Estimulación de alta definición transcraneal de corriente directa (HD-tDCS), con su anillo de 4×1-montaje, es una técnica de estimulación cerebral no invasiva que combina tanto los efectos neuromoduladores de TDCS convencionales con un aumento de focalidad. Este artículo proporciona una manifestación sistemática del uso de 4×1 HD-TDCS, y las consideraciones que se necesitan para la estimulación segura y eficaz.
Estimulación transcraneal de corriente directa de alta definición (HD-tDCS) se ha desarrollado recientemente como un enfoque de la estimulación cerebral no invasiva que aumenta la precisión de suministro de corriente para el cerebro mediante el uso de matrices de electrodos más pequeños "de alta definición", en lugar de la más grande-cojín electrodos de TDCS convencionales. La selección se logra por la activación de electrodos colocados en configuraciones predeterminadas. Uno de ellos es la configuración de anillo 4×1. En este enfoque, un electrodo de anillo central (ánodo o cátodo) que recubre la región cortical diana está rodeado por cuatro electrodos de retorno, que ayudan a delimitar la zona de estimulación. Entrega de 4×1-ring HD-tDCS es capaz de inducir efectos neurofisiológicos y clínicos significativos tanto en sujetos sanos y pacientes. Además, su tolerancia con el apoyo de los estudios que utilizan intensidades de hasta 2,0 miliamperios para un máximo de veinte minutos.
Aunque 4×1 HD-tDCS es fácil de desempeñom, colocación correcta de los electrodos es importante con el fin de estimular la precisión regiones corticales objetivo y ejercer sus efectos neuromoduladores. El uso de electrodos y el hardware que específicamente se han probado para HD-TDCS es crítico para la seguridad y la tolerabilidad. Dado que la mayoría de los estudios publicados sobre 4×1 HD-tDCS han centrado en la corteza motora primaria (M1), en particular para los resultados relacionados con el dolor, el propósito de este artículo es describir sistemáticamente su uso para la estimulación M1, así como las consideraciones que se deben tomar para la estimulación segura y eficaz. Sin embargo, los métodos descritos aquí pueden adaptarse para otras configuraciones HD-tDCS y objetivos corticales.
Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica no invasiva cerebro capaz de modificar la estimulación neuronal potencial de membrana en reposo y el nivel de la descarga neuronal espontánea en la zona de estimulación, así como en las redes neuronales interconectadas 1, incluyendo el sistema de μ-opioide endógeno 2, de tal modo modulación de la excitabilidad cortical. Los efectos neuromoduladores de tDCS, junto con su costo, la aplicación de un sencillo de bajo y portabilidad, han llevado a su amplio uso en la última década en una amplia variedad de entornos. Estos han incluido estudios neurofisiológicos, intervenciones cognitivas y conductuales y la evaluación de los estudios de pacientes trastornos tales como dolor crónico, depresión, migraña, accidente cerebrovascular, enfermedad de Parkinson y el tinnitus 3. Sin embargo, la entrega de corriente continua (CC) se realiza usando grandes almohadillas, más comúnmente entre 25-35 cm 2, que estimulan relativamente amplias áreas de la corteza cerebral situados between el ánodo y el cátodo 4. Por lo tanto, la estimulación focal de regiones corticales de destino, que no implican la estimulación de las zonas anatómicas vecinas, es difícil de conseguir con esta técnica. Varios enfoques han sido investigadas con el fin de "forma" flujo de corriente mediante la variación de la distancia entre los electrodos 5 y el aumento / disminución del tamaño de la almohadilla para reducir / aumentar la modulación en las regiones corticales bajo el electrodo 6. Sin embargo, los esfuerzos para mayor flujo de corriente objetivo, evitando la derivación de corriente entre electrodos 7,8 permanecen de interés.
