Bei der Verabreichung der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) sind reproduzierbare Elektrodenvorbereitung und -platzierung für eine tolerierte und effektive Sitzung unerlässlich. Der Zweck dieses Artikels ist es, aktualisierte moderne Einrichtungsverfahren für die Verwaltung von tDCS und verwandten transkraniellen elektrischen Stimulationstechniken, wie transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) zu demonstrieren.
Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine nichtinvasive Methode der Neuromodulation mit niederintensiven gleichelektrischen Strömen. Diese Methode der Hirnstimulation bietet mehrere potenzielle Vorteile im Vergleich zu anderen Techniken, da sie nicht invasiv, kostengünstig, breit einsetzbar und gut verträglich ist, sofern die richtige Ausrüstung und Protokolle verwaltet werden. Auch wenn tDCS scheinbar einfach durchzuführen ist, ist die korrekte Verwaltung der tDCS-Sitzung, insbesondere der Elektrodenpositionierung und -vorbereitung, entscheidend für die Gewährleistung der Reproduzierbarkeit und Verträglichkeit. Die Positionier- und Vorbereitungsschritte der Elektroden sind traditionell auch die zeitaufwändigsten und fehleranfälligsten. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, reduzieren moderne tDCS-Techniken mit fixer Kopfbedeckung und vormontierten Schwammelektroden die Komplexität und Rüstzeit und sorgen gleichzeitig dafür, dass die Elektroden konsequent wie vorgesehen platziert werden. Diese modernen tDCS-Methoden bieten Vorteile für Forschungs-, Klinik- und Remote-überwachte (zu Hause) Einstellungen. Dieser Artikel enthält eine umfassende Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Verwaltung einer tDCS-Sitzung mit Kopfbedeckungen fester Position und vormontierten Schwammelektroden. Diese Anleitung zeigt tDCS mit häufig angewendeten Montagen, die für die Stimulation des motorischen Kortex und dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) bestimmt sind. Wie beschrieben, automatisiert die Auswahl der Kopfgröße und der montagespezifischen Kopfbedeckung die Elektrodenpositionierung. Voll montierte vorgesättigte Schnappelektroden werden einfach an den eingestellten Positions-Snap-Anschlüssen an der Kopfbedeckung befestigt. Die moderne tDCS-Methode wird gezeigt, um die Rüstzeit zu reduzieren und Fehler sowohl für Anfänger als auch für erfahrene Operatoren zu reduzieren. Die in diesem Artikel beschriebenen Methoden können an verschiedene Anwendungen von tDCS sowie an andere Formen der transkraniellen elektrischen Stimulation (tES) wie transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) und transkranielle zufällige Rauschstimulation (tRNS) angepasst werden. ). Da tES jedoch anwendungsspezifisch ist, werden alle Methoden rezeptspezifisch angepasst, um themenspezifische, Indikations-, Umgebungs- und Ergebnisspezifische Merkmale zu berücksichtigen.
Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine nichtinvasive Hirnstimulationstechnik, die in der Lage ist, die kortikale Erregbarkeit1,2zu modulieren. Während tDCS fließt ein konstanter Strom niedriger Intensität, typischerweise 1-2 Milliampere (mA), von einer Anodenelektrode zu einer Kathodenelektrode, die ein schwaches elektrisches Feld über den Kortexerzeugt 3,4. Herkömmliche tDCS-Protokolle gelten als toleriert und sicher5. Die Auswirkungen einer Sitzung von tDCS können mehrere Minuten nach Sitzungsabschluss6 mit wiederholten Sitzungen dauern, die länger anhaltende Veränderungen in der Gehirnfunktion7,8erzeugen. Das Verträglichkeitsprofil und das Potenzial, akute oder langanhaltende Veränderungen zu bewirken, machen tDCS zu einem Kandidaten für eine Vielzahl von Interventionen und Behandlungen9,10,11. Während Fragen über die optimale Dosis von tDCS12, einschließlich der Rolle der Intensität13, Polarität7 und Fokalität3, bleiben, wird die Bedeutung der Kontrolle der Elektrodenplatzierung für die Neuromodulationreproduzierbarkeit akzeptiert. Darüber hinaus untermauert die Elektrodenzubereitung auch die Verträglichkeit und damit zusammenhängende Anliegen wie Blendungszuverlässigkeit14. Während tDCS praktische Vorteile gegenüber anderen Gehirnstimulationsmethoden hat, aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit, Portabilität, Benutzerfreundlichkeit und Verträglichkeit; dennoch entschuldigt die scheinbare Einfachheit und Anpassungsfähigkeit der Technik nicht schlechte Elektrodenvorbereitung und Platzierungstechnik14.
