Transcranial 직접 전류 자극의 전극 위치와 몬티지

이 영상의 목적은 일차 운동 피질 자극을 이용한 TDCS 세션 실시 기술을 시연하는 것입니다. 예시로서, 먼저 피험자의 머리 크기를 측정하고 자극 부위를 표시함으로써 이를 수행합니다.

절차의 두 번째 단계는 실험에 적합한 크기와 유형의 전극을 준비하는 것입니다. 세 번째 단계는 선택한 자극 부위에 전극을 적절하게 배치하는 것입니다. 마지막 단계는 전극 접촉 상태와 자극의 극성을 확인하고, 강도 및 지속 시간과 같은 자극 장치의 설정을 지정하는 것입니다.

전극 배치 방식에 따라 tDCS의 효과가 달라질 수 있으며, 예를 들어 피질 흥분성의 증가 또는 감소 여부는 자극, 극성 및 기타 자극 파라미터에 따라 결정됩니다. tDCS의 주요 장점은 경두개 자기 자극술과 같은 다른 뇌 자극 방법이나 뇌심부 자극술과 같은 더 침습적인 뇌 자극 방법과 비교했을 때, 비침습적이고 안전하며 비용이 저렴하고 수행하기 간단하다는 점입니다. 또한, tDCS는 뉴런의 뇌압 변화를 유도하여 신경세포의 발화 증가 또는 감소를 초래한다는 중요한 특징이 있습니다.

이 기술의 응용 분야는 다양한 형태의 만성 통증 치료로 확장됩니다. 운동 피질에서 흥분성 안정성의 조절이 통증 완화로 이어진다는 확실한 증거는 없으나, tDCS를 배외측 전전두엽 피질을 포함한 다른 피질 영역에 적용했을 때는 만성 통증에 대한 신경 치료적 기전에 대한 통찰을 제공합니다. 또한 이 기술은 우울증 및 인지 기능 장애와 같은 신경정신과적 질환을 개선할 수 있습니다.

일반적으로 이 기술을 처음 접하는 연구자들은 TDCS 몽타주 설정 및 자극 설정에 관한 엄격한 가이드라인이 없기 때문에 어려움을 겪습니다. 따라서 임상 연구 전반에 걸쳐 표준화된 관행을 확립하기 위해서는 이 기술에 대한 시각적 시연이 매우 중요합니다. 본 프로토콜은 시작 전 모든 필요한 재료가 준비되어 있는지 확인합니다.

tDCS 장치는 배터리로 구동되어야 하며, 최대 출력 수 mA의 정전류 제어 방식이어야 합니다. 일부 장치의 경우 배터리를 전기 콘센트를 통해 충전할 수 있으나, 장치 고장 시 과도한 전류가 흐를 수 있으므로 장치 전원을 콘센트에 직접 연결하여 사용하는 것은 적절하지 않습니다. tDCS에 사용되는 전극은 일반적으로 전도성 물질로 제작되어 별도의 경고 없이 전류를 전달합니다.

전해액으로 포화된 타공 스펀지에 감싸인 고무 전극입니다. 재사용 가능한 고무 전극을 사용하는 경우, 사용 전 마모 상태를 반드시 점검하십시오. 전해질 용액을 가장 잘 흡수하고 균일한 피부 접촉을 제공하며, 전기화학적 자극 및 pH로부터 피부를 보호할 수 있도록 너무 거칠지 않은 타공 스펀지 포켓을 사용하는 것이 권장됩니다.

자극 전압을 최소화하면서 환자의 편안함을 보장하기 위해 15에서 140 mM 범위의 농도를 가진 염화나트륨 용액을 사용하는 것이 권장됩니다. 자극 위치를 지정하기 위해 줄자가 필요하며, 탄성 또는 고무 소재의 헤드 스트랩이 필요합니다. 전극을 배치할 때는 스트랩이 비전도성 재질로 제작되었는지 확인하여, 피험자가 도착했을 때 스트랩이 젖더라도 전도 면적이 증가하지 않도록 하는 것이 중요합니다. 피험자가 도착하면 의자에 편안하게 앉도록 합니다.

전극 배치를 위한 측정을 시작하려면, 일반적으로 EEG 10-20 시스템의 관례를 사용하여 두피의 거리를 측정함으로써 자극 위치를 찾습니다. 정점(vertex)을 국소화하기 위해 실험적 접근 방식에 따라 자극 부위를 선택하십시오. 먼저, 이마와 코 사이의 비골 접합점인 비근(nasion)과 후두골의 가장 돌출된 지점인 외후두융기(inion) 사이의 거리를 측정하십시오.

