Summary
Vid administrering av transkrakal direkt ström stimulering (tDCS), reproducerbar elektrod beredning och placering är avgörande för en tolererad och effektiv session. Syftet med denna artikel är att demonstrera uppdaterade moderna inställningsprocedurer för administrering av tDCS och relaterade transkrakala elektriska stimuleringstekniker, såsom transkrakala växelströms stimulering (TAC).
Abstract
Transcranial rikta ström stimulering (TDCs) är en noninvasiv metod för neuromodulering med låg intensitet direkt elektriska strömmar. Denna metod för hjärnstimulering presenterar flera potentiella fördelar jämfört med andra tekniker, eftersom det är noninvasiv, kostnadseffektiv, i stort sett sättas in, och tolereras väl förutsatt korrekt utrustning och protokoll administreras. Även om tDCS är tydligen enkel att utföra, korrekt administrering av tDCS sessionen, särskilt elektrod positionering och beredning, är avgörande för att säkerställa reproducerbarhet och tolerabilitet. Elektrod positionering och förberedelsesteg är traditionellt också den mest tidskrävande och felbenägna. För att hantera dessa utmaningar, moderna tDCS tekniker, med hjälp av fast-position huvudbonader och förmonterade svamp elektroder, minska komplexiteten och ställtid samtidigt se till att elektroderna konsekvent placeras som avsett. Dessa moderna tDCS metoder presentera fördelar för forskning, klinik, och Remote-övervakade (hemma) inställningar. Den här artikeln innehåller en omfattande steg-för-steg-guide för att administrera en tDCS-session med huvudbandet med fast position och förmonterade svamp elektroder. Denna guide visar tDCS med vanliga tillämpade montage avsedda för motoriska cortex och dorsolateral prefrontala cortex (DLPFC) stimulering. Som beskrivits, val av huvudstorlek och montage-specifika huvudbandet automatiserar elektrod positionering. Fullt monterade pre-mättade Snap-elektroder är helt enkelt fästs på den inställda positionen Snap-kontakter på huvudbandet. Den moderna tDCS-metoden visas för att minska Omställningstiden och minska felen för både nybörjare och expert operatörer. De metoder som beskrivs i denna artikel kan anpassas till olika tillämpningar av tDCS samt andra former av transkraniell elektrisk stimulering (tES) såsom transkrakala växelström stimulering (TAC) och transkrakala slumpmässiga brus stimulering (tRNS ). Men eftersom tES är applikeringsspecifik, beroende på vad som är lämpligt, är alla metoder recept anpassade för att tillgodose ämnes-, indikerings-, miljö-och resultatspecifika funktioner.
Introduction
Transcranial rikta ström stimulering (TDCs) är en noninvasiv hjärna stimulering teknik som kan modulera kortikala retbarhet1,2. Under TDCs, en konstant låg intensitet ström, typiskt 1-2 milliampere (MA), strömmar från en anod elektrod till en katodelektroden genererar ett svagt elektriskt fält över cortex3,4. Konventionella tDCS-protokoll anses tolereras och säkra5. Effekterna av en session av TDCs kan pågå flera minuter efter avslutad session6 med upprepade sessioner som producerar längre varaktiga förändringar i hjärnans funktion7,8. Den tolerabilitet profil och potential att producera antingen akuta eller långvariga förändringar gör TDCs en kandidat för en mängd olika interventioner och behandlingar9,10,11. Medan frågor kvarstår om den optimala dosen av TDCs12, inklusive den roll som intensitet13, polaritet7 och fokalitet3, är vikten av att kontrollera elektrodplacering för neuromodulering reproducerbarhet accepteras. Dessutom stöder elektrod beredning också tolerabilitet och relaterade problem såsom blindning-tillförlitlighet14. Medan tDCS har praktiska fördelar jämfört med andra metoder för att stimulera hjärnan, på grund av dess kostnadseffektivitet, bärbarhet, användarvänlighet och tolerabilitet; icke desto mindre, den skenbara enkelhet och anpassningsförmåga av tekniken ursäktar inte dålig elektrod beredning och placerings teknik14.
Faktum är att den skenbara enkelheten hos tDCS har i vissa fall uppmuntrat otillräcklig uppmärksamhet till korrekt utrustning, leveranser och operatörsutbildning14. För det första krävs tillförlitlig elektrodplacering för reproducerbarhet. Placeringen av tDCS elektroder i hårbotten följer vanligtvis 10-20-systemet, som är en metod som används för placering och applicering av elektroencefalografi (EEG) elektroder. I den konventionella TDCs-metoden innebär detta band mätning för att etablera elektrod plats, med flera mätningar vid varje session15,16,17. En markör används för att märka hårbottens positioner. Det finns potential för denna process att resultera i elektrodplacering variation (t. ex., hur tillförlitligt olika operatörer position måttband), särskilt under hög genomströmning villkor-även om rigorös förarutbildning och certifiering kan minska variationer. I den konventionella TDCs-metoden trycks sedan elektroderna manuellt på de uppmätta koordinaten och gummibanden som appliceras på ett ad hoc-sätt18 (t. ex. tätheten hos banden får inte vara konsekventa mellan operatörer som påverkar utmatning av vätska från tvättsvampar, ämnes tolerabilitet, och till och med glida i elektrod läge19,20). I likhet med elektrod positionen kan denna variation mildras med explicita protokoll och utbildning, även om sådana detaljer ofta inte beskrivs i publicerade rapporter. Under särskilda omständigheter när pad elektroden separeras från hårbotten av grädde/gel utan användning av svamp21, Försiktighet krävs för att förhindra direkt elektrod-hudkontakt ledande undantagslöst till en brännskada14. En alternativ mindre vanlig metod för TDCs använder en elastisk mössa22,23, som beror på ämnesspecifika huvudet deformation inte snedvrider elektrod positionen, och riskerar saltlösning spridning och överbrygga under locket (inte synlig för operatören). I jämförelse med konventionella gummi-band eller elastisk-Cap baserade tekniker, den moderna tDCS teknik som presenteras här gör kritiska elektrod förberedelse och positionering steg mer robust och tillförlitlig.
