Alta definizione stimolazione transcranica a corrente continua (HD-tDCS), con il suo 4×1-anello di montaggio, è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva che combina gli effetti neuromodulatori della tDCS convenzionali con maggiore focalità. Questo articolo fornisce una dimostrazione sistematica dell'uso di 4×1 HD-tDCS, e le considerazioni necessarie per la stimolazione sicuro ed efficace.
Alta definizione stimolazione transcranica a corrente continua (HD-tDCS) è stato recentemente sviluppato come un approccio stimolazione cerebrale non invasivo che aumenta la precisione di erogazione di corrente al cervello mediante matrici di elettrodi piccoli "ad alta definizione", invece del più grande pad- elettrodi di tDCS convenzionali. Targeting è raggiunto da energizzante elettrodi posti in configurazioni predeterminate. Uno di questi è la configurazione 4×1-ring. In questo approccio, un anello elettrodo centrale (anodo o catodo) sovrastante la regione corticale bersaglio è circondata da quattro elettrodi di ritorno, che aiutano a circoscrivere l'area di stimolazione. Consegna di 4×1-ring HD-tDCS è in grado di indurre significativi effetti neurofisiologici e clinici sia in soggetti sani e pazienti. Inoltre, la sua tollerabilità è supportato da studi utilizzando intensità alto come 2,0 milliampere per un massimo di 20 minuti.
Anche se 4×1 HD-tDCS è semplice da prestazionim, corretto posizionamento dell'elettrodo è importante al fine di stimolare accuratamente regioni corticali bersaglio e esercitare i suoi effetti neuromodulatori. L'uso di elettrodi e di hardware che sono stati specificamente testati per HD-tDCS è critica per la sicurezza e tollerabilità. Dato che la maggior parte studi pubblicati su 4×1 HD-tDCS hanno preso di mira la corteccia motoria primaria (M1), in particolare per i risultati dolore legato, lo scopo di questo articolo è quello di descrivere sistematicamente il suo uso per la stimolazione M1, così come le considerazioni da prendere per la stimolazione sicuro ed efficace. Tuttavia, i metodi descritti qui possono essere adattate per altre configurazioni HD-tDCS e traguardi corticali.
Stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è una tecnica non invasiva cervello stimolazione capace di modificare neuronale potenziale di membrana e il livello di scarica neuronale spontanea nella zona di stimolazione così come in interconnesse reti neurali uno tra il sistema endogeno μ-oppioide 2, così modulare l'eccitabilità corticale. Gli effetti neuromodulatori della tDCS, combinate con il suo basso costo, semplice applicazione e portabilità, hanno portato al suo ampio uso negli ultimi dieci anni in una vasta gamma di impostazioni. Questi hanno incluso studi neurofisiologici, interventi cognitivi e comportamentali e studi di pazienti valutano disturbi come dolore cronico, depressione, emicrania, ictus, morbo di Parkinson e l'acufene 3. Tuttavia, la consegna di corrente continua (DC) viene eseguita utilizzando cuscinetti di grandi dimensioni, più comunemente tra 25-35 cm 2, che stimolano relativamente ampie aree della corteccia cerebrale situati between l'anodo e il catodo 4. Pertanto, la stimolazione focale del bersaglio regioni corticali, che non comportano la stimolazione delle zone anatomiche limitrofe, è difficile da raggiungere con questa tecnica. Diversi approcci sono stati studiati in modo da "plasmare" flusso di corrente variando distanza tra gli elettrodi 5 e aumentando / diminuendo dimensioni pad per diminuire / aumentare la modulazione in regioni corticali sotto l'elettrodo 6. Tuttavia, gli sforzi per un'ulteriore destinazione flusso di corrente, evitando shunt di corrente tra gli elettrodi 7,8 rimangono di interesse.
