En metodologisk beskrivelse af teknik, potentielle mål og korrekt administration af transkutan auricular vagus nervestimulation (taVNS) på det menneskelige øre er beskrevet.
Non-invasiv vagus nervestimulation (VNS) kan administreres via en roman, nye neuromodulatory teknik kendt som transkutan auricular vagus nervestimulation (taVNS). I modsætning til cervically implanteret VNS er taVNS en billig og ikke-kirurgisk metode til at modulere vagus system. taVNS er tiltalende, da det giver mulighed for hurtig oversættelse af VNS grundforskning og fungerer som en sikker, billig, og bærbare neurostimulation system for den fremtidige behandling af centrale og perifere sygdom. Baggrund og begrundelse for taVNS er beskrevet, samt elektriske og parametrisk overvejelser, ordentlig øre målretning og fastgørelse af stimulation elektroder, individuel dosering via bestemmelse af perception tærskel (PT) og sikker administration af taVNS.
Kranienerver X, bedre kendt som den vagus nerven, er en stor nerve-tarmkanalen, der stammer i hjernestammen af centralnervesystemet og rejser i hele periferien, målretning hver store orgel i thorax og abdomen (figur 1)1. Vagus nervestimulation (VNS) indebærer kirurgisk implantation af bipolar elektroder omkring den venstre cervikale gren af vagus nerve. Elektriske impulser er leveret til den vagus nerven via en implanteret pulsgenerator (IPG) kirurgisk implanteret i brystet2. Selvom VNS i øjeblikket FDA-godkendt til epilepsi, ildfaste depression og kronisk fedme, er det en kostbar procedure kræver et hospital besøg og kirurgi. Langsigtede sikkerhed VNS er veletableret, og størstedelen af sikkerhed overvejelser henvisning nuværende intensitet relaterede bivirkninger (hæs stemme, hals smerter) uden alvorlige stimulation-relaterede bivirkninger i de sidste 25 år af sin kliniske brug3 .
For nylig opstået en noninvasiv form af VNS kendt som transkutan auricular vagus nervestimulation (taVNS)4. taVNS leverer elektrisk stimulation til den auricular gren af vagus nerve (ABVN), et lettilgængeligt mål, der innerverer den menneskelige øre5. I det sidste årti, flere grupper har vist, sikkerheden og tolerabiliteten af denne metode6,7,8, herunder centrale og perifere nervesystem virkninger9,10, og adfærdsmæssige effekter7,11,12,13 i neuropsykiatriske populationer. taVNS er også ved at blive undersøgt hos personer som en lovende forstærker kognitive14,15 og socialt velfungerende16,17,18. Da taVNS er ved at blive etableret, giver det mulighed for forskere og klinikere til hurtigt oversætte den lovende VNS forskning, der er blevet beskrevet i forskellige lidelser lige fra neurologiske og psykiske traumer19, 20 , 21, afhængighed22, betændelse23og tinnitus24,25.
TaVNS er i princippet metodisk svarende til konventionelt administreret transkutan elektrisk nervestimulation (TENS) anvendes til behandling af smerter i bevægeapparatet sygdomme26. Forskellen er, at taVNS er leveret til særlige anatomiske øre mål, der menes at være innerveres af ABVN5. Området stadig bestemme optimal stimulation mål27, selv om de to mest almindelige placeringer er den forreste væg af den ydre øregang (tragus) og cymba conchae. Fingeret stimulation kan foretages ved at stimulere øreflip af øret, et område menes at have minimal ABVN innervation (figur 2). Alternativt, sham kan leveres via en passiv kontrol metode, hvor elektroder fastgjort til aktive steder, men ingen stimulation er leveret. Stimulation parametre kan variere mellem grupper, men ifølge litteraturen, stimulation er leveret i en pulsatile mode (pulse bredde: 250-500 μs, frekvens: 10 – 25 Hz) og leveres på en individualiseret konstant nuværende (< 5 mA). Stimulation nuværende varierer afhængigt af individuelle og eksperimentel protokol, med mange grupper at udforske forskellige intensiteter som en funktion af en individuel perceptuelle tærskel (PT). PT er defineret som det minimum af nuværende fremkalde en opfattede sensation på destinationsstedet og er normalt bestemmes via parametrisk estimering af tilpassede sekventielle testning (PEST) software beskrevet i denne betænkning.
taVNS er en sikker teknik, der kan administreres i laboratorium eller kliniske omgivelser. Bivirkninger af taVNS er minimal, med hudirritation eller rødme er den mest almindelige bivirkning. De fleste taVNS undersøgelser udforske stimulation af det venstre øre, da det menes at være sikrere, selv om data i et stort studie (Jonass et al. 2018) afslører at højresidig stimulation har ingen stigning i risikoen for utilsigtede hændelser. På grund af væld af litteratur i ensidige venstre side stimulation, vil vi illustrere de typiske taVNS set-up for laboratorieundersøgelser undersøger brugen af venstre-sidet taVNS som en intervention.
