Aktualisierte Technik für zuverlässige, einfache und tolerierte transkranielle elektrische Stimulation einschließlich transkranieller Gleichstromstimulation

Zusammenfassung

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.

Zusammenfassung

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.

Einleitung

Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine nichtinvasive Hirnstimulationstechnik, die in der Lage ist, die kortikale Erregbarkeit^1,2zu 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 Kortex^{erzeugt 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 Gehirnfunktion^7,8erzeugen. Das Verträglichkeitsprofil und das Potenzial, akute oder langanhaltende Veränderungen zu bewirken, machen tDCS zu einem Kandidaten für eine Vielzahl von Interventionen und Behandlungen^9,10,11. 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 Sitzung^15,16,17. 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 Elektrodenposition^19,20driften). 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 Kappe^22,23, 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 Schwämmen^14,20abmildern.

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.

Protokoll

Das City College of New York, CUNY Institutional Review Board (IRB), hat dieses Protokoll genehmigt.

1. Materialien

1. Stellen Sie vor der tDCS-Sitzung sicher, dass alle erforderlichen Materialien verfügbar sind. Während einige Materialien vom spezifischen Protokoll der Studie/Behandlung abhängen, gibt es grundlegende Elemente, die in der modernen tDCS-Anwendung allgemein sind, wie hier gezeigt (Tabelle 1, Abbildung 3).
   1. Vorbereiten eines tDCS-Geräts: Ein batteriebetriebenes tDCS-Gerät, das als konstanter Stromstimulator mit einer maximalen Ausgabe im Milliamperebereich fungiert. Es kann ein tES-Gerät mit einer tDCS-Einstellung verwendet werden (z. B. Soterix Medical 1x1 tES-Gerät).
   2. Bereiten Sie Einweg-Snap-Schwammelektroden (z. B. Soterix Medical 5x5 cm Schnappelektroden) vor.
   3. Bereiten Sie die Salinelösung und den Applikator vor, die verwendet werden, wenn die Elektrode während der Sitzung dehydriert wird. Da vormontierte Elektroden bereits mit einem Volumen von Salzlösung eingeweicht sind, die als ausreichend festgelegt ist, kann eine minimale Menge an Salzsalz hinzugefügt werden, falls vorhanden. Achten Sie darauf, den Schwamm nicht zu übertränken und Leckagen und Tropfen zu vermeiden, indem Sie nach und nach und vorsichtig Saline hinzufügen, wenn nötig.
2. Bereiten Sie die Kopfbedeckung mit fester Position vor. Hierkommen kommen zwei Modelle von Schnappkopfbedeckungen zum Einsatz (M1-SO und bifrontal).
3. Bereiten Sie Verbindungskabel vor. Die Schnappkopfbedeckung enthält bereits die notwendigen Kabel, die ein Ende konfiguriert, um die Stimulation (männliche Banane) und das andere Ende konfiguriert, um das Snap-Pad zu akzeptieren (weiblicher Fang). Dies kann je nach gewählter Kopfbedeckung mit fester Position abweichen.
4. Vorbereiten relevanter Formulare (z. B. Einwilligungsformular, Vor- und Nachfragebögen, Screening-Formulare, Datenerhebungsformulare) und gegebenenfalls sonstige interventionsspezifische Materialien.

