X. Ulusal Sinirbilim Kongresi - · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial...

54
X. Ulusal Sinirbilim Kongresi Kafatasıgeçişli Elektriksel Uyarma Teknikleri (Transkranyal Elektriksel Stimulasyon) Prof. Dr. Sacit Karamürsel & Adnan Kurt ShinichiMaruyama The object of sumi-e is to capture the essence, or spirit, of the subject matter. v1: 15 Nisan 2009 v2: 15 Mart 2010 v3: 10 Nisan 2011

Transcript of X. Ulusal Sinirbilim Kongresi - · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial...

Page 1: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

X. Ulusal Sinirbilim Kongresi

Kafatasıgeçişli Elektriksel Uyarma Teknikleri(Transkranyal Elektriksel Stimulasyon)

Prof. Dr. Sacit Karamürsel & Adnan Kurt

ShinichiMaruyama

The object of sumi-e is to capture the essence, or spirit, of the subject matter.

v1: 15 Nisan 2009v2: 15 Mart 2010v3: 10 Nisan 2011

Page 2: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Motivasyon

Motivasyon: Beyin yapılarının elektriksel uyarımıyla davranışsal vebilişsel değişiklikler oluşturma çabaları eski ve yaygın bir yöntemdir. Güncel görüntüleme ve ölçüm teknikleriyle tümleştirilerek, üstünkörüuygulanan bu yöntemlere yeni bir bakış ve yeniden değerlendirmegetirmek anlamlı olabilir. Bu konuda yapılmakta olan çalışmalardeğerlendirilerek, bir araştırma programı düzenlenebilir.

Page 3: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Tarih Bilgisi

MS43 yılında Romalı Hekim Scribonius Largus, başağrısını tedavi için elektrik balığı kullanmasını anlatır. Elektrik kaynaklarının bulunmasıyla, gelişen her adımda „elektrikle tedavi‟ tıpta yeralmıştır. Duchenne de Bologne, elektrikle sağaltımın ilk sistematik çalışmalarını yapmıştır. 1871‟de Beard and Rockwell tıpta elektrik kullanımına ilişkin ilk kitabı yazdılar. 1700-1800 arasında, Giovanni Aldini psikozdan depresyona, hatta ölüleri diriltmeye kadar değişik olguların elektriksel uyarılarla tedavisini yaptı ve anlattı. 1930‟larda Bini ve Cerletti ECT yöntemini geliştirdi. 1960‟larda, düşük akımların etkililiği, denetimli akım kaynaklarının kullanılmasıyla yine araştırılmaya başlandı. Anan‟ev, ve Limoge‟nin yeni öncü çalışmalarıyla özellikle anestezi uygulamaları geliştirildi. 1990‟larda geliştirilen TMS çalışmalarına koşut olarak Nitsche ve Paulus, kortikal uyarılabilirliğin düşük şiddette elektriksel alanlarla sağlanabileceği varsayımıyla yeni bir araştırma programı başlattı. Fregni, Pascual-Leone, Antal da bu çalışmaların öncülerindendir.

a. A. Datta, V. Bansal, J. Diaz, J. Patel, D. Reato, M. BiksonBrain Stimulation, Volume 2, Issue 4, Pages 201-207.e1b. Soroush Zaghi, Mariana Acar, Brittney Hultgren, Paulo S. Boggio, and Felipe FregniNeuroscientist OnlineFirst, published on December 29, 2009c. MichaelA.Nitsche,MD ,LeonardoG.Cohen,MD ,EricM.Wassermann,MD , NicolasLang,MD ,AndreaAntal,PhD ,WalterPaulus,MD, AlbertoPriori,MD,PhD, PauloS.Boggio,PhD ,FelipeFregni,MD,PhD, FriedhelmHummel,MD, AlvaroPascual-Leone,MD,PhDBrainStimulation(2008)1, 206–23

