как HVDC спасли переменный ток / Хабр

В мире, казалось бы, победившего переменного тока назревает — нет, не революция, но органичная эволюция: постоянный ток не просто возвращается, а претендует на лавры победителя. Инвестиции в возобновляемые источники энергии и трансграничная передача электричества сделали высоковольтные сети постоянного тока как никогда актуальными. В этом посте мы рассказываем, почему постоянный ток уступил току переменному и как спустя век после «Войны токов» постоянный ток взял реванш.

Источник: Shutterstock

Постоянный ток — это основа современного технологического общества: вся полупроводниковая электроника, работающая от сети или аккумуляторов, использует постоянный ток, с его помощью добывают чистый алюминий, магний, медь и другие вещества. В бортовой сети автомобиля тоже постоянный ток, как и в электрической передаче дизельных судов. Ну и конечно электропоезда: трамваи, метро и некоторые электровозы питаются постоянным током. И космос: все рукотворные космические объекты функционируют исключительно благодаря постоянному току от батарей или РИТЭГов.

Помимо всего этого, есть еще одна область, где постоянный ток если не незаменим, то по крайней мере значительно эффективнее переменнее тока, — высоковольтные линии для передачи высокой мощности. Линии постоянного тока (HVDC, High-voltage direct current) еще век назад стали спасением высоковольтных линий переменного тока (HVAC, High-voltage alternating current). Если бы не постоянный ток, электричество в наших розетках было бы куда дороже и исчезало чаще, чем это происходит сейчас. Давайте разберемся в этой интересной истории «взаимовыручки».

Ирония судьбы постоянного тока

Чтобы оценить всю иронию ситуации с возвращением постоянного тока в высоковольтные линии электропередач, нужно вспомнить о событиях «Войны токов» — сражения апологетов постоянного тока в лице изобретателя и бизнесмена Томаса Эдисона и тока переменного, преимущества которого осознавал предприниматель Джордж Вестингауз. Вкратце напомним о том, как постоянный ток проиграл битву за то, чтобы стать основой мирового энергоснабжения.

После того, как человечество подчинило себе электричество и научилось извлекать из него пользу в промышленности, дальновидные бизнесмены смекнули, что на электрификации городов в перспективе можно сколотить не просто капитал, а фантастическое состояние. Изобретатель Томас Эдисон отлично умел монетизировать свой талант инноватора и зарабатывал не столько на собственных изобретениях, сколько на усовершенствовании чужих идей. Одним из примеров такой успешной «доводки» стало создание лампы накаливания, которая появилась благодаря попавшем в руки Эдисона дуговым лампам с угольными электродами. Такие лампы хоть и давали свет, но в качестве постоянных источников освещения не годились — в те времена угольные дуговые лампы работали от силы несколько часов, а включить их можно было только один раз.

Первая серийная лампа Эдисона — еще с угольной нитью и временем работы в несколько десятков часов. Источник: Terren / Wikimedia Commons

Усовершенствовав конструкцию и создав свою знаменитую лампу накаливания, которая могла работать 40 часов, а после доработки 1200 часов, Эдисон осознал, что его лампочка может стать основой систем освещения городов и помещений — давая более яркий свет по сравнению со свечами и газовыми фонарями, лампы накаливания имели меньшую стоимость, не чадили, не жгли кислород в помещениях, а замены требовали реже, чем те же свечи. Производством ламп занялось предприятие Edison Electric Light, а генераторов постоянного тока — Edison General Electric. Продавая лампы ниже себестоимости, Эдисон завоевал рынок освещения, а для первых потребителей начал строить энергосети в Лондоне и Нью-Йорке.

Лампа накаливания может работать и с переменным, и с постоянным током, но Эдисон сделал выбор в пользу постоянного тока. Причина этого решения очень тривиальна и далека от физики. Как мы говорили, Эдисон был не только изобретателем, но и очень предприимчивым бизнесменом. В электричестве он видел не только способ дешевого освещения городов, но и возможность для модернизации промышленности за счет внедрения электрической тяги. Существовавшие в то время электромоторы работали только на постоянном токе.

К тому же для заработка на поставках электричества надо было как-то измерять потребление каждого абонента. Эдисон создал индивидуальный счетчик, представлявший собой резервуар с электролитом и пластиной, на которой под действием проходящего тока оседала медь — каждый месяц пластину взвешивали и по разнице массы вычисляли потребление электроэнергии. Такой счетчик работал только с постоянным током.

Счетчик постоянного тока конструкции Томаса Эдисона. «Передача показаний» заключалась в передаче банки с пластинами представителям энергетической компании. Источник: Thomas A. Edison Papers / edison.rutgers.edu

Но были у постоянного тока и нерешенные проблемы, главная из которых — невозможность передачи высокой мощности на большие (более 2 км) расстояния. Чтобы передать высокую мощность, которая необходима для электроснабжения предприятия или системы освещения города, в электросети нужно повысить либо ток, либо напряжение (мощность, напомним, равна произведению напряжения и силы тока). Но в конце XIX века не было способов менять напряжение постоянного тока. Выпускаемые в США электроприборы работали от напряжения 110 В, поэтому электростанции Эдисона, работавшие на паровых генераторах, должны были посылать в сеть именно 110 В.

Оставалось управлять силой тока. При повышении тока часть энергии уходит на нагрев проводов (с высоким напряжением такой проблемы нет). Для снижения потерь и нагрева нужно уменьшать сопротивление, увеличивая диаметр проводника или применяя материалы с хорошей электропроводностью, например, медь. И всё равно потери будут расти в зависимости от длины кабеля.

Чтобы сократить длину проводника до допустимой, потребители должны были располагаться не далее, чем в 1,5-2 км от электростанции, иначе мощность в сети падала до неприемлемых значений. Например, на 56-километровой линии между французскими городами Крей и Париж потери достигали 45%. Как Эдисон ни бился с проблемой потерь в сетях постоянного тока, решить ему ее так и не удалось. Единственным выходом было только строительство маломощных электростанций рядом с потребителями. Тогда это не казалось надругательством над экологией и жителями — именно такие станции и строила компания Эдисона. Первая из них была построена на Пёрл-стрит на Манхэттене в Нью-Йорке в 1882 году, в том же году началась прокладка подземных кабелей сети постоянного тока с напряжением 110 В.

Эдисон прокладывал под землей линии электропередач уличного освещения еще до того, как это стало модным в Москве. На иллюстрации укладка линии постоянного тока в Нью-Йорке в 1882 году. Источник: W. P. Snyder / Wikimedia Commons

Ошибочность своего выбора Томас Эдисон осознал, хотя и не признал публично, когда его конкурент по электрическому бизнесу — Джордж Вестингауз, — начал вкладываться в строительство электростанций и сетей переменного тока, имевших серьезные преимущества перед сетями тока постоянного. Благодаря уже изобретенным к тому моменту трансформаторам напряжение переменного тока можно было без труда повышать и понижать. Трансформаторы решали проблему передачи высокой мощности, ведь вместо силы тока можно было просто увеличить напряжение, для передачи которого не требовались толстые провода из дорогой меди.

Таким образом сети Вестингауза могли передавать очень высокую мощность по дешевым кабелям меньшего диаметра и при этом практически без потерь. Это доказывает пример 175-километровой сети переменного тока между немецким городом Лауффен-ам-Неккар и Франкфуртом — ее КПД составил 80,9% после запуска в 1891 году и 96% после модернизации — несравнимо выше 45% на втрое меньшей дистанции у сети постоянного тока.

Трехфазный генератор переменного тока в Лауффен-ам-Неккар, Германия. Источник: Historisches Museum, Frankfurt

У сетей переменного тока не было жесткого ограничения на длину. Благодаря этому стало возможным строительство гидроэлектростанций, электричество с которых могло передаваться в крупные города, расположенные за десятки и даже сотни километров от места выработки. А гидроэлектростанция — это куда более значимый и прибыльный проект, чем маломощная угольная станция внутри города.

«Война токов» продолжилась некрасивой пиар-кампанией Эдисона против переменного тока (показана, в частности в художественном фильме 2017 года «Война токов», или The Current War, режиссёра А. Гомес-Рехона), судебной и законотворческой волокитой против Вестингауза и постепенной потерей позиций бизнеса Эдисона под давлением всё более популярных сетей переменного тока. Последняя эдисоновская электростанция постоянного тока прекратила свою работу в 1981 году, что же до потребителей, в Сан-Франциско до сих пор сотни объектов (в основном старинные лифты) используют постоянный ток через выпрямители переменного тока. Но для нас это уже не так важно.

Постоянный ток спасает переменный

Всего через несколько лет после начала масштабного строительства электростанций и сетей переменного тока выяснилось, что переменный ток имеет проблемы при передаче энергии… на большие расстояния! Коронный разряд в высоковольтных воздушных линиях, на который может приходиться до половины потерь, поверхностный эффект, при котором переменный ток протекает по проводнику неравномерно и из-за этого требует проводники бо́льшего диаметра, реактивная мощность из-за высокого емкостного сопротивление подводных кабелей, «съедавшая» почти 100% переменного тока уже через 50 км — всё это вызывало потери процентов и десятков процентов мощности в первых магистральных сетях переменного тока.

Утечки на больших расстояниях — это во-первых. А во-вторых, объединение энергосетей переменного тока требовало идеальной синхронизации генераторов, расположенных в разных частях страны. При отсутствии синхронизации генератор в лучшем случае не будет подавать ток в сеть, в худшем — произойдет короткое замыкание.

Спасением высоковольтных сетей переменного тока стали высоковольтные сети постоянного тока, избавленные от некоторых недостатков конкурента. Постоянный ток не создает поверхностный эффект в проводнике и потому использует всю площадь сечения проводника с максимальной эффективностью (это уменьшает диаметр и стоимость проводов). В цепях постоянного тока нет реактивной мощности, поэтому в подводных кабелях с высокой емкостью потерь не происходит.

В высоковольтных сетях переменного тока толщина скин-слоя (отмечен буквой δ) определяется точкой падения плотности тока на 63%.В сетях с частотой 50 Гц скин-слой достигает 9,34 мм — часть объема дорогостоящего проводника просто не работает. Источник: biezl / Wikimedia Commons

Вырисовывалась замечательная синергия: электростанции и потребители используют переменный ток, но для его транспортировки на сотни километров применяются сети постоянного тока. Оставалась лишь одна «пустяковая» проблема — как превратить переменный ток в постоянный и обратно?

В конце XIX века швейцарский инженер Рене Тюри предложил использовать для соединения сетей с разным типом тока систему «мотор-генератор», в которой на одном конце сети переменный ток вращал мотор, приводящий в действие генератор постоянного тока, а на другом конце постоянный ток в свою очередь вращал мотор с генератором переменного тока. Идея, гениальная в своей простоте, но с невысоким КПД — двойное преобразование за счет моторов и генераторов «съедало» часть мощности. Тем не менее, других решений, кроме системы Тюри, не было, поэтому с 1883 года началось строительство магистральных сетей постоянного тока с машинами Тюри, связывающих крупные электростанции и города в Европе.

Одна из машин Тюри. Самая крупная из них, весом 4500 кг, генерировала 66 кВт. Источник: Wikimedia Commons

В 1902 году американец Питер Купер-Хьюитт изобрел ртутно-дуговой выпрямитель — несложное устройство для превращения переменного тока в постоянный. Оригинальный выпрямитель Купера-Хьюитта представлял собой замысловатую стеклянную колбу с выходящими из нее электродами, дно которой было заполнено ртутью. В работе выпрямитель выглядит очень эффектно. Впрочем, из-за хрупкости колбы стекло в выпрямителе вскоре заменили на металл.

Работа ртутно-дуговых выпрямителей завораживает. Увы, но сейчас полюбоваться такой красотой можно разве что в музеях — ртутные выпрямители давно не используются, да и те, что остались, сделаны из металла.

Ртутные выпрямители дали толчок к развитию высоковольтных сетей постоянного тока — вместо громоздких и ненадежных машин системы Тюри достаточно было установить выпрямители, в числе недостатков которых была только потенциальная токсичность при разгерметизации и необходимость в хорошем охлаждении из-за тепловых потерь. КПД устройства достигал 98-99%.

На смену ртутным выпрямителям были созданы газотроны и тиратроны (1940-е), полевые транзисторы с изолированным затвором MOSFET и полярные транзисторы с изолированным затвором IGBT (1959 год), запираемые тиристоры GTO (1962 год) — более совершенные, компактные и надежные преобразователи.

Современный тиристорный конвертер AC/DC. Источник Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Когда каждый процент на счету

Несмотря на заметный прогресс в области выпрямления тока, оборудование для преобразования переменного тока в постоянный и обратно до сих пор стоит очень больших денег. Настолько больших, что строительство сетей переменного тока, даже с учетом повышенного расхода материала для проводов, выходит сильно дешевле. Вне зависимости от длины линии, стартовая цена высоковольтной магистрали постоянного тока обязательно включает стоимость двух преобразователей в начале и конце линии — габаритных и очень дорогих устройств, производимых всего несколькими компаниями в мире, в числе которых и Toshiba. На это оборудование приходится до половины стоимости сети.

Но по мере увеличения длины магистрали стоимость линии на переменном токе растет быстрее, чем на токе постоянном. Виной тому сложность магистрали HVAC — для передачи аналогичной мощности HVDC нужно вдвое меньше проводников меньшего диаметра, а значит, вдвое меньше опор, которые и сами стоят немало, и требуют крайне дорогостоящего монтажа. При длине линии около 600 км стоимость HVDC и HVAC равна, но на больших расстояниях, порядка 2000 км, HVDC выходит сильно дешевле, чем HVAC, примерно на 30-40%, а это сотни миллионов долларов экономии.

Стоимости HVDC и HVAC пересекаются на линии, длинной около 600 км. Далее HVDC становится заметно выгодней. Источник: wdwd / Wikimedia Commons

На каждые 1000 км линии потери в HVDC составляют 2-3%, а самое современное оборудование позволяет снизить этот параметр до 1%. Потери в HVAC могут достигать 6%. Даже в самых эффективных сетях переменного тока с самым лучшим оборудованием потери будут на 30-40% больше, чем в HVDC Несколько процентов от полной мощности — вроде бы терпимая ерунда? Когда речь идет о сетях, передающих несколько гигаватт, каждый процент превращается в десятки потраченных впустую мегаватт, которые можно было бы использовать для электроснабжения маленького города. Не говоря уже о потерянной прибыли.

Прошлое, настоящее и будущее HVDC

HVDC-ветка в между Данией и Швецией передает 350 МВт всего по двум проводникам. Всего два провода — это отличительная особенность воздушных линий постоянного тока, в линиях переменного тока проводников больше в два-три раза. Встречаются и монополярные HVDC с всего одним проводником (второй вывод из выпрямителя соединяют с землей), но их использование несет проблемы для подземных металлоконструкций, поэтому чаще применяется биполярная схема с двумя проводниками. Источник: Shuttertock

HVDC является оптимальным решением для связи сетей стран, разделенных морем. Так ветка между итальянским городом Чепагатти и муниципалитетом Котор в Черногории, которая экспортирует электроэнергию в Италию, пролегает по дну Адриатического моря — используй эта 400-километровая ветка переменный ток, емкостные потери в кабеле были бы слишком большими, и это бы удорожало стоимость электроэнергии для Италии. Кстати, в строительстве этой линии участвовала Toshiba: мы поставили преобразователи напряжения.

Но всё же больше всего Toshiba поучаствовала в строительстве HVDC-сетей в Японии, где исторически сложилась очень необычная ситуация: западная часть страны эксплуатирует ток с частотой 60 Гц, а восточная — 50 Гц. Эта коллизия, которую уже невозможно устранить, возникла еще в конце XIX века, когда Япония одновременно закупила генераторы в Европе и США с выходной частотой тока 50 Гц и 60 Гц соответственно. Результатом поспешного решения далекого прошлого стала вынужденная необходимость строить HVDC-ветки для соединения энергосистем разных частей страны.

