経頭蓋直流刺激(tDCS)を投与する場合、再現性のある電極の準備と配置は、許容され、効果的なセッションのために不可欠です。この記事の目的は、tDCS および経頭蓋交流刺激 (tACS) などの関連する経頭蓋電気刺激技術の投与に関する最新のセットアップ手順を最新の方法で示すことです。
経頭蓋直流刺激(tDCS)は、低強度直接電流を用いた神経変調の非侵襲的方法である。脳刺激のこの方法は、非侵襲的で、費用対効果が高く、広く展開可能であり、適切な装置およびプロトコルが投与されていれば十分に許容されるので、他の技術と比較していくつかの潜在的な利点を提示する。tDCSは明らかに簡単に実行できますが、tDCSセッション、特に電極の位置決めと準備を正しく管理することは、再現性と耐久性を確保するために不可欠です。電極の位置決めおよび準備のステップはまた、伝統的に最も時間がかかり、エラーが発生しやすいです。これらの課題に対処するために、最新のtDCS技術は、固定位置ヘッドギアと組み立て済みのスポンジ電極を使用して、複雑さとセットアップ時間を短縮すると同時に、電極が意図したとおりに一貫して配置されることを保証します。これらの最新のtDCS法は、研究、診療所、およびリモート監視(自宅で)の設定のための利点を提供します。この記事では、固定位置ヘッドギアと組み立て済みのスポンジ電極を使用してtDCSセッションを管理するための包括的なステップバイステップガイドを提供します。このガイドでは、運動皮質および後方前頭前野(DLPFC)刺激を目的とした一般的に適用されるモンタージュを使用してtDCSを示します。説明したように、ヘッドサイズとモンタージュ特有のヘッドギアの選択は電極位置決めを自動化する。完全に組み立てられた事前飽和スナップ電極は、ヘッドギア上の設定位置スナップコネクタに貼付されるだけです。最新の tDCS メソッドは、セットアップ時間を短縮し、初心者とエキスパートオペレーターの両方のエラーを減らすことが示されています。この記事で概説する方法は、tDCSのさまざまな用途、ならびに経頭蓋交流電流刺激(tACS)や経頭蓋ランダムノイズ刺激(tRNS)などの他の形態の経頭蓋電気刺激(tES)に適合させることができる).ただし、tES はアプリケーション固有であるため、必要に応じて、サブジェクト、表示、環境、および結果固有の機能に対応するように任意のメソッドレシピがカスタマイズされます。
経頭蓋直流刺激(tDCS)は、皮質興奮性1、2を調節することができる非侵襲的な脳刺激技術である。tDCSの間、一定の低強度電流は、典型的には1〜2ミリアンペア(mA)、アノード電極から皮質3、4を横切る弱い電界を発生する陰極電極に流れる。従来の tDCS プロトコルは、許容され、安全な 5と見なされます。tDCSの1つのセッションの効果は、脳機能7、8のより長い持続的な変化を生み出す繰り返しセッションでセッション完了6の後、数分続くことがあります。耐容性プロファイルおよび急性または長期的な変化のいずれかを生み出す可能性は、tDCSを様々な介入および治療の候補にする9、10、11である。強度13、極性7および焦点度3の役割を含むtDCS12の最適な用量に関する疑問が残る一方で、神経変調再現性のための電極配置を制御することの重要性が受け入れられる。また、電極調製はまた、耐容性およびブラインド信頼性14などの関連する懸念を支える。tDCSは、その費用対効果、携帯性、使いやすさ、および耐久性のために、他の脳刺激方法よりも実用的な利点を有するが、それにもかかわらず、技術の明らかな簡潔さと適応性は、貧しい電極の準備および配置技術14を言い訳しない。
