De alta definição a estimulação transcraniana por corrente contínua (HD-ETCC), com seu anel de 4×1 montagem, é uma técnica de estimulação cerebral não-invasiva, que combina tanto os efeitos neuromoduladores da ETCC convencionais com maior focality. Este artigo proporciona uma demonstração sistemática da utilização de HD-ETCC 4×1, e as considerações necessárias para a estimulação segura e eficaz.
De alta definição a estimulação transcraniana por corrente contínua (HD-ETCC) foi recentemente desenvolvido como uma abordagem não invasiva que a estimulação do cérebro aumenta a precisão de entrega de corrente para o cérebro, utilizando matrizes de eléctrodos mais pequenos "de alta definição", em vez do maior bloco- eletrodos de ETCC convencionais. Segmentação é conseguido através da dinamização de eletrodos colocados em configurações predeterminadas. Uma delas é a configuração de anel de 4×1. Nesta abordagem, um eléctrodo de anel central (ânodo ou cátodo) que recobre a região alvo cortical é circundada por quatro eléctrodos de retorno, que ajudam a limitar a área da estimulação. Entrega de 4×1-ring HD-ETCC é capaz de induzir efeitos neurofisiológicos e clínicos significativos em ambos os indivíduos saudáveis e doentes. Além disso, a sua tolerância é suportada por estudos realizados com intensidades tão elevada como 2,0 miliamperes de até vinte minutos.
Mesmo 4×1 HD-ETCC é simples de desempenhom, o posicionamento do eletrodo correto é importante para estimular a precisão regiões corticais alvo e exercer seus efeitos neuromoduladores. O uso de eletrodos e de hardware que foram especificamente testados para HD-ETCC é fundamental para a segurança e tolerabilidade. Dado que a maioria dos estudos publicados sobre 4×1 HD-ETCC têm como alvo o córtex motor primário (M1), particularmente para desfechos relacionados com a dor, a finalidade deste artigo é descrever sistematicamente a sua utilização para a estimulação M1, bem como as considerações a serem tomadas para estimulação eficaz e segura. No entanto, os métodos descritos aqui podem ser adaptadas para outras configurações de HD-ETCC e Objectivos corticais.
Transcranial estimulação de corrente contínua (ETCC) é uma técnica não invasiva estimulação cerebral capaz de modificar o potencial de repouso da membrana neuronal e o nível de descarga neuronal espontânea no domínio da estimulação, bem como em redes neurais interligadas 1, incluindo o sistema de opióides endógenos μ 2, assim excitabilidade cortical modulação. Os efeitos neuromoduladores da ETCC, combinado com o seu custo, aplicação simples e de baixo e portabilidade, levaram à sua ampla utilização ao longo da última década em uma ampla variedade de configurações. Estes incluíram estudos neurofisiológicos, intervenções cognitivas e comportamentais e estudos de pacientes que avaliam doenças, tais como dor crônica, depressão, enxaqueca, acidente vascular cerebral, doença de Parkinson e zumbido 3. No entanto, o fornecimento de corrente contínua (DC) é realizada utilizando almofadas grandes, mais geralmente entre 25-35 cm 2, que estimulam relativamente grandes áreas do córtex cerebral localizados entrn o anodo eo catodo 4. Assim, a estimulação cortical focal de regiões alvo, que não envolvem a estimulação das áreas anatómicas vizinhas, é difícil de conseguir com esta técnica. Várias abordagens têm sido investigados, a fim de "moldar" o fluxo de corrente através da variação inter-eletrodo de distância 5 e aumentar / diminuir tamanho do bloco para aumentar / diminuir a modulação em regiões corticais sob o eletrodo 6. No entanto, os esforços para um maior fluxo de corrente alvo, evitando desvio de corrente entre os eletrodos 7,8 permanecer de interesse.