HVDC-сети и вставки постоянного тока в Японии помогала строить Toshiba. Первой стала вставка для соединения внутри страны сетей на 50 Гц и 60 Гц, построенная в 1977 году при участии Toshiba. Ее мощность на момент постройки составила 600 МВт. К 2021 году Toshiba провела глубокую модернизацию вставки, увеличив ее мощность на 900 МВт и уменьшив число используемых тиристоров, что позволило немного сэкономить на оборудовании.

Элегазовые выключатели и трансформатор на линии 550 кВ, соединяющей восточную и западную энергосети Японии. Источник: Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Первая высоковольтная линия постоянного тока, длиною 193 км, связала острова Хоккайдо и Хонсю в 1979 году. Сеть передает 300 МВт с напряжением 250 кВ. В 2000 году мы поставили тиристорные конверторы для мощнейшей подводной HVDC-линии между островами Сикоку и Хонсю — ветка передает 1400 МВт. На момент строительства линии в ней использовались самые крупные в мире тиристоры, которые в следующий раз применялись только 10 лет спустя при постройке китайской HVDC Lingbao 2.

Третья японская HVDC, построенная между островами Хоккайдо и Хонсю, была запущена совсем недавно — в 2019 году. Toshiba выступила главным поставщиком преобразователей на полярных транзисторах с изолированными затворами (IGBT).

На сегодняшний день в мире построено более 150 сетей HVDC и 50 вставок постоянного тока. Среди них есть как объекты, построенные в 1970-х годах прошлого века, так и совсем новые. Около 10 HVDC в Европе находятся в стадии строительства прямо сейчас с планируемым сроком запуска 2021-2025 годы. Строящиеся линии соединяют некоторые европейские страны с Великобританией (для выравнивания нагрузки на европейскую энергосеть), тянуть до которой подводный HVAC бессмысленно.

Однако интерес к HVDC-сетям в последние годы растет, и причина тому — «зеленая» энергетика. В отличие от угольных, газовых и атомных электростанций, возобновляемые источники энергии имеют очень четкую географию: в одних областях больше солнечных дней, в других чаще и стабильней дует ветер.

В Германии около 63 ГВт установленной мощности приходится на ветряные электростанции, 7,8 ГВт из которых — оффшорные станции, расположенные в Северном море в десятках километров от берега. Если нужно передать гигаватты мощности от «ветряков» по кабелям, лежащим под водой, лучшим выбором будет, как вы помните, сеть постоянного тока.

Вот так аккуратно выглядит конвертор для HVDC будущей оффшорной ветряной электростанции Dogger Bank на севере Великобритании. Агрегат будет полностью автономным, не требующим присутствия технического персонала. Источник: Aibel

В Австралии компания Sun Cable готовится приступить к постройке гигантской фотовольтаической (солнечной) электростанции, мощностью 14 ГВт. Причем электроэнергию с нее будут потреблять не в Австралии, а в Сингапуре, куда она будет поступать по подводной HVDC-сети.

Чем больше в мире будет появляться масштабных проектов, связанных с возобновляемыми источниками энергии, тем сильнее будут востребованы высоковольтные линии постоянного тока. Не стоит фантазировать о том, что однажды мечты Эдисона осуществятся и в наших розетках переменное напряжение сменится постоянным, — этого не будет, пожалуй, никогда. Тем лучше, что переменный и постоянный токи пришли к органичному сосуществованию и взаимовыручке в деле электроснабжения планеты.

AD4 DC User Guide

Модуль питания постоянного тока представляет собой усовершенствование, позволяющее приемникам AD4D и AD4Q работать с питанием переменного или постоянного тока. Модуль постоянного тока обеспечивает питание в случае сбоя или отсутствия питания переменного тока. Переключение между питанием переменного и постоянного тока происходит незаметно, без воздействия на работу приемника.

Основные особенности

• Работа от источника питания переменного тока
• Защита от перенапряжения и недонапряжения
• Защита от обратной полярности

Соединения питания

Модуль постоянного тока может работать в следующих режимах входа.

• Переменный и постоянный ток
• Только переменный ток
• Только постоянный ток

1. Убедитесь, что выключен переключатель питания приемника.
2. Подключите источник питания переменного тока ко входу переменного тока.
3. Подключите источник питания постоянного тока ко входу постоянного тока.
4. Включите переключатель питания приемника.

Примечание: если источник питания переменного тока исправен и включен, приемник будет работать от питания переменного тока.

Режимы и значки работы

Значок на начальном экране указывает на рабочий режим и источник питания приемника.

Значок	Рабочий режим	Источник питания
	Доступно питание постоянного тока.	Приемник работает от источника питания переменного тока, питание постоянного тока доступно.
	Работа приемника от источника питания постоянного тока.	Приемник работает от источника питания постоянного тока. Источник питания переменного тока неисправен или не подключен.
	Питание постоянного тока недоступно.	Источник питания постоянного тока не подключен или уровень напряжения ниже минимально допустимого.

Примечание: для обеспечения надежной работы питания переменного тока следите, чтобы батарея была заряжена минимум до 10,9 В постоянного тока.

Отслеживание состояния питания постоянного тока

Состояние модуля постоянного тока можно просмотреть в меню приемника.

1. В меню Device Configuration выберите DC Power Status.
2. На экране модуля постоянного тока отображается следующая информация.
   • DC MODULE INSTALLED: Yes или No
   • DC POWER AVAILABLE: Yes или No
   • POWER SOURCE: AC или DC

Схема разъемов, разъем постоянного тока на 4-контактный разъем XLR

Рекомендованный калибр кабеля для разъема:

• 15 футов и менее: 18 AWG (1 мм²)
• 16–25 футов: 16 AWG (1,5 мм²)
• 26–32 фута: 14 AWG (2,5 мм²)

Важно: общая длина кабеля не должна превышать 32 фута.

Диапазон входного напряжения постоянного тока

10.9 до 14.8 В пост. тока

Максимальный входной постоянный ток

Режимы защиты

Перенапряжение, Недонапряжение, Обратная полярность

Тип разъема

4-контактный разъем XLR	Контакт 1	Минус
	Контакт 2	Нет соединения
	Контакт 3	Нет соединения
	Контакт 4	Плюс

Смертельное поражение постоянным электрическим током низкого напряжения

Первый случай летального исхода от поражения электрическим током произошел 133 года назад [1]. По отчетным данным БСМЭ РФ, количество смертельных случаев от воздействия электрическим током за последние 5 лет составило: в 2007 г. — 1720, в 2008 г. — 1396, в 2009 г. — 1162, в 2010 г. — 1278, в 2011 г. — 1234. Число экспертиз смертельного поражения электрическим током в практике экспертных подразделений СПб ГБУЗ «Бюро судебно-медицинской экспертизы» в 2007 г.

— 24, в 2008 г. — 19, в 2009 г. — 19, в 2010 г. — 14, в 2011 г. — 16. Наряду с поражением «бытовым» переменным током (220 В) встречаются случаи смертельных исходов при поражении постоянным током так называемого «безопасного» напряжения (12 В). Анализ специальной литературы показывает, что смертельные исходы при малом напряжении (10—24 В) достаточно редко встречаются в экспертной практике [2, 3]. Все подобные случаи индивидуальны и порой вызывают значительные затруднения в ходе экспертного исследования.

Удельное объемное сопротивление кожи составляет от 3 до 20 кОм [4, 5]. Согласно ГОСТ 12.1.038—82 «Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов» напряжения  прикосновения  и  токи,  протекающие  через  тело человека  при  нормальном (неаварийном) режиме электроустановки,  не должны превышать следующих значений:

— переменный ток, частота 50 Гц, напряжение не более 2 В, величина (сила) тока не более 0,3 мА;

— переменный ток, частота 400 Гц, напряжение не более 3 В, величина (сила) тока не более 0,4 мА;

— постоянный ток, напряжение не более 8 В, величина (сила) тока не более 1,0 мА [6].

С уменьшением длительности воздействия значение допустимых для человека токов существенно увеличивается, так, при сокращении времени воздействия с 1 до 0,1 с допустимая сила тока возрастает в 16 раз. Кроме того, кратковременное воздействие электрического тока уменьшает опасность поражения человека благодаря некоторым особенностям работы его сердца. Продолжительность одного периода кардиоцикла составляет 0,75—0,85 с. В каждом кардиоцикле наблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются и выталкивают кровь в артериальные сосуды (на электрокардиограмме (ЭКГ) он соответствует пику QRS). Фаза окончания сокращения желудочков и перехода их в расслабленное состояние (на ЭКГ соответствует периоду Т) сменяется периодом диастолы, когда желудочки вновь наполняются кровью. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока во время Т-фазы кардиоцикла. Для того чтобы возникла фибрилляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с Т-фазой, продолжительность которой равна 0,15—0,2 с.

При условии сокращения длительности воздействия электрического тока вероятность такого совпадения становится меньше, а следовательно, уменьшается опасность фибрилляции сердца. В случае несовпадения времени прохождения электрического тока через человека с длительностью Т-фазы его кардиоцикла токи, значительно превышающие пороговые значения (по силе и напряжению), не вызовут фибрилляцию сердца.

К.А. Ажибаев [7] выделяет 4 типа танатогенеза при поражении техническим электричеством: сердечный, дыхательный, смешанный и отдельно — смерть от электрического шока.

В генезе смерти от электрического шока в случае его воздействия на область шеи имеют место сразу несколько основных механизмов: угнетение функции продолговатого мозга, раздражение блуждающего нерва, фибрилляция желудочков сердца и тетанический спазм дыхательных мышц [2].

По мнению В.Е. Манойлова [8], анализ случаев поражения электрическим током показывает, что летальные исходы при низком напряжении (12—36 В) не столь уж редки. Однако в доступной литературе описание таких случаев наступления смерти практически отсутствует.

В связи с этим приводим следующий случай из нашей экспертной практики.

Летом 2012 г. на территории гаражно-строительного кооператива Санкт-Петербурга у одного из гаражей был обнаружен труп гр-на А., 57 лет. Труп лежал на спине, у левого переднего колеса легкового автомобиля «Ford Taurus», припаркованного рядом с гаражом. Капот машины был открыт, аккумуляторная батарея с оголенными клеммами располагалась с левой стороны подкапотного пространства. Прибывшим врачом скорой медицинской помощи была зафиксирована «смерть до прибытия от неизвестной причины».

Труп мужчины с надетой на шею серебряной цепочкой был доставлен на секционное исследование. В морге каких-либо повреждений на одежде не выявлено. При этом на коже задней и обеих боковых поверхностей шеи в ее средней трети была выявлена черная полоса ожога в виде петли длиной 34 см, шириной от 0,8 до 1 см, с четкими несколько приподнятыми краями, неровным, плотным, черным дном, на котором четко определялись поперечные плотноватые неправильно-овальные углубления размером 0,8×0,4 см в виде рельефа звеньев цепочки (рис.

1, на цв.вклейке).Рисунок 1. Полосовидное повреждение на шее трупа (термический ожог) от воздействия постоянного электрического тока. Каких-либо других повреждений, изменений или особенностей, которые могли возникнуть в результате воздействия электрического тока (электрометки), при наружном исследовании трупа не выявлено.

При секционном исследовании трупа обнаружена морфологическая картина быстро наступившей смерти. При исследовании сердца (масса 420 г, размер 15×13×5,5 см) было установлено, что околосердечная сумка цела, не напряжена, содержит следы прозрачной, желтоватой жидкости. Из полостей сердца и крупных кровеносных сосудов выделяется жидкая темно-красная кровь с рыхлыми и тусклыми свертками. Поверхность сердца с умеренно выраженной жировой тканью по ходу сосудов, под его наружной оболочкой определяются единичные, точечные, темно-красные кровоизлияния. Венечные артерии с гладкой, плотноватой стенкой. Внутренняя оболочка сердца гладкая, прозрачная; клапаны и хордальные нити тонкие, слабоэластичные, желтоватые.

В сосочковых мышцах задней стенки левого желудочка выявлены темно-красные кровоизлияния, занимающие окружность по основанию створок клапанов сердца: двустворчатого 11 см, трехстворчатого 13 см, аортального 5,5 см, легочного ствола 6,2 см. Полости сердца были расширены за счет переполнения правых отделов жидкой, темно-красной кровью. Толщина мышцы правого желудочка 0,5 см, левого — 1,9 см, межжелудочковой перегородки — 1,2 см.

По проведении судебно-медицинского исследования трупа с применением лабораторных методов была диагностирована смерть гр-на А. в результате поражения техническим электричеством.

При судебно-гистологическом исследовании ожогового участка кожи с задней поверхности шеи были установлены характерные микроморфологические признаки электрометки и термического воздействия (очаговая отслойка эпидермиса, сотовидные пустоты в роговом слое эпидермиса, вытягивание клеток и их ядер в базальном и шиповатом слоях с образованием щеткообразных фигур, наложение аморфных частиц черного и бурого цвета на поверхности кожи, метахромазия, базофилия, переориентация коллагеновых волокон дермы, полнокровие сосудов дермы).

Здесь же определялись кровоизлияния в мягких тканях шеи без клеточной реакции.

При судебно-гистологическом исследовании сердечной мышцы установлен склероз некоторых интрамуральных артерий миокарда, периваскулярный кардиосклероз, очаговая гипертрофия кардиомиоцитов с их фрагментацией и дистрофическими изменениями, отек и очаговый липоматоз стромы, неравномерное кровенаполнение сосудов миокарда.

При медико-криминалистическом исследовании полосовидного повреждения шеи установлено, что кожный покров вне зоны повреждения (по периферии лоскута) розовато-сероватый, с сохраненной надкожицей, без изменений и посторонних наложений. Повреждение в виде четко ограниченного черного полосовидного участка кожи (длиной 270 мм и шириной 8—10—24 мм) продольно занимает весь участок кожного лоскута. Ближе к левому концу кожного лоскута внешние контуры повреждения менее отчетливые. Возвышающиеся валикообразные и уплотненные верхний и нижний края ожогового участка выражены одинаково хорошо, имеют желтовато-коричневый цвет, с участками отслоения надкожицы неправильной овальной формы размером до 15×8 мм, с сухим темно-красным дном на уровне окружающей кожи. По краям повреждения определяются обрывки смещенного и собранного в складки эпидермиса. Западающее и плотное дно ожоговой поверхности имеет коричневато-черный цвет, с микротрещинами и хорошо выраженным рельефом, состоящим из двух рядов четко ограниченных однотипных неправильно-овальных углублений размером 5×4 мм, располагающихся относительно друг друга в шахматном порядке (рис. 2, на цв. вклейке).Рисунок 2. Отображение звеньев цепочки в области повреждения кожи шеи. Дно указанных углублений со следами выраженного термического воздействия в виде обугливания и почернения с интенсивным налетом черного аморфного мелкодисперсного вещества (копоти). На остальном протяжении полосовидного участка, в том числе по его краям, выявлены слабовыраженные пылевидные отложения копоти в виде серо-черного аморфного мелкодисперсного черного вещества (рис. 3, на цв. вклейке).Рисунок 3. Отложение копоти на дне повреждения кожи шеи. Окружающая ожог кожа на вид не изменена, волосы на ней не опалены. С внутренней стороны участка кожи в проекции полосовидного повреждения выявлены очаговые темно-красные кровоизлияния в подкожную клетчатку.

При исследовании методом эмиссионного спектрального анализа участка кожи с повреждением шеи и контрольного участка кожи в области ожога выявлено наличие серебра и повышенное содержание меди (относительно контрольного участка кожи).

При медико-криминалистическом исследовании цепочки с крестиком, снятой с шеи трупа, установлено, что оба изделия изготовлены из белого блестящего металла, не притягивающегося магнитом. Цепочка образована ленточным плетением звеньев, имеющих одинаковую форму и размер (рис. 4, на цв. вклейке).Рисунок 4. Звенья цепочки, снятой с шеи трупа. Длина ее 64 см (с застегнутым замком, в сложенном пополам состоянии — 32 см). Звенья цепочки сложной конфигурации размером 8×5,5×2,5 мм образованы двойным переплетением кольцевидных элементов. В зоне замка цепочки имеется заводская маркировка с обозначением пробы изделия: 925. На цепочку надет свободно перемещающийся фигурный металлический крестик размером 40×30×4 мм. На застежке крестика также имеются заводские клеймо и маркировка с обозначением пробы изделия: 925. Наличие на цепочке и крестике вышеуказанных заводских маркировок дает основание полагать, что оба изделия изготовлены из серебра пробы 925. Общая масса цепочки с крестиком 34 г.

