Electrode Positionierung und Montage in Transkranielle Direct Current Stimulation

Der Zweck dieses Videos besteht darin, die Technik zur Durchführung einer Sitzung der transkraniellen Gleichstromstimulation (TDCS) unter Verwendung der Stimulation des primären motorischen Kortex zu demonstrieren. Als Beispiel wird dies erreicht, indem zunächst der Kopf des Probanden vermessen und die Stimulationsstellen markiert werden.

Der zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, die Elektroden unter Verwendung der für Ihr Experiment geeigneten Größe und Art vorzubereiten. Der dritte Schritt des Verfahrens ist das korrekte Anbringen der Elektroden an der gewählten Stimulationsstelle. Der letzte Schritt besteht darin, den Elektrodenkontakt, die Polarität der Stimulation sowie die Einstellungen des Stimulationsgeräts, wie Intensität und Dauer, festzulegen.

Unterschiedliche Elektrodenanordnungen können die Wirkungen der tDCS verändern; beispielsweise hängt, ob die kortikale Erregbarkeit erhöht oder verringert wird, von der Stimulation, der Polarität sowie anderen Stimulationsparametern ab. Der Hauptvorteil der tDCS besteht darin, dass diese Methode im Vergleich zu anderen Methoden der Hirnstimulation, wie der transkraniellen Magnetstimulation, und auch invasiveren Methoden der Hirnstimulation, wie der Tiefenhirnstimulation, nicht invasiv, sicher, kostengünstig und einfach durchzuführen ist. Außerdem weist die tDCS eine wichtige Eigenschaft auf, da sie eine Veränderung des neuronellen Hirndrucks hervorruft, was zu einer Erhöhung oder Verringerung der neuronalen Feuerrate führt.

Die Anwendungen dieser Technik erstrecken sich auf die Therapie verschiedener Formen chronischer Schmerzen. Es gibt keine eindeutigen Belege dafür, dass die Modulation der Ex-Stabilität im motorischen Kortex zu einer Schmerzlinderung führt, obwohl TDCS Einblicke in neurotherapeutische Mechanismen bei chronischen Schmerzen vermittelt, wenn sie auf andere kortikale Regionen angewendet wird, darunter den dorsolateralen präfrontalen Kortex. Diese Technik kann außerdem neuropsychiatrische Störungen wie Depressionen und kognitive Dysfunktionen verbessern.

Im Allgemeinen haben Personen, die neu in dieser Technik sind, Schwierigkeiten, da es keine strengen Richtlinien für die Einrichtung von TDCS-Montagen und Stimulationsparametern gibt. Daher ist eine visuelle Demonstration dieser Technik entscheidend für standardisierte Vorgehensweisen in klinischen Studien. Vor Beginn stellt dieses Protokoll sicher, dass alle erforderlichen Materialien verfügbar sind.

TDCS-Geräte sollten batteriebetrieben sein und stromkonstant gesteuert werden, mit einer maximalen Ausgangsleistung von wenigen Milliampere. Bei einigen Geräten können die Batterien aufladbar sein; die Verwendung von Netzsteckdosen zur Stromversorgung ist jedoch nicht geeignet, da fehlerhafte Geräte möglicherweise hohe elektrische Stromstärken abgeben könnten. Ohne Vorwarnung sind die für TDCS verwendeten Elektroden im Allgemeinen leitfähig.

Gummielektroden, die in einem perforierten Schwamm enthalten sind, der mit Elektrolytflüssigkeit gesättigt ist. Falls wiederverwendbare Gummielektroden verwendet werden, sollten diese vor der Anwendung auf Verschleiß überprüft werden. Es wird empfohlen, perforierte Schwammtaschen zu verwenden, die nicht zu grobporig sind, da diese die Elektrolytlösung am besten aufnehmen und einen gleichmäßigen Hautkontakt gewährleisten, während sie die Haut gegenüber elektrochemischen Effekten und pH-Wert schwächen.