En annan viktig procedur i tDCS är monteringen av elektroderna. Konventionella tDCS-elektroder är flera delar. Dessa separata delar, som måste monteras försiktigt av operatören, består av metall eller ledande gummi elektroder, som operatören omsluter i en perforerad svamp ficka och mättat med saltlösning15. Även om inte komplexa, kräver processen för elektrod montering utbildning och vaksamhet vid varje session, som ett litet fel som metall/gummi sticker ut från svampen och kontakta ämnet eller saltlösning vätskevolym kan leda till hudskada14. Den moderna tDCS tekniken övervinner dessa farhågor genom användning av förmonterade pre-mättade elektroder/svampar som dessutom innehåller en pålitlig Snap kontakt till huvudbandet. Förmonterade och förmättade elektroder är engångsanvändning, förmildrande frågor om reproducerbarhet och risker för kontaminering med återanvända svampar14,20.
Syftet med denna artikel är att demonstrera moderna inställningsprocedurer för administrering av TDCs och relaterade transkrakala elektriska stimuleringstekniker, såsom transkrakala växelströms stimulering (TAC), transkraniell lösen Noise stimulering (trns)24, och transkraniell pulsad ström stimulering (tpcs) och dess varianter25. Denna guide visar tDCS med vanliga tillämpade montage avsedda för motor cortex26 och dorsolateral prefrontala cortex (DLPFC) stimulering27. Den moderna tDCS teknik förklaras här undviker tejp mätning för bestämning elektrodplacering, besvärliga kol-gummi elektrod insättning, långtråkigt förfarande för vätning elektrod svampar, och användning av gummiband eller elastiska mössor som huvudbonader. Denna process är optimerad med hjälp av en specialiserad fast-position huvudbonader och en pre-mättade Snap Connector elektrod. Huvudbandet med fast position består av remmar som är deignerade för att automatiskt placera tDCS-elektroder vid standard 10-10 EEG19. Den förutbestämda elektrod placeringen som tillhandahålls av dessa remmar eliminerar behovet av omfattande mätningar och beräkningar, vilket ökar reproducerbarheten, tids effektiviteten och ämnes manipulationen. Endast en engångs mätning behövs (används för att bestämma den korrekta rem storleken som ska användas) vid första besöket. Engångsbruk förmonterade svamp elektroder tillhandahålls pre-indränkt i den optimerade volymen av saltlösning och med gummi elektrod insatt och fast, minimera risken för direkt kontakt mellan gummi/metall och huden, samt över/under-blötläggning. Med hjälp av huvudbandet med fast position och förmonterade svamp elektroder (figur 1) minskar inte bara risken för elektrod fel på grund av mätfelet, utan gör också det lättare och mer tidseffektivt att administrera TDCs. För varje montage finns en särskild huvudbonader. Den här artikeln kommer att använda två montage som exempel. Den första montage är M1-så där anoden placeras över den region som motsvarar primär motoriska cortex (M1) och katoden placeras över kontralaterala Supra-orbital (så) region (figur 2a). Den andra montage är bifrontal montage, där anoden är placerad över höger och katoden placeras över vänster DLPFC (F3/F4, figur 2C). De metoder som beskrivs här är inte begränsade till de ovan nämnda montage, och kan anpassas till de andra konfigurationer, avsevärt minska risken för elektrod felbehandling på grund av mätfelet, samtidigt som man gör tillämpningen av tDCS och relaterade tES tekniker mer effektivt. Moderna huvudbonader som beskrivs här är elektrod montage specifika (t. ex., M1-SO, F3/F4) och olika huvudband skulle användas för separata elektrodmontages. Även om den moderna tekniken minskar antalet steg och gör administrationen av tES teknik effektiv, den nya metoden kräver fortfarande utbildning för att driva stimulatorn.
Protocol
City College of New York, CUNY institutionella Review Board (IRB) godkände detta protokoll.
1. material
- Innan tDCS-sessionen, se till att alla nödvändiga material finns tillgängliga. Medan vissa material kommer att bero på det specifika protokollet av studien/behandling, det finns grundläggande objekt som är allmänna över moderna tDCS ansökan som visas här (tabell 1, figur 3).
- Förbered en TDCs-enhet: en batteridriven TDCs-enhet som fungerar som en konstant strömstimulator med en maximal uteffekt i ma-intervallet. En tES-enhet med en tDCS-inställning kan användas (t. ex. Soterix Medical 1x1 tES-enhet).
- Förbered engångsbruk Snap Sponge elektroder (t. ex., Soterix Medical 5x5 cm Snap elektroder).
- Förbered saltlösning och applikator, som skall användas om elektroden blir uttorkad under sessionen. Eftersom förmonterade elektroder redan blötläggas med en volym saltlösning som är förutbestämd att vara tillräcklig, kan en minimal mängd koksalt, om någon, tillsättas. Var noga med att inte översuga svampen och undvika läckage och droppande genom att gradvis och försiktigt lägga till saltlösning endast om det behövs.
- Förbered huvudbandet med fast position. Här används två modeller av Snap-huvudbonader (M1-SO och bifrontal).