De alta definición (HD)-TDCS es una intervención recientemente desarrollado que utiliza matrices de electrodos más pequeños, especialmente diseñados 9. Las diferentes configuraciones se han probado, que puede ser modificado con el fin de mejorar la estimulación de los objetivos 10. Entre ellos se encuentra la configuración de anillo 4×1, un montaje que utiliza un electrodo central que cubre la región cortical objetivo rodeadapor cuatro electrodos de retorno 4. El electrodo central define la polaridad de la estimulación, ya sea como anódica o catódica, y los radios de los electrodos de retorno limita el área sometidos a modulación de la excitabilidad. Estudios de modelos del cerebro muestran que el área de la corteza modulación someterse con la configuración HD-tDCS 4×1 es más restringido en comparación con el estándar de montaje bipolar tDCS convencionales 4. Por otra parte, su focalidad es robusto a tejido (modelado) parámetros 11. Estudios neurofisiológicos clínicos utilizando el anillo 4×1 estimulación eléctrica transcraneal confirman la entrega actual focal 12.
Las aplicaciones potenciales de esta intervención son similares a los de TDCS convencionales. Los estudios de comportamiento y neurofisiológicos con 4×1-ring HD-tDCS sobre la corteza motora primaria (M1) reportan cambios en la excitabilidad cortical 13 y secuelas que pueden durar más que las de inducida por tDCS convencionales 14. Los estudios actuales que utilizan 4×1-ring HD-tDCS apoyan su tolerabilidad tanto en sujetos sanos y pacientes 13-15 16 cuando las intensidades de hasta 2,0 miliamperios (mA) se entregan para un máximo de veinte minutos. Aunque HD-TDCS se tolera bien, es importante usar sólo los dispositivos y electrodos que han sido probados específicamente para este propósito.
El objetivo de este artículo es proporcionar una demostración sistemática del uso de electrodos de 4×1-ring para HD-tDCS. La estimulación de la M1 fue elegido, ya que es el montaje más común utilizado en diferentes entornos de investigación clínica. Sin embargo, los métodos descritos pueden adaptarse para la orientación de otras regiones del cerebro tales como la corteza prefrontal dorsolateral (córtex prefrontal dorsolateral). Como se muestra aquí, correcta colocación de los electrodos es fácil de realizar, pero importante, con el fin de estimular la precisión regiones corticales de destino. Esperamos que esta demostración contribuirá a apoyar y aumentar el rigor del futuro HD-tDCSensayos, lo que proporcionará más datos sobre los mecanismos y aplicaciones de esta nueva intervención.
Pasos críticos
Aspectos que deben comprobarse antes de comenzar el procedimiento
Antes del comienzo de la estimulación, los investigadores deben asegurarse de que el participante no tiene contraindicaciones para HD-tDCS. Tabla 1 se enumeran algunas consideraciones importantes que deben tenerse en cuenta y resume las contraindicaciones más importantes, incluyendo la presencia de implantes metálicos o dispositivos en la cabeza, severa lesiones cerebrales o lesiones significativas de la piel. El investigador debe inspeccionar para detectar la presencia de este último dentro del perímetro del anillo 4×1 mientras se prepara para la colocación de los electrodos. No se recomienda la aplicación de la técnica si existen esas lesiones. Esto es importante porque, a pesar de las lesiones de piel no se han reportado al utilizar los electrodos de alta definición y las cubiertas que aparecen en este artículo, se ha informado de daños en la piel después de la entrega de varias sesiones consecutivas de tDCS convencionales 3, sobre todo si se realiza overa período de 14 días 25.
La presencia de los implantes o defectos en el cráneo o el parénquima cerebral metálicos puede modificar significativamente el flujo de corriente 17,26 y el resultado de la estimulación de las regiones corticales distintas de las utilizadas. Por razones de seguridad, la estimulación debe evitarse en pacientes con dispositivos médicos implantados. Las contraindicaciones relativas incluyen la presencia de epilepsia o antecedentes de derrame cerebral, a menos que el estudio se centra específicamente en el estudio de estas condiciones. HD-tDCS debe evitarse en mujeres embarazadas debido a la falta de datos sobre seguridad.
Es de suma importancia para comprobar la polaridad de los cables para conectar el adaptador de estimulación multicanal 4×1 al dispositivo tDCS convencional. El no hacerlo puede resultar en la entrega de un tipo equivocado de estimulación para el participante. Asegúrese de que el cable etiquetado como "Centro", que a menudo puede ser de color rojo, está conectado a la terminal correcta (ánodo y cátodo).