High-Definition (HD)-tDCS è un intervento di nuova concezione che utilizza matrici di più piccolo, elettrodi appositamente progettati 9. Diverse configurazioni sono stati testati, che può essere modificata per migliorare la stimolazione di obiettivi 10. Tra queste è la configurazione 4×1-ring, un montaggio che utilizza un elettrodo centrale sovrastante la regione corticale bersaglio circondatoda quattro elettrodi di ritorno 4. L'elettrodo centrale definisce la polarità della stimolazione sia come anodica o catodica e raggi degli elettrodi di ritorno confinare l'area subendo modulazione dell'eccitabilità. Studi di modelli cerebrali mostrano che l'area di subire modulazione corticale utilizzando la configurazione HD-tDCS 4×1 è più ristretto rispetto allo standard di montaggio bipolare tDCS convenzionali 4. Inoltre, la sua focalità è robusto al tessuto (modellazione) parametri 11. Gli studi neurofisiologici clinici utilizzando 4×1-ring stimolazione elettrica transcranica confermano focale consegna attuale 12.
Le potenziali applicazioni di questo intervento sono simili a quelle della tDCS convenzionali. Studi comportamentali e neurofisiologici utilizzando 4×1-ring HD-tDCS sulla corteccia motoria primaria (M1) di report cambiamenti nella eccitabilità corticale 13 e postumi che possono sopravvivere a quelli da indotto dalla tDCS convenzionali 14. Gli studi in corso che utilizzano 4×1-ring HD-tDCS supportano la sua tollerabilità sia in soggetti sani e pazienti 13-15 16 quando intensità alto come 2.0 milliampere (mA) vengono consegnati per un massimo di 20 minuti. Sebbene HD-tDCS è ben tollerato, è importante utilizzare solo dispositivi ed elettrodi che specificamente sono stati testati per questo scopo.
L'obiettivo di questo articolo è di fornire una dimostrazione sistematica uso di elettrodi 4×1-ring per HD-tDCS. Stimolazione della M1 è stato scelto, in quanto è il montaggio più comune utilizzato in diverse impostazioni di ricerca clinica. Tuttavia, i metodi descritti possono essere adattati per il targeting di altre regioni del cervello, come la corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC). Come verrà dimostrato qui, corretto posizionamento dell'elettrodo è semplice da eseguire ma importante per stimolare accuratamente regioni corticali bersaglio. Ci auguriamo che questa manifestazione contribuirà a sostenere e aumentare il rigore del futuro HD-tDCSprove, che forniranno ulteriori elementi di prova sui meccanismi e le applicazioni di questo romanzo intervento.
Fasi critiche
Aspetti da verificare prima di iniziare la procedura di
Prima di iniziare la stimolazione, i ricercatori dovrebbero accertarsi che il partecipante non ha controindicazioni per HD-tDCS. Tabella 1 elenca alcune considerazioni importanti da prendere in considerazione e riassume le controindicazioni più importanti, tra cui la presenza di impianti metallici o dispositivi in testa, grave lesioni cerebrali o di significative lesioni cutanee. Il ricercatore dovrebbe ispezionare la presenza di quest'ultimo all'interno del perimetro 4×1-ring durante la preparazione per il posizionamento degli elettrodi. Si consiglia di non applicazione della tecnica, se esistono tali lesioni. Questo è importante in quanto, se le lesioni cutanee non sono stati riportati durante l'uso degli elettrodi HD e involucri illustrati in questo articolo, i danni alla pelle è stato riportato dopo la consegna delle diverse sessioni consecutive di tDCS convenzionali 3, in particolare se eseguita overa periodo di 14 giorni 25.
La presenza di impianti o difetti nel cranio o parenchima cerebrale metallici in grado di modificare in modo significativo il flusso di corrente 17,26 e provocare la stimolazione di regioni corticali diverse da quelle destinate. Per motivi di sicurezza, la stimolazione deve essere evitato in pazienti con dispositivi medici impiantati. Le controindicazioni relative includono la presenza di epilessia o la storia di un colpo, a meno che lo studio è specificamente focalizzata sullo studio di queste condizioni. HD-tDCS dovrebbe essere evitato nelle donne in gravidanza a causa della mancanza di dati sulla sicurezza.