При осмотре цепочки невооруженным глазом и при микроскопическом исследовании в 135 мм от ее замка по одной из плоских сторон на протяжении 280 мм выявлены слабо различимые нарушения поверхностных слоев звеньев в виде микроскопических неровностей, бугристостей, раковин и каверн со сглаженными краями. Здесь же определяются наложения микрочастиц биологического происхождения, а именно плотно фиксированных обрывков эпидермиса в виде тонких частично обугленных чешуек. Поверхность звеньев цепочки на описываемом участке покрыта тонким налетом плохо снимающегося аморфного мелкодисперсного вещества серо-черного цвета (копоть).

В результате медико-криминалистического исследования сделан вывод о том, что представленное полосовидное повреждение (ожог кожи) шеи является электрометкой. Основным металлом токонесущего проводника, причинившего данное повреждение, являлось серебро. Следовательно, проводником, непосредственно контактировавшим с кожей шеи в момент поражения гр-на А. электрическим током, была серебряная цепочка.

Таким образом, приведенный пример демонстрирует возможность не только наступления смертельного исхода при поражении электрическим током низкого напряжения (12 В), но и экспертные возможности при исследовании подобных случаев.

На пороге второй войны токов: сможет ли постоянный ток завоевать мир?

Постоянный ток продолжает свое все еще медленное, но победное наступление на мир современной электроэнергетики. Борьба сторонников постоянного и переменного токов, остро развернувшаяся в конце XIX века между Эдисоном, с одной стороны, и Вестингаузом и Теслой, с другой, казалось бы, была окончательно забыта больше, чем на 100 лет, несмотря на то, что последние сети постоянного тока, исторически существовавшие в Нью-Йорке, были переведены на переменный ток только в 2007 году.

Но совершенно неожиданно в последнее время эта борьба возобновилась с новой силой и даже рискует попасть в фокус внимания широкой общественности, когда в прокат наконец выйдет «Война токов» с Бенедиктом Кембербетчем. Более того, постоянный ток, получивший немалое распространение в сверхвысоковольтных магистральных сетях в ЕС и Китае, продолжает свое наступление — на этот раз на распределительные сети и децентрализованную энергетику.

«Война токов» – новый фильм о противостоянии Томаса Эдисона и Джорджа Вестингауза

В ближайшие 25 лет разные игроки энергетического рынка, включая конечных потребителей, смогут за счет применения постоянного тока снизить свои затраты на электроэнергию — как за счет капитальных, так и за счет операционных расходов — на 30%. Именно так перспективы и преимущества перехода на постоянный ток в распределительных сетях и системах электроснабжения совсем недавно оценили аналитики PWC [1]. Они видят четыре основных драйвера спроса на переход к постоянному току:

• Существенный рост доли устройств, работающих на постоянном токе, как среди генерирующего, так и среди потребляющего оборудования.
• Потребности сетевой инфраструктуры в технологиях для бесшовной зарядки электромобилей и передачи больших мощностей на большие расстояния.
• Быстрое развитие технологий и улучшение технико-экономических показателей преобразовательной техники, используемой в системах и сетях на постоянном токе.
• Появлением отраслевых и государственных стандартов электроснабжения на постоянном токе, например, предложенного EMerge Alliance в США.

Рис. 1. Проект ARDA Power

Результаты наших поисков новых практик применения постоянного тока в распределительных сетях дают очень похожее представление об эффектах реализации этого набирающего силу подхода. Например, Bosch на основе пилотного проекта электроснабжения спортивного комплекса на постоянном токе в Форте Брэгг (штат Северная Каролина, США), обещает снижение технических потерь в сетях низкого напряжения с 12,5% до 3%, а стоимости владения системой электроснабжения на жизненном цикле 25 лет — на те же 30% , что и PWC. Другой пионер рынка DC-microgrid, американская ARDA Power, на своем пилотном объекте — офисном здании с крышными солнечными панелями и проточной батареей — показывает снижение капитальных затрат на разворачивание DC-microgrid на 60% в сравнении с аналогичным решением на переменном токе.

Рис. 2. Энергоснабжение микрорайона на переменном токе

Свой вариант архитектуры распределительных сетей микрорайона на постоянном токе и оценки ее сравнительной эффективности есть и у нас в рамках архитектурного проекта IDEA. Традиционная схема на переменном токе начинается с ввода в распределительную подстанцию среднего напряжения (20 или 10 кВ). К линям распределительной подстанции подключены понижающие трансформаторные подстанции, состоящие из двух трансформаторов (основного и резервного) с понижением напряжения 20/0,4 кВ или 10/0,4 кВ. На каждую из линий 0,4 кВ, идущих от этих трансформаторов, подключены дома, питающиеся по двум вводам, один из которых резервный. На одну трансформаторную подстанцию может приходиться совмещенная нагрузка от 400 кВт до 1 000 кВт, т. е. примерно 10–15 таунхаусов.

Рис. 3. Энергоснабжение микрорайона на постоянном токе

Схема электроснабжения на постоянном токе, которую предлагаем мы, представляет собой замкнутые кольца постоянного тока 880 В — по кольцу на микрорайон. Каждое кольцо опирается на две понижающие тяговые подстанции с одним трансформатором и активными выпрямителями напряжения. На каждое кольцо подключены все здания микрорайона, каждое здание имеет ввод и вывод, которые могут автоматически, в случае аварийной ситуации, меняться за счет управления уровнем напряжения, так, чтобы поток мощности мог идти по кольцу по любому из направлений. Это обеспечивает существенное повышение надежности без резервирования трансформаторных мощностей. И в такой схеме вообще нет необходимости в трансформаторных подстанциях.

Преобразователи постоянного тока (DC/DC) предлагается выполнить на размещаемых в зданиях емкостных делителях напряжения, обеспечивающих последовательное понижение напряжения до 440 В и затем до 220 В. В каждом здании разворачивается несколько плеч 440 В и на каждом — несколько плеч 220 В. Двунаправленный поток мощности в рамках каждого плеча, необходимый, например, для установки микрогенерации, накопителей электроэнергии и реализации локального р2р-рынка электроэнергии между таунхаусами, обеспечивается управлением уровня напряжения в пределах ±10 В от опорного значения. Для перенаправления потока мощности между плечами или из сети 220 В в сеть 440 В и выше этот поток мощности порциями передается через конденсаторы емкостных делителей и за счет управления уровнем напряжения в другом плече или в сети более высокого напряжения. Это потребует реализации цифровой системы управления перетоками мощности и набора интеллектуальных интерфейсов между плечами и сетями схемы. При этом накопители энергии могут быть подключены в такой схеме без инверторов параллельно на шину конденсаторов емкостных делителей.

Предлагаемая схема обладает немалым набором преимуществ в сравнении с электроснабжением на переменном токе и хорошим потенциалом эффективности:

• За счет более чем двукратного увеличения напряжения распределительной сети (880 В на постоянном токе против 380 В на переменном) уменьшается сечение линий распределительной сети микрорайона и увеличивается их рабочая длина.
• Подстанции 20/0,88 кВ могут устраиваться как однотрансформаторные с достаточным уровнем надежности.
• Существенно снижается необходимый объем кабельной продукции.
• Сокращается размер отчуждаемой территории под строительство сетевых подстанций и распределительной сети.
• Исключаются проблемы с качеством электроэнергии, уровнем напряжения, гармоническим составом тока и реактивной мощностью.
• Сокращаются технические потери электроэнергии.
• Обеспечивается простая интеграция систем накопления энергии и микрогенерации, в том числе на возобновляемых источниках энергии.

В рамках системы электроснабжения на постоянном токе предлагается снизить расчетную потребную мощность приемников и тем самым уменьшить мощность технологического присоединения с учетом следующих факторов:

• Снижение технических потерь активной мощности до уровня 3–4%.
• Снижение потребности в присоединенной мощности за счет передачи только активной мощности.
• Реализации интеллектуальных алгоритмов управления нагрузкой, работающих в DC/DC-преобразователях в квартирах, не допускающих одновременного включения на полную мощность большого числа потребляющих устройств.

Реализация этих возможностей позволит снизить потребную присоединенную мощностью жилого помещения почти до номинальной мощности двух-трех самых мощных приемников электроэнергии. В целом, можно ожидать снижение потребности в присоединенной мощности в два и даже три раза в расчете на одно помещение. [medium.com]

---

Редакция благодарит Игоря Чаусова и телеграм-канал Internet of Energy за разрешение на перепечатку материала.

Решения SATEC для систем постоянного тока

Системы, генерирующие или потребляющие постоянный ток, становятся всё более популярными. Наиболее часто они применяются в телекоммуникациях, солнечных и ветровых электростанциях, системах накопления электроэнергии, ЦОДах, в металлургии и на транспорте.

Компания SATEC адаптировала несколько приборов для измерения постоянного тока с помощью датчиков Холла: это позволяет точно измерять постоянный ток и напряжение, одновременно с этим используя прочий функционал приборов.

Прибор может контролировать 3 независимые цепи постоянного напряжения через 3 независимых входа.

Прибор выполняет прямое измерение до 800 В постоянного тока.

Измерение постоянного тока 1500 В и 2500 В тока возможно с помощью специального модуля – делителя постоянного напряжения SATEC Voltage Ratio Module.

Рис. 1 – модуль для подключения постоянного напряжения 1500 В

  

Рис. 2 – чертежи модуля с размерами.

Основные характеристики модуля:

• Размеры: 127 x 75 x 52 мм

• Вес: 80 г

• Установка: DIN-рейка

• Точность 0,1%

• Первичное напряжения 1500 В

• Тип резистора: 10 МОм.

В устройстве 3 независимых входа тока с номинальным током 20 мА, к которым можно подключать стандартные датчики Холла с выходами 0-20 мА / + – 20 мА.

Рис. 3 – Схема подключения датчиков, основанных на эффекте Холла для измерения постоянного тока.

Мощность постоянного тока рассчитывается с указанием направления потока мощности.

Энергия для каждого канала рассчитывается отдельно.

Точность измерения тока: 0,5% (зависит от типа датчика Холла).

границ | Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS): руководство для начинающих по разработке и внедрению

Улучшение когнитивных процессов человека уже давно находится в центре внимания научных экспериментов, а транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) недавно вышла на первый план в качестве многообещающего инструмента для модуляции когнитивных и двигательных навыков (Nitsche and Paulus, 2000). Популярность метода выросла за последнее десятилетие, о чем свидетельствует поиск в PubMed, в результате которого в период с 2011 по 2015 год было найдено 1500 опубликованных статей, содержащих фразу «tDCS», по сравнению с 65 статьями, опубликованными в период с 2000 по 2005 год.tDCS включает в себя излучение слабого электрического тока, традиционно путем размещения двух электродов, прикрепленных к коже головы участника. В этой традиционной однополушарной установке tDCS один электрод известен как электрод-мишень, а другой — электрод сравнения. В некоторых монтажных работах референтный электрод размещается экстрацефально, например, на плече. С другой стороны, электроды могут быть размещены «двухполушарно», чтобы излучать двойную стимуляцию на две параллельные коры (например, теменную кору — Benwell et al., 2015). Это относится к целенаправленной активизации одной области мозга и подавлению другой (Lindenberg et al., 2010). В настоящее время также становится обычным использовать несколько электродов меньшего размера вместо одного электрода-мишени и электрода сравнения (см. раздел «Какого размера должны быть электроды?»).

Во время стимуляции между электродами протекает ток, который проходит через мозг, замыкая цепь. Обычно считается, что положительный анодный ток временно облегчает поведение, связанное с областью коры головного мозга под электродом-мишенью, тогда как отрицательный катодный ток подавляет поведение (Nitsche et al., 2008). Как и транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС), активную стимуляцию можно сравнить с фиктивным протоколом (см. раздел Что такое фиктивное состояние?). Направление тока различает анодную и катодную стимуляцию, модулируя мембранный потенциал покоя стимулируемых нейронов (Nitsche and Paulus, 2000). Анодная стимуляция деполяризует нейроны, увеличивая вероятность возникновения потенциалов действия, тогда как катодная стимуляция гиперполяризует нейроны, тем самым уменьшая вероятность возникновения потенциалов действия (Nitsche et al., 2008). Эти эффекты, специфичные для полярности, были продемонстрированы в нескольких парадигмах (Antal et al. , 2003; Priori, 2003) как во время (онлайн), так и после стимуляции (офлайн) (см. раздел «Каковы различия между онлайн- и оффлайн-дизайнами?»).

Несмотря на то, что tDCS, как правило, является гибким с точки зрения протоколов и электрической дозировки, непросто выбрать наиболее эффективную схему для данного эксперимента. Отчасти это связано с отсутствием в настоящее время доступных сопоставимых исследований: в опубликованных исследованиях существуют большие различия в протоколах и условиях, и многие из них часто недостаточно мощные из-за небольшого размера выборки (Berryhill et al., 2014; Ли и др., 2015). Таким образом, для исследователей, которые плохо знакомы с tDCS, разработка эксперимента может быть трудоемким процессом, который включает в себя сортировку множества публикаций, в которых отсутствует консенсус. Кроме того, как правило, публикуются только эксперименты, дающие значительные результаты (Møller and Jennions, 2001), что приводит к несбалансированному описанию успешных и неудачных методологий tDCS.

В этой статье представлено пошаговое руководство по проведению эксперимента tDCS, разработанное в помощь исследователям, которые плохо знакомы с этой техникой.Мы выделяем некоторые основные принципы, которые следует учитывать при планировании эксперимента, и в этом процессе ссылаемся на методологическую изменчивость, которая может препятствовать созданию проверяемых и основанных на фактических данных прогнозов. Хотя некоторые из рекомендаций, которые мы рассматриваем, могут быть аналогичны рекомендациям, предоставленным производителями устройств tDCS, мы также рассмотрим некоторые двусмысленные вопросы в литературе, которые не всегда учитываются в «официальной» документации. Кроме того, производители не всегда поставляют со своими устройствами наиболее подходящие компоненты, и поэтому мы надеемся, что приведенные здесь советы позволят новым пользователям принимать более обоснованные решения относительно своей парадигмы.

Зачем использовать tDCS?

tDCS — это неинвазивный метод, позволяющий осуществлять обратимую модуляцию активности в определенных областях мозга. Это предоставило ценный инструмент для установления взаимосвязей между мозгом и поведением в различных когнитивных, двигательных, социальных и аффективных областях (обзор см. в Filmer et al., 2014), и было показано, что у здоровых людей поведение, ускорить обучение и повысить производительность задач (Coffman et al., 2014; Parasuraman and McKinley, 2014).Например, было показано, что анодная стимуляция улучшает распознавание выражения лица (Willis et al., 2015) или подавляет агрессивные реакции (Dambacher et al., 2015; Riva et al., 2015), тогда как катодная стимуляция, как было показано, способствует имплицитной стимуляции. моторное обучение при стимуляции дорсолатеральной префронтальной коры путем подавления активности рабочей памяти (Zhu et al., 2015). С практической точки зрения, оборудование многоразовое, относительно недорогое и легко заменяемое в случае износа или повреждения. Это способствует его терапевтическому потенциалу в клинических науках — исследователям или пациентам легко вводить tDCS в домашних условиях, и вскоре его можно будет использовать вместе с лекарственными препаратами (или вместо них) для ускорения выздоровления и улучшения двигательных и когнитивных функций (Brunoni). и другие., 2012). Действительно, tDCS даже успешно применялась для уменьшения симптомов депрессии (Fregni et al., 2006; Nitsche et al., 2009), хотя эта область нуждается в дальнейшем расширении, чтобы поддерживать ее использование для этой цели. В небольших исследованиях было показано, что он уменьшает галлюцинации у людей с шизофренией (Agarwal et al., 2013) и улучшает задержку усвоения синтаксиса при расстройствах аутистического спектра (Schneider and Hopp, 2011).