2. Relevante Formulare

1. Wenn das Thema ankommt, grüßen Sie zuerst das Thema, und lassen Sie ihn oder sie dann bequem in einer aufrechten Position in einem Stuhl sitzen.
2. Für Forschungsversuche, vor der Studie, haben die Antragsteller die Zustimmung zur Teilnahme an der Studie geben. Das Einwilligungsformular enthält Details über das Forschungsprotokoll, Risiken und Nutzen der Studie. Mit diesem Formular sollen den Probanden geeignete Informationen offengelegt werden, damit diese sich freiwillig entscheiden können, eine Behandlung anzunehmen oder abzulehnen. Sie geht auf rechtliche und ethische Rechte. Ein Subjekt muss sich dessen bewusst sein, was mit seinem Körper geschieht, und der ethischen Verantwortung eines Forschers, den Teilnehmer in sein körperliches und geistiges Wohlbefinden einzubeziehen.
3. Für Forschungsversuche eine schriftliche Zustimmung der Teilnehmer einholen, bevor Studienverfahren durchgeführt werden. Zeigen Sie dem Antragsteller das Zustimmungsformular an. Ein Experiment kann nur fortgesetzt werden, wenn der Antragsteller das Zustimmungsformular unterschreibt.
4. Prüfen Sie das Thema anhand der im Protokoll der Studie beschriebenen Einschluss- und Ausschlusskriterien.
5. Wenn keine Kontraindikationen vorliegen und der Betreff weiterhin zur Teilnahme bereit ist, bitten Sie vorbehaltlich der Weiteren erforderlichen Formulare (d. h. demographisches Formular, relevante Vorfragebögen usw.) um Ausfüllen.
6. Wenn der Antragsteller das zu befolgende Verfahren vollständig versteht und zustimmt und die erforderlichen Formulare ausgefüllt hat, fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort.

3. Messungen

1. Beginnen Sie mit der Einrichtung, indem Sie zuerst den Kopfumfang des Motivs messen, um die geeignete Größe der zu verwendenden Kopfbedeckung zu bestimmen. Um den Kopfumfang des Motivs zu messen, beginnen Sie von dem prominentesten Teil der Stirn um den breitesten Teil des Hinterkopfes, über die Haare und über die Ohren gehen. Festposition Kopfbänder erfordern deutlich weniger Messungen als die herkömmlichen Methoden der Elektrodenplatzierung für tDCS¹⁵ und erfordern darüber hinaus nur eine Messung beim ersten Besuch, wenn das Kopfrad ausgewählt wird.
   HINWEIS: Die verschiedenen Kopfbedeckungen können in der Angeboten-Größe sowie in den Umfangsmessungen variieren, die jeder Größe entsprechen. Für die bei dieser Vorführung verwendeten Kopfbedeckungen sind die verfügbaren Größen klein (52–55,5 cm), mittel (55,5–58,5 cm), groß (58,5–62 cm) und extra groß (62–65 cm).
2. Wenn das Motiv bequem in einem Stuhl sitzt, messen Sie den Kopfumfang, um die entsprechende Größe der Kopfbedeckung zu bestimmen.
3. Lesen Sie das spezifische Kopfbedeckungshandbuch, um die passende Kopfbedeckungsgröße (z. B. klein, mittel, groß) basierend auf der gewünschten Elektrodenmontage und dem Kopfumfang des Motivs auszuwählen. Bei den meisten Elektrodenmontagen kann es je nach Kopfgröße unterschiedliche Größe der Kopfbedeckung geben.

4. Hautvorbereitung

1. Prüfen Sie die Haut, auf der die Elektrode platziert werden soll. Platzieren Sie in diesem Protokoll Elektroden entweder nach dem M1-SO oder der bifrontalen Montage. Wenn Läsionen beobachtet werden, verabreichen Sie tDCS nicht.
2. Stellen Sie sicher, dass der Bereich frei von Anzeichen von Lotion, Schmutz, etc. ist.
3. Bei herkömmlichen Ansätzen, bei denen wiederverwendbare Elektroden verwendet werden, prüfen Sie die Gummieinsätze und Schwämme bei jeder Sitzung auf Verschleiß. Hier ist dieser Schritt bei modernem Ansatz mit Einwegelektroden nicht unbedingt erforderlich. Prüfen Sie jedoch neue Elektroden auf Integrität und Sättigung.