High-Definition (HD)-ETCC é uma intervenção recém-desenvolvido que utiliza matrizes de eletrodos menores, especialmente concebidos 9. Diferentes configurações de ter sido testado, o que pode ser modificado, a fim de melhorar a estimulação de 10 alvos. Entre elas, está o anel de configuração 4×1, uma montagem que utiliza um eléctrodo central que recobre a região cortical alvo cercadopor quatro eletrodos de retorno 4. O eléctrodo central define a polaridade da estimulação tanto como catódica ou anódica, e os raios dos eléctrodos de retorno confinar a área passando por modulação da excitabilidade. Estudos de modelagem do cérebro mostram que a área de modulação submetidos córtex usando a configuração de HD-ETCC 4×1 é mais restrita, em comparação com o padrão de montagem bipolar ETCC convencionais 4. Além disso, a sua focality é robusto ao tecido (modelação) parâmetros 11. Estudos neurofisiológicos clínicos utilizando-ring 4×1 estimulação elétrica transcraniana confirmar a entrega atual focal 12.
As aplicações potenciais desta intervenção são semelhantes aos de ETCC convencionais. Estudos comportamentais e neurofisiológicas usando 4×1-ring HD-ETCC sobre o córtex motor primário (M1) mudanças relatório na excitabilidade cortical 13 e sequelas que podem durar mais do que os de induzida pela ETCC convencionais 14. Os estudos atuais que utilizam 4×1-ring HD-ETCC apoiar a sua tolerabilidade, em indivíduos sãos 13-15 e pacientes 16, quando as intensidades de até 2,0 miliamperes (mA) são entregues por até 20 minutos. Embora HD-ETCC é bem tolerada, é importante utilizar apenas os dispositivos e os eléctrodos que têm sido testados especificamente para este propósito.
O objetivo deste artigo é fornecer uma demonstração sistemática do uso de eletrodos 4×1-ring para HD-ETCC. Estimulação da M1 foi escolhido, pois é a montagem mais comum usado em diferentes contextos de pesquisa clínica. No entanto, os métodos descritos podem ser adaptados para o direcionamento de outras regiões do cérebro tais como o córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC). Como será mostrado aqui, o posicionamento do eletrodo correto é simples de executar, mas importante para estimular a precisão regiões corticais alvo. Esperamos que esta manifestação irá contribuir para apoiar e aumentar o rigor do futuro HD-ETCCensaios, que irá fornecer mais evidências sobre os mecanismos e as aplicações dessa nova intervenção.
Etapas críticas
Aspectos a serem verificados antes de iniciar o procedimento
Antes de iniciar a estimulação, os pesquisadores devem se certificar de que o participante não tem contra-indicações para HD-ETCC. Tabela 1 apresenta algumas considerações importantes a serem levados em conta e resume as contra-indicações mais importantes, incluindo a presença de implantes metálicos ou dispositivos na cabeça, grave lesões cerebrais ou lesões significativas pele. O pesquisador deve inspecionar a presença deste último dentro do perímetro do anel 4×1 durante a preparação para a colocação do eletrodo. Não recomendamos a aplicação da técnica, se existirem tais lesões. Isto é importante porque, apesar das lesões cutâneas não foram relatados quando usar os eletrodos HD e carcaças apresentadas neste artigo, os danos da pele tem sido relatada após a entrega de várias sessões consecutivas de ETCC convencionais 3, especialmente se realizada overa período de 14 dias 25.
A presença de implantes metálicos ou defeitos no crânio ou parênquima cerebral pode modificar significativamente o fluxo de corrente 17,26 e resultar em estímulo de outros que não os destinados regiões corticais. Por razões de segurança, o estímulo deve ser evitado em pacientes com dispositivos médicos implantados. Contra-indicações relativas incluem a presença de epilepsia ou história de um acidente vascular cerebral, a menos que o estudo é especificamente focada em estudar estas condições. HD-ETCC deve ser evitado em mulheres grávidas, devido à falta de dados de segurança.