Page 4: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Tanımlar

Cranial Electrical Stimulation (CES) (Faradik uyarım) Kulak arkasına yerleştirilen elektrotlarla, hipotalamik bölge hedeflenerek endorfin

salgısında yükselme sağlanmaktadır. 1902'de Fransa‟da Rouxeau tarafından, ve 1946'da Sovyetler birliği'nde kaygı ve uykusuzluk sorunlarının tedavisinde elektrik akımlarıyla beyin uyarılması kullanılmıştır. Ama, “electrosleep” denilen bu yöntem ABD'de yapılan çalışmalarda başarısız bulunmuştur. Yapılan çalışmalar, depresyon, kaygı, ve ağrı gibi sorunların tedavisinde başarılı sonuçlar göstermiştir. [M.F.Gilula. ―Cranial Electrotherapy Stimulation Review.‖ Journal of Neurotherapy, Vol. 9(2) 2005]

TransCranial Direct Current Stimulation (tDCS) (Galvanik Uyarım) TDCS, kafatası üzerinden düşük şiddette (1-2 mA) doğru akım uygulamayı temel alır.

Kendiliğinden sinir hücreleri ateşlemesini tetiklemez, ya da dinamik değişmelere, motor etkileşimlerine neden olmaz. Ama, yapılan çalışmalarda, sinir hücreleri ya da dendritlere uygulanan artı (anot) gerilimlerle hücre ateşlemesi sıklıklarının arttığı, tersine yönde azaldığı gözlenmiştir. [M. A. Nitsche & W. Paulus (September 2000). "Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation". The Journal of Physiology 527 Part 3: 633–639]

Page 5: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

AC CES

CES Yöntemi Üzerine:

CES'in kaygı, ağrı, depresyon vb. tedavisinde kullanılması için FDA onayı verilmiştir. CES aygıtları genel olarak şiddeti 100uA-1mA arasında ayarlanabilir, 0.5-100 Hz

arasında sıklığı değiştirilebilir sinüs veya kare dalga akım verebilen aygıtlardır. Genellikle %50 görev döngüsüyle çalışırlar.

Tıbbi aygıt uygunluk belgesini kolaylaştırmak için pille çalışırlar. Kulağa takılabilen elektrotlar kullanılır. Her uygulama 20-60 dakika arasında değişir. Birkaç hafta süren tedavi dönemlerinden

sonra istek üzerine sürdürülür. Klinik protokol kesin veri ve yöntemler içermez. Hekimin deneyimleri daha baskındır.

Page 6: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

tACS

tACS için yaygın olarak kullanılan geometri ve uyarı parametreleri.

Noninvasive Brain Stimulation with Low-Intensity Electrical Currents: Putative Mechanisms of Action for Direct and Alternating Current StimulationNeuroscientist OnlineFirst, published on December 29, 2009Soroush Zaghi, Mariana Acar, Brittney Hultgren, Paulo S. Boggio, and Felipe Fregni

Page 7: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

tACS

tACS için varsayılan etki mekanizması. AC uyarının olası etki mekanizmaları:

1. Nörotransmitterlerin salımı, 2. Süregiden kortikal etkinliğin kesilmesi, 3. Periferik sinir uyarısıyla ikincil etkilerin oluşması.

Noninvasive Brain Stimulation with Low-Intensity Electrical Currents: Putative Mechanisms of Action for Direct and Alternating Current StimulationNeuroscientist OnlineFirst, published on December 29, 2009Soroush Zaghi, Mariana Acar, Brittney Hultgren, Paulo S. Boggio, and Felipe Fregni

Page 8: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

tDCS

[M. A. Nitsche and W. Paulus, Journal of Physiology (2000), 527.3, pp. 633—639 63311055, ―Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation‖]

1. Kafatasından geçirilen zayıf bir doğru akımla, sağlıklı insanda motor korteks uyarılabilirliğinin kiplemesi gösterilmiştir.

