Laboratorio administración de Auricular del nervio vago estimulación transcutánea (taVNS): técnica, orientación y consideraciones

Resumen

Se describe una descripción metodológica de la técnica, objetivos potenciales y administración adecuada de estimulación transcutánea del nervio del nervio vago auricular (taVNS) en el oído humano.

Resumen

La estimulación no invasiva del nervio de nervio vago (VNS) puede administrarse a través de una novela, emergentes neuromoduladoras técnica conocida como estimulación transcutánea del nervio del nervio vago auricular (taVNS). A diferencia de VNS cervical implantado, taVNS es un método barato y no-quirúrgicos para modular el sistema vago. taVNS es atractiva ya que permite la traducción rápida de la investigación básica de la VNS y sirve como un seguro, barato y el sistema de neuroestimulación portátil para el tratamiento futuro de central y periférico. Se describe los antecedentes y la justificación para taVNS, junto con consideraciones eléctricas y paramétricas, oído adecuada orientación y fijación de electrodos de estimulación, dosis vía determinación de umbral de percepción (PT) y de seguro individuales Administración de taVNS.

Introducción

Nervio craneal X, mejor conocido como el nervio del nervio vago, es una zona grande del nervio que se origina en el tallo cerebral del sistema nervioso central y viaja a lo largo de la periferia, dirigida a todos los principales órganos en el tórax y el abdomen (figura 1)¹. Estimulación del nervio vago (VNS) consiste en la implantación quirúrgica de electrodos bipolares en la izquierda rama cervical del nervio vago. Se entregan impulsos eléctricos al nervio vago a través de un generador de impulsos implantado (IPG) se implanta quirúrgicamente en el pecho². Aunque VNS es actualmente aprobado por la FDA para epilepsia, depresión refractaria y la obesidad crónica, es un procedimiento costoso que requiere una visita al hospital y la cirugía. Seguridad a largo plazo de VNS está bien establecido, y la mayoría de intensidad de corriente de respeto de consideraciones de seguridad relacionadas con efectos secundarios (voz ronca, dolor de garganta) sin efectos adversos graves relacionados con la estimulación en los últimos 25 años de su uso clínico³ .

Recientemente, una forma no invasiva de VNS conocido como estimulación transcutánea del nervio del nervio vago auricular (taVNS) ha emergido⁴. taVNS ofrece estimulación eléctrica a la rama auricular del nervio vago (ABVN), un destino fácilmente accesible que inerva el oído humano⁵. En la última década, varios grupos han demostrado la seguridad y la tolerabilidad de este método^6,7,8, incluyendo central y sistema nervioso periférico efectos^9,10, y efectos conductuales^7,11,12,13 en poblaciones neuropsiquiátricas. taVNS también se está estudiando en los individuos como un prometedor potenciador cognitivo^14,15 y^16,funcionamiento social^17,18. Ser establecida taVNS, ofrece la capacidad de los investigadores y los clínicos traducir rápidamente la investigación VNS prometedora que se ha descrito en varios desordenes de trauma neurológico y psicológico^{19, 20 , 21}, adicción²², inflamación²³y zumbido^24,25.

En principio, taVNS es metodológicamente similar al administrado convencionalmente neuroestimulación eléctrica transcutánea (TENS) se usa para tratar trastornos de dolor musculoesquelético²⁶. La diferencia es que taVNS se entrega a los objetivos de oído anatómico específico que se creen que ser inervados por el ABVN⁵. El campo todavía está determinando objetivos de estimulación óptima²⁷, aunque las dos colocaciones más comunes son la pared anterior del canal de la oreja (tragus) y la concha cymba. Estimulación simulada puede llevarse a cabo estimulando el lóbulo de la oreja, un área cree tener inervación ABVN mínimo (figura 2). Alternativamente, puede ser entregado simulada mediante un método de control pasivo en el que los electrodos se unen a sitios activos, pero ningún estímulo. Parámetros de estimulación pueden variar entre los grupos, sin embargo, según la literatura, el estímulo se entrega de manera pulsátil (anchura de pulso: 250 – 500 μs, frecuencia: 10 a 25 Hz) y en una constante individual actual (< 5 mA). Estimulación actual varía según el protocolo individual y experimental, con muchos grupos explorando diferentes intensidades en función de un umbral perceptual individual (PT). El PT se define como la cantidad mínima de corriente provocando una sensación percibida en el sitio de destino y es generalmente determinado a través de la estimación paramétrica por software modificado para requisitos particulares pruebas secuenciales (plagas) descrito en este informe.