Как мне его использовать?

Проведение сеанса стимуляции

Здесь мы описываем стандартную установку tDCS с использованием мишени и электрода сравнения.Во-первых, необходимо определить желаемые места размещения электродов (дополнительные сведения о методах локализации см. в разделе «Локализация размещения электродов»). Прежде чем прикрепить электроды к коже головы, экспериментатор должен убедиться, что кожа не повреждена и не повреждена. Если в качестве проводящего вещества используется физиологический раствор, электроды можно поместить в губчатые пакеты, пропитанные водой, чтобы они были достаточно влажными, но не капали. Тем не менее, становится все более распространенным использование проводящей пасты или геля ЭЭГ для прикрепления электродов к коже головы, которые могут контролировать распределение тока более эффективно, чем физиологический раствор.Волосы участника должны быть разделены пробором, чтобы обеспечить хороший контакт между кожей головы и электродом. Солевой раствор не должен стекать по коже головы или растекаться по волосам. Затем электроды прикрепляются к стимулятору с помощью проводов, подключенных к соответствующим анодным/катодным портам. После размещения электрода над целевым участком его следует закрепить колпачком, резиновыми лентами или эластичной трубчатой ​​сеткой. Таким же образом следует закрепить контрольный электрод. Стандартное оборудование показано на рисунке 1.

Рисунок 1 . Оборудование tDCS для комплекта HDC. (A) Неопреновые плавательные шапочки для крепления электродов, (B) Ремни для крепления электродов, (C) Соединительный кабель программатора/стимулятора, (D) Блок питания, (E) Стимулятор tDCS (батарейки) внутри), (F) Программатор параметров стимулятора tDCS, (G) губчатые пакеты для хранения, (H) кабели электродов (красный — анодный; черный — катодный), (I) резиновые электроды, (J) ) кабельный соединитель, (K) токопроводящий гель для ЭЭГ, (L) измерительное оборудование (моющаяся ручка и измерительная лента), (M) физиологический раствор (пакеты по 20 мл для удобства применения). Не все комплекты tDCS поставляются с отдельным стимулятором и программатором параметров.

После прикрепления электродов необходимо запрограммировать продолжительность стимуляции, силу тока и время нарастания/спада (см. раздел «Какие параметры следует использовать?»). Некоторые стимуляторы позволяют экспериментатору предварительно запрограммировать параметры стимуляции, в то время как другие требуют ручного ввода перед каждым сеансом. Важно следить за участником во время стимуляции, в том числе в фиктивных условиях, чтобы не испытывать дискомфорта.Также важно проверить уровни импеданса, отображаемые на стимуляторе, чтобы убедиться, что стимуляция не потерпела неудачу. Надежное и последовательное применение tDCS требует хорошего контакта с кожей головы, чтобы поддерживать проводимость в контуре. Высокий уровень импеданса является индикатором плохой проводимости и может быть результатом неправильной настройки электрода. Поскольку уровни импеданса показывают, может ли ток оставаться постоянным, важно следить за этими уровнями, отображаемыми на стимуляторе на протяжении всего эксперимента. Высокий уровень импеданса может быть результатом неправильного разделения волос для обеспечения хорошего контакта с кожей головы или отсутствия проводящего вещества между кожей головы и электродом. Да Силва и др. (2011) рекомендуют поддерживать уровни импеданса ниже 5 кОм. Таким образом, отказ от стимуляции может быть устранен путем повторного нанесения физиологического раствора на удерживающие мешки или путем более тщательного разделения волос под электродами.

Определение местоположения электрода

Для определения местоположения электрода можно использовать несколько методов.Наиболее распространенным методом является система ЭЭГ 10:20 (Klem et al., 1999). Если это используется, голова участника сначала измеряется, чтобы точно определить местонахождение областей интереса. Обычно это делается путем измерения от иниона до naison и от левого преаурикулярного до правого преаурикулярного (Klem et al., 1999). Затем измерения можно использовать в сочетании с системой ЭЭГ 10:20 для обнаружения областей интереса. Затем целевые области могут быть отмечены смываемым маркером. В качестве альтернативы можно использовать программное обеспечение для нейронавигации, которое может быть более точным, чем система ЭЭГ 10:20.Однако этот метод зависит от участника, проходящего МРТ. Доступ к прошлым МРТ-сканам может быть достижим, но если нет, сканирование каждого участника перед прохождением tDCS может быть дорогостоящим. Также может использоваться физиологическое размещение; например, если интересующей областью является моторная кора, ТМС может быть сначала использована для индукции моторных вызванных потенциалов (МВП) для идентификации этой области (например, Nitsche and Paulus, 2000). Однако размещение, основанное на физиологии, в настоящее время ограничено несколькими первичными кортикальными слоями, а это означает, что не все локализации электродов могут зависеть от этой меры (Woods et al., 2016).

Помимо предполагаемого поведенческого или физиологического анализа (см. раздел «Какие параметры следует использовать?»), также важно учитывать, как размещение электродов повлияет на ток. Исследования по моделированию могут помочь решить этот вопрос, поскольку они обеспечивают вычислительные представления, основанные на реалистичных моделях головы, для определения того, как ток может течь во время tDCS (Bikson et al., 2012). Исследования по моделированию подчеркнули важность анатомии человека при введении тока и потоке (Miranda et al., 2006, 2009), как обсуждалось в разделе Какие параметры следует использовать? Например, COMETS — это недавно разработанный набор инструментов MatLab (Jung et al., 2013), который призван помочь в размещении электродов путем моделирования протекания тока между различными местами размещения электродов. Это может быть полезно для новых исследователей, но важно отметить, что при любом моделировании они представляют собой чисто вычислительные представления и что размер, форма и анатомия головы по-прежнему сильно различаются у разных людей.

Контакт электрода

Физиологический раствор является наиболее распространенным методом обеспечения электропроводности кожи головы. При оценке восприятия комфорта для различных концентраций физиологического раствора было обнаружено, что от 15 до 140 мМ наиболее комфортны по сравнению с 220 мМ и деионизированной водой (Dundas et al., 2007). Если уровни импеданса слишком высоки, в губки можно добавить больше физиологического раствора для компенсации, и его можно легко повторно наносить во время стимуляции, когда это необходимо (Loo et al., 2011). Тем не менее, важно не переувлажнять мешочки с губкой, так как это может пропитать волосы, влияя на распространение и направление тока (для дальнейшего обсуждения см.: Horvath et al., 2014). Участники с густыми волосами, скорее всего, получат перенасыщенные губчатые подушечки, так как особенно трудно достичь контакта электрода с кожей головы (Horvath et al., 2014; Fertonani et al., 2015). Мы рекомендуем использовать небольшие емкости с физиологическим раствором (например, бутылочки на 20 мл), которые позволяют немного контролировать количество жидкости, наносимой на губки. В качестве альтернативы можно использовать электропроводящий гель (например, пасту для ЭЭГ), особенно для участников с густыми волосами. Тем не менее, использование геля, вероятно, потребует от участников мытья головы после этого, в то время как физиологический раствор высыхает легче.Выбор того или иного метода может зависеть от оборудования, доступного в лаборатории, но, хотя физиологический раствор может быть более распространенным и удобным для участников, он не обязательно является лучшим вариантом для проводимости и надежного размещения на коже головы (DaSilva et al., 2011). . Гели наносятся на основание резинового электрода, поэтому нет необходимости в губчатых мешочках. Однако гель также может быстро высыхать из-за температуры, излучаемой электродом, что увеличивает риск ожогов кожи головы (Lagopoulos and Degabriele, 2008).Обратите внимание, что tDCS никогда не должна быть болезненной, хотя сообщалось о кожных ощущениях (см. раздел «Побочные эффекты»). Одна исследовательская лаборатория сообщила, что различные типы гелей влияли на кожные ощущения участников, особенно вязкие гели, которые также было трудно наносить на основание резинового электрода (Fertonani et al. , 2015). Было показано, что применение анестетиков к местам стимуляции снижает неприятные ощущения по сравнению с плацебо (McFadden et al., 2011).Однако их использование не рекомендуется, так как они могут маскировать ощущение какого-либо повреждения (DaSilva et al., 2011).

Электроды можно прикрепить к коже головы с помощью резиновых лент, эластичной трубчатой ​​сетки или неопреновых колпачков. Крайне важно обеспечить надежную фиксацию электродов во время стимуляции — одно исследование показало, что всего лишь 5% движения могут изменить точность и интенсивность тока в желаемых областях коры (Woods et al., 2015). ). Большинство производителей предоставляют резиновые ленты, и их преимущество в том, что исследователь может видеть размещение электродов.Однако ленты обычно уже, чем электрод, и поэтому не могут обеспечить полный контакт с кожей головы. Эластичная трубчатая сетка также может использоваться для крепления электродов, однако важно убедиться, что этот материал (например, хлопок) не впитывает физиологический раствор, так как это может привести к ошибкам импеданса и нежелательному рассеиванию электрического тока по коже головы. Однако сетка проста в использовании и обеспечивает равномерный контакт электродов с кожей, позволяя электродам прилегать к форме головы (Fertonani et al., 2015). Неопреновые колпачки также более безопасны и обеспечивают лучший контакт с областью, хотя точное размещение электрода может быть немного сложнее. Исходя из нашего собственного опыта, рекомендуются неопреновые кепки с ремешком на подбородке.

Какие параметры следует использовать?

Где я должен нацелить стимуляцию?

Область интереса стимулируется с помощью электрода-мишени, расположение которого зависит от гипотезы и задачи. Например, если гипотеза касается агрессии, можно сосредоточить стимуляцию на префронтальной коре (Hortensius et al., 2012). Следует ожидать, что задачи задействуют нейроны в целевой области, чтобы наблюдать изменения в поведении, связанные со стимуляцией. Вместо этого можно использовать двухполушарный монтаж (также известный как «двойная» стимуляция), при котором расположение обоих электродов-мишеней важно для подавления одной области (катодный ток) и повышения (анодный ток) параллельной области в противоположном полушарии. Например, если гипотеза касается двигательной активности, можно сфокусировать двойную стимуляцию на обеих моторных корах (Линденберг и др., 2010). В этих установках не менее важно, чтобы целевые регионы привлекались к выполнению поставленной задачи.

Целевая область должна находиться на поверхности коры, так как скальповые электроды не проникают в глубокие области мозга. Исследования с моделированием показали, что распределение тока может различаться у разных субъектов, даже если монтаж электродов остается постоянным, из-за анатомических особенностей, таких как толщина и строение черепа (Opitz et al., 2015). На направление тока также могут влиять поражения, которые часто встречаются в клинических образцах (Datta et al., 2011). Использование нейронавигационного программного обеспечения позволяет экспериментатору более точно размещать электроды над определенным местом коры головного мозга, принимая во внимание анатомические различия между участниками. Однако исследователи должны знать, что независимо от того, какой метод локализации коры головного мозга (см. раздел «Локализация размещения электродов») используется, окружающие области могут получать стимуляцию, потенциально вызывая неуказанные изменения в выполнении задачи.

Где следует размещать эталонный электрод?

При размещении референтного электрода следует в первую очередь учитывать факторы, влияющие на влияние его расположения на задачу, направление тока, комфорт участника и безопасность.Хотя это используется нечасто, некоторые исследователи развернули монтаж, в котором два электрода сравнения располагаются на коже головы (обеспечивая одинаковую полярность) и используется один электрод сравнения (обеспечивая другую полярность), всего три, а не два электрода (см. et al., 2015, для получения дополнительной информации о классификации электродных монтажей). Чтобы обеспечить адекватную стимуляцию, при которой большая часть тока достигает целевой области, а не шунтируется через кожу головы, электрод сравнения обычно размещают напротив электрода-мишени.В некоторых монтажах электроды располагаются намного ближе друг к другу, однако этого следует избегать, поскольку ток может проходить через спинномозговую жидкость (ЦСЖ) от одного электрода к другому, не стимулируя кору. Это связано с тем, что спинномозговая жидкость обладает большей проводимостью, чем мозговая ткань (Молиадзе и др., 2010). Моделирование показало, что больший процент тока проникает в мозг, если электроды расположены дальше друг от друга (Miranda et al., 2006). В ходе модельного исследования было рекомендовано расстояние не менее 8 см при использовании 35-сантиметровых электродов ² (Wagner et al., 2007). Однако большие расстояния также имеют свою цену, поскольку может потребоваться более высокая интенсивность стимуляции (Молиадзе и др., 2010). С другой стороны, ток может рассеиваться по коже головы, что означает, что сниженная концентрация достигает области мозга; это известно как шунтирующий эффект. Было высказано предположение, что если расстояние между электродами составляет 5 см или менее, ток будет сильно подвержен шунтирующему эффекту (Rush and Driscoll, 1968). Как правило, ожидается, что большие расстояния между электродами на коже головы будут усиливать корковую модуляцию, позволяя току проходить через кору, а не шунтироваться через кожу головы (Bikson et al. , 2010). Кроме того, электроды меньшего размера коррелируют с большими эффектами шунтирования (Wagner et al., 2007).

Расстояние между электродами может быть максимальным, если референтный электрод расположен вне головы (не на голове), например, на противоположном плече. В этом месте его можно закрепить гипоаллергенной лентой или резинкой. Одним из важных преимуществ экстрацефальной установки электродов является то, что она помогает исключить влияние референтного электрода на корковую модуляцию, значительно фокусируя ток в активном электроде (Nitsche and Paulus, 2011).Однако различия в размещении экстрацефальных электродов могут привести к изменению направления тока; например, переключение между размещением на контралатеральном плече вместо предплечья может сместить поток тока, чтобы он проходил через теменные области, а не фронтально (Bikson et al., 2010). Тем не менее, это опасение не обязательно относится только к экстрацефальному размещению, так как различное расположение цефалических электродов и влияние анатомических факторов также могут изменить направление тока (Bikson et al. , 2010; Датта и др., 2011).

Особенно важным вопросом, который не всегда подчеркивается, является возможность направления тока в жизненно важные области, включая сердце, дыхательную систему и вегетативные области ствола мозга (Vandermeeren et al., 2010). Первоначальные эксперименты с tDCS показали, что у одного участника наблюдался короткий эпизод угнетения дыхания во время стимуляции, когда электрод располагался экстрацефально на ноге (Lippold and Redfearn, 1964; Redfearn et al., 1964). Однако при этом использовалась сила тока 3 мА, что выше существующего порога безопасности 2 мА (Iyer et al., 2005). Совсем недавно исследование безопасности воздействия тока на вегетативные центры ствола мозга и сердечно-дыхательную систему не показало значительных различий в активности во время или после стимуляции (Vandermeeren et al., 2010). Однако в этом исследовании была протестирована только небольшая выборка здоровых людей, и эти различия могут варьироваться в других группах населения, особенно у тех, у кого есть проблемы с сердечно-сосудистой системой. Кроме того, не исследовалась различная интенсивность стимуляции вплоть до безопасного порога 2 мА (Iyer et al., 2005), равно как и различные варианты монтажа электродов, поэтому при экстрацефальном размещении рекомендуется соблюдать осторожность. Тем не менее, это и другие исследования, в которых изучалось влияние tDCS на частоту сердечных сокращений, артериальное давление, температуру тела, скорость вентиляции и частоту дыхания (например, Accornero et al., 2007; Raimundo et al., 2012), дают хорошее представление о ограниченное вмешательство сердца при использовании tDCS.Моделирующие исследования позволили получить дополнительную информацию и показали, что экстрацефальная установка не вызывает интерференции ствола головного мозга при токе 1 мА (Im et al., 2012; Parazzini et al., 2014) или сердца при токе 2 мА (Parazzini et al. , 2013). Экстрацефальные установки электродов становятся все более популярными, и исследования показали значительные эффекты tDCS с использованием этой установки, включая когнитивное поведение (например, Axelrod et al. , 2015) и психиатрические состояния (например, улучшение при депрессии — Martin et al., 2011). ), без вреда или дискомфорта для участников.

Какого размера должны быть электроды?