In der Tat hat die offensichtliche Einfachheit von tDCS in einigen Fällen zu unzureichender Aufmerksamkeit für die ordnungsgemäße Ausrüstung, Versorgung und Bedienerschulung14angeregt. Zunächst ist eine zuverlässige Elektrodenplatzierung für die Reproduzierbarkeit erforderlich. Die Positionierung von tDCS-Elektroden auf der Kopfhaut folgt in der Regel dem 10-20-System, einem Verfahren zur Platzierung und Anwendung von Elektroden der Elektronzephalographie (EEG). Bei der herkömmlichen tDCS-Methode beinhaltet dies Bandmessungen, um die Elektrodenposition zu bestimmen, mit mehreren Messungen in jeder Sitzung15,16,17. Ein Marker wird verwendet, um Kopfhautpositionen zu beschriften. Es besteht die Möglichkeit, dass dieser Prozess zu einer Elektrodenplatzierungsvariabilität führt (z.B. wie zuverlässig verschiedene Bediener Messbänder positionieren), insbesondere unter hohen Durchsatzbedingungen – obwohl strenge Bedienerschulungen und Zertifizierungen die Variabilität verringern können. Bei der herkömmlichen tDCS-Methode werden die Elektroden dann manuell auf die gemessene Koordinate gedrückt und Gummibänder ad hoc aufgebracht18 (z. B. kann die Dichtheit der Bänder nicht konsistent sein, die das Auswerfen von Flüssigkeit aus Schwämmen beeinflussen, die Verträglichkeit unterliegt und sogar in Elektrodenposition19,20driften). Wie bei der Elektrodenposition kann diese Variabilität mit expliziten Protokollen und Schulungen abgemildert werden, obwohl solche Details in veröffentlichten Berichten oft nicht beschrieben werden. Unter besonderen Umständen, wenn die Padelektrode von der Kopfhaut durch Creme/Gel ohne die Verwendung von Schwamm21getrennt wird, ist Vorsicht geboten, um direkten Elektroden-Hautkontakt zu verhindern, der ausnahmslos zu einer Verbrennung14führt. Eine alternative, weniger häufige Methode für tDCS verwendet eine elastische Kappe22,23, die von der fachspezifischen Kopfverformung abhängt, die die Elektrodenposition nicht verzerrt, und die Gefahr einer salinebreiten und überbrückten unter der Kappe (für den Bediener nicht sichtbar) verbundenen Risiken besteht. Im Vergleich zu herkömmlichen Gummiband- oder Elastischkappentechniken macht die hier vorgestellte moderne tDCS-Technik die kritischen Elektrodenvorbereitungs- und Positionierschritte robuster und zuverlässiger.
Ein weiteres wichtiges Verfahren in tDCS ist die Montage der Elektroden. Herkömmliche tDCS-Elektroden sind mehrteils. Diese Einzelteile, die vom Bediener sorgfältig montiert werden müssen, bestehen aus Metall- oder leitfähigen Gummielektroden, die der Bediener in eine perforierte Schwammtasche einschließt und mit Salzlösung15sättigt. Obwohl nicht komplex, erfordert der Prozess der Elektrodenmontage Training und Wachsamkeit bei jeder Sitzung, da ein kleiner Fehler wie Metall/Gummi, der aus dem Schwamm herausragt und das Kontaktmiten mit dem Subjekt oder das magnetische Flüssigkeitsvolumen betrifft, zu Hautverletzungen führen kann14. Die moderne tDCS-Technik überwindet diese Bedenken durch den Einsatz vormontierter vorgesättigter Elektroden/Schwämme, die zudem einen zuverlässigen Druckknopfanschluss an der Kopfbedeckung enthalten. Vormontierte und vorgesättigte Elektroden sind einwegig, wodurch Fragen der Reproduzierbarkeit und Kontaminationsrisiken mit wiederverwendeten Schwämmen14,20abmildern.