taVNS es una técnica segura que puede ser administrada en el laboratorio o clínica. Efectos secundarios de taVNS son mínimos, con irritación de la piel o enrojecimiento, siendo el efecto secundario más común. Mayoría de los estudios taVNS explora la estimulación de la oreja izquierda, como se cree para ser más seguro, aunque los datos en un gran ensayo (Badran et al 2018) revelan que la estimulación derecha no tiene ningún aumento en el riesgo de eventos adversos. Debido a la riqueza de la literatura en la estimulación unilateral izquierda, ilustramos la configuración taVNS típico para los estudios de laboratorio investigando la utilización de taVNS lado izquierdo como una intervención.

Protocolo

Este protocolo experimental muestra una configuración típica taVNS para su uso en un laboratorio o clínica establecer en que apuntamos estimular la pared anterior del canal auditivo (tragus) en una postura de decúbito supino con un diámetro de 8mm redondo electrodos metálicos. Estos métodos se pueden mímico para sitios de tratamiento activo alternativo cambiando simplemente la colocación de los electrodos a la concha cymba. Todos los métodos y procedimientos han sido aprobada por el programa humano de protección en investigación (HRPP) en el City College de Nueva York de la IRB.

1. materiales

1. Asegúrese de que todos los materiales necesarios para administrar taVNS están preparados (figura 3). El estimulador taVNS puede ser ya sea una batería dispositivo que cumple con las normas de seguridad local o accionado conducido de una toma de corriente convencional con mecanismos de seguridad que evitan sobrecargas eléctricas imprevistas. Un estimulador de (controlado por corriente) corriente constante con una salida máxima de 5 mA es necesario.
2. Para taVNS, electrodos de estimulación del uso de un metal conductor redondo (lata, Ag/AgCl, oro) combinación con un medio conductor como electrolito gel o pasta conductora (véase tabla de materiales). Como alternativa, utilizar electrodos conductivos con electrodos de carbón conductor flexible y gel conductor que puede o no ser adhesiva. Nunca coloque los electrodos directamente sobre la piel sin un medio conductor, ya que esto puede plantear riesgos innecesarios al participante y puede causar malestar o dolor.
3. Ordenador software de secuencia de comandos (véase Tabla de materiales) que está programado y utilizado para controlar el estimulador e iniciar estimulación con parámetros específicos. Estos parámetros incluyen la intensidad de corriente (mA), frecuencia (Hz), ancho de pulso (μs), ciclo de trabajo (encendido/apagado tiempo, s), duración de la sesión (min).
4. Utilizar cojines de la preparación del alcohol (alcohol isopropílico al 70%) para preparar la superficie de la piel antes de colocar los electrodos en el oído. Esto elimina los aceites superficiales de la superficie de la piel y reduce la resistencia de la piel, estimulación asegura entrega a niveles de potencia seguro.

2. focalización del oído y la preparación de la piel

1. Utilice los siguientes criterios de inclusión general para llevar a cabo taVNS en el marco de la investigación: edad 18-70, ningún dolor facial o del oído, no trauma reciente del oído, no implantes metálicos como marcapasos, no embarazadas.
2. En los experimentos que involucran participantes sanos en un entorno de laboratorio, utilice los siguientes criterios de exclusión: antecedentes personales o familiares de convulsiones, estado de ánimo o trastornos cardiovasculares, dependencia de alcohol o uso reciente de drogas ilícitas, en alguno farmacológico agentes conocidos para aumentar el riesgo de convulsiones.
3. Asiento al participante en una cama o una silla en una posición relajada supina u otro con las piernas elevadas y la cabeza apoyada.
4. Inspeccionar el oído izquierdo del participante. Asegúrese de que ninguna joyería se une y quitar todo el maquillaje y crema. Asegúrese de que no hay contraindicaciones relacionados con la piel en el sitio de estimulación, incluyendo quemaduras de sol, cortes, lesiones, llagas abiertas.
5. Encontrar el objetivo de la estimulación, landmarked por la pared anterior del conducto auditivo externo externamente por encontrar el trago. Estímulo se entregará a la parte del conducto auditivo directamente detrás del tragus (figura 4).
6. Utilice una almohadilla de preparación alcohol para fregar suavemente el sitio de destino, tanto interna como externamente, para disminuir la resistencia de la piel y aumentar la conductancia.