Становится обычной практикой иметь меньший, более фокусный электрод-мишень и больший электрод сравнения, чтобы избежать значимой стимуляции контрольного участка (см. раздел «Плотность тока»). Наиболее часто используемые электроды имеют размер от 25 до 35 см2 (5 × 5 см и 5 × 7 см) (Utz et al., 2010), и подходящие размеры могут зависеть от места стимуляции. Совсем недавно были введены HD-tDCS или «кольцевые электроды» (см. Villamar et al., 2013, для руководства). Они состоят из пяти небольших электродов, таких как один анод, окруженный четырьмя катодами, или наоборот (DaSilva et al., 2015). Было показано, что этот кольцевой монтаж 4 × 1 увеличивает пространственную фокусировку, а также преодолевает проблемы, наблюдаемые при использовании квадратных губок, в которых самая высокая концентрация плотности тока наблюдается вдоль прямых краев (Miranda et al. , 2006). Кроме того, системы стимуляторов MxN предлагают наиболее продвинутую форму HD-tDCS, поскольку они позволяют исследователю или клиницисту настраивать монтаж из массива возможных электродов, позволяя каждому стимулировать как катодный, так и анодный (Rostami et al., 2013). Повышенная фокусность кольцевых электродов обусловлена ​​подавлением окружающих областей другими электродами, что ограничивает любую модуляцию (Datta et al., 2009). И наоборот, раздражение кожи может усилиться при использовании кольцевых электродов, хотя это можно решить, увеличив расстояние между положительным и отрицательным электродами за счет фокальности (Datta et al., 2009). Таким образом, прежде чем принять решение об использовании HD-tDCS или традиционного монтажа, следует рассмотреть компромисс между фокусом и комфортом участников.

Какую интенсивность стимуляции следует использовать и как долго?

Чтобы решить, какую продолжительность и интенсивность стимуляции использовать, может быть полезно воспроизвести аналогичные протоколы, которые стимулировали ту же целевую область, что и в предлагаемом эксперименте. Со временем пропаганда этого может естественным образом привести к формированию относительно универсальных экспериментальных параметров для определенного поведения и позволить гораздо более последовательные и контролируемые сравнения результатов. Как правило, продолжительность большинства стимуляций составляет от 5 до 30 минут при силе тока от 1 до 2 мА (Bikson et al., 2009). Были испытаны силы тока до 4 мА (например, у пациентов с инсультом — Chhatbar et al., 2017), хотя рекомендуемый порог безопасности для исследований на людях составляет 2 мА (Iyer et al., 2005). Было показано, что продолжительность стимуляции модулирует время, в течение которого возбудимость коры возвращается к исходному уровню после стимуляции (Nitsche and Paulus, 2001). Например, получение 9 мин tDCS создавало последействие до 30 мин, тогда как стимуляция в течение 13 мин увеличивала это время до 90 мин. Это важно учитывать как для протоколов безопасности, так и для сроков выполнения задач.Кроме того, было показано, что продолжительность стимуляции изменяет эффект полярности. Одно исследование показало, что примерно через 26 минут анодной стимуляции возникает скорее ингибирующий эффект, чем возбуждение (Monte-Silva et al., 2013). Точно так же было показано, что катодная стимуляция 2 мА в течение 20 минут приводит к изменениям возбуждения (Batsikadze et al., 2013). Эти исследования важны, поскольку они показывают, что эффекты продолжительности и интенсивности стимуляции не обязательно линейны и что взаимосвязь между этими двумя переменными требует дальнейшего изучения.

Что такое фиктивное состояние?

Имитация tDCS действует как контрольное состояние, при котором участнику вводят несколько секунд стимуляции в начале и в конце запрограммированного периода времени, чтобы имитировать кожные ощущения (например, зуд, покалывание), о которых обычно сообщается. в первые несколько мгновений после включения стимулятора (Gandiga et al., 2006). Этот короткий период стимуляции не изменяет возбудимость коры (Nitsche et al., 2008). Sham tDCS прост в администрировании и включает три этапа (см. рис. 2).Во-первых, назначается период «нарастания», в течение которого стимулятор достигает максимального запрограммированного тока (например, 30 с для достижения 1 мА). Затем за нарастанием следует короткий период стимуляции, в течение которого участник получает стимуляцию в течение нескольких секунд. Наконец, «замедление» включает в себя постепенное выключение тока. Это воспроизводит те же кожные ощущения, которые связаны с изменением тока. Существуют и другие методы имитации, в том числе использование альтернативного монтажа электродов, которые не стимулируют интересующую область (например,g., Boggio et al., 2008), или стимуляция при очень низком токе (например, 0,1 мА с размерами электродов 11 см ² ) в течение того же периода времени, что и реальная («реальная») стимуляция (например, Миранда). и др., 2009). Тем не менее, традиционный метод повышения/понижения на сегодняшний день является наиболее популярным методом ложного контроля (Ambrus et al., 2012).

Рисунок 2 . Диаграмма, иллюстрирующая экспериментальные протоколы. Автономная стимуляция включает в себя период предварительной стимуляции, в течение которого задание может быть выполнено, за которым следует период стимуляции, а затем задание (A) после стимуляции или только задание (B) после стимуляции.Онлайн-стимуляция включает в себя участников, получающих стимуляцию во время выполнения задания (C) . Для имитации стимуляции задача может выполняться в соответствии с онлайн- или офлайн-протоколами. Имитация стимуляции включает в себя нарастание тока (RU), за которым следует короткий период стимуляции (BS), который обычно составляет 3–5% от продолжительности активного сеанса, после чего следует постепенное снижение тока. Затем ток остается отключенным до конца сеанса. Задача может быть применена в любой момент во время сеанса (D) , в зависимости от того, используется ли онлайновый или автономный протокол.

Имитация tDCS обычно считается эффективным методом ослепления, особенно для тех, кто никогда раньше не испытывал tDCS (Gandiga et al. , 2006; Ambrus et al., 2010, 2012), даже при высокой силе тока (Russo et al., 2013). Для людей, знакомых с tDCS, добиться ослепления труднее, и его невозможно преодолеть (Ambrus et al., 2012). Двойные слепые эксперименты обычно идеально подходят для экспериментального контроля, однако никаких поведенческих различий между одинарными и двойными слепыми экспериментами с tDCS не наблюдалось (Coffman et al., 2012), поэтому влияние экспериментатора может быть не таким значительным, как ожидалось.

В чем разница между онлайн- и офлайн-дизайном?

Онлайн-дизайн относится к процедуре, в которой участник выполняет поведенческую задачу, получая стимуляцию. Поведенческие эффекты можно исследовать во время стимуляции. В качестве альтернативы можно сравнить первый и последний «блоки» поведенческой задачи, чтобы изучить эффекты tDCS аналогично сравнению до и после стимуляции, используемому в автономном протоколе.И наоборот, автономный дизайн относится к задаче и tDCS, которые не выполняются одновременно. Автономный метод может быть реализован двумя способами; либо участник выполняет задачу до и после получения стимуляции, чтобы обеспечить сравнение до и после стимуляции, либо участник может выполнить задачу только один раз после стимуляции (см. рисунок 2 для обзора протоколов). Для автономного дизайна участники должны оставаться неактивными или выполнять одно и то же контрольное задание в течение периода стимуляции.

Хотя большинство исследователей в общих чертах обосновывают выбор определенных экспериментальных параметров (например, кортикальной локализации), редко приводится обоснование использования онлайновых или офлайновых методологий. Это решение может быть основано на предыдущих исследованиях или на него могут повлиять процедурные факторы. Например, если продолжительность эксперимента должна быть сведена к минимуму, экспериментаторы, скорее всего, будут использовать онлайн-дизайн, поскольку офлайн-протокол (с сеансами до и после стимуляции) продлит продолжительность сеанса. Это также может быть связано с предположением, что оба протокола дают одинаковые результаты, специфичные для полярности (Brunoni and Vanderhasselt, 2014). Однако недавно было подчеркнуто мнение о том, что эффект стимуляции может быть нарушен, если во время или сразу после стимуляции предпринимается нерелевантная деятельность (Horvath et al., 2014), и предполагается, что использование онлайн или оффлайн протокола может влиять на результаты, специфичные для полярности, если нерелевантная задача выполняется во время проведения стимуляции.Например, Нозари и др. (2014) обнаружили облегчающий эффект катодной стимуляции на задачу Фланкера (постстимуляция), когда во время стимуляции выполнялась несвязанная задача. Однако, когда участники выполняли задачу, предъявляющую те же когнитивные требования, что и задача Фланкера во время стимуляции, возникал ингибирующий эффект катодной стимуляции. Другой пример представлен Quartarone et al. (2004), которые продемонстрировали, что образы движений, предпринятые до и после стимуляции, по-разному влияют на полярность стимуляции. МВП регистрировались как в состоянии покоя, так и во время воображения движений. Было обнаружено, что катодная стимуляция приводила к большему снижению амплитуды в образном состоянии, чем в состоянии покоя. В то время как анодная стимуляция не влияла на образы. Есть много других примеров подобного интерференционного эффекта (например, Antal et al., 2007; Gladwin et al., 2012). Подобные выводы нельзя игнорировать, они показывают, что каждый аспект процедуры, включая любые перерывы между задачами, следует планировать и фиксировать.

Несмотря на то, что эти примеры подчеркивают важность контроля в процедуре, некоторые виды поведения отдельных участников могут находиться вне контроля экспериментатора, например постукивание пальцами или другие незначительные двигательные действия (Horvath et al., 2014). Также стоит учитывать состояние покоя нейронов-мишеней перед стимуляцией, поскольку это может изменить результат (Filmer et al., 2014). Лучшее понимание эффектов начального состояния мозга может помочь улучшить протоколы в будущем, возможно, за счет преднамеренной подготовки коры (более подробную информацию см. в разделе «Анодная и катодная стимуляция»).Например, было продемонстрировано, что менее активные популяции нейронов сильнее реагируют на ТМС (Silvanto et al., 2008). Таким образом, эти результаты могут иметь значение для других форм стимуляции мозга, а также для tDCS, и их нельзя упускать из виду.

Какие факторы влияют на выбор дизайна внутри или между субъектами?

В исследованиях tDCS план внутри субъектов предполагает, что каждый участник выполняет все условия полярности, тогда как план между субъектами подвергает отдельные группы воздействию одного условия стимуляции.Внутрисубъектный дизайн преодолевает некоторые проблемы индивидуальных различий в текущей реакции (Li et al., 2015). Тем не менее, с точки зрения практичности дизайна, существуют проблемы, которые необходимо учитывать, например, возможность искажения данных эффектами обучения, практики или порядка из-за повторяющихся сеансов (Berryhill et al., 2014). Это можно преодолеть, уравновешивая порядок стимуляции между участниками или рассматривая практику как фактор в дальнейшем анализе (Li et al. , 2015). Другие проблемы включают истощение испытуемых из-за нескольких сеансов тестирования или возможность неуказанных поведенческих эффектов повторной стимуляции. В настоящее время не существует стандартизированных рекомендаций по количеству времени, которое должно оставаться между сеансами tDCS, чтобы гарантировать, что любые стимулирующие эффекты «вымываются» (Monte-Silva et al., 2010). Стимуляция в течение последовательных дней может вызвать кумулятивный и более выраженный эффект возбудимости (Cohen Kadosh et al., 2010; Alonzo et al., 2012; Galvez et al., 2013; Ho et al., 2015), поэтому между сеансами тестирования рекомендуется делать перерыв не менее недели (Boggio et al., 2007). Также рекомендуется обеспечить, чтобы участники возвращались в одно и то же время во все дни тестирования, чтобы снизить риск циркадных влияний (Krause and Cohen Kadosh, 2014; Li et al., 2015).

Планы между субъектами имеют свои подводные камни, такие как маскировка индивидуальных различий в производительности и восприимчивости к tDCS (Li et al. , 2015), а также увеличение риска межиндивидуальной изменчивости как постороннего фактора, как подробно описано в таблице 1.Недавние исследования показали, что анодная и катодная стимуляция не вызывают достоверных изменений возбудимости коры при повторных сеансах тестирования у одного и того же человека (потенциальная ловушка внутрисубъектных дизайнов), однако общее увеличение возбудимости было продемонстрировано на групповом уровне для анодной стимуляции. стимуляция. Было показано, что имитация стимуляции оказывает стабильный эффект на всех участников (Dyke et al., 2017). Кроме того, для анализа подгрупп между субъектами требуется больший размер выборки.Поэтому может быть полезно сообщать индивидуальные данные для дальнейшей оценки изменчивости участников в каждой полярности (например, Nitsche and Paulus, 2001; Horvath et al., 2016).

Таблица 1 . Подробная информация о переменных, которые могут изменить текущий поток и поглощение.

Зондирование эффектов tDCS

Эффекты tDCS

можно количественно оценить несколькими способами. Самый распространенный метод – косвенный, с помощью поведенческих показателей, т. Е. Исследователи стремятся измерить, модулирует ли определенная полярность tDCS данное поведение таким образом, который обычно не наблюдается в фиктивных условиях.Таким образом, расположение активных электродов и выбор задачи (включая связанную с ней метрику) имеют решающее значение для наблюдения за эффектами tDCS. Однако они могут быть особенно тонкими (Fregni et al., 2004), поэтому особенно важно, чтобы задача и метрики исследовали конкретное рассматриваемое поведение. Задание должно иметь соответствующий уровень сложности, чтобы избежать эффектов потолка или пола (Fregni et al., 2004; Berryhill et al., 2014), которые могут быть неверно истолкованы как эффекты tDCS, а не как эффекты тренировки (Woods et al., 2016). Опять же, это подчеркивает необходимое требование фиктивного состояния или базовой меры в экспериментах с tDCS.

С другой стороны, дополнительные методологии могут быть объединены с tDCS, чтобы предоставить более прямые средства для количественной оценки церебральных изменений. tDCS можно использовать в сочетании с такими методами, как ТМС, фМРТ и ЭЭГ, чтобы изучить, как стимуляция модулирует корковую возбудимость. Хотя цель и объем этой статьи не в том, чтобы подробно описать, как tDCS используется с этими методами, все же важно кратко подчеркнуть, что объединение методов нейронауки может дать превосходную картину взаимосвязей между мозгом и поведением.

Семенные эффекты tDCS были измерены путем применения ТМС к моторной коре и регистрации размеров MEP после различной интенсивности анодной и катодной стимуляции. Было показано, что катодная стимуляция уменьшала размер ВМО по сравнению с исходным уровнем, в то время как анодная стимуляция имела обратный эффект. Также было измерено изменение во времени, показывающее постепенное возвращение к исходному уровню примерно с одинаковой скоростью для обеих полярностей, подчеркивая продолжающиеся церебральные изменения после стимуляции (Nitsche and Paulus, 2000).С тех пор TMS-tDCS используется для изучения причинных взаимодействий между моторной корой и действиями (Filmer et al. , 2014), а также для исследования возбудимости зрительной коры путем изменения порога фосфена (например, Antal et al., 2003).

Сочетание tDCS и МРТ также является плодотворным направлением исследований. МР-спектроскопия использовалась для исследования эффектов синаптической пластичности tDCS (например, систем ГАМК и глутамата) (Stagg and Nitsche, 2011). Кроме того, фМРТ можно использовать для изучения того, как tDCS влияет на сети мозга с высоким пространственным разрешением.Недавние исследования tDCS-fMRI показали, что стимуляция областей поверхности коры может еще больше изменить состояние сетевых областей. Например, Хэмпстед и др. (2014) обнаружили, что теменно-лобная tDCS изменяет активность в гиппокампе и хвостатом ядре. Это может быть выгодно при рассмотрении модуляции сети, которая включает более глубокие области мозга, однако важно учитывать, что без использования фМРТ для мониторинга этих эффектов ток может течь в области, которые не обязательно прогнозируются исследователем.