Som i alle nye modaliteter er alle de beskrevne trin kritisk i den sikker administration af taVNS. Ultimative bekymring er om sikkerhed, der omfatter ikke blot formildende risici før taVNS via korrekt screening, men også overvågning emner under stimulation for ubehag, smerter eller utilsigtede hændelser. Her er de tre vigtigste overvejelse for forvaltning af taVNS. Screening for taVNS kontraindikationer – kontraindikationer er som følger: enhver nuværende eller tidligere historie af hjerte-kar-lidelser, ansigtet eller øre smerte, de seneste øre traumer, metal implantater over niveauet af halsen. For korrekt emne huden forberedelse, at fjerne enhver overflade olier, snavs eller makeup fra overfladen af huden med alkohol hjælper med ledningsevne af elektroderne, reducerer stimulation spænding skal drive stimulatoren og i sidste ende resulterer i en mere tålelige og sikker stimulation session. Det anbefales at bruge en stimulator og elektroder møde lavt Output transkranial elektrisk Stimulation (HENRIETTES) retningslinjer32. HENRIETTES sæt retningslinjer og industriens standarder for elektriske Stimulatorer, der er bygget til stimulation af hovedet og halsen og det opfordres til grupper til at læse dette dokument før opbygge deres egne systemer. Det anbefales at bruge enten en godkendt af FDA plug-in stimulator (Se Tabel af materialer), eller en lav spænding (< 50 V), batteridrevne, konstant nuværende stimulator med passende sikkerhedsforanstaltninger indbygget at undgå utilsigtet overlevering af nuværende til webstedet stimulation. Sikre, at elektroderne er fremstillet og samlet til specifik anvendelse i taVNS. Sikre, at den nuværende produktion og tekniske retningslinjer følges som reference, hvis lab-made tilpassede systemer anvendes.
Et vederlag for taVNS er at sikre, at den konstante nuværende stimulator spænding output kan overvinde modstanden i huden og levere den aktuelle nødvendige for stimulation. Ohms lov (V = IR) viser forholdet mellem nuværende (jeg) og huden modstand (R). Et minimum af en 20 V bordplade stimulator anbefales at undgå en underdimensioneret system. Varme, der genereres fra hovedbunden eller miljøet kan forringe den ledende pasta. Hvis dette sker, det anbefales at stoppe stimulation og re prep hud og elektroder med nye ledende pasta.
En begrænsning af taVNS er den store parameter plads. Det er uvist, hvilket er mere vigtigt-pulse bredde eller frekvens. Der er en manglende data i de seneste taVNS forsøg, at besvarer sådanne spørgsmål. De forskellige adfærdsmæssige virkninger er afledt fra en bred vifte af puls bredder, frekvenser og stimulation strømninger13,33,34,35,36,37, 38,39.
På dette tidspunkt, er det foreslået, at de 500 µs puls bredde for at være de mest biologisk aktive9. Med hensyn til hyppighed, det er blevet påvist at 25 Hz er en effektiv frekvens, selv om aktuelle undersøgelser af optimal såsom højere frekvenser (> 25 Hz), bilaterale stimulation (venstre og højre ører) og investigational burst paradigmer er gennemføres. Undersøgelser at udforske forskellige parametre af stimulation, alternative stimulation websteder og duty cycle optimering er nødvendige for at fremme og forfine taVNS metoden.
taVNS er en lovende non-invasiv alternativ til konventionelle VNS. taVNS giver en billig (<$ 5.000 i opsætningen demonstreret eksperimentelle koste stærkt afhængig af typen af stimulator anvendt) og ligetil metode, der kan bruges til at omsætte positive resultater i dyremodeller at udforske brugen af VNS på en række lidelser, noninvasively modulere det autonome nervesystem, og potentielt miniaturized og optimeret til at-home Neuromodulationsbehandling til behandling af neuropsykiatriske og andre lidelser.
De fremtidige potentielle og mulige anvendelser af taVNS er enorme. taVNS kan tjene som en lovende supplement eller standalone behandling af neuropsykiatriske lidelser som depression og epilepsi, taVNS-parret rehabilitering træning for at gendanne eller fremskynde læring af en opførsel40, mindske inflammatoriske respons 41 , 42, og kan potentielt bruges til at forbedre ydeevne og autonom funktion8,10.
The authors have nothing to disclose.
Forskning rapporteret i denne publikation blev støttet af midler fra de nationale institutter for sundhed nationale Center af Neuromodulationsbehandling for rehabilitering, NIH/NICHD tilskud antal P2CHD086844, som blev tildelt til medicinsk University of South Carolina. Indholdet er udelukkende ansvarlig for forfattere og repræsenterer ikke nødvendigvis de officielle synspunkter af NIH eller NICHD.
70% Isopropyl Alcohol Wipes | Any | N/A | Any alcohol preparation pads used for skin in appropriate. |
Constant Current Stimulator (Triggerable) | Soterix Medical | N/A | Stimulator manufactured for custom use by Soterix Medical |
Disposable Conductive Electrodes | Custom Built | N/A | Stimulation electrodes are custom built at the City College Neural Engineering Lab (Badran/Bikson) |
Matlab Software w/ Stimulation GUI | MathWorks | N/A | MATLAB used for programing pulse pattern |
Ten20 Conductive Paste | Weaver and Company | N/A | Conductive paste used for administration of stimulation |