3. colocación y preparación del electrodo

1. Si utiliza electrodos no desechables, inspeccione visualmente los electrodos para asegurar limpio, libre de corrosión de la superficie queda expuesta. Asegurar que los electrodos son desinfectados para evitar la propagación de bacterias entre los sujetos. Esto se puede hacer uso de alcohol o esterilización toallitas para limpiar los electrodos. Si utiliza electrodos desechables, vaya directamente al paso 3.2.
2. Esparcir uniformemente una capa delgada de pasta conductora en la superficie del electrodo. Así distribuirá electricidad en el sitio de estimulación. Para una de 8 mm redonda diámetro electrodo, una cantidad del tamaño de un guisante de pasta es suficiente. Extender la pasta mediante un aplicador de madera estrecho para formar una capa delgada < 1 mm de goma en ambos electrodos.
3. Conectar cables de electrodos en el dispositivo de estimulación mientras que el dispositivo se apaga y verifique la polaridad de los electrodos (rojo/positivo electrodo: ánodo, electrodo negro/negativo: cátodo). Este es un detalle importante como targeting es específico a la polaridad, el ánodo (terminal rojo/positivo) es el electrodo colocado en el canal auditivo y dirigida a la pared anterior del conducto auditivo externo. El cátodo (terminal negro/negativo) se encuentra en el exterior de la oreja al trago. Para la estimulación de la farsa, el ánodo se coloca en la parte anterior de la oreja.
4. Clip el electrodo de la primavera en el trago con el contacto que hace de ánodo con la pared anterior del canal de oído externo y el cátodo en contacto con la parte anterior del trago.
   Nota: Si al realizar la estimulación simulada, corte el electrodo sobre el lóbulo de la oreja (control activo). Como alternativa, estimulación simulada puede ser entregada por clips de estimulación a sitio activo y no entregando corriente eléctrica (control pasivo).
5. Como sujetos sentirán la presión de los electrodos recortados a su oído, asegúrese de que esta presión no es molesto o perjudicial para el flujo de sangre regional según lo demostrado por la blanca palidez de la piel en el sitio de clip o dolor físico percibido por el sujeto. Después de este punto, determinar el umbral perceptivo (PT) que se describirán en el siguiente paso procesal.

4. determinación del umbral Perceptual (PT)

Nota: Umbral de percepción es un valor crítico para determinar la energía de estimulación taVNS. Este valor se define como la mínima cantidad de electricidad necesaria para percibir la estimulación eléctrica sobre la piel que se describe como una sensación de pinchazo o cosquilleo.

1. Determinar el PT mediante una simple escalón y descender binario búsqueda paramétrica. Primero encender el estimulador y ajustar la salida a 3 mA. Entregar un segundo 1 tren de estimulación taVNS en anchura de pulso deseado (normalmente 250 – 500 μs) y frecuencia (25 Hz, puede variar basado en la aplicación).
2. Pedir al tema si se sentía la estimulación. Sensación se divulga generalmente como "cosquillas" o sensación de "pinchazo".
   1. Si, baje la intensidad de estimulación en un 50% y repita el paso 4.2. Si NO, aumentar la intensidad de estimulación en un 50% y repita el paso 4.2.
3. Repita el proceso descrito en las respuestas paso 4.2 hasta registrar un mínimo de 4 "Sí" en el cual el 4^th sí respuesta debe venir después de un NO. La intensidad (en mA) del PT será el valor en que el sujeto dice su cuarto sí respuesta a.
4. Uso el hallazgo de umbral ejemplo PT se enumera en la tabla 1 para asistir en la determinación de PT.