確かに、tDCSの明らかな単純さは、場合によっては、適切な機器、供給、およびオペレータトレーニング14への不十分な注意を奨励しました。まず、再現性のために信頼性の高い電極配置が必要です。頭皮上のtDCS電極の位置決めは、通常、脳波(EEG)電極の配置と適用に使用される方法である10-20システムに従います。従来のtDCS法では、これは、各セッション15、16、17でいくつかの測定を有する電極位置を確立するためのテープ測定を伴う。マーカーは、頭皮の位置にラベルを付けるために使用されます。このプロセスは、特に高スループット条件下で、電極配置の変動(例えば、さまざまなオペレータが測定テープをどのくらい確実に配置できるか)をもたらす可能性がありますが、厳格なオペレータトレーニングと認定は変動性を軽減できます。従来のtDCS法では、電極は、アドホック18で適用された測定された座標およびゴムストラップに手動で押し付けられる(例えば、バンドの締め付けは、スポンジからの流体の排出に影響を与えるオペレータ間で一貫していない可能性があり、耐容性を有し、さらには電極位置19、20)。電極位置と同様に、この変動性は明示的なプロトコルとトレーニングで軽減できますが、多くの場合、このような詳細は公開されたレポートでは説明されていません。パッド電極がスポンジ21を使用せずにクリーム/ゲルによって頭皮から分離される特殊な状況では、熱傷14に至る直接電極皮膚接触を防止するために注意が必要である。tDCS の代替的な一般的な方法では、電極位置を歪めないように被体固有のヘッド変形に依存する弾性キャップ22,23 を使用し、キャップの下に生理線の広がりとブリッジングを危険にさらします (オペレータには見えません)。従来のゴムバンドまたは弾性キャップベースの技術と比較して、ここで紹介する最新のtDCS技術は、重要な電極の準備と位置決めステップをより堅牢で信頼性の高い方法にします。
tDCS のもう 1 つの重要な手順は、電極の組み立てです。従来のtDCS電極はマルチパートです。これらの別個の部品は、オペレータによって慎重に組み立てられなければならない、金属または導電性ゴム電極で構成され、オペレータは穿極されたスポンジポケットに囲まれ、生理食合い溶液15で飽和する。複雑ではないが、電極組み立てのプロセスは、各セッションでの訓練および警戒を必要とし、スポンジから突出した金属/ゴムなどの小さな誤差として、被験者または生理水量に接触すると、皮膚損傷14につながる可能性がある。現代のtDCS技術はヘッドギアに信頼できるスナップコネクタを含む事前に組み立てられた事前飽和電極/スポンジの使用によってこれらの懸念を克服する。組み立て済みおよび事前飽和電極は、単一使用であり、再利用されたスポンジ14、20による再現性および汚染のリスクの問題を軽減する。
この記事の目的は、経頭蓋交流電流刺激(tACS)、経頭蓋身代金ノイズ刺激(tRNS)24、経頭蓋パルス電流刺激(tPCS)およびその変異体25などのtDCSおよび関連する経頭蓋電気刺激技術の投与のための最新のセットアップ手順を示すことです。このガイドでは、運動皮質26および後方前頭前野(DLPFC)刺激27を対象とした一般的に適用されるモンタージュを使用してtDCSを示す。ここで説明する最新のtDCS技術は、電極の配置、面倒なカーボンゴム電極挿入、濡れ電極スポンジの退屈な手順、およびヘッドギアとしてのゴムバンドまたは弾性キャップの使用を決定するためのテープ測定を回避します。このプロセスは、特殊な固定位置ヘッドギアと事前飽和スナップコネクタ電極を使用して最適化されています。固定位置のヘッドギアは、標準的な10-10脳波19にtDCS電極を自動的に配置するために行われるストラップで構成されています。これらのストラップによって提供される事前に決定された電極位置は、広範な測定と計算の必要性を排除し、再現性、時間効率、被験者操作を増加させます。最初の訪問で必要なのは1回限りのフィッティング測定のみです(使用する正しいストラップサイズを決定するために使用されます)。シングルユースの組み立て済みスポンジ電極は、最適化された生理線のボリュームにあらかじめ浸漬され、ゴム電極を挿入して固定することで、ゴム/金属と皮膚との直接接触のリスクを最小限に抑え、過/アンダー浸漬を行います。固定位置ヘッドギアと組み立て済みのスポンジ電極(図1)を使用すると、測定誤差による電極の配置ミスの可能性を大幅に低減するだけでなく、tDCSの管理が容易で時間効率が高くなります。