E 'della massima importanza per verificare la polarità dei cavi quando si collega l'adattatore 4×1 stimolazione Multicanale al dispositivo tDCS convenzionale. In caso contrario si potrebbe causare consegnare il tipo sbagliato di stimolo al partecipante. Assicurarsi che il cavo etichettato come "Centro", che può spesso essere di colore rosso, è collegato al terminale corretto (anodo e catodo).
L'operatore deve anche ispezionare visivamente gli elettrodi ad anello sinterizzato Ag / AgCl per la prova di deposizione di prodotti di elettrolisi prima di ogni uso e sostituirli se indicato. Dopo ogni sessione di stimolazione attiva, prodotti di reazioni elettrochimiche tendono ad accumularsi sulla superficie ruvida sul fondo degli elettrodi. Per questo motivo, si raccomanda che ciascun elettrodo essere situato nel centro della configurazione 4×1 per soli due sedute di stimolazione attive. Successivamente, può essere ruotato e utilizzato come uno degli elettrodi di ritorno. Una volta che ciascuno dei cinque elettrodi in un insieme è servito come elettrodo centrale due volte, si raccomanda di utilizzare un nuovo set di elettrodi. E 'semplice per etichettare ogni elettrodo e registrare il numero di utilizzi per ruotarle in modo coordinato. Oltre alla tollerabilità, la rotazione (limitato) di elettrodi è destinato anche a evitare un caso di alta impedenza in cui la corrente non sarà diviso in parti uguali across i quattro elettrodi di ritorno. L'operatore è responsabile del controllo qualità del contatto prima della stimolazione (come spiegato nei passaggi 5,12-5,14), e di garantire che non si osservano valori anormalmente elevati di resistenza.
Potrebbe accadere che i partecipanti si muovono le loro teste eccessivamente o inavvertitamente tirare i cavi e sloggiare o romperli. Per questo motivo, è consigliabile ciclo ogni cavo intorno al relativo involucro di plastica e su nastro il cavo di uscita dell'adattatore 4×1 ad una superficie (cioè la sedia o vestiti del partecipante).
Se desiderato, può essere possibile aggiungere anestetici topici al cuoio capelluto per evitare sensazioni sgradevoli e potenzialmente per migliorare accecamento dei partecipanti allo studio. Tuttavia, va tenuto presente che, sebbene ustioni cutanee non sono stati riportati con HD-tDCS, ci potrebbe essere un piccolo rischio teorico di questo effetto avverso e l'uso di anestetici topici potrebbe evitare che i partecipanti reporting durante la stimolazione. In questa dimostrazione, così come nei nostri studi precedenti, non abbiamo usato anestetici topici come il disturbo è generalmente di grado da lieve.
Come detto sopra, al fine di ottenere risultati ottimali è molto importante per evitare che il gel elettrico dalla diffusione oltre i limiti del rivestimento in plastica. Altrimenti, potenza shunt corrente da un elettrodo all'altro.
Considerazioni importanti durante la stimolazione
A meno che questo è richiesto come parte del disegno dello studio, il soggetto non deve dormire, leggere o altrimenti distratto durante la seduta di stimolazione. Questo è importante in quanto è stato riferito che un intenso sforzo cognitivo, noia o sonno, attivazione muscolare e le altre attività che portano a cambiamenti nella eccitabilità corticale possono provocare effetti alterati e contrapposizione di tDCS convenzionali 27.
Dopo l'inizio della scorrente timulation, e al fine di prevenire gli effetti collaterali da improvvisa partenza del flusso di corrente, il dispositivo automaticamente rampe su e giù per un periodo di 30 secondi. Per ragioni analoghe, non passare da una modalità "Scansione" "Pass" e mentre il dispositivo tDCS convenzionale è corrente generando. E 'sempre consigliabile chiedere periodicamente soggetti se si sentono bene con la procedura al fine di fare in modo che la stimolazione sta procedendo in modo sicuro.
Stimolazione in popolazioni sensibili, compresi i pazienti pediatrici, può richiedere un aggiustamento della dose.