5. entrega de estimulación

1. Una vez que el tema electrodos de estimulación confortable con ajustado adecuadamente al objetivo deseado, y el umbral perceptivo a la anchura de pulso deseado y la frecuencia, comenzar la estimulación.
2. Uso un equipo que ejecuta un pulso de generación de GUI (por ejemplo, stimDesigner, software gratuito incluido con este manuscrito) conectado a una unidad de adquisición de datos (DAQ) para conducir el sistema de estimulación. El software debe de salida de pulsos TTL como ajustes programables (figura 5). Los pulsos TTL se enviará mediante un cable BNC al puerto de "disparo en" estimulador. Esta interfaz de software/estimulador permite la modulación de frecuencia, ciclo de trabajo (encendido/apagado tiempo) y la duración de la sesión (figura 6). El GUI utilizada se une como un recurso gratuito, de código abierto con este manuscrito.
   1. Garantizar que la estimulación llegue a niveles de umbral súper, como 200% de PT^8,9. Por ejemplo, si el PT se determinó que era 0.8 mA, estímulo se entregará a 1,6 mA.
   2. Cumplimiento de las directrices para ciclos de trabajo cuando se realizan largas sesiones de estimulación. Ciclos de trabajo típicos tienen 30 – 60 s "en" períodos y 60-120 s "off" períodos o ciclos de trabajo de 20 – 50%.
   3. Variar la longitud de la sesión de estimulación (tiempo total). Los estudios sugieren que las sesiones de estimulación de 30-60 min en un ciclo de trabajo 25% es seguro y libre de efectos secundarios agudos o eventos adversos. Estas sesiones se pueden repetir con 12-24 h entre sesiones con seguridad.
      Nota: taVNS seguridad desconoce por largos períodos de sesiones de estimulación, ciclos de trabajo de mayor porcentaje (> 40%), acelerados paradigmas y dosis actual de mayor estimulación.

6. después taVNS

1. Terminada la estimulación, registrar datos objetivos sobre la estimulación molestias y efectos secundarios. Aunque taVNS, como VNS implantables, ha limitado la seguridad preocupaciones^8,28, monitor y registro de la sensación, molestia y cualquier evento adverso sobre una calificación de 0 – 10²⁹.
2. Quite el electrodo de estimulación de la oreja y pasta conductora limpia residual del oído del sujeto con una almohadilla de alcohol prep.
3. Utilice alcohol para limpiar y desinfectar el electrodo de estimulación inmediatamente al extraer del oído del sujeto.
4. Inspeccionar el oído enrojecimiento o irritación en el sitio de estimulación y registrar las observaciones.

Resultados

Cuando se realiza la preparación de la piel adecuada, umbrales perceptuales se correlacionan inversamente con ancho de pulso de estimulación. Anchura de pulso aumenta, el umbral perceptual disminuye (figura 7). Inicial estudios de este grupo de explorar el efecto de anchura de pulso de PT en individuos sanos (criterios de inclusión y exclusión mencionados), se determinó que el total combinado (n = 15, 7 mujeres, edad promedio 26,5 ± 4.99) PT a 100 μs = 3.92 ± 1.1 mA; 200 μs = 2.24 ± 0.74 mA; 500 μs = 1.24 ± 0,41 mA. Estos umbrales sugieren que un estimulador de corriente constante con capacidad de entregar hasta 5 mA de corriente es necesaria para la estimulación de 500 parámetros de ancho de pulso de μs, y un mínimo de un estimulador de la 10mA es requerido para anchos de pulso más bajos (tabla 2). Ajuste fino de la corriente es necesario, con incrementos de 0.1 mA son necesarios para la estimulación precisa.