피부 마커를 사용하여 이 지점들의 중간 지점에 표시하십시오. 다음으로, 이전이개점(preauricular points) 사이의 거리를 측정하십시오. 줄자를 표시된 비근점(nasion)과 외후두결절(inion)의 중간 지점 위에 놓고 이 이개선(auricular line)의 중간 지점을 표시하십시오. 표시된 두 지점이 교차하는 지점이 정점(vertex)입니다.

일차 운동 피질(M1)의 위치를 찾으려면 이개 거리(auricular distance)의 20%를 계산하고, 정점(vertex)에서 이개선을 따라 이 거리를 측정하십시오. 이 지점은 EEG의 C3 또는 C4 위치에 해당해야 합니다. 이곳이 본 영상에서 자극할 위치입니다. 배외측 전전두엽 피질(dorsolateral prefrontal cortex)의 위치를 찾으려면 M1 위치에서 앞쪽으로 5 cm를 측정하십시오.

이 위치는 여기에서 보이는 것과 같이 F3 또는 F4 EEG 위치에 해당해야 합니다. 이러한 자극 부위 결정 방법은 전통적인 TDCS 전극을 사용할 때 충분합니다. 더 국소적인 TDCS를 위해서는 뉴로내비게이션과 같은 다른 피질 국소화 방법이 필요할 수 있습니다.

전극을 배치하기 전에, 피험자의 머리 후두결절(inion) 아래로 탄성 또는 고무 소재의 머리 스트랩을 착용시킵니다. 이는 전극을 고정하고 자극 중 움직임을 줄이는 역할을 합니다. 다음으로, 각 면을 식염수로 충분히 적셔 스펀지를 준비합니다.

35cm 제곱의 스펀지에는 면당 약 6mL의 용액이면 충분합니다. 이제 전극을 부착할 피부 부위에 자극 징후가 있는지 확인한 후 전극 부착 준비를 하십시오. 가시적인 병변이 있는 경우, 전도도를 높이기 위해 해당 부위에 tDCS를 적용하지 마십시오.

전극 부위의 머리카락을 치우고 피부 표면을 세척한 후 건조시킵니다. 다음으로 전극 케이블을 장치에 연결하십시오. tDCS의 효과는 극성에 따라 매우 크게 달라지므로, 연결 극성이 정확한지 확인하십시오.

tDCS 및 전기 자극의 맥락에서 이는 매우 중요합니다. 일반적으로 양극(anode)은 양전류가 신체로 흘러 들어가는 양(+)의 단자이며, 음극(cathode)은 양전류가 신체 밖으로 나가는 음(-)의 단자입니다. 이제 각 전극의 커넥터 코드 핀을 고무 인셋의 개구부에 단단히 삽입하십시오.

그런 다음 고무 인셋을 스펀지 패드에 완전히 밀어 넣으며, 이때 양극과 음극이 올바른 위치에 배치되었는지 확인합니다. 이제 음극 전극을 고정하는 스펀지 포켓을 탄성 헤드 스트랩 아래에 놓습니다. 여기서 스펀지는 안와상 부위에 배치됩니다.

이 과정 동안 스폰지에서 두피로 과도한 액체가 배출되지 않도록 주의하십시오. 액체가 배출되면 자극 중 두피 전체로 전류 흐름이 퍼질 수 있습니다. 다음으로, 원하는 전극 배치에 따라 두 번째 탄성 헤드 스트랩을 첫 번째 스트랩에 연결합니다. 여기서는 일차 운동 피질 자극을 시연하므로, 양극 전극을 고정할 스폰지를 두 번째 탄성 헤드 아래에 배치합니다.

M1 위치 위에 스트랩을 고정합니다. 스펀지가 지나치게 젖지 않았는지 확인하되, 전극 접촉이 잘 될 수 있을 정도로 충분히 습윤한 상태여야 합니다. TDCS 장치의 전원을 켭니다.

시스템을 사용하여 전극 및 신체 저항의 합인 총 저항을 측정하십시오. 전체 저항이 비정상적으로 높다면 전극 설정이 부적절함을 나타낼 수 있습니다. 이상적으로는 임피던스를 5 kΩ 미만으로 유지하는 것을 목표로 하십시오.

강도와 시간, 그리고 사용 중인 기기에 해당되는 경우 가짜 자극(sham) 조건 등의 자극 설정을 조정하십시오. 통증 치료를 위한 신뢰할 수 있는 설정은 실험 시작 전 2.0 milliamps로 20분 동안 자극을 주는 것입니다. 피험자가 편안한 상태인지 확인하고, TDCS 진행 동안 이완된 상태로 깨어 있도록 안내하십시오.