É de extrema importância para verificar a polaridade dos cabos quando se liga a 4×1 Adaptador Estimulação multicanal para o dispositivo ETCC convencional. Não fazer isso pode resultar em entregar o tipo errado de estímulo ao participante. Certifique-se de que o cabo rotulado como "Centro", que muitas vezes pode ser vermelho, é conectado ao terminal correto (ânodo e cátodo).
O operador também deve inspecionar visualmente os eletrodos anel sinterizado Ag / AgCl para a evidência de deposição de produtos de eletrólise antes de cada uso e substituí-los, se indicado. Após cada sessão de estimulação activa, os produtos de reacções electroquímicas tendem a acumular-se sobre a superfície áspera no fundo dos eléctrodos. Por esta razão, recomenda-se que cada eléctrodo ser localizada no centro da configuração 4×1 por apenas duas sessões de estimulação activas. Subsequentemente, pode ser rodado e utilizados como um dos eléctrodos de retorno. Uma vez que cada um dos cinco eléctrodos num conjunto tem servido como o eléctrodo central duas vezes, é recomendado o uso de um novo conjunto de eléctrodos. É simples de etiquetar cada eletrodo e registrar o número de utilizações, a fim de girá-las de uma forma coordenada. Além disso a tolerabilidade, a rotação (limitado) dos eléctrodos também se destina a evitar um caso de alta impedância, onde a corrente não será dividida igualmente across os quatro eletrodos de retorno. O operador é responsável pela verificação da qualidade contato prévio com o estímulo (como explicado nos passos 5,12-5,14), e garantir que não existem valores de resistência anormalmente elevados são observados.
Pode ocorrer que os participantes mover a cabeça excessivamente ou inadvertidamente puxar os cabos e desalojar ou quebrá-las. Por esta razão, é aconselhável fazer um loop cada cabo em torno do seu invólucro de plástico e cabo de saída de fita da placa de 4×1, a uma superfície (isto é, a cadeira ou a roupa do participante).
Se desejado, pode ser possível acrescentar anestésicos tópicos para o couro cabeludo a fim de evitar sensações desagradáveis e potencialmente para melhorar a mascaramento dos participantes do estudo. No entanto, deve ser tido em conta que, apesar de queimaduras da pele não têm sido relatadas com HD-ETCC, pode haver um pequeno risco teórico para este efeito adverso, e a utilização de anestésicos tópicos, pode impedir que os participantes a partir de reporting durante a estimulação. Nesta demonstração, bem como nos estudos anteriores, não temos usado anestésicos tópicos como qualquer desconforto geralmente classificado como leve.
Como mencionado acima, a fim de obter resultados óptimos, é muito importante para evitar o gel eléctrica a partir estende para além dos limites do invólucro de plástico. Caso contrário, o actual poder shunt de um eletrodo para o outro.
Considerações importantes durante a estimulação
A menos que este é exigido como parte do desenho do estudo, o assunto não deveria estar dormindo, lendo ou não distrair durante a sessão de estimulação. Isto é importante, uma vez que foi relatado que intenso esforço cognitivo, o aborrecimento ou o sono, a activação do músculo e de outras actividades que conduzem a alterações na excitabilidade cortical pode resultar em efeitos alterados e opostos da ETCC convencionais 27.
Ao início do stimulation, e a fim de evitar efeitos secundários de início repentino do fluxo de corrente, o dispositivo automaticamente rampas corrente para cima e para baixo ao longo de um período de trinta segundos. Por razões semelhantes, não alternar entre "Pass" e modos de "Scan", enquanto o dispositivo ETCC convencional está gerando atual. É sempre aconselhável pedir periodicamente assuntos se eles se sentem confortáveis com o procedimento, a fim de certificar-se de que o estímulo está a decorrer de forma segura.
Estimulação em populações suscetíveis, incluindo pacientes pediátricos, podem exigir o ajuste da dose.