5. Elektrodenplatzierung

1. Entfernen Sie zwei vorgesättigte 5 cm x 5 cm Schnappelektroden aus ihren Paketen.
2. Schnappen Sie die Einweg-Snap-Elektroden entsprechend den festen Positionen auf der Kopfbedeckung auf die Schnappkopfbedeckung. Diese Standorte sind montagespezifisch und basieren auf der gewählten Kopfbedeckung. Die verwendete Montage ist studienspezifisch.
3. Optional, behutsam die Kopfhaut durch Trennen der Haare des Motivs mit den Fingern, um sicherzustellen, dass die Saline durch das Haar in die Kopfhaut sickert, Verbesserung der Kontaktqualität zwischen der Elektrode und der Kopfhaut.
4. Stellen Sie sicher, dass der Schwamm am Gurt befestigt ist, positionieren Sie die Kopfbedeckung auf dem Kopf des Motivs.
   1. Positionieren Sie in der M1SO-Schnappkopfbedeckungsmontage mit "anodaler" Stimulation von M1 die Anode in der Nähe des Motorkortex und der Kathode über dem supraorbitalen Bereich. Um die Elektroden genau auf ihre vorgesehenen Kopfhautpositionen zu positionieren, positionieren Sie zunächst den nasionsrepräsentativen Ring des Gurtes, der sich am unteren Teil des Gurtes befindet, über der Nasion. Die Nasion ist der Punkt, der vor dem Gehirn liegt, zwischen der Stirn und der Nase. Stellen Sie den oberen Teil des Gurtes so ein, dass er senkrecht zum unteren Teil des Gurtes liegt. Der obere Teil des Gurtes soll ungefähr über dem Ohr sitzen, symmetrisch auf beiden Seiten des Kopfes positioniert. Positionieren Sie dann den hinteren elastischen Teil des Riemens über dem Inion. Die Anode/Kathodenpolarität kann je nach Anwendung umgekehrt werden.
   2. Positionieren Sie in der bifrontalen (F3/F4) Schnappkopfbedeckungsmontage mit "anodaler" Stimulation des linken DLPFC die Anode in der Nähe des linken dorsalen seitlichen präfrontalen Kortex und der Kathode in der Nähe des rechten dorsalen seitlichen präfrontalen Kortex. Die Anode/Kathodenpolarität kann je nach Anwendung umgekehrt werden.
5. Bei einigen Probanden mit langen Haaren bitten Sie das Subjekt, ihre Haare zurück zu binden oder das Haar fest zu halten, während die Kopfbedeckung platziert wird. Dies ermöglicht eine konsistentere Elektrodeneinrichtung und verringert das Risiko von Beschwerden, die durch versehentliches Zerren der Haare des Motivs verursacht werden.
   HINWEIS: Langehaare können auch eine Barriere für Flüssigkeit von der Elektrode zur Sättigung zur Kopfhaut darstellen und können sanft unter der Elektrode getrennt werden.
6. Stellen Sie sicher, dass die Kopfbedeckung eng, aber nicht unbequem eng ist. Wählen Sie die richtige Größe der Kopfbedeckung, die dem Motiv keine Beschwerden bereitet, während sie gleichzeitig sicherstellen, dass die Schwammelektroden zuverlässig an der Kopfhaut gehalten werden.
7. Schließen Sie das schwarze Kabel (Kathode) und das rote Kabel (Anode) an das tES-Gerät an. Prüfen Sie die Bedienungsanleitung des Stimulaators, um festzustellen, ob der Stimulator vor oder nach dem Anschluss der positionierten Elektroden an den Stimulator eingeschaltet ist.
   1. Während der Stimulator aktiv ist, stellen Sie sicher, dass die Elektroden verbunden sind, wenn der Stromfluss eingeleitet wurde.
8. Schließen Sie bei der Snap-Headgear das schwarze Kathodenkabel an den entsprechenden Eingang des tDCS-Geräts an und wiederholen Sie dies für das rote Anodenkabel für seine jeweilige Position auf dem tDCS-Gerät. Stellen Sie sicher, dass die Verbindungspolarität korrekt ist, da die Auswirkungen von tDCS polaritätsspezifisch sind.
   HINWEIS: Bei Verwendung eines tDCS-Geräts ist die Anodenelektrode die positive Klemme, in der positiver Strom in den Körper eindringt, und die Kathodenelektrode ist eine negative Klemme, bei der der positive Strom den Körper verlässt. Bei Verwendung eines tACS-Geräts werden Anode und Kathode nicht als positiv oder negativ betrachtet, da beide Klemmen alternativ Anode und Kathode wirken. Konventionell zeigt Rot die Anodenelektrode an, und Schwarz oder Blau zeigt die Kathodenelektrode an (stellen Sie sicher, dass dies auch für das verwendete Gerät gilt).