2. Uyarılabilirlik değişiminin %40‟a kadar çıktığı TMS çalışmalarıyla kanıtlanmıştır. Akım uyarısından sonra dakikalarca bu durum sürmektedir.

3. Uyarma anodal akımla ve baskılama katodal akımla seçimli olarak yapılabilir.4. Akım yeğinliği ve süresini değiştirerek, uyarı sonrası etkilerin gücü ve süresi denetlenebilir.5. Etkiler büyük olasılıkla membran kutuplanmasının değişimiyle oluşurlar. Zayıf akımlarla

kafatası geçişli elektriksel uyarım girişimsiz, acısız, tersinir, seçici ve odaklı bir biçimde serebral uyarılabilirliği kiplemek için ümitveren bir araç olabilir.

Page 9: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

FEM

[―MODELING OF TRANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION BY FINITE ELEMENT ANALYSIS,‖ William Tyler Rath, 2006, M.S.Thesis, PU]

“ Transkranyal Elektriksel Uyarı, ameliyat sırasında da kullanılabilen ve beyin ve omuriliğin duyarlı cerrahisi sırasında CST (corticospinal tract) korunmuşluğunu gösteren bir izleme tekniğidir de. Kafatasına yerleştirilen elektrotlardan kaynaklanan elektronlar saçlı deriyi, kafatasını, BOSu, ve beyni geçerek CST‟ye ulaşır. Sinyaller

alfa motor sinirleriyle (α-MN) MSS‟nde yolalırlar. Buradan da kasların oluşturduğu yanıtla CNS işlerliğinin sınanması sağlanır.

Kafatasının MR görüntüleriyle alınan ölçüm bilgileri kullanılarak, 3 boyutta Maxwell denklemlerinin sayısal çözümü, kafatası içindeki elektriksel alan dağılımını verir. Beyin dokusuna ilişkin parametrelerdeki değişkenlikler ve yüksek beyin perfüzyonu doğru çözümlerin kesinliğini azaltmaktadır. Yine de, FEM yöntemleriyle yapılan modeller, akım odaklanması çözümleri için yeni pencereler açabilecektir.

Page 10: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

FEM

Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad, A. Datta, V. Bansal, J. Diaz, J. Patel, D. Reato, M. Bikson

Brain Stimulation, Volume 2, Issue 4, Pages 201-207.e1

Page 11: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

tDCS

tDCS için yaygın olarak kullanılan geometri ve uyarı parametreleri.

Noninvasive Brain Stimulation with Low-Intensity Electrical Currents: Putative Mechanisms of Action for Direct and Alternating Current StimulationNeuroscientist OnlineFirst, published on December 29, 2009Soroush Zaghi, Mariana Acar, Brittney Hultgren, Paulo S. Boggio, and Felipe Fregni

Page 12: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

tDCS

tDCS için varsayılan etki mekanizması. Sabit gerilim gradyanı iyonik kaymalara ve transmembran protein değişimlerine neden olarak, kortikal uyarımda değişmelere yol açar.

Noninvasive Brain Stimulation with Low-Intensity Electrical Currents: Putative Mechanisms of Action for Direct and Alternating Current StimulationNeuroscientist OnlineFirst, published on December 29, 2009Soroush Zaghi, Mariana Acar, Brittney Hultgren, Paulo S. Boggio, and Felipe Fregni

Page 13: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Elektriksel Alanda Sinir Etkinlikleri 1

Page 14: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Elektriksel Alanda Sinir Etkinlikleri 2

Page 15: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Beyin Akımları

CES engages the serotonergic (5-HT) raphe nuclei of the brainstem. 5-HT inhibits brainstem cholinergic (ACh) And noradrenergic (NE) systems that project supratentorially. This suppresses thalamo-cortical activity, arousal, agitation, alters sensory processing and induces EEG alpha rhythm. As well, 5-HT can act directly to modulate pain sensationin the dorsal horn of the spinal cord, and alter painperception, cognition and emotionality within the limbic forebrain.