Es wird empfohlen, eine Natriumchloridlösung im Konzentrationsbereich von 15 bis 140 Millimol einzusetzen, um den Patientenkomfort sicherzustellen und gleichzeitig die Stimulationsvoltagen zu minimieren. Zur Lokalisation der Stimulationsstellen sowie für elastische oder gummierte Kopfbänder wird ein Maßband benötigt. Um die Elektroden zu positionieren, ist es wichtig sicherzustellen, dass die Bänder aus nichtleitendem Material bestehen, damit sie die leitende Fläche nicht vergrößern, falls sie nass werden. Bringen Sie den Probanden bequem auf einem Stuhl unter.

Um mit den Messungen für die Elektrodenplatzierung zu beginnen, wird der Stimulationsort durch Abmessen von Distanzen auf der Kopfhaut bestimmt, üblicherweise unter Verwendung der Konvention des EEG-10-20-Systems. Wählen Sie den Stimulationsort je nach experimentellem Ansatz zur Lokalisierung des Scheitelpunkts. Messen Sie zunächst den Abstand zwischen dem Nasenbein (Nasion), dem Punkt zwischen Stirn und Nase an der Verbindung der Nasenbeine, und dem Inion, dem vorspringendsten Punkt des Hinterhauptsbeins.

Markieren Sie den Punkt in der Mitte zwischen diesen Stellen mit einem Hautmarker. Messen Sie anschließend den Abstand zwischen den präaurikulären Punkten. Achten Sie darauf, das Maßband über den markierten Nasions- und Inionsmittelpunkt zu legen und markieren Sie den Punkt in der Mitte entlang dieser aurikulären Linie. Der Schnittpunkt beider markierter Punkte ist der Vertex.

Um den primären motorischen Kortex oder M1 zu lokalisieren, berechnen Sie 20 % der Distanz zwischen den Ohrmuscheln und messen Sie diese Distanz vom Scheitelpunkt entlang der Ohrmuschellinie. Diese Stelle sollte der EEG-Position C3 oder C4 entsprechen. Dies ist die Stelle, die in diesem Video stimuliert wird. Um den dorsolateralen präfrontalen Kortex zu lokalisieren, messen Sie fünf Zentimeter vorwärts von der M1-Position aus.

Dies sollte der F3- oder F4-EEG-Position entsprechen, wie hier dargestellt. Diese Methode zur Bestimmung der Stimulationsstelle ist ausreichend, wenn herkömmliche TDCS-Elektroden verwendet werden. Für fokalere TDCS-Verfahren können andere Methoden zur kortikalen Lokalisation erforderlich sein, beispielsweise die Neuronavigation.

Bevor Sie die Elektroden anbringen, legen Sie einen elastischen oder gummierten Kopfriemen unterhalb des Inion um den Kopf des Probanden. Dieser dient dazu, die Elektroden zu sichern und Bewegungen während der Stimulation zu verringern. Bereiten Sie anschließend die Sponges vor, indem Sie jede Seite mit Kochsalzlösung sättigen.

Für einen 35 Zentimeter großen quadratischen Schwamm sollten ungefähr sechs Milliliter Lösung pro Seite ausreichen. Überprüfen Sie nun die Hautstelle, an der die Elektroden angebracht werden sollen, auf Anzeichen von Reizungen, bevor Sie die Fläche für die Elektrodenplatzierung vorbereiten. Bei sichtbaren Läsionen darf TDCS in diesem Bereich nicht angewendet werden, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.

Das Haar von den Elektrodenstellen wegbewegen, die Hautoberfläche reinigen und trocknen lassen. Anschließend die Elektrodenkabel mit dem Gerät verbinden. Sicherstellen, dass die Polungsrichtung korrekt ist, da die Wirkungen der tDCS stark von der Polarität abhängen.