6. Starten Sie tDCS

1. Bevor Sie die tDCS-Sitzung einleiten, stellen Sie sicher, dass das Thema komfortabel und wach ist.
2. Vergewissern Sie sich, dass das Gerät eingeschaltet ist, die Kabel ordnungsgemäß angeschlossen und die Kopfbedeckung und die Elektrode richtig aufgestellt sind. Das Impedanzmessgerät ist eine sekundäre Methode, um einen guten Kontakt zu gewährleisten, ersetzt jedoch nicht die Notwendigkeit, sicherzustellen, dass alle Protokollschritte eingehalten werden.
3. Überprüfen Sie das Impedanzmessgerät auf Kontaktqualität. Das in dieser Demo verwendete Gerät zeigt Impedanzinformationen in Echtzeit an. Dies kann gerätespezifisch sein, also machen Sie sich mit dem Impedanzmesser auf dem verwendeten Gerät vertraut.
   1. Wenn die Gesamtkontaktqualität des Motivs ungewöhnlich niedrig ist, kann dies auf eine unsachgemäße Elektrodeneinrichtung hinweisen, was zu einer hohen Impedanz führt. Wenn die Kontaktqualität nach dem Einstellen der Kopfbedeckung und/oder der sinnvollen Ergänzung der Saline weiterhin niedrig ist, drücken Sie "pre-stim kitzeln" (falls auf dem verwendeten Gerät verfügbar), um eine bessere Kontaktqualität zu erzielen.
4. Überprüfen Sie, ob das Gerät über genügend Akku verfügt. Geräte, die für tDCS-Versuche entwickelt wurden, haben eine gut sichtbare Warnung mit niedriger Batterie - für das hier verwendete Gerät direkt über dem Ein-/Ausschalter gibt es eine Low-Batterie-Warnanzeige.
5. Programmieren Sie die tDCS-Sitzungsdauer, -intensität oder (falls zutreffend für das verwendete Gerät) Scheinbedingungseinstellung (für Studien mit bedienerischem Blenden in Bezug auf die Schein- vs-real-tDCS-Bedingung wird die Einstellung von unabhängigem Personal programmiert oder in das Gerät²⁸vorcodiert). Beachten Sie, dass einige Stimulatoren empfohlen werden, eingeschaltet zu werden, bevor der Kontakt zwischen den Elektroden und der Haut hergestellt wird.
   1. Wenn die tDCS-Sitzung mit einem tES-Gerät verwaltet wird, wählen Sie die tDCS-Wellenformeinstellung aus.
   2. Stellen Sie beim Anwenden einer anderen tES-Wellenform als tDCS, wie z. B. tACS oder tPCS, sicher, dass das Gerät ordnungsgemäß programmiert ist, einschließlich Wellenform und Frequenz.
6. Initiieren Sie den tDCS, indem Sie die Starttaste drücken. Um nebenwirkungen zu reduzieren, umfassen die Geräte ein automatisches Stromhochfahren bei der Einleitung der Stimulation, zusammen mit einer automatischen Rampe nach unten am Ende. Zu Beginn der Stimulation nehmen die Probanden oft ein Juckreiz und/oder Kribbeln unter den Elektroden wahr, das dann in den meisten Fällen ausfällt.
7. Da einige Probanden während der ersten Minuten von tDCS Beschwerden auftreten können, verringern Sie den Strom mäßig, indem Sie den Relax-Regler vorübergehend verwenden, wenn sich das Motiv anpasst. Dann erhöhen Sie den Strom schrittweise wieder auf das gewünschte Niveau. Diese Funktion kann von dem verwendeten Gerät und dem Protokoll abhängen.
   1. Stellen Sie sicher, dass das Motiv während der Stimulationssitzung das Gerät, die Kopfbedeckung und/oder die Elektroden nicht berührt. Stellen Sie sicher, dass alle erforderlichen Anpassungen nur vom Bediener vorgenommen werden.
   2. Bei einigen Probanden können plötzliche Veränderungen der aktuellen Intensität Schwindel oder Schwindel sowie retinale Phosphine erzeugen, wenn der Strom plötzlich erhöht oder verringert wird. Um diese negativen Empfindungen zu vermeiden, stellen Sie sicher, dass eine An- und Hochlaufzeit für die Stimulation zu ermöglichen. Wie bereits erwähnt, bieten tDCS-Geräte eine automatische Anlauf-/Abwärtsphase. Überprüfen Sie das Gerät auf bestimmte Details.
8. Stellen Sie sicher, dass das Motiv komfortabel bleibt und unnötige Bewegung vermeidet.
9. Wenn die Elektroden dehydriert werden, wie durch eine Abnahme der Kontaktqualität angezeigt werden kann, verwenden Sie eine Spritze, um den Elektroden nach und nach eine gemessene Salzsalzmenge hinzuzufügen. Es kann experimentelle Pläne geben, bei denen tDCS-Elektroden weit vor der Stimulation auf dem Kopf positioniert sind, so dass bei beginnder Stimulation die Elektroden seit einiger Zeit auf dem Kopf sind und dehydriert werden können.
   HINWEIS: Elektroden, die für tDCS entwickelt wurden, wie z. B. Snap-Elektroden, wurden vom Hersteller entwickelt, um die Sättigung während einer tDCS-Sitzung (z. B. Zig von Minuten) aufrechtzuerhalten. Bestimmte Umgebungen (z. B. außergewöhnlich trockene Atmosphäre der Klimaanlage) können jedoch die Austrocknung der Elektroden beschleunigen. Schnappelektroden sind vorgesättigt, so dass der Bedarf an zusätzlicher Salzlinie minimiert wird.
   1. Um Kochsalinetropf aufgrund der Schwerkraft zu vermeiden, stellen Sie eine abgestufte Anwendung an der oberen Kante der Schwämme sicher.
   2. Um die Austrocknung zu minimieren, vermeiden Sie eine lange Zeit zwischen tDCS-Einrichtung und Start von tDCS oder wenn unvermeidbar (eine lange Aufgabe, die nach der Kopfbedeckungsanwendung, aber vor der tDCS-Anwendung durchgeführt werden muss), fügen Sie Prüfungen hinzu, um Schwammsättigung und Impedanz zu bestätigen.
10. Vermeiden Sie es, die Elektroden während der Stimulation zu berühren. Wenn die Zugabe von Saline die Kontaktqualität nicht verbessert, bestätigen Sie das Hautempfinden des Motivs. Jede Versuchs- und Vorrichtung wird explizit spezifische Kriterien für Kopfbedeckungen oder Elektrodenanpassungsschritte vor oder während tDCS haben, einschließlich wenn die Stimulation aufgrund von Impedanz und/oder Subjektgefühl abgebrochen wird.
11. Am Ende der Stimulationssitzung wird das Gerät von der Behandlungsintensität auf 0 mA heruntergefahren. Lassen Sie die Kopfbedeckung nicht selbst entfernen. Entfernen Sie die Kopfbedeckung nicht, bevor das Gerät anzeigt, dass die Stimulation mit einem Strom von Null abgeschlossen ist. Wenn die aktuellen Rampen nach unten, einige Themen berichten erhöhte Empfindungen wie Kribbeln. Diese kleinen Empfindungen hören auf, nachdem die aktuelle Intensität auf Null zurückkehrt.
12. Wenn das Gerät das Hochfahren beendet hat und der Strom Null ist, schalten Sie das Gerät aus.