- Förbered anslutningskablarna. Snap-headgear innehåller redan nödvändiga kablar, som en ände konfigurerad för att ansluta till stimulering (manlig banan) och den andra änden konfigurerad för att acceptera Snap pad (hona Snap). Detta kan variera beroende på det valda huvudbandet för fastställning.
- Utarbeta relevanta blanketter (t. ex. samtyckesformulär, för-och efterfråge formulär, screening formulär, datainsamlingsformulär) och andra interventionsspecifika material i tillämpliga fall.
2. relevanta blanketter
- När motivet anländer, först hälsar ämnet, och sedan ha honom eller henne sitta bekvämt i en upprätt position i en stol.
- För forskningsförsök, innan studien, har ämnet ge samtycke till att delta i studien. I samtyckesblanketten ingår information om forskningsprotokoll, risker och nyttan av studien. Detta formulär är avsett att avslöja lämplig information till försökspersonerna så att de kan göra ett frivilligt val för att acceptera eller vägra behandling. Den härstammar från juridiska och etiska rättigheter. Ett ämne måste vara medvetet om vad som händer med hans eller hennes kropp, och en forskares etiska ansvar för att få deltagaren inblandad i hans eller hennes fysiska och psykiska välbefinnande.
- För forskningsförsök, samla in ett skriftligt medgivande från deltagarna innan någon studie förfaranden utförs. Visa samtyckesformuläret till ämnet. Ett experiment kan bara fortsätta om ämnet väljer att underteckna samtyckesformuläret.
- Skärmen ämnet enligt de kriterier för inkludering och uteslutning som beskrivs i studiens protokoll.
- Om det inte finns några kontraindikationer och ämnet fortfarande samtycker till att delta, ber vi dig att fylla i alla andra nödvändiga formulär (dvs. demografiska formulär, relevanta för enkäter osv.)
- Om ämnet till fullo förstår och samtycker till förfarandet för att följa och har fyllt i de nödvändiga formulären, gå vidare till nästa steg.
3. mätningar
- Påbörja installationen genom att först mäta huvudets omkrets för att bestämma lämplig storlek på huvudbandet som ska användas. För att mäta motivet huvud omkrets, börja från den mest framträdande delen av pannan runt den bredaste delen av bakhuvudet, gå över håret och ovanför öronen. Fasta positions huvudband kräver betydligt mindre mätningar än de konventionella metoderna för elektrodplacering för tDCS15 och kräver dessutom endast mätning vid första besöket när huvud växeln väljs.
Obs: olika huvud växlar kan variera i utbudet av storlekar som erbjuds samt i omkrets mätningar som motsvarar varje storlek. För huvudbandet som används i denna demonstration är de tillgängliga storlekarna små (52 – 55,5 cm), medel (55,5 – 58,5 cm), stora (58,5 – 62 cm) och extra stora (62 – 65 cm). - Med motivet sitter bekvämt i en stol, gå vidare för att mäta huvudets omkrets för att bestämma lämplig storlek på huvudbandet.
- Konsultera den specifika huvudbonader-handboken för att välja lämplig storlek på huvudbandet (t. ex. liten, medelstor, stor) baserat på önskad elektrod montage och försöks huvudets omkrets. För de flesta elektrod montage kan det finnas olika storlekar på huvudbonader beroende på ämnes huvudets storlek.
4. beredning av huden
- Inspektera huden där elektroden förväntas vara placerad. I detta protokoll, placera elektroder efter antingen M1-SO eller bifrontal montage. Om några lesioner observeras ska du inte administrera tDCS.
- Se till att området är fritt från tecken på lotion, smuts, etc.
- I traditionella metoder där återanvändbara elektroder används, inspektera gummiskär och svampar för slitage vid varje session. Här, i modern metod med engångelektroder, är detta steg inte strikt krävs. Inga mindre, inspektera nya elektroder för integritet och mättnad.
5. placering av elektrod
- Ta bort två förmättade 5 cm x 5 cm Snap elektroder från deras paket.
- Knäpp engångsknopp-elektroderna på Snap-headgear enligt de fasta platserna på huvudbandet. Dessa platser är montage-specifika och baserade på huvudbandet valt. Det montage som används är studisspecifikt.
- Alternativt, försiktigt utsätta hårbotten genom att bena motivet hår med fingrarna för att säkerställa att saltlösning sipplar genom håret i hårbotten, förbättra kontakt kvaliteten mellan elektroden och hårbotten.
- Se till att svampen är fäst på remmen, placera huvudbandet på motivet huvud.
- I M1SO Snap-headgear montage med "anodal" stimulering av M1, placera anoden nära motor barken och katoden över supraorbital området. För att exakt Placera elektroderna på deras utsedda hårbotten positioner, först placera nasion-representerar ringen av remmen, som ligger på den nedre delen av remmen, över nasion. Nasion är den punkt Anterior till hjärnan, som ligger mellan pannan och näsan. Justera den övre delen av remmen så att den är vinkelrät mot den nedre delen av remmen. Den övre delen av remmen är avsedd att sitta ungefär ovanför örat, symmetriskt placerad på båda sidor av huvudet. Sedan, placera den bakre elastiska delen av remmen över Inion. Anoden/katodpolariteten kan vändas beroende på appliceringen.
- I bifrontal (F3/F4) Snap-headgear montage med "anodal" stimulering av vänster DLPFC, placera anoden nära vänster dorsala laterala prefrontala cortex och katoden nära höger dorsala laterala pre-frontal cortex. Anoden/katodpolariteten kan vändas beroende på appliceringen.
- I vissa ämnen med långt hår, be motivet att knyta håret tillbaka eller säkra håret tätt medan huvudbandet placeras. Detta kommer att möjliggöra en mer konsekvent elektrod inställning och minska risken för obehag orsakad av oavsiktlig rycka av motivet hår.