İzler: Mavi Oklar: baskılayan etkileşimlerMor Oklar: uyaran etkileşimlerX :Baskılanmış yollar/ etkileşimler

Kısaltmalar: ACh: actetylcholine;LDT: laterodorsal tegmental nucleus of the brainstem; PPN: pediculo-ponitne nucleus of the brainstem; NE: norepinephrine; LC: locus ceruleus, 5-HT: serotonin

Page 16: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

EEG Haritası

0.5 Hz. CES kullanımından sonra beyin dalgaları dağılımı. 30 Gönüllüden alınan kayıtların ortalama değerleri haritalanmıştır. Bu fark haritasında, CES sonrasında azalan beyin etkinliği maviyle, artan etkinlik sarıyla ve değişmeyen etkinlik bölgeleri de yeşille boyanmıştır. EEG biofeedback (Neurotherapy) uygulamalarında yaygın olarak C3 üzerindeki 13-15Hz etkinliği artırılmaya eğitilerek gevşeme sağlanır ve epilepsi giderilmeye çalışılır.

Page 17: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Kaygı Bozuklukları

D.L. Kirsch, “Low Level Brain Stimulation for Anxiety: A Review of 50 years of Research andSupporting Data.”

Page 18: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Ağrı

D. L. Kirsch and M. F. Gilula, “CES IN THE TREATMENT OF PAIN-RELATED DISORDERS.” Practical PAIN MANAGEMENT, April 2008

Page 19: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

CES Aygıtı

Alpha-Stim sayfasından alıntılar [http://www.alpha-stim.com/as100.html] CES uyarı aygıtı, ve tipik bir dalga şekli görünüyor. Sol üstte, CES uygulanmadan önce ve 20 dakika CES uygulaması sonrasında alınan EEG spektrumu görünüyor [Kennerly, R. QEEG analysis of cranial electrotherapy: a pilot study. Journal of Neurotherapy (8)2, 2004. ]

Page 20: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

TES Aygıtları

TES amacıyla kullanılan ticari aygıtlara örnekler. Az sayıda üretici ve nitelikleri uygun olabilecek az sayıda ürün var.

Fiyatları 3500 – 7000 Euro mertebesinde değişiyor.

Page 21: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

SK_TES Tasarımı

Rasyonalizasyon:

Beyin yapılarının doğru akımla kutuplanarak uyarılma eşiğini değiştirmekle eşzamanlı olarak sinüsoidal uyarı verilmesi algılamada ve duygulanımda değişmeler gösterebilir.Biyogeribildirim çalışmalarında elde edilen sonuçlar da değerlendirilerek, uygun uyarı parametreleri için kestirimde bulunarak bunun etkileri psikofizyolojik yöntemlerle sınanabilecektir.

Teknik Gereksinimler:

0-1kOhm deri direnci üzerinde 0-4mA dc ofset ve 0-3mA ac modulasyon yapabilecek; akım genliği, dc ofset değeri, uyarı frekansı ve polaritesi değiştirilebilir; tıbbi güvenlik kısıtlarına sıkıca bağlı bir aygıt

Sürekli performans test yöntemiyle psikofizyolojik durum sınaması yapabilecek yazılım;

Aygıt parametrelerinin ölçüm ve ayarlanmasını sağlayabilecek bir ölçüm düzeneği.

Page 22: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

SK_TES Tasarımı

İnsan Beynindeki sinir hücrelerinin tetiklenmesine neden olan akım yoğunluğunun, çevreden endüklenmiş alan şiddetiyle karşılaştırılması.