Entregar estimulación al 200% PT es tolerable y relativamente libre según lo demostrado por dolor numérica (NRS) de escalas de calificación del dolor escala^9,30. La escala NRS es un sistema de calificación para el dolor de 0-10 en el cual individuos Informe dolor o malestar²⁹. Estimulación activa y simulada tasa asimismo niveles de dolor (NRS < 3 para todas anchuras de pulso de estimulación. Concretamente, el ancho de pulso biológicamente activos de 500 μs a 25 Hz se divulga en promedio para votar como activo = 1.98 ± 0,83, farsa = 2.17 ± 1,27 (n = 25, 9 mujeres, edad promedio 25.16 ± 4,16 años) (tabla 3). La clasificación de dolor para otros parámetros es no más dolorosa que el parámetro de 25 Hz y los detalles pueden encontrarse en de trabajo anteriores^{30 los grupos}.

Seguridad y tolerabilidad de 30 min para las sesiones de 1 hora en un ciclo de trabajo 20 – 50% se ha divulgado extensamente en la literatura algunos estudios entregando varias sesiones en el mismo día extensión 12 – 15 h apart^12,31. No hay eventos adversos graves se han divulgado de 60 sujetos participando en varias series de experimentos con sujetos participar de 1 a 8 visitas repetidas propagación un mínimo de 24 horas.

taVNS, cuando se administra como se informó en este manuscrito, se ha demostrado que modulan el sistema nervioso autónomo, inducen cambios de la actividad funcional del cerebro según lo medido por el fMRI en negrilla y pilotó para tratar los trastornos neuropsiquiátricos y ayudar en la rehabilitación .

Figura 1 : Proyecciones eferentes del nervio vago y sección. (B) sección transversal del nervio vago, que demuestra el interior de la función de (A) las proyecciones eferentes del nervio vago objetivo todos los órganos principales del cuerpo con todo efectos sobre cuerpo anatomía del nervio como una serie de haces de nervios todos contenidos dentro de una vía principal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2 : taVNS oído objetivos. Dirigidos a la ABVN se pueden lograr mediante la estimulación de la pared anterior del conducto auditivo externo, landmarked en particular por el tragus (A1), o cymba conchae (A2). Estimulación simulada es administrada en el lóbulo de la oreja (S). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3 : Principales componentes. El mínimo requerido de componentes para la correcta administración del taVNS son los siguientes (A) oído estimulación electrodos, gel conductor (B) y alcohol preparación pads, (C) ordenador capaz de enviar y recibir impulsos TTL a una (D ) estimulador corriente constante para provocar estimulación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4 : Configuración de ejemplo. Esta foto muestra un taVNS recepción individual de la oreja izquierda en posición a un paradigma experimental. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5 : Captura de pantalla de la interfaz gráfica utilizada para la estimulación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6 : Manipulaciones de forma de onda de estimulación eléctrica. Corriente directa de onda cuadrada se puede entregar en varios parámetros. Esta figura demuestra propiedades clave de la forma de onda que puede ser modificada para lograr efectos biológicos deseados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7 : Valores del umbral perceptual en anchuras de pulso de aumento. A medida que aumenta el ancho de pulso, disminuye el umbral perceptivo (PT). Individuos más sanos tendrán un PT dentro de 2 desviaciones estándar (SD) de estos valores. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: ejemplo de cómo determinar el umbral perceptivo (PT). Esta tabla muestra una secuencia de ejemplo del Sí/No respuestas permite determinar forma paramétrica PT.

Tabla 2: niveles actuales de estimulación. Valores de corriente en mA de estimulación (200% PT) para cada ancho de pulso (n = 15).

Tabla 3: PT, corriente de estimulación y dolor valores para los parámetros de estimulación sugeridas. Valores de corriente en mA de estimulación (200% PT) para cada ancho de pulso (n = 25).