Obs: långt hår kan också utgöra en barriär för vätska från elektroden att mätta till hårbotten, och kan försiktigt skildes under elektroden. - Se till att huvudbandet är tätt, men inte obehagligt tätt. Välj rätt storlek på huvudbonader som inte orsakar obehag för motivet samtidigt som svamp elektroderna hålls tillförlitligt i hårbotten.
- Anslut den svarta kabeln (katod) och den röda kabeln (anod) till tES-enheten. Konsultera bruksanvisningen för stimulatorn för att fastställa om stimulatorn är påslagen före eller efter anslutning placerade elektroder till stimulatorn.
- Medan stimulatorn är aktiv, se till att elektroderna är anslutna när det aktuella flödet har initierats.
- För Snap-headgear ansluter du den svarta katodkabeln till den motsvarande inkommande svarta drivrutinen för TDCs-enheten och upprepar detta för den röda anod-kabeln för dess respektive plats på TDCs-enheten. Kontrollera att förbindningens polaritet är korrekt eftersom effekterna av tDCS är polarisspecifika.
Anmärkning: när du använder en tDCS-enhet, anoden elektroden är den positiva terminalen där positiv ström kommer in i kroppen, och katodelektroden är negativ Terminal där positiv ström lämnar kroppen. Vid användning av en TAC-enhet betraktas anod och katod inte som positiva eller negativa, eftersom båda terminalerna kommer att agera anod och katod alternativt. Konventionellt, rött indikerar anoden elektroden, och svart eller blått indikerar katodelektroden (se till att detsamma gäller för den enhet som används).
6. Starta tDCS
- Kontrollera att motivet är bekvämt och vaken innan du påbörjar tDCS-sessionen.
- Kontrollera att enheten är påslagen, att kablarna är ordentligt anslutna och att huvudbandet och elektroden är korrekt placerad. Impedansmätaren är en sekundär metod för att säkerställa god kontakt, men det ersätter inte behovet av att se till att alla protokoll steg följs.
- Kontrollera impedansmätaren för kontakt kvalitet. Enheten som används i den här demonstrationen visar impedansinformation i realtid. Detta kan vara enhetsspecifikt, så bekanta dig med impedansmätaren på den enhet som används.
- Om den övergripande kontakt kvaliteten är onormalt låg kan detta tyda på felaktig elektrod inställning, vilket resulterar i hög impedans. Om kontakt kvaliteten fortsätter att vara låg efter justering av huvudbonader och/eller klokt komplettera saltlösning, tryck på "pre-Stim kittla" (om det finns på enheten som används) för att uppnå en bättre kontakt kvalitet.
- Kontrollera om enheten har tillräckligt med batteri. Enheter som utformats för tDCS-försök har en lätt synlig låg batterivarning-för den enhet som används här direkt ovanför på/av-knappen finns en Varningsindikator för låg batterinivå.
- Program mera tDCS-sessionslängd, intensitet eller (om tillämpligt på enhet som används) inställning av sken tillstånd (för studier med operatorisk blindning avseende Sham vs Real tDCS skick, kommer inställningen att programmeras av oberoende personal eller pre-kodade i enheten28). Observera att vissa stimulatorer rekommenderas att slås på innan kontakten mellan elektroderna och huden görs.
- Om tDCS-sessionen administreras med en tES-enhet väljer du inställningen tDCS-vågform.
- Vid tillämpning av en tES vågform än TDC, såsom TAC eller tPCS, se till att enheten är korrekt programmerad inklusive vågform och frekvens.
- Initiera tDCS genom att trycka på Start -knappen. För att minska eventuella negativa effekter, enheter inkluderar automatisk ström ramp upp vid initiering av stimulering, tillsammans med en automatisk ramp ner i slutet. I början av stimulering, ämnen kommer ofta uppfattar en klåda och/eller stickande känsla under elektroderna, som sedan bleknar i de flesta fall.
- Som vissa ämnen kan uppleva obehag under de första minuterna av tDCS, måttligt minska den nuvarande med hjälp av slappna ratten tillfälligt som motivet justerar. Sedan gradvis öka den nuvarande tillbaka upp till önskad nivå. Den här funktionen kan bero på vilken enhet som används och protokoll.
- Se till att motivet inte vidrör enheten, huvudbonader och/eller elektroder under stimuleringssessionen. Säkerställ att alla nödvändiga anpassningar av dessa hanteras av operatören.
- För vissa ämnen, plötsliga förändringar i nuvarande intensitet kan producera yrsel eller svindel samt retinala fosfiner om strömmen plötsligt ökas eller minskas. För att undvika dessa oönskade sensationer, se till att tillåta en ramp upp och ramp ner tid för stimulering. Som tidigare nämnts erbjuder tDCS-enheter en automatisk ramp upp/ned-period. Kontrolleraenheten för specifik information.
- Se till att motivet förblir bekvämt och undviker onödiga rörelser.
- Om elektroderna blir uttorkade, vilket kan indikeras av en minskning av kontakt kvaliteten, Använd en spruta för att gradvis lägga till en uppmätt mängd saltlösning till elektroderna. Det kan finnas experimentella planer där tDCS elektroder är placerade på huvudet i god tid före stimulering så att när stimulering är planerad att starta elektroderna har varit på huvudet under en tid och kan bli uttorkad.
Elektroder konstruerade för tDCS, såsom Snap elektroder har utvecklats av tillverkaren för att bibehålla mättnad under loppet av en tDCS session (t. ex. tiotals minuter). Men vissa miljöer (såsom exceptionellt torr atmosfär av luftkonditionering) kan påskyndas elektrod uttorkning. Snap elektroder är pre-mättade, så behovet av ytterligare saltlösning minimeras.- För att undvika saltlösning dropp på grund av gravitation, se graderad ansökan till den övre kanten av svampar.