표적 영역과 무관한 강도 높은 인지적 노력뿐만 아니라 지속적인 근육 수축을 통한 운동 피질의 활성화가 tDCS의 효과를 변화시키는 것으로 나타났으므로, 이를 통해 간섭을 방지할 수 있습니다. 이제 시작 버튼을 눌러 tDCS를 시작하여 부작용을 최소화하십시오. 자극 시작 단계에서 전류 흐름을 서서히 높여 시작하십시오.

대부분의 피험자는 약간의 가려움증을 느끼게 되며, 이는 대부분의 경우 곧 사라집니다. 일부 피험자는 초기 TDCS 기간 동안 불편함을 경험할 수 있습니다. 이러한 경우, 예를 들어 50% 정도로 전류를 일시적으로 적절히 감소시켰다가, 피험자가 적응함에 따라 원하는 수준까지 점진적으로 다시 높일 수 있습니다.

피험자가 편안한 상태를 유지하도록 하고, 자극 중에는 스폰지의 움직임과 탈수 현상이 있는지 반드시 확인하십시오. 필요한 경우 주사기나 피펫을 사용하여 용액을 더 추가하십시오. 실험 과정 전반에 걸쳐, 실험이 완료되면 전류의 흐름 또한 서서히 낮추어 꺼야 합니다.

주의할 점은, 대부분의 피험자가 전류 공급이 중단된 후에도 보통 국소적인 감각을 계속 느낀다는 것입니다. 이는 일반적인 현상임을 피험자에게 안내하십시오. 마지막으로, 전극과 스트랩을 제거하고 피험자가 가진 최종 질문에 답변한 후, 적절한 정돈 상태로 종료하십시오.

TDCS 장치는 활성 TDCS 자극 중에 전류가 흐르고 있음을 표시해야 하며, 위약 자극 절차를 수행할 때는 위약 모드(sham mode)를 표시해야 합니다. 장치상으로는 시스템을 통해 전류가 흐르는 것으로 표시되더라도, 전류가 피부를 통해 분로(shunt)될 수 있다는 점에 유의하십시오. 이를 방지하기 위해 전극 사이에 충분한 거리를 두는 것이 권장됩니다.

모델링 연구에 따르면, 5 x 7 cm 전극을 사용할 때 이 거리는 최소 8 cm가 되는 것을 권장합니다. 일반적으로 양극 자극은 뇌 흥분성을 증가시키는 반면, 음극 자극은 피질 흥분성을 감소시킵니다. 이에 대한 강력한 근거가 일차 운동 피질을 대상으로 한 임상 시험에서 밝혀진 바 있습니다.

전극 크기의 변화는 국소적 효과의 변화로 이어집니다. 전극의 직경이 감소함에 따라 더 국소적인 자극을 구현할 수 있습니다. 반면, 전극 크기를 키우면 20분 이상의 세션 시간 동안 기능적으로 효과가 없는 전극이 될 가능성이 있으며, 여러 날에 걸쳐 반복적인 세션을 수행할 경우 tDCS의 후효과가 더 오래 지속됩니다.

이에 대한 한 가지 예는 통증 증후군의 치료입니다. 한 가지 중요한 점은 기준 전극의 위치입니다. 두개골 외측 위치를 선택하는 경우, 기준 전극이 유도 전류의 정점을 이동시켜 TDCS의 효과를 변형시킬 수 있으므로 연구자는 전류 분포에 유의해야 합니다.

이 기술을 숙달하면 적절히 수행했을 때 15분 이내에 설정을 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도할 때는 전류 흐름을 서서히 높이고 낮춤으로써 환자의 안전을 고려하는 것이 중요하며, 케이블이 장치에 제대로 연결되었는지 확인해야 합니다. 이 기술은 여러 분야의 연구자들이 이 절차를 통해 통증과 그것이 뇌 및 기능적 시스템에 미치는 영향을 직접 조절할 수 있는 길을 열어주었습니다.

뇌 가소성 및 피질 기능에 관한 추가적인 질문에 답하기 위해 경두개 철분 전류 시뮬레이션 및 기타 TDCS 방법들을 수행할 수 있습니다. 이 영상을 시청한 후에는 다양한 TDCS 몬타주 설정, 스펀지 크기, 위치 및 자극 설정 방법에 대해 기본적인 이해를 갖추게 될 것입니다. 전기 전류에 의해 어느 뇌 영역이 활성화되는지 결정하십시오.

전류를 사용하는 작업은 위험할 수 있으므로, 항상 장치를 점검하고 제대로 작동하는지 확인해야 함을 잊지 마십시오. 또한 TDCS는 새로운 기술이므로, 자극 중과 자극 후에 부작용이 있는지 항상 확인해야 합니다. 가장 흔한 부작용으로는 전극 부위의 타는 듯한 느낌, 찌릿함, 그리고 가려움증 등이 있습니다.