Dies ist entscheidend im Zusammenhang mit tDCS und elektrischer Stimulation. Im Allgemeinen ist die Anode der positive Anschluss, an dem der positive Strom in den Körper fließt, während die Kathode der negative Anschluss ist, an dem der positive Strom den Körper verlässt. Stecken Sie nun den Steckerstift für jede Elektrode sicher in die Öffnung des gummiartigen Einsatzes.

Danach die Gummieinlagen vollständig in die Schwammpolster schieben und sicherstellen, dass die Anode und Kathode an den richtigen Stellen platziert werden. Nun das Schwammtasche zur Halterung der Kathodenelektrode unter dem elastischen Kopfriemen anbringen. Hier wird der Schwamm über der suprakraniellen Region platziert.

Darauf achten, dass während dieses Vorgangs keine überschüssige Flüssigkeit aus dem Schwamm auf die Kopfhaut ausgestoßen wird, da dies die Stromverteilung auf der Kopfhaut während der Stimulation vergrößern würde. Anschließend den zweiten elastischen Kopfgurt gemäß der gewünschten Elektrodenanordnung mit dem ersten verbinden. Hier wird eine Stimulation über dem primären motorischen Kortex demonstriert, weshalb der Schwamm, der die anodale Elektrode hält, unter dem zweiten elastischen Kopfgurt platziert wird.

Befestigen Sie den Gurt über der M1-Position. Stellen Sie sicher, dass die Schwämme nicht übermäßig nass, aber feucht genug sind, um einen guten Elektrodenkontakt zu gewährleisten. Schalten Sie das TDCS-Gerät ein.

Verwenden Sie Ihr System, um den Gesamtwiderstand zu messen, der sich aus den Elektroden- und Körperwiderständen zusammensetzt. Wenn der Gesamtwiderstand ungewöhnlich hoch ist, kann dies auf eine fehlerhafte Elektrodenanordnung hinweisen. Streben Sie idealerweise eine Impedanz unter fünf Kiloohm an.

Passen Sie die Einstellungen für die Stimulation an, einschließlich Intensität, Zeit und gegebenenfalls weitere parameter Ihres Geräts. Die Placebo-Bedingung. Hier wird eine zuverlässige Einstellung für die Schmerzbehandlung verwendet: eine Stimulation mit 2,0 Milliampere für 20 Minuten. Vor Beginn des Experiments sicherstellen, dass sich der Proband wohlfühlt, und weisen Sie ihn oder sie an, während der tDCS entspannt und wach zu bleiben.

Dies verhindert Störungen, da intensive kognitive Anstrengung, die nicht mit dem Zielbereich zusammenhängt, sowie die Aktivierung der motorischen Rinde durch andauernde Muskelkontraktion die Wirkung der tGDS beeinflussen können. Starten Sie nun die tGDS durch Drücken des Startknopfs, um mögliche Nebenwirkungen zu minimieren. Beginnen Sie damit, den Stromfluss am Anfang der Stimulation schrittweise zu erhöhen.

Die Mehrheit der Probanden wird ein leichtes Kribbeln verspüren, das in den meisten Fällen anschließend nachlässt. Einige Probanden können während der anfänglichen TDCS-Phase Unbehagen empfinden. In solchen Fällen kann der Strom für einen vorübergehenden Zeitraum moderat verringert werden, beispielsweise um 50 %, und dann schrittweise wieder auf das gewünschte Niveau angehoben werden, sobald sich der Proband angepasst hat.

Stellen Sie sicher, dass sich das Versuchsobjekt wohlfühlt, und achten Sie während der Stimulation auf Bewegungen des Schwamms und Austrocknung. Bei Bedarf können Sie mit einer Spritze oder Pipette weitere Lösung hinzufügen. Im Verlauf des Experiments sollte am Ende der Stromfluss ebenfalls schrittweise abgeschaltet werden.