Der Zweck dieses Artikels ist es, moderne Einrichtungsverfahren für die Verwaltung von tDCS und verwandten transkraniellen elektrischen Stimulationstechniken zu demonstrieren, wie transkranielle Wechselstromstimulation (tACS), transkranielle Lösegeldrauschstimulation (tRNS)24, und transkranielle gepulste Stromstimulation (tPCS) und seine Varianten25. Diese Anleitung zeigt tDCS mit häufig angewendeten Montagen, die für die Stimulation des motorischen Kortex26 und dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC)27bestimmt sind. Die hier erläuterte moderne tDCS-Technik vermeidet Bandmessungen zur Bestimmung der Elektrodenplatzierung, umständliches Einsetzen von Kohlenstoff-Gummi-Elektroden, mühsames Benetzungsverfahren von Elektrodenschwämmen und verwendung von Gummibändern oder elastischen Kappen als Kopfbedeckung. Dieser Prozess wird durch den Einsatz einer speziellen Kopfbedeckung mit fester Position und einer vorgesättigten Schnappverbinderelektrode optimiert. Die Fixposition Kopfbedeckung besteht aus Riemen, die so ausgelegt sind, dass tDCS-Elektroden automatisch auf Standard 10-10 EEG19platziert werden. Die vorgegebene Elektrodenposition dieser Gurte entfällt die Notwendigkeit umfangreicher Messungen und Berechnungen und erhöht so die Reproduzierbarkeit, Zeiteffektivität und Subjektmanipulation. Beim ersten Besuch ist nur eine einmalige Montagemessung erforderlich (zur Bestimmung der richtigen Gurtgröße). Vormontierte Einweg-Schwammelektroden werden vorgetränkt im optimierten Salzvolumen und mit eingelegter und fixierter Gummielektrode bereitgestellt, wodurch das Risiko eines direkten Kontakts zwischen Gummi/Metall und Haut sowie Über-/Untereinweichung minimiert wird. Die Verwendung von Kopfbedeckungen und vormontierten Schwammelektroden (Abbildung 1) reduziert nicht nur die Möglichkeit einer Elektrodenfehlstellung aufgrund von Messfehlern deutlich, sondern macht auch die Verwaltung von tDCS einfacher und zeiteffektiver. Für jede Montage gibt es eine spezielle Kopfbedeckung. In diesem Artikel werden zwei Montagen als Beispiele verwendet. Die erste Montage ist die M1-SO, in der die Anode über dem Bereich platziert wird, der dem primären Motorkortex (M1) entspricht, und die Kathode über den kontralateralen supraorbitalen (SO) Bereich (Abbildung 2A). Die zweite Montage ist die bifrontale Montage, in der die Anode über der rechten und die Kathode über der linken DLPFC platziert wird (F3/F4, Abbildung 2C). Die hier beschriebenen Methoden sind nicht auf die oben genannten Montagen beschränkt und können an die anderen Konfigurationen angepasst werden, wodurch die Möglichkeit der Elektrodenfehllagerung aufgrund von Messfehlern erheblich reduziert wird, während gleichzeitig die Anwendung von tDCS und verwandten tES-Techniken effizienter gestaltet wird. Moderne Kopfbedeckungen, die hier beschrieben werden, sind Elektrodenmontagespezifisch (z.B. M1-SO, F3/F4) und verschiedene Kopfbedeckungen würden für separate Elektrodenmontagen verwendet werden. Obwohl die moderne Technik die Anzahl der Schritte reduziert und die Verwaltung der tES-Technik effizient macht, erfordert der neue Ansatz immer noch eine Schulung für den Betrieb des Stimulaators.
