High-Definition-transkranielle Gleichstrom-Stimulation (tDCS-HD), mit seinen 4×1-Ring montage, ist eine nicht-invasive Hirnstimulation Technik, die sowohl die neuromodulatorischen Wirkung herkömmlicher tDCS kombiniert mit erhöhter focality. Dieser Artikel bietet einen systematischen Nachweis der Verwendung von 4×1 HD-tDCS und die Überlegungen für sichere und effektive Stimulation erforderlich.
High-Definition-transkranielle Gleichstrom-Stimulation (tDCS-HD) wurde kürzlich als eine nicht-invasive Hirnstimulation Ansatz, der für die Richtigkeit der aktuelle Lieferzeit erhöht sich das Gehirn durch die Verwendung von Arrays von kleineren "High-Definition"-Elektroden entwickelt worden, anstelle des größeren pad- Elektroden herkömmlicher tDCS. Targeting wird durch Erregung Elektroden in vorgegebenen Konfigurationen platziert erreicht. Eines davon ist die 4×1-Ring-Konfiguration. In diesem Ansatz wird ein Zentrierring (Anode oder Kathode), die über der Soll-kortikalen Bereich von vier Hin-Elektroden, die die Fläche umgrenzen Stimulation helfen umgeben. Versand von 4×1-Ring HD-tDCS induzieren kann signifikante neurophysiologische und klinische Effekte sowohl bei gesunden Probanden und Patienten. Darüber hinaus wird die Verträglichkeit von Studien mit Intensitäten so hoch wie 2,0 Milliampere für bis zu 20 Minuten unterstützt.
Obwohl 4×1 HD-tDCS ist einfach zu Leistungm ist eine korrekte Positionierung der Elektroden, um genau zu stimulieren Ziel kortikalen Regionen und üben ihre neuromodulatorischen Effekte wichtig. Die Verwendung von Elektroden-und Hardware, die speziell für HD-tDCS getestet worden ist entscheidend für die Sicherheit und Verträglichkeit. Da die meisten veröffentlichten Studien über 4×1 HD-tDCS haben die primären motorischen Kortex (M1) gezielt, vor allem für Schmerzen im Zusammenhang mit Ergebnissen, ist der Zweck dieses Artikels, um systematisch beschreiben ihre Verwendung für M1 Stimulation, sowie die Überlegungen getroffen werden für eine sichere und effektive Stimulation. Allerdings können die beschriebenen Methoden hier für andere HD-tDCS Konfigurationen und kortikalen Ziele angepasst werden.
Transkraniellen (tDCS) ist eine nicht-invasive Stimulation des Gehirns Technik modifizieren können neuronale Ruhemembranpotenzial und das Niveau der spontanen neuronale Aktivität im Bereich der Stimulation sowie in miteinander verbundenen neuronalen Netzwerke 1, mit dem endogenen μ-Opioid-System 2, dadurch Modulation kortikaler Erregbarkeit. Die Auswirkungen der tDCS neuromodulatorischen, mit seiner niedrigen Kosten, einfache Anwendung und Mobilität kombiniert, haben seines umfangreichen Einsatzes im vergangenen Jahrzehnt in einer Vielzahl von Einstellungen geführt. Diese haben neurophysiologische Studien, kognitive und verhaltenstherapeutische Maßnahmen und Studien, in denen Patienten Störungen wie chronische Schmerzen, Depressionen, Migräne, Schlaganfall, Parkinson und Tinnitus 3 enthalten. Jedoch Lieferung von Gleichstrom (DC) erfolgt über große Pads, am häufigsten zwischen 25-35 cm 2, die relativ weite Bereiche der Großhirnrinde befindet betwee stimulierenn die Anode und die Kathode 4. Daher ist fokale Stimulation Ziel kortikalen Regionen, denen keine Stimulation der benachbarten anatomischen Bereichen schwer mit dieser Technik zu erreichen. Es wurden mehrere Ansätze untersucht, um "Shape" Stromfluss durch Variation Abstand zwischen den Elektroden 5 und steigend / fallend Padgröße zu verringern / erhöhen Modulation in kortikalen Regionen unter der Elektrode 6. Dennoch bleiben die Bemühungen zur weiteren Ziel Stromfluss bei gleichzeitiger Vermeidung von Rangier-Strom zwischen Elektroden 7,8 von Interesse.