7. Nach dem Verfahren

1. Entfernen Sie die mit den Elektroden beladene Kopfbedeckung von der Kopfhaut des Motivs.
2. Trennen Sie die Schnappelektroden vom Gurt. Entsorgen Sie die Schnappelektroden (da sie zur einmaligen Verwendung gehören).
3. Prüfen Sie die Haut unter den Elektroden. Leichte bis mäßige Rötung wird während tDCS^5,11,29erwartet, die meisten davon einfach aus Druck³⁰.
4. Verwalten Sie einen Fragebogen mit unerwünschten Ereignissen, um mögliche Nebenwirkungen zu bewerten. Unerwünschte Ereignisfragebögen können alle Nebenwirkungen enthalten, die typischerweise mit tDCS verbunden sind, wie Kribbeln, Juckreiz und Brennen, Kopfschmerzen und Beschwerden. Beispiele für einen solchen Fragebogen finden sich in Brunoni et al. (2011)³¹.
5. Obwohl tDCS als sicher gilt, wenn Standardprotokolle⁵befolgen, führen Sie während der Entwicklung des Protokolls einer Studie ein Verfahren zur Überwachung von unerwünschten Ereignisvorgängen durch. Besonders in einigen Patientenpopulationen kann ein schwerwiegendes unerwünschtes Ereignis auftreten, das nichts mit tDCS zu tun hat. Die Überwachungsverfahren für unerwünschte Ereignisse umfassen eine Vorgehensweise, die befolgt werden muss, wenn der Betreffende während oder nach der Sitzung unerwartete oder schwerwiegende Nebenwirkungen meldet. Verfolgen Sie die Verfahren zur Überwachung von unerwünschten Ereignistätigkeiten genau und sorgfältig.