El operador también debe inspeccionar visualmente los electrodos de anillo sinterizado Ag / AgCl para la evidencia de la deposición de productos de electrólisis antes de cada uso y reemplazarlos si es indicado. Después de cada sesión de estimulación activa, los productos de las reacciones electroquímicas tienden a acumularse en la superficie rugosa en la parte inferior de los electrodos. Por esta razón, se recomienda que cada electrodo se encuentra en el centro de la configuración de 4×1 para sólo dos sesiones de estimulación activos. Posteriormente, se puede girar y se utiliza como uno de los electrodos de retorno. Una vez que cada uno de los cinco electrodos en un conjunto ha servido como el electrodo central dos veces, se recomienda utilizar un nuevo conjunto de electrodos. Es fácil de etiquetar cada electrodo y registrar el número de usos con el fin de girar de una manera coordinada. Además de la tolerabilidad, la rotación (limitado) de electrodos también se pretende evitar un caso de alta impedancia donde la corriente no se divide en partes iguales across los cuatro electrodos de retorno. El usuario es responsable de verificar la calidad de contacto antes de la estimulación (como se explica en los pasos 5.12 a 5.14), y asegurar que no se observan valores anormalmente altos de resistencia.
Puede ocurrir que los participantes mueven la cabeza en exceso o sin querer tirar de los cables y de desalojar o rompen. Por esta razón, es recomendable bucle de cada cable alrededor de su carcasa de plástico y a la cinta del cable de salida del adaptador 4×1 a una superficie (es decir, la silla o la ropa de los participantes).
Si se desea, puede ser posible añadir anestésicos tópicos para el cuero cabelludo con el fin de evitar sensaciones incómodas y potencialmente para mejorar el cegamiento de los participantes en el estudio. Sin embargo, se debe tener en cuenta que, a pesar de quemaduras en la piel no se han reportado con HD-TDCS, podría haber un pequeño riesgo teórico para este efecto adverso y el uso de anestésicos tópicos puede evitar que los participantes reporting que durante la estimulación. En esta demostración, así como en nuestros estudios anteriores, no hemos utilizado anestésicos tópicos como cualquier molestia generalmente se reporta como leve.
Como se mencionó anteriormente, con el fin de tener resultados óptimos es muy importante para evitar que el gel eléctrica se propague más allá de los límites de la carcasa de plástico. De lo contrario, la corriente de derivación de fuerza de un electrodo a otro.
Consideraciones importantes durante la estimulación
A menos que se requiere como parte del diseño del estudio, el tema no debería estar durmiendo, leyendo o distraído de lo contrario durante la sesión de estimulación. Esto es importante ya que se ha informado de que intenso esfuerzo cognitivo, aburrimiento o dormir, la activación muscular y otras actividades que producen cambios en la excitabilidad cortical pueden resultar en efectos alterados y opuesto de TDCS convencionales 27.
Después de la iniciación de la stimulation, y con el fin de prevenir los efectos secundarios de la repentina partida del flujo de corriente, el dispositivo automáticamente rampas corriente arriba y hacia abajo durante un período de treinta segundos. Por razones similares, no cambiar de modo "Scan" "Pass" y mientras el dispositivo tDCS convencional está generando corriente. Siempre es aconsejable preguntar periódicamente a los sujetos si se sienten cómodos con el procedimiento con el fin de asegurarse de que el estímulo está llevando a cabo de forma segura.
La estimulación en poblaciones susceptibles, incluyendo pacientes pediátricos, puede ser necesario ajustar la dosis.