High-Definition (HD)-tDCS ist eine neu entwickelte Intervention, die Arrays von kleineren, speziell Elektroden 9 verwendet. Verschiedene Konfigurationen wurden getestet, die modifiziert werden kann, um die Stimulation des Targets 10 zu verbessern. Unter ihnen ist der 4×1-Ring-Konfiguration, eine Montage, die einen mittleren Elektrode verwendet, die über das Ziel kortikalen Bereich umgebendurch vier Rückkehr Elektroden 4. Die zentrale Elektrode bestimmt die Polarität der Stimulation entweder als anodische oder kathodische und die Radien der Rückkehr Elektroden beschränken den Bereich durchläuft Erregbarkeit Modulation. Gehirn-Modeling-Studien zeigen, dass der Bereich der Hirnrinde unterziehen Modulation mit dem 4×1 HD-tDCS Konfiguration stärker eingeschränkt ist als der Standard bipolare Montage von herkömmlichen tDCS 4 verglichen. Darüber hinaus ist seine focality robust, um Gewebe (Modellierung) 11 Parameter. Klinische neurophysiologische Studien mit 4×1-Ring transkranielle elektrische Stimulation bestätigen Schwerpunkt aktuelle Lieferzeit 12.
Die möglichen Anwendungen dieser Maßnahme sind ähnlich zu denen von herkömmlichen tDCS. Verhaltens-und neurophysiologische Studien mit 4×1-Ring HD-tDCS über dem primären motorischen Kortex (M1) Bericht Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit 13 und Nachwirkungen, die denen von herkömmlichen durch tDCS 14 induziert überdauern kann. Aktuelle Studien mit 4×1-Ring HD-tDCS unterstützt seine Verträglichkeit bei gesunden Probanden und Patienten 13-15 16, wenn Intensitäten so hoch wie 2,0 Milliampere (mA) für bis zu 20 Minuten geliefert werden. Obwohl HD-tDCS gut vertragen wird, ist es wichtig, nur Geräte und Elektroden, die speziell für diesen Zweck getestet verwenden.
Das Ziel dieses Artikels ist es, einen systematischen Nachweis der Verwendung von 4×1-Ring-Elektroden für HD-tDCS bieten. Stimulation des M1 wurde gewählt, da es die häufigste montage in verschiedenen klinischen Forschung Einstellungen verwendet wird. Jedoch können die beschriebenen Methoden für die Ausrichtung der anderen Hirnregionen wie dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) angepasst werden. Wie hier gezeigt wird, ist richtig Elektrode Positionierung einfach durchzuführen, aber wichtig, um genau zu stimulieren Ziel kortikalen Regionen. Wir hoffen, dass diese Demonstration wird dazu beitragen, zu unterstützen und zu erhöhen, die Strenge der zukünftigen HD-tDCSStudien, die weitere Erkenntnisse über die Mechanismen und Anwendungen dieser neuartigen Intervention zur Verfügung stellt.
Kritische Schritte
Aspekte vor Beginn des Verfahrens zu überprüfen
Vor Beginn der Stimulation, sollten Forscher stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer keine Kontraindikationen für HD-tDCS hat. Tabelle 1 listet einige wichtige Überlegungen berücksichtigt werden und fasst die wichtigsten Kontraindikationen, einschließlich Anwesenheit metallischen Implantaten oder Geräte in den Kopf, schwere Hirn-Verletzungen oder erhebliche Hautverletzungen. Der Forscher sollte auf das Vorhandensein der letzteren in der 4×1-Ring Umfang inspizieren während der Vorbereitung für die Platzierung der Elektroden. Wir empfehlen nicht, die Anwendung dieser Technik, wenn diese Läsionen vorliegen. Dies ist wichtig, da, obwohl Hautläsionen nicht gemeldet haben, wenn Sie die HD-Elektroden und Gehäuse in diesem Artikel gezeigt hat Hautschäden nach der Lieferung von mehreren aufeinander folgenden Sitzungen der konventionellen tDCS 3 gemeldet, vor allem, wenn durchgeführt overa Zeitraum von 14 Tagen 25.
Die Anwesenheit von metallischen Implantaten oder Mängel an den Schädel oder Gehirnparenchym signifikant verändern Stromfluss 17,26 und Ergebnis in der Stimulation des kortikalen Regionen andere als die vorgesehenen. Aus Sicherheitsgründen sollte die Stimulation bei Patienten mit implantierten medizinischen Geräten vermieden werden. Relative Kontraindikationen sind bei Epilepsie oder die Geschichte eines Schlaganfalls, es sei denn die Studie ist speziell auf das Studium dieser Bedingungen konzentriert. HD-tDCS sollte bei schwangeren Frauen aufgrund fehlender Daten zur Sicherheit vermieden werden.