фМРТ может быть сначала использована для определения областей мозга, участвующих в задаче (базовая задача). Затем tDCS может модулировать эти области, и эффекты можно косвенно наблюдать с помощью той же поведенческой задачи. В качестве альтернативы фМРТ можно использовать для изучения прямых изменений модулирующей сети после или во время tDCS. Некоторые машины tDCS совместимы с фМРТ, что означает, что онлайн-протоколы tDCS могут выполняться во время сканирования и без необходимости удаления участников из комнаты сканирования. Таким образом, участники могут оставаться в одном и том же положении, что выгодно, когда необходима воспроизводимость размещения вокселей или во время фМРТ с высоким разрешением (Woods et al., 2016). Однако интеграция tDCS и фМРТ может иметь большие финансовые затраты и иметь много практических осложнений и проблем с безопасностью. Мейнцер и др. (2014) предоставляют обширный обзор того, как проводить эксперимент фМРТ-tDCS, и меры предосторожности, которые следует соблюдать при этом, включая руководство по специализированному оборудованию tDCS и соображения участников.

Наконец, tDCS можно комбинировать с ЭЭГ, обеспечивая более высокое временное разрешение, чем фМРТ, и может дополнительно раскрыть лучшее понимание возбудимости коры до и после tDCS по сравнению с TMS из-за ее большего пространственного разрешения (Schestatsky et al., 2013). До сих пор было проведено ограниченное количество исследований, сочетающих tDCS и ЭЭГ (Meinzer et al., 2014). ЭЭГ можно использовать для изучения эффектов возбудимости коры до и после стимуляции, что позволяет выявить суррогатные маркеры эффектов tDCS (Schestatsky et al., 2013). Одна система объединяет электроды ЭЭГ и tDCS в одном колпачке, и Schestatsky et al. (2013) предоставляют пошаговое руководство по проведению комбинированного эксперимента ЭЭГ-tDCS, а также указания по анализу.

Экспериментальные вопросы и вопросы безопасности

Плотность тока

В некоторых исследованиях tDCS используется электрод одинакового размера как для целевого, так и для эталонного электродов.Эта установка означает, что если анодная стимуляция происходит на целевом электроде, такой же сильный катодный ток будет стимулировать область под электродом сравнения. Чтобы устранить этот смешанный фактор и убедиться, что именно стимуляция целевой области изменяет поведение, можно выполнить расчеты плотности тока (сила тока, деленная на размер электрода), чтобы выбрать размер эталонного электрода, который приведет к уровню стимуляция, которая не будет модулировать корковую активность.Однако плотность тока на поверхности кожи и черепа всегда выше, чем плотность тока в головном мозге (Wagner et al., 2007). Исследования показали, что для того, чтобы стимуляция активно модулировала активность коры, она должна быть выше минимального порога в 0,017 мА/см2 (Nitsche and Paulus, 2000). Например, Knoch и соавт. (2008) стимулировали током 1,5 мА с использованием электрода сравнения площадью 100 см2 (плотность тока: 0,015 мА/см2) и электрода-мишени площадью 35 см ² (плотность тока: 0,043 мА/см ² ), что привело к соответствующему уровню ниже порога плотность тока для электрода сравнения и выше порога для активного электрода.

Также предполагается, что более высокие плотности тока приводят к более сильным эффектам, хотя этот вопрос обсуждается. Например, Бастани и Джаберзаде (2013) продемонстрировали, что изменения возбудимости не обязательно демонстрируют линейную тенденцию по мере увеличения плотности тока. В частности, плотность тока 0,013 мА/см2 оказывала более сильное возбуждающее действие, чем 0,029 мА/см2, однако дальнейшие более высокие плотности сохранялись линейным образом. Это противоречит минимальному порогу 0,017 мА/см ² , описанному Ницше и Паулюсом (2000).Эти расхождения в результатах могут быть связаны с различиями в продолжительности стимуляции (10 мин по сравнению с 5 мин) и размере электрода (24 см ² по сравнению с 35 см ² ) в обоих исследованиях. При планировании исследования tDCS может быть полезно изучить документы, в которых исследовались различные плотности тока и параметры стимуляции.

Анодная и катодная стимуляция

Несмотря на относительный консенсус в отношении возбуждающих эффектов анодной стимуляции, в недавнем обзоре было высказано предположение, что эксперименты по tDCS, в которых стимулировались немоторные области, выявили ограниченные ингибирующие эффекты катодной стимуляции (Jacobson et al. , 2012). Тот же обзор также показал, что у исследователей был 16% шанс обнаружить эффекты, специфичные для полярности. В альтернативном обзорном документе также сделан вывод о том, что катодная стимуляция существенно не изменяет когнитивную функцию (Filmer et al., 2014). Чтобы добавить неопределенности, было высказано предположение, что один сеанс tDCS (независимо от типа стимуляции) не влияет на производительность (Horvath et al., 2015). В целом эти различия могут быть связаны с отсутствием стандартизированных методологий (Li et al., 2015), а также тот факт, что не во всех исследованиях применяются условия как анодной, так и катодной полярности наряду с фиктивным сравнением. Действительно, в недавнем отчете предполагается, что примерно в 90% исследований с использованием tDCS для стимуляции моторной коры не использовался дизайн с ложным контролем (Horvath et al., 2014). В совокупности эти обзоры подчеркивают важность включения всех трех типов условий стимуляции в план эксперимента, чтобы проверить разные и непредсказуемые результаты.

Различные результаты полярности стимуляции ставят под вопрос, как именно стимуляция влияет на целевую область (Dieckhöfer et al., 2006). Исследования, в которых более подробно изучалось влияние продолжительности и интенсивности стимуляции, дали некоторые ответы, предполагая, что взаимосвязь между полярностью и усилением сильно зависит от задачи. Например, Антал и др. (2001) сообщают о снижении контрастной чувствительности после катодной стимуляции, но об отсутствии изменений после анодной, что, возможно, свидетельствует об области, которая уже находится на оптимальном уровне и, следовательно, не может быть дополнительно улучшена. Эффекты полярности также зависят от состояния корковой активности каждого человека по прибытии на тестирование, на которое может влиять множество факторов (например,г., бдительность, потребление кофеина). Это может привести к тому, что одни участники проявят облегчающий анодный эффект, а другие — тормозящий эффект (Krause and Cohen Kadosh, 2014). Планирование сеансов в одно и то же время каждую неделю может помочь гарантировать, что распорядок дня участника не будет мешать эффектам полярности. Эти различия могут быть потеряны в данных после усреднения, но все же подчеркивают неопределенный характер того, как tDCS влияет на основную кору.

Факторы участников

Опубликованные исследования tDCS в значительной степени недостаточны из-за небольшого размера выборки (для обсуждения см.: Brunoni et al., 2011; Беррихилл и др., 2014 г.; Хорват и др., 2014 г.; Шиодзава и др., 2014). Понятно, что при исследовании клинических популяций может быть сложно получить большую и однородную выборку. Небольшие размеры выборки могут означать, что обнаружение значительных поведенческих эффектов, вызванных tDCS, в отношении фиктивных условий может быть трудным и слишком маленьким для наблюдения, или, наоборот, если они значительны, они могут быть ложными (Woods et al., 2016). Тем не менее, расчет мощности может дать информацию о соответствующем размере выборки, необходимом для плана исследования.Однородность выборки также может повлиять на достоверность результатов. Например, было высказано предположение, что анодная стимуляция вызывает более сильную реакцию возбудимости у женщин по сравнению с мужчинами (Chaieb et al. , 2008), а также что мужчины могут хуже выполнять когнитивную задачу во время катодной стимуляции (Lapenta et al. , 2012). Поэтому было бы благоразумно учитывать относительное представительство полов при наборе.

Эффекты tDCS также, по-видимому, различаются в зависимости от возраста, при этом онлайн-эффекты демонстрируют дальнейшее улучшение в более старых образцах (обычно старше 55 лет) для активной стимуляции по сравнению с плацебо.Однако это увеличение обычно носит восстановительный, а не усиливающий характер из-за возрастного снижения когнитивных функций (Manenti et al., 2013; Zimerman et al., 2013; Fujiyama et al., 2014). Как упоминалось ранее (см. Таблицу 1), многие анатомические факторы влияют на чувствительность tDCS, и эти факторы могут меняться по мере развития мозга. Поэтому возраст следует учитывать во время анализа или максимально точно сопоставлять между экспериментальными группами или внутри них.

Побочные эффекты

Нет сообщений о каких-либо серьезных побочных эффектах при использовании tDCS 1–2 мА (Arul-Anandam et al. , 2009). Однако могут возникать легкие временные побочные эффекты, такие как головная боль, кожные ощущения в местах стимуляции, умеренная усталость, покраснение кожи под электродной подушкой, трудности с концентрацией внимания, резкие изменения настроения и тошнота (Poreisz et al., 2007; Brunoni). и др., 2011). Об этих эффектах сообщают примерно 17% здоровых людей (Poreisz et al., 2007). Однако такие симптомы, как умеренная усталость, могут быть связаны с участием в эксперименте, а не с самой tDCS.Наиболее часто сообщаемым побочным эффектом является кожное ощущение (Poreisz et al., 2007), хотя оно обычно проходит после стабилизации тока (Nitsche et al., 2008). Его также можно уменьшить, применяя умеренный физиологический раствор на мешке для хранения, используя процедуру линейного увеличения/уменьшения при включении или выключении tDCS (DaSilva et al., 2011) и используя электроды меньшего размера (Turi et al. , 2014). Однако использование малого размера электрода может быть дорогостоящим для плотности тока, поскольку может потребоваться подача более низкого тока, если плотность тока становится слишком высокой.

Для мониторинга потенциальных побочных эффектов Brunoni et al. (2011) опубликовали Анкету о нежелательных эффектах, хотя лишь несколько исследовательских групп использовали эту анкету с момента ее публикации (например, Manuel et al., 2014). Мы утверждаем, что целесообразно измерять тяжесть любых симптомов до и после эксперимента, а также включать псевдоэлементы (т. е. контрольные вопросы) в анкету. Мера самоотчета до tDCS позволяет экспериментатору по своему усмотрению судить, подходит ли человек для участия.Например, высокий балл по пункту «головная боль» может указывать на болезненное состояние, которое может усугубляться стимуляцией. Оценка симптомов после стимуляции позволяет сообщать о побочных эффектах, связанных с tDCS, и контролировать участников, если у них возникают серьезные симптомы. См. Дополнительный материал (A) для примера анкеты, используемой нашей исследовательской группой.

Критерии исключения

Из-за различий в экспериментальных задачах и целях критерии исключения должны измениться. Тем не менее, между исследованиями есть некоторые общие черты, и скрининговые анкеты (см. Дополнительный материал B) всегда следует использовать для оценки любого риска участия для каждого набранного человека. Общие критерии исключения приведены в таблице 2. Следует отметить, что эти критерии в значительной степени основаны на протоколах TMS и, следовательно, не все могут иметь одинаковое отношение к парадигмам tDCS (хотя здесь рекомендуется соблюдать осторожность).

Таблица 2 . Общие критерии исключения для набора участников tDCS.

Заключение

tDCS можно использовать для временной и обратимой модуляции когнитивных состояний и действий, и он становится все более популярным инструментом для исследования взаимосвязей между мозгом и поведением. Цель этой статьи — предоставить руководство для исследователей, которые плохо знакомы с этой техникой, и выделить некоторые важные факторы, которые следует учитывать на этапе планирования эксперимента. Эти факторы варьируются от методов набора и параметров стимуляции до биологии и образа жизни участников.Это может сделать результаты tDCS непредсказуемыми, и поэтому рекомендуется исследовать различные конструкции и тщательно планировать эксперимент, чтобы контролировать как можно больше переменных. Наше текущее понимание tDCS (и, конечно, этого руководства) может быть ограничено предвзятостью публикаций, так что эксперименты, дающие нулевые результаты, недоступны для нас, чтобы учиться. Однако растущая популярность tDCS может привести только к увеличению количества успешных исследований, основанных на тщательно спланированных протоколах.Мы надеемся, что пункты, представленные в этой статье, помогут читателю провести собственное успешное исследование tDCS, и что это приведет к дополнительной работе, которая может уточнить наше понимание взаимосвязей между мозгом и поведением.

Вклад авторов

HT и AH совместно написали рукопись и подготовили ее к представлению. RN и AS прокомментировали черновики рукописи и предоставили дополнительный текст.

Финансирование

HT и AH были поддержаны стипендией Лаборатории оборонных научных технологий (DSTL), предоставленной RN и AS соответственно (DSTLX-1000083178).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2017.00641/full#supplementary-material

.

Каталожные номера

Аккорнеро, Н., Ли Воти, П., Ла Ричча, М., и Грегори, Б. (2007). Модуляция зрительных вызванных потенциалов при поляризации коры постоянным током. Экспл. Мозг Res. 178, 261–266. doi: 10.1007/s00221-006-0733-y

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Агарвал С. М., Шивакумар В. , Бозе А., Субраманиам А., Навани Х., Чабра Х. и др. (2013). Транскраниальная стимуляция постоянным током при шизофрении. клин. Психофармак. Неврологи. 11, 118–125. дои: 10.9758/спн.2013.11.3.118

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Алонзо А., Брассил Дж., Тейлор Дж. Л., Мартин Д. и Лоо С. К. (2012). Ежедневная транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) приводит к большему увеличению возбудимости коры, чем вторая ежедневная транскраниальная стимуляция постоянным током. Стимуляция мозга. 5, 208–213. doi: 10.1016/j.brs.2011.04.006

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Амбрус, Г.Г., Аль-Мойед, Х., Чайеб, Л., Сарп, Л., Антал, А., и Паулюс, В. (2012). Постепенное появление – Короткая стимуляция – Затухающий подход к фиктивной tDCS – Надежно при 1 мА для наивных и опытных субъектов, но не для исследователей. Стимуляция мозга. 5, 499–504. doi: 10.1016/j.brs. 2011.12.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Амбрус Г.Г., Паулюс В. и Антал А. (2010). Кожные пороги восприятия методов электростимуляции: сравнение tDCS и tRNS. клин.Нейрофизиол. 121, 1908–1914 гг. doi: 10.1016/j.clinph.2010.04.020

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Антал, А., Кинцес, Т.З., Ницше, М.А., и Паулюс, В. (2003). Модуляция подвижных фосфеновых порогов путем транскраниальной стимуляции постоянным током V1 у человека. Нейропсихология 41, 1802–1807. doi: 10.1016/S0028-3932(03)00181-7

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Антал А., Терней Д., Порейш, К., и Паулюс, В. (2007). К распутыванию связанных с задачей модуляций нейропластических изменений, вызванных в моторной коре человека. евро. Дж. Нейроски. 26, 2687–2691. doi: 10.1111/j.1460-9568.2007.05896.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Арул-Анандам, А. П., Лоо, К., и Сачдев, П. (2009). Транскраниальная стимуляция постоянным током – каковы доказательства ее эффективности и безопасности? F1000 Мед. Респ. 1, 2–5. дои: 10.3410/М1-58

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Аксельрод В., Рис Г., Лавидор М. и Бар М. (2015). Увеличение склонности к блужданию ума при транскраниальной стимуляции постоянным током. Проц. Натл. акад. науч. США 112, 3314–3319. doi: 10.1073/pnas.1421435112

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бастани, А., и Джаберзаде, С. (2013). Дифференциальная модуляция корково-спинномозговой возбудимости при различной плотности тока анодной транскраниальной стимуляции постоянным током. PLoS ONE 8:e0072254. doi: 10.1371/journal.pone.0072254

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бацикадзе Г., Молиадзе В., Паулюс В., Куо М. Ф. и Ницше М. А. (2013). Частично нелинейные эффекты стимуляции постоянным током, зависящие от интенсивности стимуляции, на возбудимость моторной коры у людей. Журнал физиол. 591, 1987–2000 гг. doi: 10.1113/jphysiol.2012.249730

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бенвелл, К.С. Ю., Лермонт Г., Миниусси К., Харви М. и Тут Г. (2015). Нелинейные эффекты транскраниальной стимуляции постоянным током в зависимости от индивидуальной исходной производительности: доказательства влияния бипариетальной tDCS на латерализованное смещение внимания. Кортекс 69, 152–165. doi: 10.1016/j.cortex.2015.05.007

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Беррихилл, М.Е., и Джонс, К.Т. (2012). tDCS выборочно улучшает рабочую память у пожилых людей с более высоким уровнем образования. Неврологи. лат. 521, 148–151. doi: 10.1016/j.neulet.2012.05.074

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Беррихилл, М.Е., Петерсон, Д.Дж., Джонс, К.Т., и Стивенс, Дж.А. (2014). Попадания и промахи: использование tDCS для продвижения когнитивных исследований. Фронт. Психол. 5:800. doi: 10.3389/fpsyg.2014.00800

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Биксон М., Датта А. и Эльвасиф М. (2009).Установление пределов безопасности для транскраниальной стимуляции постоянным током. клин. Нейрофизиол. 120, 1033–1034. doi: 10.1016/j.clinph.2009.03.018

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Биксон М., Датта А., Рахман А. и Скатурро Дж. (2010). Монтаж электродов при tDCS и слабой транскраниальной электростимуляции: роль положения и размера «обратного» электрода. клин. Нейрофизиол. 121, 1976–1978 гг. doi: 10.1016/j.clinph.2010.05.020

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Boggio, P.S., Nunes, A., Rigonatti, S.P., Nitsche, M.A., Pascual-Leone, A., and Fregni, F. (2007). Повторные сеансы неинвазивной стимуляции постоянного тока головного мозга ассоциированы с улучшением двигательной функции у больных, перенесших инсульт. Реставр. Нейрол. Неврологи. , 25, 123–129.

