d'utiliser un questionnaire sur les effets indésirables tels que celui décrit dans le tableau 3, qui devrait être livré aux participants après chaque session. Assurez-vous de dépister la présence de l'ADVE plus couranterse effets associés à la HD-STCC, tels que l'inconfort, des picotements, des démangeaisons et des sensations de brûlure. En outre, la signification de ces données peut être améliorée en demandant également scores quantitatifs subjectives. Ceci peut être réalisé en ayant une échelle numérique pour les patients à signaler l'intensité ou la gravité des effets indésirables, par exemple de 1 à 5 ou de 1 à 10. Il est également important de livrer le questionnaire d'effets secondaires après chaque session imposture. Cela permet de comparer la fréquence des effets indésirables associés à la stimulation active et imposture. Pour STCC classiques, des effets secondaires ont été signalés à être encore plus fréquents dans le groupe témoin 24, maux de tête en étant un exemple.
Modifications possibles
Pour 4×1 HD-tDCS, protocoles de stimulation peuvent être conçus impliquant différents emplacements cibles, la polarité et l'intensité du courant, et le rayon de l'anneau. En règle générale, l'augmentation du diamètre de l'anneau 4×1 sera augsoi la profondeur de pénétration et l'intensité maximale sous l'anneau 28. Inversement, la réduction de rayon de l'anneau augmente focalité mais diminue induit un champ électrique du cerveau. Par conséquent, une enquête plus approfondie de la dose optimale par indication est justifiée.
Bien que cet article se concentre sur 4×1-ring HD-STCC, d'autres déploiements d'électrodes peuvent également être utilisés, tels que les 4×2 et 3×3 (double bande), entre autres. Bien que HD-STCC offre de nombreuses options de personnalisation, les méthodes de positionnement et de la préparation des électrodes, tel que décrit ici, devraient être suivis avec l'aide seulement les équipements et les accessoires qui ont été spécialement testés à cet effet. Ceci inclut une attention particulière à la HD plastique conception du boîtier, gel et électrodes. Par exemple, les électrodes autres que Ag / AgCl bague frittée ont également été testés afin de délivrer des courant continu, tel que Ag culot, Ag / AgCl culot, Ag / AgCl disque et le caoutchouc culot 9. Cependant, les deux électrodes granulés AG et caoutchouc induisentchangements de pH d, et des augmentations de température et de potentiel d'électrode ont été signalés pour toutes les électrodes à l'exception de Ag / AgCl anneau et le disque. Par conséquent, il semble que les électrodes Ag / AgCl de cycle peuvent être une approche efficace et sûr. Dans l'avenir, les modifications de l'approche décrite dans le présent document peuvent également être utilisés pour effectuer des interventions telles que la stimulation transcrânienne à courant alternatif.
Limitations
À ce stade, le rôle de 4×1 torique HD-STCC polarité sur l'excitabilité corticale reste incertaine. Bien que les études neurophysiologiques ont rapporté que les deux 1,0 mA et 2,0 mA anodique 4×1 torique HD-STCC a permis d'augmenter l'excitabilité corticale chez les sujets sains 13,14, un corps plus large d'éléments de preuve portant spécifiquement sur les études HD-STCC est nécessaire avant toute généralisation possible être faite. En outre, il est à noter que les effets de la modulation de l'excitabilité corticale en utilisant 4×1 torique HD-STCC peuvent être dépendant du temps, atteignant leur poisk plusieurs minutes après la fin de la stimulation et ne sont pas immédiatement après 14,16. Par conséquent, les évaluations successives sur différents points de temps après l'intervention peut être nécessaire afin d'obtenir des résultats précis.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs remercient Kayleen Weaver pour aide à la rédaction, Alexandre Venturi pour faire du bénévolat pour cette vidéo, Dennis Truong pour fournir l'une des figures utilisées dans cet article, et la Fondation Wallace H. Coulter pour le soutien apporté à la réalisation de ces travaux. MS Volz est financé par une bourse de doctorat de la Deutsche Schmerzgesellschaft eV [chapitre allemand de l'Association internationale pour l'étude de la douleur (IASP)].
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 |