- För att minimera uttorkning, undvika en omfattande lång tid mellan TDCs setup och start av TDCs eller om oundviklig (en lång uppgift som måste utföras efter huvudbonader ansökan men innan TDCs ansökan), lägga till kontroller för att bekräfta svampen mättnad och impedans.
- Undvik att vidröra elektroderna vid stimulering. Om tillsats av saltlösning inte förbättrar kontakt kvaliteten, bekräfta hudens känsla från motivet. Varje prov och enhet kommer att ha uttryckligen specifika kriterier för alla huvudband eller elektrod Justeringssteg före eller under tDCS, inklusive när stimulering avbryts baserat på impedans och/eller motivet sensation.
- I slutet av stimuleringssessionen kommer enheten att Rampas ned från behandlingsintensiteten till 0 mA. Låt inte motivet ta bort huvudbandet själva. Ta inte bort huvudbonader innan enheten indikerar stimulering är klar med en ström av noll. Som den nuvarande ramper ner, vissa ämnen kan rapportera ökad förnimmelser såsom stickningar. Dessa mindre förnimmelser stopp efter den nuvarande intensiteten återgår till noll.
- När enheten har slutat rampning och strömmen är noll, Stäng av enheten.
7. efter ingreppet
- Ta bort huvudbandet laddad med elektroderna från försöks kroppens hårbotten.
- Koppla bort Snap-elektroderna från remmen. Kassera Snap-elektroderna (eftersom de är engångsanvända).
- Inspektera huden under elektroderna. Mild till måttlig rodnad förväntas under TDCs5,11,29, det mesta helt enkelt från tryck30.
- Administrera en enkät om biverkningar för att bedöma eventuella biverkningar. Biverknings enkäter kan inkludera alla biverkningar som vanligtvis associeras med tDCS, såsom stickningar, klåda och brännande förnimmelser, huvudvärk och obehag. Exempel på ett sådant frågeformulär finns i Brunoni et al. (2011)31.
- Även tDCS är att betrakta som säkra när följande standardprotokoll5, utföra en biverkning övervakning förfarande under utvecklingen av någon studieprotokoll. Särskilt i vissa patientpopulationer kan allvarlig biverkning inträffa utan samband med tDCS. Övervakning av biverkningar omfattar ett tillvägagångssätt som ska följas om ämnet rapporterar oväntade eller allvarliga biverkningar under eller efter sessionen. Följ övervaknings procedurerna för biverkningar noggrant och noggrant.
Representative Results
De moderna tDCS-metoderna som beskrivs i guiden förväntas förenkla tDCS-installationen och därmed minska förberedelsetiden samtidigt som tillförlitligheten ökas. Inställningstiderna mättes med hjälp av de traditionella och moderna tDCS-metoderna. Särskild hänsyn gavs till experter kontra noviser för varje metod (n = 8). Varje nybörjare eller expert operatör genomfört installationen fem gånger. För tDCS traditionell metod både experter och noviser över förberedelse instruktioner15, samt ytterligare instruktioner innan den första installationen prövningar. För den moderna tDCS-metoden, granskade både experter och noviser en tidigare version av den här guiden. I samtliga fall tilläts operatörerna att ställa observatörer frågor och för instruktioner som behövs, som skulle vägas in i ställtid. Observatörerna inte på annat sätt gav återkoppling. Tillförlitlighet gjordes av observatören efter varje rättegång på en 1-3 skala som: (1) dålig installation med betydande fel i elektrodplacering (> 5 cm) och/eller betydande ojämn elektrod kontakt med huden (> 50% av svamp ytan inte kontakta huden), och/eller andra betydande fel; (2) måttlig eller liten fel i elektrodplacering (3-5 cm) och/eller måttlig ojämn elektrod kontakt med huden (30-50% av svamp ytan inte kontakta huden), och/eller andra mindre fel; (3) inga uppenbara fel i elektrodplacering eller betydande ojämn elektrod kontakt med huden, och inga andra betydande fel.
Traditionell metod
Den traditionella metoden kräver mätningar för M1-SO-positionen före varje applicering med hjälp av mät protokollet baserat på 10 – 20 EEG-systemet. Svampar behövde monteras och mättade. De oerfarna operatörerna fick en bruksanvisning med anvisningar för mätning av 10 – 20 EEG-systemet, som de kunde läsa före rättegången. Denna bruksanvisning hölls under prövningarna för referens. Både expert och nybörjare avslutade 5 setup prövningar inklusive de nödvändiga head-mätningar vid varje rättegång. De individuella tider som har tagits för varje installationsförsök registrerades (figur 4). Den genomsnittliga Omställningstiden som experten tog var 7,93 minuter (± 2,30). Den genomsnittliga Omställningstiden som motparten tog var 10,47 minuter (± 3,36). Noviserna var i allmänhet oförmögna att uppnå en felfri setup även vid den 5: e sessionen. Experter har gjort ovanliga installationsfel.
Modern metod
De moderna metoderna kräver att huvud omkretsen för varje ämne mäts en gång för att bestämma lämplig storlek på huvudbandet som ska användas (S: 52 – 55,5 cm, M: 55,5 – 58,5 cm, L: 58,5 – 62 cm, XL: 62 – 65 cm). Svampar var förmonterade och förmättade. De individuella tider som har tagits för varje installationsförsök registrerades (figur 4). Den genomsnittliga Omställningstiden som experten tog var 1,23 minuter (± 0,37). Den genomsnittliga Omställningstiden som motparten tog var 2,53 minuter (± 0,48). Noviserna var i allmänhet uppnått en felfri installation av 5: e sessioner och eventuella fel var små. Experterna gjorde inga installationsfel. Den moderna tDCS-metoden här ökar installations tillförlitligheten samtidigt som tiden för stimuleringen minskar.