Ergebnisse

Die im Handbuch beschriebenen modernen tDCS-Methoden sollen die tDCS-Einrichtung vereinfachen und so die Vorbereitungszeit verkürzen und gleichzeitig die Zuverlässigkeit erhöhen. Die Rüstzeiten wurden mit den traditionellen und modernen tDCS-Methoden gemessen. Für jede Methode wurden Sachverständige und Anfänger gesondert berücksichtigt (n=8). Jeder Anfänger oder Fachoperator führte die Einrichtung fünfmal durch. Für die traditionelle tDCS-Methode überprüften sowohl Experten als auch Anfänger die Präparationsanweisungen¹⁵sowie zusätzliche Anweisungen vor den ersten Setup-Tests. Für die moderne tDCS-Methode haben sowohl Experten als auch Anfänger eine frühere Version dieses Handbuchs überprüft. In allen Fällen durften die Bediener den Beobachtern Fragen und Anweisungen stellen, die in die Rüstzeit einfließen würden. Beobachter gaben sonst keine Rückmeldung. Die Zuverlässigkeit wurde vom Beobachter nach jeder Studie auf einer Skala von 1-3 bewertet wie: (1) Schlechtes Setup mit erheblichem Fehler bei der Platzierung der Elektroden (>5 cm) und/oder signifikanter ungleichmäßiger Elektrodenkontakt mit der Haut (>50% der Schwammoberfläche, die keine Berührung der Haut) und/oder andere signifikante Fehler; (2) Mäßiger oder kleiner Fehler bei der Elektrodenplatzierung (3-5 cm) und/oder mäßiger ungleichmäßiger Elektrodenkontakt mit der Haut (30-50% der Schwammoberfläche, die keine Berührung der Haut aufweist) und/oder andere geringfügige Fehler; (3) Kein offensichtlicher Fehler bei der Elektrodenplatzierung oder signifikanter ungleichmäßiger Elektrodenkontakt mit der Haut und keine anderen signifikanten Fehler.

Traditionelle Methode
Die herkömmliche Methode erfordert Messungen für die M1-SO-Position vor jeder Anwendung mit dem Messprotokoll basierend auf dem 10-20 EEG-System. Schwämme mussten montiert und gesättigt werden. Die Fahranfänger erhielten eine Bedienungsanleitung mit Anweisungen zur Messung des 10–20 EEG-Systems, die sie vor der Studie lesen konnten. Diese Bedienungsanleitung wurde während der Versuche als Referenz aufbewahrt. Sowohl Experte als auch Anfänger absolvierten 5 Setup-Tests einschließlich der erforderlichen Kopfmessungen bei jeder Studie. Die einzelnen Zeiten für jede Einrichtungsprüfung wurden aufgezeichnet (Abbildung 4). Die durchschnittliche Rüstzeit des Experten betrug 7,93 Minuten. Die durchschnittliche Rüstzeit des Anfängers betrug 10,47 Minuten( 3,36 ). Neulinge waren in der Regel nicht in der Lage, eine fehlerfreie Einrichtung auch bei der 5. Sitzung zu erreichen. Experten haben selten Setup-Fehler gemacht.