Aspectos práticos após o procedimento
A fim de recolher mais provas sobre a segurança e monitorar os efeitos HD-ETCC, recomendamos o uso de um questionário de efeitos adversos, como o descrito na Tabela 3, que deverá ser entregue aos participantes após cada sessão. Certifique-se de tela para a presença do adve mais comumefeitos rse associados HD-ETCC, como desconforto, formigamento, coceira e sensação de queimação. Além disso, o significado de tais dados pode ser melhorada por também pedir pontuações subjectivas quantitativos. Isto pode ser alcançado através de uma escala numérica para os pacientes relatam a intensidade ou a gravidade dos efeitos adversos, por exemplo, de 1 a 5 ou de 1 a 10. É também importante para entregar o questionário efeito colateral após cada sessão de engodo. Isto permite comparar a frequência de efeitos adversos associados com a estimulação ativa e fraude. Para ETCC convencionais, alguns efeitos colaterais foram relatados para ser ainda mais freqüentes no grupo sham 24, dor de cabeça sendo um exemplo.
Possíveis modificações
Para 4×1 HD-ETCC, protocolos de estimulação podem ser projetados envolvendo diferentes locais de destino, polaridade e intensidade da corrente, e raio do anel. Como regra geral, o aumento do diâmetro do anel 4×1 vai aumense a profundidade de penetração e intensidade máxima sob o anel 28. Por outro lado, reduzindo o raio de anel aumenta focality mas diminui induzida campo elétrico cerebral. Portanto, uma investigação mais aprofundada de dose ideal por indicação se justifica.
Embora este artigo é focado em 4×1 anel HD-ETCC, outras implementações de eléctrodos podem também ser utilizados, tais como 4×2 e 3×3 (tira dupla), entre outros. Embora HD-ETCC oferece muitas opções para a personalização, os métodos para a preparação de eléctrodos de posicionamento e, tal como aqui descritas, devem ser seguidos juntamente com o uso só de hardware e acessórios que, especificamente, foram testados para o efeito. Isso inclui atenção especial para HD plástico projeto de revestimento, gel e eletrodos. Por exemplo, com excepção de Ag / AgCl anel sinterizado eléctrodos também foram testados a fim de entregar DC, tais como Ag pelete, Ag / AgCl pelete, de Ag / AgCl e disco de borracha pelete 9. No entanto, ambos os AG e borracha pelota eletrodos induzemd alterações no pH, e os aumentos de temperatura e de potencial de eléctrodo foram reportados para todos os eléctrodos, excepto para a Ag / AgCl do anel e do disco. Por conseguinte, afigura-se que os eléctrodos do anel de Ag / AgCl pode ser uma abordagem eficaz e mais seguro. No futuro, as modificações da abordagem descrita no presente documento podem também ser utilizados para realizar intervenções, tais como a estimulação transcraniana por corrente alternada.
Limitações
Neste ponto, o papel do anel de HD-4×1-ETCC polaridade na excitabilidade cortical permanece obscura. Embora estudos neurofisiológicos relataram que tanto 1,0 mA e 2,0 mA de anodal 4×1-ring HD-ETCC levou a um aumento na excitabilidade cortical entre indivíduos saudáveis 13,14, um corpo mais amplo de provas abordando especificamente estudos HD-ETCC é necessária antes de qualquer generalização pode ser feita. Além disso, é de notar que os efeitos da modulação da excitabilidade cortical utilizando 4×1 anel HD-ETCC pode ser dependente do tempo, atingindo a sua ervilhak vários minutos após o término da estimulação e não imediatamente após a 14,16. Portanto, as avaliações sequenciais ao longo de diferentes pontos de tempo após a intervenção pode ser necessária a fim de obter resultados precisos.
The authors have nothing to disclose.
Os autores agradecem Kayleen Weaver para a assistência editorial, Alexandre Venturi para o voluntariado para esse vídeo, Dennis Truong para a prestação de uma das figuras usadas neste artigo, eo Wallace H. Coulter Foundation pelo apoio dado para a realização deste trabalho. MS Volz é financiado por uma bolsa de doutoramento da Deutsche Schmerzgesellschaft eV [capítulo alemã da Associação Internacional para o Estudo da Dor (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 |