Реферат PubMed | Академия Google

Боджио, П. С., Ригонатти, С. П., Рибейро, Р. Б., Мычковски, М. Л., Ницше, М.А., Паскуаль-Леоне А. и др. (2008). Рандомизированное двойное слепое клиническое исследование эффективности стимуляции коры постоянным током для лечения большой депрессии. Междунар. J. Нейропсихофармакол. 11, 249–254. doi: 10.3389/fnagi.2014.00275

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Брунони А.Р., Амадера Дж., Бербель Б., Волц М.С., Риццерио Б.Г. и Фрегни Ф. (2011). Систематический обзор сообщений и оценок побочных эффектов, связанных с транскраниальной стимуляцией постоянным током. Междунар. J. Нейропсихофармакол. 14, 1133–1145. дои: 10.1017/S1461145710001690

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Брунони, А. Р., Ницше, М. А., Болоньини, Н., Биксон, М., Вагнер, Т., Мерабет, Л., и соавт. (2012). Клинические исследования с транскраниальной стимуляцией постоянным током (tDCS): проблемы и будущие направления. Стимуляция мозга. 5, 175–195. doi: 10.1016/j.brs.2011.03.002

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Брунони, А.и Вандерхасселт, М. (2014). Улучшение рабочей памяти с помощью неинвазивной стимуляции дорсолатеральной префронтальной коры головного мозга: систематический обзор и метаанализ. Познание мозга. 86, 1–9. doi: 10.1016/j.bandc.2014.01.008

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чайеб, Л., Антал, А., и Паулюс, В. (2008). Гендерная модуляция кратковременной нейропластичности в зрительной коре, вызванная транскраниальной стимуляцией постоянным током. Виз. Неврологи. 25, 77–81. дои: 10.1017/S0952523808080097

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чхатбар, П.Ю., Чен, Р., Дирдорф, Р., Делленбах, Б., Каутц, С.А., Джордж, М. С., и соавт. (2017). Безопасность и переносимость транскраниальной стимуляции постоянным током у пациентов, перенесших инсульт. e Исследование эскалации тока I фазы. Стимуляция мозга. 10, 553–559. doi: 10.1016/j.brs.2017.02.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Коффман, Б.А., Кларк В.П. и Парасураман Р. (2014). Мысль на батарейках: улучшение внимания, обучения и памяти у здоровых взрослых с помощью транскраниальной стимуляции постоянным током. НейроИзображение 85 (часть 3), 895–908. doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.07.083

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Коффман, Б.А., Трамбо, М.С., Флорес, Р.А., Гарсия, К.М., ван дер Мерве, А.Дж., Вассерманн, Э.М., и соавт. (2012). Влияние tDCS на производительность и обучение обнаружению целей: взаимодействие с характеристиками стимула и экспериментальным планом. Нейропсихология 50, 1594–1602. doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2012.03. 012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Коэн Кадош Р., Соскич С., Юкулано Т., Канаи Р. и Уолш В. (2010). Модуляция активности нейронов вызывает специфические и долговременные изменения числовой компетентности. Курс. Биол . 20, 2016–2020 гг. doi: 10.1016/j.cub.2010.10.007

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Дамбахер, Ф., Шухманн, Т., Лоббестаэль, Дж., Арнц, А., Бругман, С., и Сак, А. Т. (2015). Снижение проактивной агрессии за счет неинвазивной стимуляции мозга. Соц. Познан. Оказывать воздействие. Неврологи. 10, 1303–1309. doi: 10.1093/scan/nsv018

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

ДаСильва, А.Ф., Труонг, Д.К., ДосСантос, М.Ф., Тобак, Р.Л., Датта, А., и Биксон, М. (2015). Современный нейроанатомический целевой анализ изображений высокого разрешения и обычных монтажей tDCS, используемых для контроля мигрени и боли. Фронт. Нейроанат. 9, 1–12. doi: 10.3389/fnana.2015.00089

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

DaSilva, A.F., Volz, M.S., Bikson, M., and Fregni, F. (2011). Позиционирование и монтаж электродов при транскраниальной стимуляции постоянным током. Дж. Визуальный. Эксп. е2744. дои: 10.3791/2744

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Датта А., Бейкер Дж. М., Биксон М. и Фридрикссон Дж. (2011).Индивидуальная модель предсказывает ток головного мозга во время транскраниальной стимуляции постоянным током у пациентов с инсультом в ответ на инсульт. Стимуляция мозга. 4, 169–174. doi: 10.1016/j.brs.2010.11.001

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Датта А., Бансал В., Диас Дж., Патель Дж., Реато Д. и Биксон М. (2009). Точная модель головы для транскраниальной стимуляции постоянным током: улучшенная пространственная фокусировка с использованием кольцевого электрода по сравнению с обычной прямоугольной подушечкой. Стимуляция мозга. 2, 201–207. doi: 10.1016/j.brs.2009.03.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Датта, А., Биксон, М., и Фрегни, Ф. (2010). Транскраниальная стимуляция постоянным током у пациентов с дефектами черепа и пластинами черепа: компьютерное МКЭ с высоким разрешением исследование факторов, изменяющих кортикальный ток. Нейроизображение 52, 1268–1278. doi: 10.1016/j.neuroimage.2010.04.252

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Датта, А., Truong, D., Minhas, P., Parra, L.C., и Bikson, M. (2012). Индивидуальные вариации во время транскраниальной стимуляции постоянным током и нормализация дозы с использованием компьютерных моделей, полученных с помощью МРТ. Фронт. Психиатрия 3:91. doi: 10.3389/fpsyt.2012.00091

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Дикхёфер, А., Ваберски, Т.Д., Ницше, М., Паулюс, В., Бюхнер, Х. , и Гоббеле, Р. (2006). Транскраниальная стимуляция постоянным током, применяемая к соматосенсорной коре – дифференциальное воздействие на низкочастотные и высокочастотные SEP. клин. Нейрофизиол. 117, 2221–2227. doi: 10.1016/j.clinph.2006.07.136

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Дандас, Дж. Э., Тикбрум, Г. В., и Масталья, Ф. Л. (2007). Восприятие комфорта при транскраниальной стимуляции постоянным током: влияние концентрации раствора NaCl на губчатые электроды. клин. Нейрофизиол. 118, 1166–1170. doi: 10.1016/j.clinph.2007.01.010

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Дайк, К., Ким С., Джексон Г. М. и Джексон С. Р. (2017). Внутрисубъектная согласованность и надежность ответа после транскраниальной стимуляции постоянным током 2 мА. Стимуляция мозга. 9, 819–825. doi: 10.1016/j.brs.2016.06.052

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фертонани, А. , Феррари, К., и Миниусси, К. (2015). Что вы почувствуете, если я применю транскраниальную электростимуляцию? Безопасность, ощущения и вторичные индуцированные эффекты. клин. Нейрофизиол. 126, 2181–2188. doi: 10.1016/j.clinph.2015.03.015

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Филмер, Х.Л., Дакс, П.Е., и Маттингли, Дж.Б. (2014). Применение транскраниальной стимуляции постоянным током для понимания функции мозга. Trends Neurosci. 37, 742–753. doi: 10.1016/j.tins.2014.08.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фрегни Ф., Боджио П. С., Ницше М. А., Марколин М.А., Ригонатти, С.П., и Паскуаль-Леоне, А. (2006). Лечение большой депрессии транскраниальной стимуляцией постоянным током. Биполярное расстройство. 8, 203–204. doi: 10.1111/j.1399-5618.2006.00291.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Fregni, F., Boggio, P.S. , Nitsche, M., Bermpohl, F., Antal, A., Feredoes, E., et al. (2004). Анодальная транскраниальная стимуляция префронтальной коры постоянным током улучшает рабочую память. Экспл. Мозг Res. 166, 23–30. doi: 10.1007/s00221-005-2334-6

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Fujiyama, H., Hyde, J., Hinder, M.R., Kim, S.J., McCormack, G.H., Vickers, J.C., et al. (2014). Отсроченные пластические реакции на анодную tDCS у пожилых людей. Фронт. Стареющие нейроски. 6:115. doi: 10.3389/fnagi.2014.00115

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гальвез, В., Алонзо, А., Мартин, Д., и Лоо, С.К.(2013). Протоколы лечения транскраниальной стимуляцией постоянным током: должна ли интенсивность стимула быть постоянной или возрастающей в течение нескольких сеансов? Междунар. J. Нейропсихофармакол. 16, 13–21. дои: 10.1017/S1461145712000041

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Gandiga, P.C., Hummel, F.C., and Cohen, L.G. (2006). Транскраниальная стимуляция постоянного тока (tDCS): инструмент для двойных слепых плацебо-контролируемых клинических исследований стимуляции мозга. клин. Нейрофизиол. 117, 845–850. doi: 10.1016/j.clinph.2005.12.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Gladwin, T.E., den Uyl, T.E., Fregni, F.F., and Wiers, R.W. (2012). Усиление избирательного внимания с помощью tDCS: взаимодействие с помехой в задаче Штернберга. Неврологи. лат. 512, 33–37. doi: 10.1016/j.neulet.2012.01.056

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Грандей, Дж., Тиругнансамбандам, Н., Каминский К., Дрис А., Сквирба А.С., Ланг Н. и соавт. (2012). Нейропластичность у курильщиков сигарет изменяется при отмене и частично восстанавливается при воздействии никотина. J. Neurosci. 32, 4156–4162. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3660-11.2012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хэмпстед, Б.М., Браун, Г.С., и Хартли, Дж.Ф. (2014). Транскраниальная стимуляция постоянным током модулирует активацию и эффективную связь во время пространственной навигации. Стимуляция мозга. 7, 314–324. doi: 10.1016/j.brs.2013.12.006

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хасан А., Мисевич К., Ницше М.А., Грубер О., Падберг Ф., Фалкаи П. и соавт. (2013). Нарушенные реакции моторной коры у непсихотических родственников первой степени больных шизофренией: пилотное исследование катодной tDCS. Стимуляция мозга. , 6, 821–829. doi: 10.1016/j.brs.2013.03.001

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хо, К.-A., Taylor, J.L., Chew, T., Gálvez, V., Alonzo, A., Bai, S., et al. (2015). Влияние размера электрода и силы тока транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS) на двигательную возбудимость коры головного мозга: данные однократных и повторных сеансов. Стимуляция мозга. 9, 1–7. doi: 10.1016/j.brs.2015.08.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гортензиус Р., Шуттер Д. Дж. Л. Г. и Хармон-Джонс Э. (2012). Когда гнев приводит к агрессии: Индукция относительной активности левой лобной коры с транскраниальной стимуляцией постоянным током усиливает отношения гнев-агрессия. Соц. Познан. Оказывать воздействие. Неврологи. 7, 342–347. doi: 10.1093/scan/nsr012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хорват, Дж. К., Картер, О., и Форте, Дж. Д. (2014). Транскраниальная стимуляция постоянным током: пять важных вопросов, которые мы не обсуждаем (но, вероятно, должны обсуждать). Фронт. Сист. Неврологи. 8:2. doi: 10.3389/fnsys.2014.00002

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хорват, Дж. К., Форте, Дж.Д. и Картер О. (2015). Доказательства того, что транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) практически не вызывает надежного нейрофизиологического эффекта, кроме амплитудной модуляции MEP у здоровых людей: систематический обзор. Нейропсихология 66, 213–236. doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2014.11.021

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хорват, Дж. К., Вогрин, С. Дж., Картер, О., Кук, М. Дж., и Форте, Дж. Д. (2016). Эффекты транскраниальной стимуляции постоянным током на амплитуду двигательного вызванного потенциала не являются ни надежными, ни значимыми у отдельных лиц в течение 9 отдельных сеансов тестирования. Стимуляция мозга. 8:318. doi: 10.1016/j.brs.2015.01.033

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Im, C.-H., Park, J.-H., Shim, M., Chang, W.H., and Kim, Y.-H. (2012). Оценка локальных электрических полей, создаваемых транскраниальной стимуляцией постоянным током с экстрацефальным эталонным электродом, на основе реалистичного трехмерного моделирования тела. Физ. Мед. биол. 57, 2137–2150. дои: 10.1088/0031-9155/57/8/2137

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ингиллери, М., Конте А., Курра А., Фраска В., Лоренцано К. и Берарделли А. (2004). Гормоны яичников и корковая возбудимость: исследование rTMS у людей. клин. Нейрофизиол. 115, 1063–1068. doi: 10.1016/j.clinph.2003.12.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Айер М.Б., Матту У., Графман Дж., Ломарев М., Сато С. и Вассерманн Э.М. (2005). Безопасность и когнитивный эффект фронтальной поляризации постоянного тока мозга у здоровых людей. Неврология 64, 872–875.дои: 10.1212/01.WNL.0000152986.07469.E9

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Якобсон Л., Козловски М. и Лавидор М. (2012). Эффекты полярности tDCS в двигательной и когнитивной областях: метааналитический обзор. Экспл. Мозг Res. 216, 1–10. doi: 10.1007/s00221-011-2891-9

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Юнг, Ю.-Дж., Ким, Дж.-Х., и Им, К.-Х. (2013). COMETS: набор инструментов MATLAB для моделирования локальных электрических полей, генерируемых транскраниальной стимуляцией постоянным током (tDCS). Биомед. англ. лат. 3, 39–46. doi: 10.1007/s13534-013-0087-x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Клем, Г. Х., Людерс, Х. О., Джаспер, Х. Х., и Элгер, К. (1999). Электродная система десять-двадцать Международной Федерации. Электроэнцефалогр. клин. Нейрофизиол. Доп. 52, 3–6.