Page 23: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

TESti MW Benzetimi

V+

V+

V+

V+ 9

C1 10n

R1 18k

R2 18k

R4 9

00

C3 5p

C2 5p

+

Vin 3

R5 18k

R6 18k

R3 5

0

T1 2N2222

C4 100n

V+

VM1

V+

VM2

A+AM2

-

++

U2 OPA241

Transcranial Electrical Stimulator

0-4 mA Howland Current Source

Adnan Kurt

Prof. Sacit Karamursel

IU ITF & Teknofil

19 January 2006

Human Brain

1V Input = 1.14 mA Output

This circuit is a Howland voltage- controlled current source. It is scaled to provide a 1.14mA output current with a +1V input

voltage.

TESti gereksinimlerini hızla karşılayıp, kısa zamanda deneylerde kullanılabilecek bir aygıt tasarımı için TINA-spice yazılımıyla benzetimlerin yapılması.

Page 24: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

TESti HiP Analog Devre Benzetimi

Page 25: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

TESti Devre Tasarımları

Page 26: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

TESti Yazılımı –giriş- (MSP430 Assembler)

NAME TES_Zekasi

;**************************************************

; Transcranial Electrical Stimulation Device

Firmware Constant Current Generation with a 9V

compliance voltage, with offset and a maximum

30Hz sine wave using PWM timer Timer_B.Referring to

Mike Mitchell's SLAA116 App note.

; Description: This program demonstrates the usage

of a PWM timer together with external filters to

implement a DAC. The program shows how to create

a 250Hz sine wave, a 125Hz ramp, and a DC level

with Timer_B. Timer_A could also be used in the

same manner. A sine table holds the sample values

for the sinusoid. To create the ramp, the PWM

value is simply incremented. The DC level is

created by storing charge on an RC network using a

PWM output to provide the charge. The value of the

DC voltage directly corresponds to the duty cycele

of the PWM signal. After initialization, the CPU

is put into LPM0. It remains there until the

CCIFG0 interrupt from Timer_B wakes it up. In the

Timer_B ISR, the next value for the sinusoid is

loaded into CCR1 and the ramp value is incremented

and loded into CCR2. Upon return form the ISR, the

CPU goes back into LPM0.

; Adnan Kurt

; 19Jan2010

;**************************************************************

#include "MSP430X14x.H" ; Include Standard Defs

Delta EQU 250 ; Delta = Target DCO/8192

; Target DCO frequency = 2.048MHz

; This value is used in the

; software FLL routine to

; calibrate the DCO frequency

; using the 32768Hz oscillator

; as a reference. For more

; information on stabilizing

; the DCO or the FLL routine

; see the application report

; titled "Controlling the DCO

; frequency of the MSP430x11x"

; Literature number SLAA074

;--------------------------------------------------------------

RSEG DATA16_N

; ORG 0x200

Ali DS 2

Ada DS 2

Mete DS 2

Nese DS 2

Aras DS 2

Deniz DS 2

Bat DS 2

JR DS 2

;--------------------------------------------------------------

RSEG CODE

;--------------------------------------------------------------

; MSP_Code Generated with Excel

Sin_K1_Tab

DW 127

Page 27: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

TES-1

İki iletkenli bağlantı + & -.

Elle Kutup Değiştirici.

250Hz örnekleme frekansı ile 8 Bit PWM A/D

dönüştürücü.

Genlik, Frekans ve Ofset için sayısal

potansiyometrik giriş.

16 bit 200mA/MIPS mikroişlemci.

Howland tipi Gerilim-Akım Dönüştürücüsü.

9V pil ile 50 saat kullanım.

Kodlanmış ışıkla durum bilgisi.

Beyaz LED ile kipleme derinliği ve frekans

geribildirimi.

0-3.5 mA ayarlanabilir çıkış akımı, 7V

kompliyans gerilimi.

Page 28: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

İçindeki

Prototipi tamamlanan ve çoğunlukla uzay montajı yöntemiyle tamamlanmış TESti aygıtının iç yapısı.