Es ist von größter Bedeutung, um die Polarität der Kabel überprüfen, wenn Sie das 4×1 Multichannel Stimulation Adapter zum herkömmlichen tDCS Gerät. Andernfalls kann bei der Bereitstellung die falsche Art von Stimulation der Teilnehmer führen. Stellen Sie sicher, dass das Kabel als "Center", die oft sein kann, rot markiert, an den richtigen Anschluss (Anode oder Kathode) angeschlossen.
Der Betreiber sollte auch visuell inspizieren die Ag / AgCl Sinterring Elektroden zum Nachweis der Ablagerung von Elektrolyse-Produkte vor jedem Gebrauch und ersetzen Sie sie, wenn angegeben. Nach jedem aktiven Stimulationssitzung neigen Produkte von elektrochemischen Reaktionen zum Aufbau auf der rauhen Oberfläche auf der Unterseite der Elektroden. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, dass jede Elektrode in der Mitte des 4×1-Konfiguration für zwei aktive Stimulationssitzungen nur angeordnet werden. Anschließend kann es gedreht werden und als eine der Rückkehr Elektroden. Sobald jeder der fünf Elektroden in einer Reihe als Mittelelektrode gedient hat zweimal, wird empfohlen, um einen neuen Satz von Elektroden verwendet werden. Es ist einfach an jede Elektrode beschriften und Aufzeichnen der Anzahl von Verwendungen, um sie in einer koordinierten Weise zu drehen. Neben der Verträglichkeit wird die (begrenzte) Drehung der Elektroden sollen auch einen hochohmigen Fall, wo Strom nicht geteilt wird ebenso zu vermeiden across die vier Elektroden Rückkehr. Der Betreiber ist verantwortlich für die Überprüfung Kontaktqualität vor der Stimulation (wie in den Schritten 5,12-5,14 erklärt), und sicherzustellen, dass keine ungewöhnlich hohe Werte eingehalten werden.
Es kann vorkommen, dass die Teilnehmer ihre Köpfe bewegen übermäßig oder versehentlich ziehen Sie die Kabel und lösen oder brechen sie. Aus diesem Grund ist es ratsam, Schleife jedes Kabel um seine Kunststoffgehäuse und Band der 4×1-Adapter-Kabel-Ausgang an eine Oberfläche (dh der Stuhl oder der Teilnehmer Kleidung).
Falls gewünscht, kann es möglich sein, topische Anästhetika an der Kopfhaut zu geben, um möglicherweise unangenehme Empfindungen zu verhindern und zur Verbesserung der Blendung von Teilnehmern an der Studie. Es sollte jedoch bedacht werden, dass, obwohl Verätzungen der Haut nicht mit HD-tDCS berichtet, könnte es eine kleine theoretische Risiko für diese unerwünschte Wirkung zu sein und die Verwendung von Lokalanästhetika könnten Teilnehmer aus r verhinderneporting es während der Stimulation. In dieser Demonstration sowie in unseren früheren Studien haben wir nicht topischen Anästhetika, wie Unwohlsein, wird im Allgemeinen als mild berichtet.
Wie oben erwähnt wurde, um optimale Ergebnisse zu haben, ist es sehr wichtig, die Ausbreitung elektrischer Gel über die Grenzen der Kunststoffummantelung zu verhindern. Andernfalls aktuellen Kraft Shunt von einer Elektrode zur anderen.
Wichtige Überlegungen während der Stimulation
Es sei denn, dies als Teil des Studiendesigns erforderlich ist, sollte das Thema nicht zu schlafen, lesen oder sonst während der Stimulationssitzung abgelenkt. Dies ist wichtig, da es wurde berichtet, dass intensive kognitive Anstrengung, Langeweile oder schlafen, Muskelaktivität und anderen Tätigkeiten, die zu Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit können in veränderten und im Gegensatz Wirkung herkömmlicher tDCS 27 führen.
Bei der Einleitung des stimulation, und um Nebenwirkungen von plötzlichen Beginn des Stromflusses, das Gerät zu verhindern automatisch Rampen Strom nach oben und unten über einen Zeitraum von dreißig Sekunden. Aus ähnlichen Gründen, nicht zwischen "Pass" und "Scan"-Modus zu schalten, während die konventionelle tDCS Gerät Strom erzeugt. Es ist immer ratsam, regelmäßig fragen, ob sie Untertanen zufrieden mit dem Verfahren fühlen, um sicherzustellen, dass die Stimulation sicher voran.
Stimulation bei empfindlichen Bevölkerungsgruppen, einschließlich pädiatrischen Patienten kann eine Dosisanpassung erfordern.