Positionsfel
Den moderna tDCS-metoden möjliggör elektrodplacering med jämförbar precision till en expert operatör som mäter den traditionella EEG 10-10-positionen. Till exempel, för M1-S0 med ett lämpligt utformat band, är medelvärdet för positionsfelet 1,5 mm, vilket är betydligt mindre än elektrod storleken (5 cm x 5 cm) och inte ett relevant fel för att understiga hjärnans strömflöde19. Den moderna tDCS-metoden är mycket tillförlitlig för operatör eller egen tillämpning.
Tilltranspor tför måga
Den moderna tDCS-metoden kan vara en del av ett tele-hälsoprogram för kroniskt sjuka patienter med flera symtom, inklusive palliativ vård. För M1-SO-montage uppnåddes replikerbar elektrodplacering. Det fanns inga svårigheter med patienternas utbildning, protokoll följsamhet, eller tolerabilitet26. För bifrontal montage Replikerbar och tolerabel stimulering uppnåddes hos både patienter med multipel skleros och Parkinsons sjukdom32, bekräftar tillförlitlig placering uppnåddes även för själv-ansökan i ämnet med motoriska underskott.
Varje absolut eller relativ kontraindikation skulle förbli densamma i traditionella och moderna metoder. Protokoll som finns effektiva med den traditionella metoden skulle gälla för den moderna, även om den moderna metoden skulle öka robustheten s och reproducerbarhet särskilt i hemmet eller hög genomströmning användning.
Figur 1: huvudbonader och förmonterade svamp elektroder med fast position. Avissa huvudband med fast position omfattar redan nödvändiga kablar, med förmonterade svampar som är konstruerade för att fästas på. (B) Denna siffra indikerar huvud bands inställningsprocessen genom att fästa elektroderna stadigt på plats på huvud remmen. (C) förmonterade elektroder är redan indränkta i saltlösning. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: M1-så montage och Bifrontal montage. (a, B) I M1-så montage setup, anoden placeras över den region som motsvarar primär motoriska cortex (M1) och katoden placeras över kontralaterala Supra-orbital (så) region. (A) är sidovyn och (B) är den främre vyn. (C, D) I bifrontal montage setup, anodal elektroden är placerad över höger och katodal elektroden placeras över vänster dorsolateral prefrontala cortex. (C) är sidovyn och (D) är den främre vyn. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: objekt som i allmänhet finns i varje tDCS-session. Medan vissa material kommer att bero på målet för studien/behandling, de punkter som anges nedan är viktiga för tDCS sessionen beskrivs i denna guide. Dessa poster inkluderar: 1) en tDCS-enhet, 2) engångsnäppsvamp elektroder, 3) saltlösning, 4) ett huvudband med fast position (det nedan innehåller de nödvändiga anslutningskablarna) och 5) en spruta för saltlösning vid behov. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: inställningstider och resultat Poäng för nybörjare och experter som tillämpar både moderna och traditionella tDCS metod. Expert-och novis operatörer genomförde M1-så montage setup fem gånger med den traditionella tDCS setup-metoden och den moderna installationsmetoden. Den traditionella Inställningsmetoden innebär att man tar mätningar för M1-S0-positionen med hjälp av 10-20 EEG-systemet och sedan placerar elektroderna på målplatsen. För tDCS traditionell och modern metod, både experter och noviser över förberedelse instruktioner, samt ytterligare instruktioner innan den första installationen prövningar. Den moderna tDCS-Inställningsmetoden minskar Omställningstiden och förbättrar prestandan för både expert och nybörjare eftersom den tar bort tidskrävande steg i 10-20 EEG-mätningar för M1-S0-montage. När du använder den moderna tDCS-metoden (panel B2 och D2) var den genomsnittliga Omställningstiden som gjordes av experterna och noviserna 1,23 minuter (± 0,37) och 2,53 minuter (± 0,48). När du använder den traditionella tDCS-metoden (panel B1 och D1), var den genomsnittliga Omställningstiden som vidtagits av experterna och noviserna 7,93 minuter (± 2,30) och 10,47 minuter (± 3,36) respektive. Efter varje prov av elektroder setup, prestanda mättes på en 1-3 skala med 3 gjorde som felfri setup och 1 gjorde som dålig setup. Prestandan var högre för den moderna tDCS-metoden för både experter och nybörjare. För den traditionella tDCS-metoden var den genomsnittliga prestandan av experter och noviser 2,75 (± 0,25) och 1,5 (± 0,25) respektive (panel A1 och C1). För den moderna tDCS-metoden var den genomsnittliga prestandan av experter och noviser 3 (± 0) och 2,75 (± 0,3) respektive (panel A2 och C2). Felstaplar visar standardavvikelse. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Klassisk metod | Uppdaterad metod | Fördelen med uppdaterad metod | |
| Mätning av elektrod positionering | Flera band åtgärder vid varje session. | Enda måttband vid första sessionen. | Minskad tid och ökad tillförlitlighet vid elektrod positionering. |
| Förberedelse av elektrod | Flera steg inklusive montering och mättnad. | Ingen beredning (pre-mättade). Inkluderar Snap Connector. | Minskad tid och ökad tillförlitlighet vid elektrod beredning. |
| Head-Gear | Gummiband med flera anslutningar. | Enkel Head-Gear med fast Snap Connector positioner. | Minskad tid och ökad tillförlitlighet vid elektrod positionering. |
Tabell 1: sammanfattande jämförelse av den klassiska tDCS-metoden och den moderna tDCS-metoden. När det gäller elektrod position, elektrod förberedelse, och huvudbonader användning, den moderna tDCS tekniker erbjuder framsteg i att minska tiden och öka tillförlitligheten.
