経頭蓋直流電流刺激で電極の位置とモンタージュ

このビデオの目的は、一次運動皮質への刺激を用いたtDCSセッションの実施手順を実演することです。例として、まず被験者の頭部を計測し、刺激部位にマーキングを行う手順について説明します。

手順の第2段階は、実験に適したサイズと種類の電極を準備することです。第3段階では、選択した刺激部位に電極を適切に配置します。最終段階では、電極の接触状態と刺激の極性を確認し、強度や持続時間などの刺激装置の設定を行います。

電極のモンタージュ（配置）によってtDCSの効果は変化し、例えば、皮質興奮性が上昇するか低下するかは、刺激の極性やその他の刺激パラメータに依存します。tDCSの主な利点は、経頭蓋磁気刺激法などの他の脳刺激法や、深部脳刺激法のようなより侵襲的な脳刺激法と比較して、非侵襲的で安全であり、費用が安く、実施が簡便であることです。また、tDCSは神経細胞の膜電位に変化を誘導し、その結果としてニューロンの発火頻度を増加または減少させるという重要な特徴を持っています。

この手法の応用範囲は、さまざまな形態の慢性疼痛の治療にまで及びます。運動野における興奮性の安定性の変調が疼痛緩和につながるという確実な根拠はありませんが、背外側前頭前野を含む他の皮質領域に適用した場合、tDCSは慢性疼痛に対する神経治療メカニズムへの知見を提供します。また、この手法はうつ病や認知機能障害などの神経精神疾患を改善させる可能性もあります。

一般的に、この手法に不慣れな方は、tDCSのモンタージュ設定や刺激設定に関する厳格なガイドラインが存在しないため、習得に苦労します。したがって、臨床研究全体でプラクティスを標準化するためには、開始前にこの手法を視覚的に提示することが極めて重要です。本プロトコルでは、必要なすべての材料が揃っていることを確認してください。

TDCSデバイスは、最大出力数mAの定電流制御であり、バッテリー駆動である必要があります。一部のデバイスでは、コンセントを使用してバッテリーを充電することが可能ですが、デバイスに直接電源を接続して駆動させることは、デバイスの故障時に高強度の電流が流れる可能性があるため適切ではありません。TDCSに使用される電極は、一般的に導電性であり、予期せず電流が流れる可能性があります。

電解液に浸された穴あきスポンジに包まれたゴム電極です。再利用可能なゴム電極を使用する場合は、使用前に摩耗がないか必ず点検してください。電解液を最適に吸収し、皮膚との均一な接触を確保しながら、電気化学的な刺激やpH変化から皮膚を保護するため、粗すぎない穴あきスポンジポケットの使用を推奨します。

刺激電圧を最小限に抑えつつ被験者の快適性を確保するため、15から140 mMの濃度範囲の塩化ナトリウム溶液を使用することが推奨されます。刺激部位を特定するために巻尺を用い、伸縮性のあるヘッドストラップまたはゴム製ヘッドストラップを用意します。電極を配置する際は、ストラップが濡れた場合に導電領域が広がらないよう、非導電性材料でできていることを確認することが重要です。被験者が到着したら、椅子に心地よく座ってもらいます。

電極配置のための測定を開始するには、通常、EEG 10-20系の慣例を用いて頭皮上の距離を測定し、刺激部位を特定します。頂点（vertex）を特定するために、実験的手法に応じて刺激部位を選択してください。まず、鼻根（nasion：鼻骨の接合部にある額と鼻の間の点）から、後頭骨の最も突出した点である外後頭隆起（inion）までの距離を測定します。

皮膚マーカーを用いて、これらの位置の中点をマークします。次に、耳前点間の距離を測定します。メジャーをマークしたnasion（鼻根点）とinion（外後頭結節）の中点の上に確実に配置し、この耳線上の中心点をマークします。これら2つのマークされた点の交差した位置がvertex（頭頂点）となります。

一次運動野（M1）を特定するには、耳点間距離の20%を算出します。頂点から耳線に沿ってこの距離を測定すると、この位置はEEGのC3またはC4の位置に相当します。本ビデオでは、この位置に刺激を与えます。背外側前頭前皮質を特定するには、M1の位置から前方へ5cm測定します。

ここは、ここで示されているF3またはF4のEEG電極位置に対応させる必要があります。従来のtDCS電極を使用する場合、この刺激部位の決定方法で十分です。より局所的なtDCSを行うには、ニューロナビゲーションなどの他の皮質定位法が必要になる場合があります。

電極を配置する前に、被験者の頭部の外後頭結節の下に、弾性またはゴム製のヘッドストラップを装着します。これにより電極が固定され、刺激中の動きを抑えることができます。次に、スポンジの両面を生理食塩水で十分に湿らせて準備します。

35 cm四方のスポンジの場合、片面につき約6 mLの溶液で十分です。次に、電極を配置する部位の皮膚に炎症の兆候がないか確認し、電極配置のための準備を行ってください。目に見える病変がある場合は、導電性を高める目的でその部位にtDCSを適用しないでください。

電極設置部位から髪をどかし、皮膚表面を洗浄して乾燥させます。次に、電極ケーブルを装置に接続します。tDCSの効果は極性に強く依存するため、接続の極性が正しいことを確認してください。