Praktische Aspekte nach dem Eingriff
Um weitere Beweise für Sicherheit zu sammeln und HD-tDCS Auswirkungen überwacht, empfehlen wir die Verwendung eines negativen Auswirkungen Fragebogen wie die in Tabelle 3 dargestellt, die den Teilnehmern nach jeder Sitzung sollte geliefert werden. Achten Sie darauf, für das Vorhandensein der häufigsten adverse Effekte mit HD-tDCS verbunden sind, wie Unbehagen, Kribbeln, Juckreiz und Brennen. Darüber hinaus kann die Aussagekraft dieser Daten durch bittet auch für quantitative subjektive Noten verbessert werden. Dies kann mit einer numerischen Skala für die Patienten, um die Intensität oder Schwere der Nebenwirkungen, zum Beispiel von 1 bis 5 oder 1 bis 10 Bericht erreicht werden. Es ist auch wichtig, die Nebenwirkung Fragebogen über jede Schein-Sitzung zu liefern. Dies ermöglicht den Vergleich der Häufigkeit von Nebenwirkungen, die mit aktiven und Schein Stimulation verbunden. Für konventionelle tDCS haben einige Nebenwirkungen berichtet worden, dass noch häufiger in der Sham-Gruppe 24, Kopfschmerzen als ein Beispiel.
Mögliche Änderungen
Für 4×1 HD-tDCS kann Stimulationsprotokolle gestaltet mit verschiedenen Zielorten, aktuelle Polarität und Intensität, und der Radius des Rings werden. In der Regel wird eine Erhöhung 4×1 Ringdurchmesser Increasich die Eindringtiefe und die maximale Intensität unter dem Ring 28. Umgekehrt reduziert Ringradius erhöht focality aber abnimmt induziert Gehirn elektrischen Feldes. Daher ist eine weitere Untersuchung der optimalen Dosis pro Indikation gerechtfertigt.
Obwohl dieser Artikel auf 4×1-Ring HD-tDCS fokussiert ist, können auch andere Elektrode Bereitstellungen verwendet werden, wie 4×2 und 3×3 (Dual Band) werden, unter anderem. Obwohl HD-tDCS bietet viele Möglichkeiten zur Individualisierung, die Methoden für die Positionierung und Vorbereitung Elektroden, wie hier beschrieben, sollte zusammen mit nur mit Hardware und Zubehör, das speziell für diesen Zweck getestet wurden befolgt werden. Dazu gehören unter besonderer Berücksichtigung der HD Kunststoffgehäuse Design, Gel und Elektroden. Zum Beispiel sind Elektroden außer Ag / AgCl Sinterring auch getestet, um DC, wie Ag Pellet, Ag / AgCl Pellet, Ag / AgCl Scheibe und Gummi Pellet 9 liefern. Allerdings induzieren beide Ag und Gummi Pellet Elektrodend Änderungen im pH-Wert und steigt in Temperatur und Elektrodenpotential wurden für alle Elektroden mit Ausnahme Ag / AgCl Ring und Scheibe gemeldet. Daher scheint es, dass Ag / AgCl Ringelektroden kann eine wirksame und sichere Ansatz. In Zukunft können Modifikationen des Ansatzes in diesem Papier beschrieben auch verwendet werden, um Maßnahmen wie die transkranielle Stimulation Wechselstrom zu liefern.
Einschränkungen
Zu diesem Zeitpunkt bleibt die Rolle der 4×1-Ring HD-tDCS Polarität auf die kortikale Erregbarkeit unklar. Obwohl neurophysiologische Studien haben berichtet, dass sowohl 1,0 mA und 2,0 mA anodale 4×1-Ring HD-tDCS in kortikalen Erregbarkeit bei gesunden Probanden führte 13,14 erhöht, ist eine breitere Körper des Beweises speziell mit HD-tDCS Studien erforderlich, bevor eine Verallgemeinerung kann gemacht werden. Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass die Auswirkungen der Modulation mit kortikalen Erregbarkeit 4×1-Ring HD-tDCS kann zeitabhängig sein, das Erreichen ihrer Erbsek mehrere Minuten nach dem Ende der Anregung und nicht unmittelbar nach 14,16. Daher kann sequentiellen Beurteilungen über verschiedenen Zeitpunkten nach der Intervention erforderlich, um genaue Ergebnisse zu erhalten.
The authors have nothing to disclose.
Die Autoren danken Kayleen Weaver für die redaktionelle Unterstützung, Alexandre Venturi für freiwilliges Engagement zu diesem Video, Dennis Truong für die Bereitstellung einer der Figuren in diesem Artikel verwendet wird, und der Wallace H. Coulter Foundation für die Unterstützung, um diese Arbeit durchzuführen. MS Volz wird durch ein Promotionsstipendium der Deutschen Schmerzgesellschaft eV [deutschen Sektion der Internationalen Gesellschaft zum Studium des Schmerzes (IASP)] finanziert.
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 |