Discussion
Sedan 2000 har det skett en exponentiell ökning av frekvensen (antal publicerade prövningar) och bredd (användningsområde och indikationer) för TDCs5,11,33. Den moderna tDCS protokoll illustreras här potentiellt ytterligare stöder antagande i mänskliga försök, särskilt för att öka storleken och platser (t. ex., pivotala prövningar), och slutligen i behandling9 eftersom dessa moderna TDCs tekniker är enkla och normalisera kritiska inställningssteg. Eftersom elektrod beredning och position bestämma tDCS dos12, metoder för att säkerställa replikerbar setup stödja reproducerbara prövningar. Den moderna tekniken som beskrivs här förväntas vara fördelaktigt över inkludering kriterium men kan ge särskild nytta i grupp där konventionella tekniker bevisa utmanande som ett resultat av hårbotten/hår förhållanden, beteende, eller i hög-hela (Multi-Center prövningar) och Fjärrinställningar34,35. Den moderna tekniken, genom att ge en säkrare fixering av elektroderna (t. ex. jämfört med ad hoc elastiska remmar i konventionell teknik) skulle öka kombinationen med adjungerad beteendemässiga terapier såsom spegel terapi36,37,38, visuell bildspråk och Virtual Reality39,40,41, eller sjukgymnastik34,42,43, 44,45.
tDCS anses vara en säker och bekväm form av noninvasiv hjärn stimulering5,11. Det är dock fortfarande viktigt att se till att stimulansen genomförs efter bästa praxis14. Alla tDCS-operatörer är utbildade och certifierade. Ett detaljerat studiespecifikt protokoll skapas som beskriver eventuella ytterligare material som behövs, elektrod montage som används, eventuella uppgifter om tillämpligt, viktigt säkerhetsförfarande som skall följas före, under och efter stimulering, samt studie-specifika inklusion och uteslutningskriterier. Vissa uteslutningskriterier kan innefatta metalliska huvud-och/eller hals tatueringar, metalliska implantat i huvud och/eller nacke, bland annat – men dessa är inte absoluta (t. ex. hos försökspersoner med epilepsi, implantat och akuta skalldefekter)4. Många aspekter av en tDCS studieprotokoll, såsom vissa material, elektrodplacering, varaktighet, bland andra förfaranden, är specifika för studiens utformning. Vid ändring av protokollet för att passa studiens specifika behov, se till att dessa ändringar är godtagbara för både försökspersoner och forskare5,11.
En modern tDCS-metod beskrivs i den här handboken. Denna samtida tDCS applikationsteknik är betydligt enklare än den konventionella metoden, och så är både snabbare och mindre benägna att fel.
Disclosures
Staden universitetar av New York rymmer patent på hjärnstimulering, som Marom Bikson är en uppfinnare på. Marom Bikson är en av grundarna av Soterix Medical Inc.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av NIH (Grants 1R01NS101362-01, 1R01MH111896-01, 1R01NS095123-01, 1R01MH109289-01, 1K01AG050707).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1x1 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 5x5 cm | Soterix Medical Inc. | SNAPpad 1300-5x5S | Single-use only |
| Syringe | Soterix Medical Inc. | 1300SR_5 | Syringe for saline application |
References
- Brunoni, A. R., et al. Clinical research with transcranial direct current stimulation (tDCS): challenges and future directions. Brain Stimulation. 5 (3), 175-195 (2012).
- Villamar, M. F., Santos Portilla, A., Fregni, F., Zafonte, R. Noninvasive brain stimulation to modulate neuroplasticity in traumatic brain injury. Neuromodulation: Journal of the International Neuromodulation Society. 15 (4), 326-338 (2012).
- Datta, A., et al. Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimulation. 2 (4), 201-207 (2009).
- Huang, Y., et al. Measurements and models of electric fields in the in vivo human brain during transcranial electric stimulation. eLife. 6, (2017).
- Bikson, M., et al. Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016. Brain Stimulation. 9 (5), 641-661 (2016).
- Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. The Journal of Physiology. 527, Pt 3 633-639 (2000).
- Jamil, A., et al. Systematic evaluation of the impact of stimulation intensity on neuroplastic after-effects induced by transcranial direct current stimulation. The Journal of Physiology. 595 (4), 1273-1288 (2017).
- Monte-Silva, K., et al. Induction of late LTP-like plasticity in the human motor cortex by repeated noninvasive brain stimulation. Brain Stimulation. 6 (3), 424-432 (2013).
- Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (1), 56-92 (2017).
- Buch, E. R., et al. Effects of tDCS on motor learning and memory formation: A consensus and critical position paper. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (4), 589-603 (2017).
- Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (9), 1774-1809 (2017).
- Peterchev, A. V., et al. Fundamentals of transcranial electric and magnetic stimulation dose: definition, selection, and reporting practices. Brain Stimulation. 5 (4), 435-453 (2012).
- Esmaeilpour, Z., et al. Incomplete evidence that increasing current intensity of tDCS boosts outcomes. Brain Stimulation. 11 (2), 310-321 (2018).
- Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related noninvasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1031-1048 (2016).
- DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. (51), e2744 (2011).
- Meinzer, M., et al. Transcranial direct current stimulation and simultaneous functional magnetic resonance imaging. Journal of Visualized Experiments. (86), e51730 (2014).
- Pope, P. A. Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum. Journal of Visualized Experiments. (96), e52302 (2015).