これはtDCSおよび電気刺激の文脈において極めて重要です。一般的に、アノードは正の電流が体に流れ込む正極であり、カソードは正の電流が体から出る負極です。ここで、各電極のコネクタコードピンをゴム製インセットの開口部にしっかりと挿入します。

次に、ゴム製インセットをスポンジパッドに完全にスライドして挿入し、アノード（陽極）とカソード（陰極）を正しい位置に配置してください。続いて、カソード電極を保持するためのスポンジポケットを伸縮性ヘッドストラップの下に配置します。ここでは、スポンジを眼窩上領域に配置します。

この工程において、スポンジから頭皮に過剰な液体が放出されないように注意してください。液体が放出されると、刺激中の頭皮全体に電流が分散してしまいます。次に、希望する電極配置に従って、2本目の弾性ヘッドストラップを1本目と接続します。ここでは一次運動野への刺激を実演するため、陽極電極を保持するスポンジを2本目の弾性ヘッドの下に配置します。

M1部位の上にストラップを固定します。スポンジが濡れすぎていないか確認し、電極との良好な接触が得られる程度の十分な湿り気がある状態にします。tDCS装置の電源を入れます。

システムを使用して、電極と身体の抵抗の合計である全抵抗を測定します。全抵抗が異常に高い場合は、電極のセットアップが不適切である可能性があります。理想的には、インピーダンスを5 kΩ以下にすることを目指してください。

強度や時間など、使用するデバイスに応じて刺激の設定を調整してください。シャム条件についても同様に設定します。疼痛治療における信頼性の高い設定例としては、実験開始前に2.0 milliampsで20分間の刺激を行うことが挙げられます。被験者が快適な状態であることを確認し、tDCSの間はリラックスして覚醒した状態でいるよう指示してください。

標的領域とは無関係な集中的な認知努力や、持続的な筋肉収縮による運動皮質の活性化がtDCSの効果を修飾することが示されているため、これらを避ける必要があります。次に、副作用を軽減するために、スタートボタンを押してtDCSを開始します。刺激の開始時に電流を徐々に上昇させてください。

ほとんどの被験者は軽いかゆみを感じますが、多くの場合、その後消失します。被験者によっては、tDCSの開始時に不快感を覚える場合があります。そのような場合は、一時的に電流を適度に下げ（例えば50%まで）、被験者が慣れるに従って、目的のレベルまで徐々に上げていきます。

被験者が快適な状態にあることを確認し、刺激中のスポンジの動きや脱水状態に注意してください。必要に応じて、シリンジやピペットを用いて溶液を追加します。実験の進行中および実験終了時には、電流を徐々に下げて停止させてください。

なお、ほとんどの被験者は、電流の停止後も通常、局所的な感覚がしばらく持続します。これは珍しいことではない旨を被験者に伝えてください。最後に、電極とストラップを取り外し、適切なセットアップを終えて退出する前に、被験者の最終的な質問に回答してください。

tDCSデバイスは、能動的なtDCS刺激中に電流が流れていることを示すか、シャム刺激手順を実施している場合はシャムモードを表示する必要があります。なお、デバイスがシステムに電流が流れていることを示していても、電流が皮膚を通じて分流している可能性があります。これを避けるため、電極間に十分な距離を置くことが推奨されます。

モデリング研究に基づき、5×7 cmの電極を使用する場合は、これを少なくとも8 cmにすることを推奨します。一般的に、陽極刺激は脳の興奮性を増加させ、陰極刺激は皮質の興奮性を低下させます。このことに関する確かな根拠が、一次運動野を標的とした試験で明らかになっています。

電極サイズの変動は、焦点効果の変動につながります。電極の直径を小さくすることで、より焦点化された刺激が可能になります。一方で、電極サイズを大きくすることで、20分以上のセッション時間において機能的に非効率な電極となる可能性がありますが、連日にわたって複数回のセッションを行うことで、tDCSの後効果はより長く持続します。

その一例が疼痛症候群の治療です。重要な点の一つは、参照電極の配置場所です。頭蓋外の配置を選択する場合、参照電極によって誘導電流のピークが移動し、tDCSの効果が変化する可能性があるため、研究者は電流分布に注意を払う必要があります。

この手法を習得すれば、適切に行うことで15分以内にセットアップを完了させることができます。本手順を実施する際は、電流の強度を徐々に上げ下げすることで患者の安全を確保し、ケーブルが装置に正しく接続されていることを確認することが重要です。この手法により、多くの分野の研究者が、本手順に従って痛みおよびそれが脳や機能系に及ぼす影響を直接的に調節することが可能となりました。

脳の可塑性や皮質機能に関するさらなる疑問を解消するために、経頭蓋直流電流刺激（tDCS）のその他の手法や、経頭蓋アイロニング電流シミュレーションなどの他の方法を実施することができます。このビデオを視聴することで、さまざまなtDCSモンタージュの設定方法、スポンジのサイズ、配置、および刺激設定に関する基礎的な理解が得られるはずです。どの脳領域が電流によって活性化されるかを判断してください。

電流を扱う作業は危険を伴うため、デバイスが正常に動作しているか常に確認してください。また、tDCSは新しい手法であるため、刺激中および刺激後に副作用がないか常に確認する必要があります。最も一般的な副作用として、電極設置部位における灼熱感、ピリピリとした感覚、および痒みが挙げられます。