モンタージュごとに、特定のヘッドギアがあります。この記事では、例として 2 つのモンタージュを使用します。最初のモンタージュは、アノードが一次運動皮質(M1)に対応する領域上に配置され、カソードが対国間の上軌道上に配置されるM1-SOである(図2A)。2 番目のモンタージュは、アノードが右側に配置され、カソードが左の DLPFC の上に配置されるバイフロント モンタージュです (F3/F4、図 2C)。ここで概説する方法は、前述のモンタージュに限定されず、他の構成に適応することができ、測定誤差による電極の配置ミスの可能性を大幅に低減すると同時に、tDCSおよび関連するtES技術の適用をより効率的にする。ここで説明する現代のヘッドギアは、電極モンタージュ特有(例えば、M1-SO、F3/F4)であり、異なるヘッドギアは、別々の電極モンタージュに使用されます。現代の技術はステップ数を減らし、tES技術の管理を効率的にしますが、新しいアプローチはまだ刺激を操作するためのトレーニングを必要とします。
2000年以降、tDCS5、11、33のレート(公開試験数)と幅(アプリケーションと指標の範囲)が指数関数的に増加しています。ここで示す最新の tDCS プロトコルは、特にサイズとサイトの増加 (例えば、ピボットトライアル) の人間の試験での採用をさらにサポートする可能性があり、これらの最新の tDCS 技術は単純で重要なセットアップ手順を正規化するので、最終的には治療9でサポートします。電極調製および位置はtDCS用量12を決定するので、複製可能なセットアップを確実に行う方法は、再現性試験を支える。ここで説明する最新の技術は、包含基準全体で有利であると予想されるが、従来の技術が頭皮/髪の状態、行動、または高全体(マルチセンター試験)およびリモート設定34、35の結果として困難であることが証明されるグループにおいて特別な利益を提供することができる。現代の技術は、電極のより安全な固定を提供することによって(例えば、従来の技術におけるアドホック弾性ストラップと比較して)、ミラーセラピー 36、37、38、視覚画像およびバーチャルリアリティ39、40、41、または物理療法34、42、43などの補助行動療法との組み合わせを強化するであろう。44、45.
tDCSは、非侵襲的な脳刺激の安全で便利な形態と考えられている5、11。それにもかかわらず、刺激がベストプラクティス14に従って行われることを確認することは依然として重要である。すべての tDCS オペレーターはトレーニングを受け、認定されています。必要な追加の材料、使用される電極モンタージュ、該当する場合はタスク、刺激の前後に従う重要な安全手順、および研究固有の包含および除外基準を概説する詳細な研究固有のプロトコルが作成されます。いくつかの除外基準は、金属の頭部および/または首の入れ墨、頭部および/または首の金属インプラントを含むかもしれないが、これらは絶対的ではない(例えばてんかん、インプラントおよび急性頭蓋骨欠損を有する被験者のtES)4。一部の材料、電極配置、持続時間、その他の手順など、tDCS研究プロトコルの多くの側面は、研究計画に固有です。研究固有のニーズに合わせてプロトコルを変更する場合は、それらの変更が被験者と研究者の両方に受け入れられることを確認する5,11.
このガイドでは、最新の tDCS メソッドについて説明します。この現代的な tDCS アプリケーション手法は、従来の方法よりもはるかに単純であるため、エラーが発生しやすく、エラーが発生しにくくなります。
The authors have nothing to disclose.
この作業は、NIH(付与1R01NS101362-01、1R01MH111896-01、1R01NS095123-01、1R01MH109289-01、1K01AG050707)によってサポートされました。
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 |