Archivo suplementario: Freeware GUI utilizado en el presente Protocolo. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Discusión

Como en todas las modalidades de novela, todos los pasos descritos son fundamentales para la administración segura de taVNS. Preocupación última es tema seguridad, que incluye no sólo mitigar los riesgos antes taVNS vía proyección adecuada, pero también seguimiento sujetos durante la estimulación para el malestar, dolor o los eventos adversos. Aquí están los tres consideración más importante para la administración de taVNS. Detección de taVNS CONTRAINDICACIONES - Contraindicaciones son las siguientes: cualquier historia pasada o actual de trastornos cardiovasculares, dolor facial o del oído, reciente trauma de oído, implantes de metal sobre el nivel del cuello. Para la preparación de la piel del sujeto adecuado, eliminando cualquier superficie aceites, suciedad o maquillaje de la superficie de la piel con alcohol ayuda con conductividad de los electrodos, reduce el voltaje de estimulación necesario para conducir el estimulador y finalmente se traduce en más sesión de estimulación seguro y tolerable. Se recomienda utilizar un estimulador y electrodos reunión de directrices de baja salida Transcranial eléctrica estimulación (LOTES)³². LOTES establece directrices y estándares de la industria de estimuladores eléctricos que se construyen para la estimulación de la cabeza y cuello y es recomendable para que grupos a leer este documento antes de construir sus propios sistemas. Se recomienda usar cualquiera de los dos un aprobados por la FDA complemento estimulador (véase Tabla de materiales), o una tensión baja (< 50 V), con pilas, estimulador corriente constante con medidas de seguridad apropiadas para evitar entrega involuntario exceso de corriente el sitio de estimulación. Asegurar que los electrodos son fabricados y montados para uso específico en taVNS. Cumplimiento de la fabricación actual y directrices de la ingeniería como una referencia si se utilizan sistemas modificados para requisitos particulares hecho en laboratorio.

Una consideración para taVNS es asegurar que la tensión de salida del estimulador corriente constante puede superar la resistencia de la piel y entrega la corriente necesaria para la estimulación. Ley de Ohm (V = IR) muestra la relación entre la corriente (I) y resistencia (R) de la piel. Se recomienda un mínimo de un estimulador mesa de 20 V para evitar un sistema de baja potencia. Calor generado por el cuero cabelludo o el medio ambiente puede degradar la pasta conductora. Si esto ocurre, se recomienda detener la estimulación y volver a preparar la piel y los electrodos con el nuevo conductoras de la goma.

Una limitación de taVNS es el espacio de gran parámetro. Se desconoce en cuanto a que es más importante — la anchura de pulso o la frecuencia. Hay una falta de datos en ensayos recientes de taVNS que responder a tales preguntas. Los diversos efectos conductuales se derivan de una variedad de anchuras de pulso, frecuencia y estimulación corrientes^{13,33,34,35,36,37, 38,39}.

En este momento, se sugiere que el 500 μs pulso para ser la más biológicamente activo⁹. Con respecto a la frecuencia, se ha demostrado que 25 Hz es una frecuencia efectiva, aunque actuales investigaciones en óptimas como las frecuencias más altas (> 25 Hz), estimulación bilateral (orejas izquierdas y derecha) y paradigmas en investigación de explosión son llevando a cabo. Se necesitan estudios explorando diferentes parámetros de estimulación, los sitios alternativos de estimulación y optimización del ciclo de deber para avanzar y perfeccionar el método taVNS.

taVNS es una alternativa no invasiva prometedora a VNS convencional. taVNS proporciona un bajo costo (<$ 5.000 en la configuración experimental demostró, costo depende mucho de tipo de estimulador utilizado) y el método sencillo que puede utilizarse para traducir los resultados positivos en modelos animales, explorando el uso de VNS en una variedad de trastornos, no invasor modulan el sistema nervioso autónomo y potencialmente miniaturizados y optimizado para domicilio neuromodulación para el tratamiento de los trastornos neuropsiquiátricos y otros.

Las aplicaciones potenciales y posibles futuras de taVNS son enormes. taVNS puede servir como un tratamiento adjunto o independiente prometedora para trastornos neuropsiquiátricos como la depresión y la epilepsia, rehabilitación taVNS emparejado para restaurar o acelerar el aprendizaje de un comportamiento⁴⁰, disminuyen la respuesta inflamatoria ^{41 , 42}y potencialmente puede utilizarse para mejorar el rendimiento y la función autonómica^8,10.

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
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