Aspetti pratici dopo la procedura
Al fine di raccogliere ulteriori elementi di prova in materia di sicurezza e di monitorare gli effetti HD-tDCS, si consiglia di utilizzare un questionario di effetti negativi, come quella raffigurata nella tabella 3, che deve essere consegnato ai partecipanti dopo ogni sessione. Assicurarsi di schermo per la presenza del adve più comunirse effetti connessi con HD-tDCS, come il disagio, formicolio, prurito e sensazione di bruciore. Inoltre, la significatività di questi dati può essere migliorata anche chiedendo punteggi soggettivi quantitative. Ciò può essere ottenuto con una scala numerica per i pazienti a segnalare l'intensità o la gravità degli effetti negativi, ad esempio da 1 a 5 o da 1 a 10. È anche importante per offrire un effetto questionario lato dopo ogni sessione sham. Questo permette di confrontare la frequenza degli effetti avversi associati con la stimolazione attiva e sham. Per tDCS convenzionali, sono stati riportati alcuni effetti collaterali di essere ancora più frequenti nel gruppo sham 24, mal di testa è un esempio.
Possibili modifiche
Per 4×1 HD-tDCS, protocolli di stimolazione possono essere progettati coinvolgendo diversi luoghi di destinazione, la polarità e l'intensità di corrente, e il raggio dell'anello. Come regola generale, l'aumento diametro 4×1 sarà Increase la profondità di penetrazione e intensità massima sotto l'anello 28. Viceversa, riducendo raggio anello aumenta focalità ma diminuisce campo elettrico indotto cervello. Pertanto, ulteriori indagini della dose ottimale per ogni indicazione è giustificata.
Anche se questo articolo è focalizzata sulla 4×1-ring HD-tDCS, altre implementazioni elettrodi possono anche essere utilizzati, ad esempio 4×2 e 3×3 (doppia striscia), tra gli altri. Anche se HD-tDCS offre molte opzioni per la personalizzazione, i metodi per il posizionamento e la preparazione di elettrodi, come qui descritte, devono essere seguiti assieme utilizzando solo l'hardware e gli accessori che sono stati specificamente testati per questo scopo. Questo include prestando particolare attenzione alla progettazione HD involucro di plastica, gel, e gli elettrodi. Per esempio, elettrodi diversi Ag / AgCl anello sinterizzato sono stati anche testati per consegnare DC, come pellet Ag, Ag / AgCl pellet, Ag / AgCl disco e gomma pellet 9. Tuttavia, entrambe le Ag e gomma elettrodi pellet induconod cambiamenti di pH, e aumenti di temperatura e potenziale di elettrodo sono stati segnalati per tutti gli elettrodi eccetto Ag / AgCl anello e disco. Pertanto, sembra che Ag / AgCl elettrodi ad anello può essere un approccio efficace e più sicuro. In futuro, modifica del metodo descritto in questo documento possono essere utilizzati anche per fornire interventi come la stimolazione transcranica corrente alternata.
Limitazioni
A questo punto, il ruolo di 4×1-ring HD-tDCS polarità sulla corticale rimane poco chiaro. Anche se gli studi neurofisiologici hanno riferito che entrambi 1,0 mA e 2,0 mA di anodica 4×1-ring HD-tDCS portato ad aumenti in eccitabilità corticale tra soggetti sani 13,14, un corpo più ampio di prove affrontando specificamente studi HD-tDCS è necessaria prima di ogni generalizzazione può essere fatta. Inoltre, è da notare che gli effetti di modulazione dell'eccitabilità corticale utilizzando 4×1-ring HD-tDCS può essere dipendente dal tempo, raggiungendo il pisellok diversi minuti dopo la fine della stimolazione e non immediatamente dopo 14,16. Pertanto, le valutazioni sequenziali oltre diversi tempi dopo l'intervento possono essere necessari per ottenere risultati accurati.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori ringraziano Kayleen Tessitore per l'assistenza editoriale, Alexandre Venturi per il volontariato per questo video, Dennis Truong per la fornitura di una delle figure utilizzate in questo articolo, e il Wallace H. Coulter Fondazione per il sostegno dato a svolgere questo lavoro. MS Volz è finanziato da una borsa di studio di dottorato di Deutsche Schmerzgesellschaft eV [sezione tedesca della Associazione Internazionale per lo Studio del Dolore (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 |