Beachten Sie, dass die meisten Probanden normalerweise weiterhin ein gewisses lokales Empfinden verspüren, selbst nachdem der Strom abgeschaltet wurde. Weisen Sie Ihren Probanden darauf hin, dass dies nicht ungewöhnlich ist. Entfernen Sie abschließend die Elektroden und Gurte und beantworten Sie alle abschließenden Fragen, die der Proband vor dem Verlassen mit ordnungsgemäßer Einrichtung haben könnte.

Das TDCS-Gerät sollte anzeigen, dass während der aktiven TDCS-Stimulation Strom fließt, oder es sollte den Scheinmodus anzeigen, wenn ein Schein-Stimulationsverfahren durchgeführt wird. Beachten Sie, dass selbst bei Anzeige eines durch das System fließenden Stroms der Strom über die Haut abgeleitet werden könnte. Um dies zu vermeiden, wird empfohlen, einen ausreichenden Abstand zwischen den Elektroden einzuhalten.

Entsprechend Modellierungsstudien empfehlen wir, dass dieser Abstand mindestens acht Zentimeter beträgt, wenn Elektroden mit den Maßen fünf mal sieben Zentimeter verwendet werden. Typischerweise führt eine anodale Stimulation zu einer Erhöhung der kortikalen Erregbarkeit, während eine katodale Stimulation eine Verringerung der kortikalen Erregbarkeit bewirkt. Dafür wurden in Studien, die den primären motorischen Kortex gezielt stimulierten, robuste Belege gefunden.

Die Variation der Elektrodengröße führt zu einer Veränderung der fokalen Effekte. Mit abnehmendem Durchmesser der Elektrode kann eine fokalere Stimulation erreicht werden. Umgekehrt kann durch Vergrößerung der Elektrodenfläche eine funktionell unwirksame Elektrode vorliegen; bei einer Sitzungsdauer von 20 Minuten oder mehr und bei mehreren Sitzungen an aufeinanderfolgenden Tagen sind die Nachwirkungen der tDCS länger anhaltend.

Ein Beispiel hierfür ist die Behandlung von Schmerzsyndromen. Ein wichtiger Aspekt ist die Lage der Referenzelektrode. Falls eine extrazephalische Position gewählt wird, sollte der Untersucher die Stromverteilung berücksichtigen, da die Referenzelektrode den Höhepunkt des induzierten Stroms verschieben und die Wirkung der tDCS verändern könnte.

Einmal eingerichtet, kann die Durchführung dieser Technik in 15 Minuten erfolgen, sofern sie ordnungsgemäß durchgeführt wird. Bei der Anwendung dieses Verfahrens ist es wichtig, die Sicherheit des Patienten zu beachten, indem der Stromfluss schrittweise erhöht und verringert wird, und sicherzustellen, dass die Kabel ordnungsgemäß mit dem Gerät verbunden sind. Diese Technik hat Forschern in mehreren Bereichen den Weg geebnet, Schmerzen direkt zu modulieren und deren Auswirkungen auf das Gehirn sowie auf funktionelle Systeme nach diesem Eingriff zu untersuchen.

Andere Methoden wie die transkranielle Gleichstromstimulation und weitere TDCS-Verfahren können durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zur Gehirnplastizität und kortikalen Funktionen zu beantworten. Nachdem Sie dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein grundlegendes Verständnis dafür haben, wie verschiedene TDCS-Montagen, Schwammgrößen, Positionen und Stimulationsparameter eingestellt werden. Bestimmen Sie, welche Hirnregionen durch elektrischen Strom aktiviert werden.

Vergessen Sie nicht, dass das Arbeiten mit elektrischen Strömen gefährlich sein kann, daher sollten Sie das Gerät stets überprüfen und sicherstellen, dass es ordnungsgemäß funktioniert. Außerdem sollten Sie, da TDCS eine neuartige Technik ist, während und nach der Stimulation stets nach unerwünschten Wirkungen fragen. Die häufigsten unerwünschten Wirkungen sind ein brennendes Gefühl, Kribbeln sowie Juckreiz unterhalb der Elektrodenflächen.