Moderne Methode
Die modernen Methoden erfordern, dass der Kopfumfang jedes Motivs einmal gemessen wird, um die geeignete Größe der zu verwendenden Kopfbedeckung zu bestimmen (S: 52–55,5 cm, M: 55,5–58,5 cm, L: 58,5–62 cm, XL: 62–65 cm). Schwämme wurden vormontiert und vorgesättigt. Die einzelnen Zeiten für jede Einrichtungsprüfung wurden aufgezeichnet (Abbildung 4). Die durchschnittliche Rüstzeit des Experten betrug 1,23 Minuten. Die durchschnittliche Rüstzeit des Anfängers betrug 2,53 Minuten(0,48). Anfänger wurden in der Regel eine fehlerfreie Einrichtung durch die 5. Sitzungen erreicht und alle Fehler waren geringfügig. Experten haben keine Einrichtungsfehler gemacht. Der moderne tDCS-Ansatz erhöht hier die Setup-Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Stimulations-Setup-Zeit.

Positionsfehler
Das moderne tDCS-Verfahren ermöglicht die Elektrodenplatzierung mit vergleichbarer Präzision wie ein erfahrener Bediener, der die herkömmliche EEG 10-10-Position misst. Zum Beispiel beträgt der mittlere Positionsfehler für den M1-S0 mit einem entsprechend ausgelegten Gurt 1,5 mm, was deutlich unter der Elektrodengröße (5 cm x 5 cm) liegt und kein relevanter Fehler für die Unterung des Hirnstromflusses¹⁹. Für Bediener oder Selbstanwendungen ist die moderne tDCS-Methode äußerst zuverlässig.

Bereitstellungsfähigkeit
Die moderne tDCS-Methode kann Teil eines Telegesundheitsprogramms für chronisch kranke Patienten mit multiplen Symptomen, einschließlich Palliativmedizin, sein. Für die M1-SO-Montage wurde eine reproduzierbare Elektrodenplatzierung erreicht. Es gab keine Schwierigkeiten mit der Ausbildung der Patienten, Protokolltreue oder Verträglichkeit²⁶. Für die bifrontale Montage wurde sowohl bei Patienten mit Multipler Sklerose als auch bei der Parkinson-Krankheit³²eine reproduzierbare und tolerierbare Stimulation erreicht, die eine zuverlässige Platzierung auch für die Selbstanwendung bei Personen mit motorischen Defiziten bestätigte.

Jede absolute oder relative Kontraindikation würde bei traditionellen und modernen Methoden gleich bleiben. Protokolle, die mit der traditionellen Methode als wirksam gefunden wurden, würden für die moderne Anwendung gelten, obwohl die moderne Methode die Robustheit und Reproduzierbarkeit insbesondere bei der Verwendung zu Hause oder bei hohem Durchsatz verbessern würde.