MSP430f149 16 bit işlemci, yüksek başarımlı, işlemsel yükselticiler, çıkış transistörleri ve koruma devreleriyle güç kaynakları.

Page 29: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

nanoScope-HW

TESti aygıtının ölçümlerini yapabilmek için geliştirilen USB bağlantılı sayısal osiloskop ve LabView ile geliştirilen kullanıcı arayüzü.

Page 30: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

nanoScope-SW

TESti elektriksel uyarıcı parametrelerini ölçmek ve ayarlarını yapmak için tasarlanmış USB osiloskop grafik arayüzü (GUI)

0-80 Hz bantgenişliğinde, USB hattından beslenen iki kanallı bu ölçüm aygıtı, TES akımlarının ölçülmesi için optimize edilmiştir. Sayısal im işleme (DSP) yöntemleri kullanarak frekans kestiriminde bulunur, akım tepe noktasını, ofset akımını ve bunların RMS değerlerini de hesaplar.

Page 31: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Elektrotlar

Melez elektrotlar, örgüsüz bez katları arasına yerleştirilmiş paslanmaz çelik eleklerden oluşmaktadır.

Uygulanan akım yoğunluğunu yaygın standartlarda tutmak için 7x5 cm2 büyüklüğündeki elektrotların iletken kenar uzunluğunu artırmak için metal elekle zenginleştirilmiştir.

A Model of Safe Levels for Electrical Stimulation Robert V. Shannon, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 39, NO. 4. APRIL 1992

Page 32: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

CPT_Yazımı

Ardışık görsel uyaranların sürekli izlenmesini ve hızla klavyeden geribildirimini bekleyen CPT yazılımı, yanıtların doğru ve yanlışlarını derler, gecikme ve istatistiksel verilerini toplar.

Page 33: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

B

Page 34: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

C

Page 35: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Z

Page 36: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

A

Page 37: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

D

Page 38: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

L

Page 39: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

A

Page 40: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Z

Page 41: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Z

Page 42: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

A

Page 43: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

S

Page 44: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

A

Page 45: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

TESti

TESTi için geometri ve uyarı parametreleri.

Anodik ve katodik akım verilebilir. Sağ veya sol frontal alan anodik olarak uyarılırken, karşı mastoid katodik elektroda bağlanır. Tersi uyarı yapabilmek olasıdır, fizyolojik etkileri değişecektir.

Page 46: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Elektrot Yerleşimi

Page 47: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Aygıt Ayarları

Page 48: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

CPT Deneyleri

Page 49: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

CPT Deneyleri

Page 50: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Araştırma Protokolü-1

Araştırmanın Başlığı: “Transkraniyel Elektriksel Uyarı Sistemi Tasarımı ve SPT (Sürekli Performans Testi) ile seçici algılama ve atılganlık (impulsivite) üzerine kiplemeli (modüle) uyarının etkisi”

Fizyoloji Anabilim Dalı‟ndaki laboratuvarımızda, transkraniyel elektriksel uyarılar verebilen bir aygıtın tasarımı yapılmıştır. Daha gelişkin özellikleri olan bir başka aygıtın geliştirilmesi de sürmektedir. Bu aygıtların, uluslararası araştırma normlarına uygunluğu, güvenliği ve uygulanabilirliği öncelikli koşulumuzdur. FDA yönergelerine uygun bir tasarım (FDA regulation as a cranial electrotherapy stimulator, a device that applies electrical current to the head to treat insomnia, depression, or anxiety. See FDA Part 882--Neurological Devices Subpart F--Neurological Therapeutic Devices Sec. 882.5800) gözetilmiştir. Geliştirdiğimiz aygıt, özellikle araştırma yöntemimizi ve varsayımlarımızı sınayacak özelliklerdedir. Araştırma varsayımlarımız, beyne uygulanan elektrik akımının doğru akım üzerine bindirilmiş sinusoidal bir dalga yapısında olmasını içermektedir. Böylece, sinir hücrelerinin eşik kutuplanması ofset akımıyla belirlenip, hücre etkinliklerinin de sinusoidal akımla modulasyonu sağlanabilecektir. Uygulanan akımın ofset (DC) değeri, sinusoidal akımın genliği ve frekansı bağımsız olarak ayarlanabilmektedir. Saçlı deri üzerine yerleştirilen melez bir elektrot çifti ileakım yönü ve yeri belirlenmektedir. Melez elektrotlar, örgüsüz bez katları arasına yerleştirilmiş paslanmaz çelik eleklerden oluşmaktadır. Uygulanan akım yoğunluğunu yaygın standartlarda tutmak için 7x5 cm2 büyüklüğündeki elektrotların iletken kenar uzunluğunu artırmak için metal elekle zenginleştirilmiştir (A Model of Safe Levels for Electrical Stimulation Robert V. Shannon, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 39, NO. 4. APRIL 1992).