Seit dem Jahr 2000 ist die Rate (Anzahl der veröffentlichten Studien) und die Breite (Anwendungsbereich und Indikationen) für tDCS5,11,33exponentiell gestiegen. Die hier dargestellten modernen tDCS-Protokolle unterstützen möglicherweise die Einführung in Studien am Menschen, insbesondere von zunehmender Größe und Standorten (z. B. pivotalen Studien) und letztlich in Behandlung9, da diese modernen tDCS-Techniken einfach sind und kritische Einrichtungsschritte normalisieren. Da Elektrodenvorbereitung und -position die tDCS-Dosis12bestimmen, untermauern Methoden, um reproduzierbare Tests zu reproduzierbaren Tests zu gewährleisten. Die moderne Technik, die hier beschrieben wird, wird voraussichtlich vorteilhaft für das Inklusionskriterium sein, kann aber einen besonderen Nutzen in der Gruppe bieten, in der herkömmliche Techniken sich als Herausforderung aufgrund von Kopfhaut-/Haarbedingungen, Verhalten oder in High-throughout (Multi-Center-Studien) und Remote-Einstellungen34,35erweisen. Die moderne Technik würde durch eine sicherere Fixierung der Elektroden (z.B. im Vergleich zu Ad-hoc-Elastikbändern in der konventionellen Technik) die Kombination mit unterstützenden Verhaltenstherapien wie Spiegeltherapie36,37,38, visuelle Bilder und Virtual Reality39,40,41oder Physiotherapie34,42,43, 44,45.
tDCS gilt als eine sichere und bequeme Form der nichtinvasiven Hirnstimulation5,11. Dennoch ist es nach wie vor wichtig, sicherzustellen, dass die Stimulation nach bewährten Verfahren durchgeführt wird14. Alle tDCS-Operatoren sind geschult und zertifiziert. Es wird ein detailliertes studienspezifisches Protokoll erstellt, das alle erforderlichen zusätzlichen Materialien, die verwendete Elektrodenmontage, ggf. wichtige Sicherheitsverfahren vor, während und nach der Stimulation sowie studienspezifische Einschluss- und Ausschlusskriterien umreißt. Einige Ausschlusskriterien können unter anderem metallische Kopf- und/oder Halstätowierungen, metallische Implantate in Kopf und/oder Hals sein – diese sind jedoch nicht absolut (z.B. tES bei Probanden mit Epilepsie, Implantaten und akuten Schädeldefekten)4. Viele Aspekte eines tDCS-Studienprotokolls, wie z. B. einige Materialien, Elektrodenplatzierung, Dauer, unter anderem Verfahren, sind spezifisch für das Studiendesign. Wenn Sie das Protokoll an studienspezifische Anforderungen anpassen, stellen Sie sicher, dass diese Änderungen sowohl für den Antragsteller als auch für den Forscher5,11akzeptabel sind.
Eine moderne tDCS-Methode wird in diesem Handbuch beschrieben. Diese moderne tDCS-Anwendungstechnik ist deutlich einfacher als die herkömmliche Methode und ist daher sowohl schneller als auch weniger fehleranfällig.
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde vom NIH unterstützt (Grants 1R01NS101362-01, 1R01MH111896-01, 1R01NS095123-01, 1R01MH109289-01, 1K01AG050707).
1×1 transcranial electrical stimulation | Soterix Medical Inc. | 2001tE | The tDCS setting was used on the tES device |
Dlpfc-1 headgear with cables | Soterix Medical Inc. | SNAPstrap 1300-ESOLE-S-M | Dlpfc-1 (size: adult – medium) |
M1-SO headgear with cables | Soterix Medical Inc. | SNAPstrap 1300-ESM-S-M | M1-SO (size: adult – medium) |
Saline solution | Soterix Medical Inc. | 1300S_5 | |
Snap sponge electrodes 5×5 cm | Soterix Medical Inc. | SNAPpad 1300-5x5S | Single-use only |
Syringe | Soterix Medical Inc. | 1300SR_5 | Syringe for saline application |