Aspectos prácticos después de la intervención
Con el fin de recoger más pruebas sobre la seguridad y para controlar efectos HD-tDCS, se recomienda utilizar un cuestionario de efectos adversos como el que se muestra en la Tabla 3, que debe ser entregado a los participantes después de cada sesión. Asegúrese de que para la detección de la presencia de la adve más comúnrse efectos asociados con HD-tDCS, tales como malestar, hormigueo, picazón y ardor. Por otra parte, la significación de estos datos se puede mejorar también pidiendo puntuaciones cuantitativas subjetivas. Esto se puede lograr por tener una escala numérica para los pacientes que informen de la intensidad o la gravedad de los efectos adversos, por ejemplo de 1 a 5 o de 1 a 10. También es importante entregar el cuestionario efecto secundario después de cada sesión de tratamiento simulado. Esto permite la comparación de la frecuencia de los efectos adversos asociados con la estimulación tanto activas y simuladas. Para TDCS convencionales, algunos de los efectos secundarios han sido reportados a ser aún más frecuente en el grupo de tratamiento simulado 24, dolor de cabeza que es un ejemplo.
Las modificaciones posibles
Para 4×1 HD-TDCS, protocolos de estimulación pueden ser diseñados participación de diferentes lugares de destino, la polaridad y la intensidad de corriente, y el radio del anillo. Como regla general, el aumento de diámetro del anillo de 4×1 se increasí la profundidad de penetración y la intensidad máxima en el anillo 28. Por el contrario, la reducción de radio de focalidad anillo aumenta pero disminuye inducida campo eléctrico del cerebro. Por lo tanto, se justifica la investigación adicional de la dosis óptima por indicación.
Aunque este artículo se centra en 4×1-anillo HD-TDCS, otras implementaciones de electrodos también se pueden utilizar, tales como 4×2 y 3×3 (doble tira), entre otros. Aunque HD-TDCS ofrece muchas opciones de personalización, los métodos para el posicionamiento y la preparación de electrodos, como se describe aquí, se deben seguir, junto con el uso de sólo el equipo físico y los accesorios que han sido probados específicamente para este propósito. Esto incluye prestar especial atención a HD carcasa de plástico de diseño, gel, y los electrodos. Por ejemplo, los electrodos distintos de anillo sinterizado de Ag / AgCl también han sido probados con el fin de entregar DC, tal como Ag pellets, Ag / AgCl precipitado, Ag / AgCl disco y pastilla de goma 9. Sin embargo, los dos electrodos de Ag y caucho de pellets inducend cambios en el pH, y los aumentos de temperatura y potencial de electrodo se registraron para todos los electrodos, excepto para el anillo y el disco de Ag / AgCl. Por lo tanto, parece que Ag / AgCl electrodos de anillo pueden ser un enfoque eficaz y más seguro. En el futuro, las modificaciones del enfoque descrito en el presente documento también pueden ser utilizados para realizar intervenciones tales como la estimulación transcraneal de corriente alterna.
Limitaciones
En este punto, el papel de 4×1-anillo HD-TDCS polaridad en la excitabilidad cortical sigue siendo poco clara. Aunque los estudios neurofisiológicos han informado de que tanto 1,0 mA y 2,0 mA anódica de 4×1-anillo HD-TDCS hubo un aumento en la excitabilidad cortical entre sujetos sanos 13,14, se necesita un cuerpo más amplio de pruebas que abordan específicamente estudios de HD-TDCS antes de cualquier generalización puede ser hecho. Además, es de destacar que los efectos de la modulación de la excitabilidad cortical utilizando 4×1-anillo HD-TDCS pueden ser dependiente del tiempo, alcanzando su guisantek varios minutos después del final de la estimulación y no inmediatamente después de que 14,16. Por lo tanto, pueden ser necesarios más de las evaluaciones secuenciales diferentes puntos de tiempo después de la intervención con el fin de obtener resultados precisos.
The authors have nothing to disclose.
Los autores agradecen a Kayleen Weaver por su asistencia editorial, Alejandro Venturi para el voluntariado para este video, Dennis Truong para proporcionar una de las cifras utilizadas en este artículo, y la Fundación Wallace H. Coulter por el apoyo brindado para llevar a cabo este trabajo. MS Volz es financiado por una beca de doctorado de Deutsche Schmerzgesellschaft eV [capítulo alemana de la Asociación Internacional para el Estudio del Dolor (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 |