Page 51: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Araştırma Protokolü -2

Araştırma çalışmamız, 12 sağlıklı gönüllü üzerinde yapılacaktır. Üçer gün ara ile deneklere üç koşulda:

1.uyarı verilmeden, 2.sağ frontal bölgeye 13 Hz ve 3.sol frontal bölgeye 22 Hz

uyarı verilerek dört dakika süren sürekli performans testi uygulanacaktır.

Test arka arkaya sağ ve sol el ile aynı koşul altında tekrarlanacaktır. Böylelikle her denek 8 dakika sağ, 8 dakika sol frontal bölgesinden olmak üzere toplam 16 dakika doğru akım almış olacaktır. Deneklerin teste aşina olması, öğrenme, alışma ve öngörülemeyen diğer parametreleri dikkate alınarak bir kısmı protokole, uyarı almadan, bir kısmı sağ frontalden alarak, bir kısmı ise sol frontelden alarak başlayacaklardır. Testlerin ikişerlik tekrarları da yine sağ-sol, ya da sol-sağ olarak rastlantısal olarak gerçekleştirilecektir.

Böylelikle protokole bağlı olarak, öğrenme, yorulma gibi faktörlerin test sonuçlarına etkileri rastlantısal olarak gerçekleşecek ve dolayısıyla sonuçların yorumlanması daha sağlıklı olacaktır. Uyarılar frontal bölgelere anodal olarak verilecektir. Katod her koşulda karşı taraf mastoid üstünde olacaktır.

Ofset akımı 1.21 mA, sinüs akımı ise tepeden tepeye 0.83 mA olarak seçilecektir.

Klinik Araştırma Protokolü ITF_280210 Versiyon No: 1 / 29.12.2009

Page 52: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Deney Protokolü

Denekler Denek Adı

1 Numan Ermutlu Uyarım Yok Uyarım Yok Sağ Uyarım Sağ Uyarım Sol Uyarım Sol Uyarım

Sağ El Sol El Sağ El Sol El Sol El Sağ El

304.44 309.62 370.94 332.26 312.04 276.04

304.44 309.62 370.94 332.26 276.04 312.04

2 Uyarım Yok Uyarım Yok Sol Uyarım Sol Uyarım Sağ Uyarım Sağ Uyarım

3 Belgin Çobanoğlu Sağ Uyarım Sağ Uyarım Sol Uyarım Sol Uyarım Uyarım Yok Uyarım Yok

Zomig kullanıyor Sağ El Sol El Sol El Sağ El Sağ El Sol El

Zolmitriptan 2.5 mg 298.16 292.75 294.71 291.32 337.2 337.69

298.16 292.75 291.32 294.71 337.2 337.69

4 Sağ Uyarım Sağ Uyarım Uyarım Yok Uyarım Yok Sol Uyarım Sol Uyarım

5 Sacit Karamürsel Sol Uyarım Sol Uyarım Sağ Uyarım Sağ Uyarım Uyarım Yok Uyarım Yok

Atacand kullandı (Sağ uyarım ve uyarım yok testlerinde)Sol El Sağ El Sağ El Sol El Sağ El Sol El