Abbildung 1: Kopfbedeckung ender Position und vormontierte Schwammelektroden. (A) Einige Kopfbedeckungen mit fester Position enthalten bereits die notwendigen Kabel, mit vormontierten Schwämmen, die zum Einrasten entwickelt wurden. (B) Diese Abbildung zeigt den Einrichtungsprozess der Kopfbedeckung an, indem die Elektroden fest am Kopfgurt befestigt werden. (C) Vormontierte Elektroden sind bereits in Salzlösung eingeweicht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: M1-SO-Montage und bifrontale Montage. (A, B) Im M1-SO-Montageaufbau wird die Anode über den Bereich platziert, der dem primären Motorkortex (M1) entspricht, und die Kathode wird über den kontralateralen supraorbitalen (SO) Bereich platziert. (A) ist die Seitenansicht und (B) die Frontansicht. (C, D) Im bifrontalen Montageaufbau wird die Anodalelektrode über der rechten und die kathahodale Elektrode über dem linken dorsolateralen präfrontalen Kortex platziert. (C) ist die Seitenansicht und (D) ist die Frontansicht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Elemente, die in der Regel in jeder tDCS-Sitzung vorhanden sind. Während einige Materialien vom Ziel der Studie/Behandlung abhängen, sind die unten aufgeführten Punkte für die in diesem Handbuch beschriebene tDCS-Sitzung von wesentlicher Bedeutung. Dazu gehören: 1) ein tDCS-Gerät, 2) Einweg-Schnappschwammelektroden, 3) Salzlösung, 4) eine Kopfbedeckung mit fester Position (die darunter enthalten die erforderlichen Anschlusskabel) und 5) eine Spritze für den Salzeinsatz, falls erforderlich. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Rüstzeiten und Leistungsergebnisse für Anfänger und Experten, die sowohl moderne als auch traditionelle tDCS-Methoden anwenden. Experten und Anfänger führten das M1-SO Montage-Setup fünfmal mit der traditionellen tDCS-Setup-Methode und der modernen Einrichtungsmethode durch. Die traditionelle Einrichtungsmethode beinhaltet messungen für die M1-S0-Position mit dem EEG-System 10-20 und anschließendes Platzieren der Elektroden am Zielort. Für die traditionelle und moderne tDCS-Methode überprüften sowohl Experten als auch Anfänger die Zubereitungsanweisungen sowie zusätzliche Anweisungen vor den ersten Setup-Tests. Die moderne tDCS-Einrichtungsmethode reduziert die Rüstzeit und verbessert die Leistung sowohl für Fach- als auch für Anfänger, da der zeitaufwändige Schritt der 10-20 EEG-Messungen für die M1-S0-Montage entfernt wird. Bei Verwendung der modernen tDCS-Methode (Panel B₂ und D₂) betrug die durchschnittliche Rüstzeit der Experten und Anfänger 1,23 Minuten bzw. 2,53 Minuten bzw. 2,53 Minuten( 0,48 ). Bei Verwendung der traditionellen tDCS-Methode (Panel_{B 1} und D₁) betrug die durchschnittliche Rüstzeit der Experten und Anfänger 7,93 Minuten bzw. 10,47 Minuten (ca. 3,36 Minuten). Nach jeder Prüfung der Elektroden-Setup, Leistung wurde auf einer 1-3 Skala mit 3 als fehlerfreies Setup und 1 als schlechtes Setup bewertet. Die Leistung für die moderne tDCS-Methode war sowohl für Experten als auch für Anfänger höher. Bei der traditionellen tDCS-Methode betrug die durchschnittliche Leistung von Experten und Anfängern 2,75 (-0,25) bzw. 1,5 (ca. 0,25) (Panel A₁ und C₁). Bei der modernen tDCS-Methode betrug die durchschnittliche Leistung von Experten und Anfängern 3 (-0) bzw. 2,75 (ca. 0,3) (Panel A₂ und C₂). Fehlerbalken zeigen die Standardabweichung an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

	Klassische Methode	Aktualisierte Methode	Vorteile der aktualisierten Methode
Elektrodenpositionierungsmessung	Mehrere Bandmaße in jeder Sitzung.	Einzelbandmaß nur in der ersten Sitzung.	Verminderte Zeit und erhöhte Zuverlässigkeit bei der Elektrodenpositionierung.
Elektrodenvorbereitung	Mehrere Schritte, einschließlich Montage und Sättigung.	Keine Zubereitung (vorgesättigt). Inklusive Snap-Anschluss.	Verminderte Zeit und erhöhte Zuverlässigkeit in der Elektrodenvorbereitung.
Kopfbedeckung	Gummibänder mit mehreren Verbindungen.	Einzelkopfgetriebe mit festen Druckknopfverbinderpositionen.	Verminderte Zeit und erhöhte Zuverlässigkeit bei der Elektrodenpositionierung.

Tabelle 1: Zusammenfassender Vergleich der klassischen tDCS-Methode mit der modernen tDCS-Methode. In Bezug auf Elektrodenposition, Elektrodenvorbereitung und Kopfbedeckungen bieten die modernen tDCS-Techniken Fortschritte bei der Zeitreduzierung und Zuverlässigkeit.

Diskussion

Seit dem Jahr 2000 ist die Rate (Anzahl der veröffentlichten Studien) und die Breite (Anwendungsbereich und Indikationen) für tDCS^5,11,33exponentiell 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 Behandlung^9, 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-Einstellungen^34,35erweisen. 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 Spiegeltherapie^36,37,38, visuelle Bilder und Virtual Reality^39,40,41oder Physiotherapie^{34,42,43, 44,45}.

tDCS gilt als eine sichere und bequeme Form der nichtinvasiven Hirnstimulation^5,11. 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 Forscher^5,11akzeptabel 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.

Materialien

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