- Rabau, S., et al. Comparison of the Long-Term Effect of Positioning the Cathode in tDCS in Tinnitus Patients. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 217 (2017).
- Knotkova, H., et al. Automatic M1-SO Montage Headgear for Transcranial Direct Current Stimulation (TDCS) Suitable for Home and High-Throughput In-Clinic Applications. Neuromodulation: Journal of the International Neuromodulation Society. , (2018).
- Woods, A. J., Bryant, V., Sacchetti, D., Gervits, F., Hamilton, R. Effects of Electrode Drift in Transcranial Direct Current Stimulation. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 10 (1), 1 (2017).
- Fehér, K. D., Morishima, Y. Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS). Journal of Visualized Experiments. (107), e53527 (2016).
- Schestatsky, P., Morales-Quezada, L., Fregni, F. Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation. Journal of Visualized Experiments. (76), e50426 (2013).
- Carvalho, F., et al. Home-Based Transcranial Direct Current Stimulation Device Development: An Updated Protocol Used at Home in Healthy Subjects and Fibromyalgia Patients. Journal of Visualized Experiments. (137), e57614 (2018).
- Terney, D., Chaieb, L., Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Increasing human brain excitability by transcranial high-frequency random noise stimulation. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 28 (52), 14147-14155 (2008).
- Guleyupoglu, B., Schestatsky, P., Edwards, D., Fregni, F., Bikson, M. Classification of methods in transcranial electrical stimulation (tES) and evolving strategy from historical approaches to contemporary innovations. Journal of Neuroscience Methods. 219 (2), 297-311 (2013).
- Riggs, A., et al. At-Home Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) With Telehealth Support for Symptom Control in Chronically-Ill Patients With Multiple Symptoms. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 12, 93 (2018).
- Shaw, M. T., et al. Remotely Supervised Transcranial Direct Current Stimulation: An Update on Safety and Tolerability. Journal of Visualized Experiments. (128), e56211 (2017).
- Brunoni, A. R., et al. The Escitalopram versus Electric Current Therapy for Treating Depression Clinical Study (ELECT-TDCS): rationale and study design of a non-inferiority, triple-arm, placebo-controlled clinical trial. Sao Paulo Medical Journal. 133 (3), 252-263 (2015).
- Aparício, L. V. M., et al. A Systematic Review on the Acceptability and Tolerability of Transcranial Direct Current Stimulation Treatment in Neuropsychiatry Trials. Brain Stimulation. 9 (5), 671-681 (2016).
- Ezquerro, F., et al. The Influence of Skin Redness on Blinding in Transcranial Direct Current Stimulation Studies: A Crossover Trial. Neuromodulation: Journal of the International Neuromodulation Society. 20 (3), 248-255 (2017).
- Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. International Journal of Neuropsychopharmacology. 14 (8), 1133-1145 (2011).
- Shaw, M., et al. Proceedings #13. Updated Safety and Tolerability of Remotely-Supervised Transcranial Direct Current Stimulation (RS-tDCS). Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 10 (4), 60-61 (2017).
- Grossman, P., et al. transcranial Direct Current Stimulation Studies Open Database (tDCS-OD). bioRxiv. , 369215 (2018).
- Dobbs, B., et al. Generalizing remotely supervised transcranial direct current stimulation (tDCS): feasibility and benefit in Parkinson's disease. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 15 (1), 11 (2018).
- Charvet, L., et al. Remotely Supervised Transcranial Direct Current Stimulation Increases the Benefit of At-Home Cognitive Training in Multiple Sclerosis. Neuromodulation: Journal of the International Neuromodulation Society. 21 (4), 383-389 (2018).
- von Rein, E., et al. Improving motor performance without training: the effect of combining mirror visual feedback with transcranial direct current stimulation. Journal of Neurophysiology. 113 (7), 2383-2389 (2015).
- Cho, H. S., Cha, H. G. Effect of mirror therapy with tDCS on functional recovery of the upper extremity of stroke patients. Journal of Physical Therapy Science. 27 (4), 1045-1047 (2015).
- Beaulé, V., et al. Modulation of physiological mirror activity with transcranial direct current stimulation over dorsal premotor cortex. The European Journal of Neuroscience. 44 (9), 2730-2734 (2016).
- Fuentes, M. A., et al. Combined Transcranial Direct Current Stimulation and Virtual Reality-Based Paradigm for Upper Limb Rehabilitation in Individuals with Restricted Movements. A Feasibility Study with a Chronic Stroke Survivor with Severe Hemiparesis. Journal of Medical Systems. 42 (5), 87 (2018).
- Jax, S. A., Rosa-Leyra, D. L., Coslett, H. B. Enhancing the mirror illusion with transcranial direct current stimulation. Neuropsychologia. 71, 46-51 (2015).
- Santos, T. E. G., et al. Manipulation of Human Verticality Using High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation. Frontiers in Neurology. 9, 825 (2018).
- Halko, M. A., et al. Neuroplastic changes following rehabilitative training correlate with regional electrical field induced with tDCS. NeuroImage. 57 (3), 885-891 (2011).
- D'Agata, F., et al. Cognitive and Neurophysiological Effects of Noninvasive Brain Stimulation in Stroke Patients after Motor Rehabilitation. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 10, 135 (2016).
- Doppelmayr, M., Pixa, N. H., Steinberg, F. Cerebellar, but not Motor or Parietal, High-Density Anodal Transcranial Direct Current Stimulation Facilitates Motor Adaptation. Journal of the International Neuropsychological Society: JINS. 22 (9), 928-936 (2016).
- Bowling, N. C., Banissy, M. J. Modulating vicarious tactile perception with transcranial electrical current stimulation. The European Journal of Neuroscience. 46 (8), 2355-2364 (2017).