307.92 293.7 230.37 249.07 303.15 320

293.7 307.92 230.37 249.07 303.15 320

6 Sol Uyarım Sol Uyarım Uyarım Yok Uyarım Yok Sağ Uyarım Sağ Uyarım

7 Uyarım Yok Uyarım Yok Sağ Uyarım Sağ Uyarım Sol Uyarım Sol Uyarım

8 Uyarım Yok Uyarım Yok Sol Uyarım Sol Uyarım Sağ Uyarım Sağ Uyarım

9 Sağ Uyarım Sağ Uyarım Sol Uyarım Sol Uyarım Uyarım Yok Uyarım Yok

10 Sağ Uyarım Sağ Uyarım Uyarım Yok Uyarım Yok Sol Uyarım Sol Uyarım

11 Sol Uyarım Sol Uyarım Sağ Uyarım Sağ Uyarım Uyarım Yok Uyarım Yok

12 Ümmühan Sol Uyarım Sol Uyarım Uyarım Yok Uyarım Yok Sağ Uyarım Sağ Uyarım

Sağ 13 Hz OffSet P-P Amp Sağ Frekans Sol Frekans

Sol 22 Hz 1.21 0.83 13 22

En a

z 3

gün a

ra

En a

z 3

gün a

ra

230

280

330

380

230

280

330

380

230

280

330

380

230

280

330

380

230

280

330

380

220

270

320

220

270

320

220

270

320

230

280

330

380

Page 53: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

İlk Sonuç

CPT Latansları

220

240

260

280

300

320

340

1 2 3 4 5 6 7 8

ms

(1/

10

00

sa

niy

e)

skvirg1KARMAŞIK UYARAN Virgin────────────────────────────────────Doğru Yanıt Toplamı : 54.000Doğru Yanıt Latansı : 28.333± 4.675────────────────────────────────────KARMAŞIK UYARAN Sağ 14 Hz────────────────────────────────────Doğru Yanıt Toplamı : 54.000Doğru Yanıt Latansı : 32.481± 7.328────────────────────────────────────KARMAŞIK UYARAN Virgin────────────────────────────────────Doğru Yanıt Toplamı : 54.000Doğru Yanıt Latansı : 28.259±10.736────────────────────────────────────KARMAŞIK UYARAN Sol 22 Hz────────────────────────────────────Doğru Yanıt Toplamı : 54.000Doğru Yanıt Latansı : 26.204± 8.670────────────────────────────────────KARMAŞIK UYARAN Virgin────────────────────────────────────Doğru Yanıt Toplamı : 54.000Doğru Yanıt Latansı : 25.315± 5.500────────────────────────────────────KARMAŞIK UYARAN 20 dk sonra virgin────────────────────────────────────Doğru Yanıt Toplamı : 54.000Doğru Yanıt Latansı : 26.833± 4.841────────────────────────────────────skvirson Saat 15:11 de tekrar virginKARMAŞIK UYARAN────────────────────────────────────Doğru Yanıt Toplamı : 54.000Doğru Yanıt Latansı : 24.130± 4.869────────────────────────────────────DİKKAT: Zaman birimi santi-saniyedir (cs: saniyenin yüzde biri).

Page 54: X. Ulusal Sinirbilim Kongresi -  · PDF fileCranial Electrical Stimulation ... cranial electrotherapy: ... This circuit is a Howland voltage- controlled current source

Teşekkürler

Araştırma çalışmamızda destekleri için Fizyoloji AD öğretim üyelerine;

Ümmühan İ. Alkaç, Tamer Demiralp, Numan Ermutlu, Müge Devrim Üçok ve

Ezgi Tuna Erdoğan‟a teşekkür ederiz.

S.K. ve A.K.10Nis.2011