Реферат PubMed | Академия Google

Кнох, Д., Ницше, М.А., Фишбахер, У., Айзенеггер, К., Паскуаль-Леоне, А., и Фер, Э. (2008).Изучение нейробиологии социального взаимодействия с транскраниальной стимуляцией постоянным током – Пример наказания за несправедливость. Церебр. Кортекс 18, 1987–1990 гг. doi: 10.1093/cercor/bhm237

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Краузе, Б., и Коэн Кадош, Р. (2014). Не все мозги созданы равными: значимость индивидуальных различий в реакции на транскраниальную электрическую стимуляцию. Фронт. Сист. Неврологи. 8:25.doi: 10.3389/fnsys.2014.00025

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лагопулос, Дж., и Дегабриэле, Р. (2008). Ощущение тепла: контакт электрода с кожей во время ДКБ. Acta Neuropsychiatr. 20, 98–100. doi: 10.1111/j.1601-5215.2008.00274.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лапента, О.М., Фрегни, Ф., Оберман, Л.М., и Боджио, П.С. (2012). Двусторонняя транскраниальная стимуляция постоянным током височной коры ухудшает показатели мужчин в задаче мультисенсорной интеграции. Неврологи. лат. 527, 105–109. doi: 10.1016/j.neulet.2012.08.076

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ли, Л. М., Уэхара, К., и Ханакава, Т. (2015). Вклад межиндивидуальных факторов в вариабельность ответа в исследованиях транскраниальной стимуляции постоянным током. Фронт. Клетка. Неврологи. 12:181. doi: 10.3389/fncel.2015.00181

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Линденберг Р., Ренга В., Чжу Л.Л., Наир Д. и Шлауг, ГМДП (2010). Стимуляция двух полушарий головного мозга способствует восстановлению моторики у пациентов с хроническим инсультом. Неврология , 75, 2176–2184. дои: 10.1212/WNL.0b013e318202013a

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Липпольд, О.К.Дж., и Редферн, Дж.В.Т. (1964). Психические изменения, возникающие в результате прохождения малых постоянных токов через мозг человека. Бр. Журнал психиатрии 110, 768–772. дои: 10.1192/bjp.110.469.768

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лу, С.К., Мартин, Д.М., Алонзо, А., Гандевиа, С., Митчелл, П.Б., и Сачдев, П. (2011). Предотвращение ожогов кожи с помощью транскраниальной стимуляции постоянным током: предварительные соображения. Междунар. J. Нейропсихофармакол. 14, 425–426. дои: 10.1017/S1461145710001197

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Маненти, Р., Брамбилла, М., Петези, М., Феррари, К.и Котелли, М. (2013). Улучшение вербальной эпизодической памяти у пожилых и молодых людей после неинвазивной стимуляции мозга. Фронт. Стареющие нейроски. 5:49. doi: 10.3389/fnagi.2013.00049

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мануэль, А. Л., Дэвид, А. В., Биксон, М., и Шнайдер, А. (2014). Фронтальная tDCS модулирует орбитофронтальную фильтрацию реальности. Неврология 265, 21–27. doi: 10.1016/j.neuroscience.2014.01.052

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мартин, Д.М., Алонзо А., Митчелл П. Б., Сачдев П., Гальвес В. и Лоо С. К. (2011). Фронто-экстрацефальная транскраниальная стимуляция постоянным током как лечение большой депрессии: открытое экспериментальное исследование. Дж. Аффект. Беспорядок. 134, 459–463. doi: 10.1016/j.jad.2011.05.018

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Макфадден, Дж. Л., Боркардт, Дж. Дж., Джордж, М. С., и Бим, В. (2011). Уменьшение процедурной боли и дискомфорта, связанных с транскраниальной стимуляцией постоянным током. Стимуляция мозга. 4, 38–42. doi: 10.1016/j.brs.2010.05.002.Сокращение

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мейнцер М., Линденберг Р., Дарков Р., Ульм Л., Копланд Д. и Флёэль А. (2014). Транскраниальная стимуляция постоянным током и одновременная функциональная магнитно-резонансная томография. Дж. Визуальный. Эксп. е51730. дои: 10.3791/51730

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Миранда, П. К., Фариа, П.и Халлетт, М. (2009). Что отношение вводимого тока к площади электрода говорит нам о плотности тока в мозге во время tDCS? клин. Нейрофизиол. 120, 1183–1187. doi: 10.1016/j.clinph.2009.03.023

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Миранда, П. К., Ломарев, М., и Халлетт, М. (2006). Моделирование распределения тока при транскраниальной стимуляции постоянным током. клин. Нейрофизиол. 117, 1623–1629. дои: 10.1016/j.clinph.2006.04.009

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Молиадзе В., Антал А. и Паулюс В. (2010). Последствия транскраниальной прямой и случайной шумовой стимуляции с помощью экстрацефальных референтных электродов, зависящие от расстояния между электродами. клин. Нейрофизиол. 121, 2165–2171. doi: 10.1016/j.clinph.2010.04.033

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мёллер, А.П., и Дженнионс, доктор медицины (2001).Тестирование и поправка на предвзятость публикации. Тренды Экол. Эвол. 16, 580–586. doi: 10.1016/S0169-5347(01)02235-2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Монте-Сильва, К., Куо, М.Ф., Хессенталер, С., Фресноза, С., Либетанц, Д., Паулюс, В., и др. (2013). Индукция поздней LTP-подобной пластичности в моторной коре человека повторной неинвазивной стимуляцией мозга. Стимуляция мозга. 6, 424–432. doi: 10.1016/j.brs.2012.04.011

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Монте-Сильва, К., Куо, М.-Ф., Либетанц, Д., Паулюс, В., и Ницше, М.А. (2010). Формирование оптимального интервала повторения катодной транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS). Дж. Нейрофизиол. 103, 1735–1740. doi: 10.1152/jn.00924.2009

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Нассери, П., Ницше, М.А., и Эхтиари, Х. (2015). Основа классификации электродных монтажей при транскраниальной стимуляции постоянным током. Фронт. Гум. Неврологи. 9:54. doi: 10.3389/fnhum.2015.00054

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ницше, М. А., Боджио, П. С., Френьи, Ф., и Паскуаль-Леоне, А. (2009). Лечение депрессии транскраниальной стимуляцией постоянным током (tDCS): обзор. Экспл. Нейрол. 219, 14–19. doi: 10.1016/j.expneurol.2009.03.038

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ницше, М. А., Коэн, Л., Вассерманн, Э. М., Приори, А., Ланг, Н., Антал, А., и соавт. (2008). Транскраниальная стимуляция постоянным током: современное состояние, 2008 г. Стимуляция мозга. 1, 206–223. doi: 10.1016/j.brs.2008.06.004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ницше, Массачусетс, и Паулюс, В. (2000). Изменения возбудимости, вызванные в моторной коре человека слабой транскраниальной стимуляцией постоянным током. Журнал физиол. 527 (часть 3), 633–639. doi: 10.1111/j.1469-7793.2000.t01-1-00633.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ницше, М.А. и Паулюс В. (2001). Устойчивое повышение возбудимости, вызванное транскраниальной стимуляцией моторной коры постоянного тока у людей. Неврология 57, 1899–1901. дои: 10.1212/WNL.57.10.1899

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Нозари, Н., Вудард, К., и Томпсон-Шилл, С.Л. (2014). Последствия катодной стимуляции для поведения: когда это помогает, а когда вредит производительности? PLoS ONE 9:e0084338. doi: 10.1371/journal.pone.0084338

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Опиц А., Паулюс В., Уилл С., Антунес А. и Тильшер А. (2015). Детерминанты электрического поля при транскраниальной стимуляции постоянным током. Нейроизображение 109, 140–150. doi: 10.1016/j.neuroimage.2015.01.033

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Парасураман Р. и МакКинли Р. А. (2014). Использование неинвазивной стимуляции мозга для ускорения обучения и повышения работоспособности человека. Гул. Факторы 56, 816–824. дои: 10.1177/0018720814538815

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Параццини М., Росси Э., Ферруччи Р., Лиорни И., Приори А. и Раваццани П. (2014). Моделирование электрического поля и плотности тока, генерируемых мозжечковой транскраниальной стимуляцией постоянным током у людей. клин. Нейрофизиол. 125, 577–584. doi: 10.1016/j.clinph.2013.09.039

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Параццини, М., Росси Э., Росси Л., Приори А., Раваццани П., Вила-Нова С. и соавт. (2013). Численная оценка плотности тока в сердце при транскраниальной стимуляции постоянным током. Стимуляция мозга. 6, 457–459. doi: 10.1016/j.brs.2012.05.007

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пенья-Гомес, К., Видаль-Пиньейро, Д., Клементе, И.С., Паскуаль-Леоне, А., и Бартрес-Фаз, Д. (2011). Подавление отрицательной эмоциональной обработки с помощью транскраниальной стимуляции постоянным током: влияние личностных характеристик. PLoS ONE 6:e22812. doi: 10.1371/journal.pone.0022812

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пизани Ф., Отери Г., Коста К., Ди Раймондо Г. и Ди Перри Р. (2002). Влияние психотропных препаратов на судорожный порог. Безопасность лекарственных средств 25, 91–110. дои: 10.2165/00002018-200225020-00004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Порейш, К., Борос, К., Антал, А., и Паулюс, В. (2007). Аспекты безопасности транскраниальной стимуляции постоянным током у здоровых лиц и пациентов. Мозг Res. Бык . 72, 208–214.

Реферат PubMed | Академия Google

Приори, А. (2003). Поляризация мозга у людей: переоценка старого инструмента длительной неинвазивной модуляции возбудимости мозга. клин. Нейрофизиол. 114, 589–595. doi: 10.1016/S1388-2457(02)00437-6

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Куартароне А., Морганте Ф., Баньято С., Риццо В., Сант-Анджело А., Айелло Э. и др.(2004). Длительные эффекты транскраниальной стимуляции постоянным током на двигательные образы. Нейроотчет 15, 1287–1291. doi: 10.1097/01.wnr.0000127637

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Раймундо, Р. Дж. С., Урибе, К. Э., и Бразил-Нето, Дж. П. (2012). Отсутствие клинически выявляемых острых изменений вегетативных или терморегуляторных функций у здоровых лиц после транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS). Стимуляция мозга. 5, 196–200.doi: 10.1016/j.brs.2011.03.009

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Redfearn, J.W.T., Lippold, O.C.J., and Costain, R. (1964). Предварительный отчет о клинических эффектах поляризации мозга при некоторых психических расстройствах. Бр. Журнал психиатрии 110, 773–785. doi: 10.1192/bjp.110.469.773

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Рива, П., Ромеро Лауро, Л.Дж., ДеУолл, С.Н., Честер, Д.С., и Бушман, Б.Дж. (2015). Снижение агрессивных реакций на социальную изоляцию с помощью транскраниальной стимуляции постоянным током. Соц. Познан. Оказывать воздействие. Неврологи. 10, 352–356. doi: 10.1093/scan/nsu053

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ростами, М., Голесорхи, М., и Эхтиари, Х. (2013). Методологические аспекты транскраниальной стимуляции головного мозга электрическим током у человека. Базовая клин. Неврологи. 4:190.

Реферат PubMed | Академия Google

Раш, С.и Дрисколл, Д. А. (1968). Распределение тока в мозгу от поверхностных электродов. Анес. анальгетики. 47, 717–723.

Реферат PubMed | Академия Google

Руссо Р., Уоллес Д., Фицджеральд П. Б. и Купер Н. Р. (2013). Восприятие комфорта во время активной и фиктивной транскраниальной стимуляции постоянным током: двойное слепое исследование. Стимуляция мозга. 6, 946–951. doi: 10.1016/j.brs.2013.05.009

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Шнайдер, Х.Д. и Хопп, Дж. П. (2011). Использование двуязычного теста на афазию для оценки и транскраниальной стимуляции постоянным током для модуляции усвоения языка у маловербальных детей с аутизмом. клин. Лингвист. Фонет. 25, 640–654. дои: 10.3109/02699206.2011.570852

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Шиодзава, П., да Силва, М.Е., Раза, Р., Учида, Р.Р., Кордейро, К., Фрегни, Ф., и соавт. (2013). Безопасность повторной транскраниальной стимуляции постоянным током при поражении кожи: клинический случай. J. ECT 29, 147–148. doi: 10.1097/YCT.0b013e318279c1a1

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Shiozawa, P., Fregni, F., Benseñor, I.M., Lotufo, P.A., Berlim, M.T., Daskalakis, J.Z., et al. (2014). Транскраниальная стимуляция постоянным током при большой депрессии: обновленный систематический обзор и метаанализ. Междунар. J. Нейропсихофармакол. 17, 1443–1452. дои: 10.1017/S1461145714000418

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сильванто, Дж., Магглтон, Н., и Уолш, В. (2008). Зависимость от состояния в исследованиях восприятия и познания со стимуляцией мозга. Тенденции Cogn. науч. 12, 447–454. doi: 10.1016/j.tics.2008.09.004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Тури, З., Амбрус, Г. Г., Хо, К. А., Сенгупта, Т., Паулюс, В., и Антал, А. (2014). Когда размер имеет значение: большие электроды вызывают больший кожный дискомфорт, связанный со стимуляцией, чем электроды меньшего размера при эквивалентной плотности тока. Стимуляция мозга. 7, 460–467. doi: 10.1016/j.brs.2014.01.059

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Утц, К.С., Димова, В., Оппенлендер, К., и Керхофф, Г. (2010). Наэлектризованные умы: транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) и гальваническая вестибулярная стимуляция (GVS) как методы неинвазивной стимуляции мозга в нейропсихологии – обзор текущих данных и будущих последствий. Нейропсихология 48, 2789–2810. doi: 10.1016/j.нейропсихология.2010.06.002

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вандермерен, Ю., Джамарт, Дж., и Оссеманн, М. (2010). Влияние tDCS с экстрацефальным референтным электродом на кардиореспираторную и вегетативную функции. BMC Neurosci. 11:38. дои: 10.1186/1471-2202-11-38

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Vigod, S., Cl, D., Daskalakis, Z., Murphy, K., Ray, J., Oberlander, T., et al. (2014).Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) для лечения большой депрессии во время беременности: протокол исследования для пилотного рандомизированного контролируемого исследования. Испытания 15, 1–11. дои: 10.1186/1745-6215-15-366

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вилламар, М. Ф., Волц, М. С., Биксон, М., Датта, А., Дасилва, А. Ф., и Фрегни, Ф. (2013). Техника и особенности использования кольцевой транскраниальной стимуляции постоянным током высокой четкости 4×1 (HD-tDCS). Дж. Визуальный. Эксп. е50309. дои: 10.3791/50309

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вагнер Т., Френьи Ф., Фекто С., Гродзинский А., Зан М. и Паскуаль-Леоне А. (2007). Транскраниальная стимуляция постоянным током: компьютерное исследование модели человека. НейроИзображение 35, 1113–1124. doi: 10.1016/j.neuroimage.2007.01.027

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Уиллис, М.Л., Мерфи, Дж.М., Ридли, Нью-Джерси, и Веркаммен, А. (2015). Анодальная tDCS, нацеленная на правую орбитофронтальную кору, улучшает распознавание выражения лица. Соц. Познан. Оказывать воздействие. Неврологи. 10, 1677–1683. doi: 10.1093/scan/nsv057

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вудс, А.Дж., Антал, А., Биксон, М., Боджио, П.С., Брунони, А.Р., Сельник, П., и соавт. (2016). Техническое руководство по tDCS и связанным с ними инструментам неинвазивной стимуляции мозга. клин. Нейрофизиол. 127, 1031–1048. doi: 10.1016/j.clinph.2015.11.012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вудс, А. Дж., Брайант, В., Саккетти, Д., Гервитс, Ф., и Гамильтон, Р. (2015). Эффект дрейфа электрода при транскраниальной стимуляции постоянным током. Стимуляция мозга. 8, 515–519. doi: 10.1016/j.brs.2014.12.007

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжу, Ф. Ф., Юнг, А. Ю., Пултон, Дж. М., Ли, Т. М., Леунг, Г.К. и Мастерс, Р. С. (2015). Катодная транскраниальная стимуляция постоянным током над левой дорсолатеральной областью префронтальной коры способствует имплицитному обучению моторике при игре в гольф. Стимуляция мозга. 8, 784–786. doi: 10.1016/j.brs.2015.02.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zimerman, M., Nitsch, M., Giraux, P., Gerloff, C., Cohen, L.G., and Hummel, F.C. (2013). Нейроусиление стареющего мозга: восстановление навыков у старых субъектов. Энн. Нейрол. 73, 10–15. doi: 10.1002/ana.23761

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Основные определения – постоянный ток

Постоянный ток (DC) представляет собой однонаправленный поток электрического заряда. Постоянный ток вырабатывают такие источники, как батареи, термопары, солнечные батареи, коллекторные электрические машины типа динамо. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может проходить через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках.Электрический заряд течет в постоянном направлении, что отличает его от переменного тока (AC). Термин, ранее использовавшийся для постоянного тока, был гальваническим током.

Постоянный ток может быть получен от источника переменного тока с помощью устройства переключения тока, называемого выпрямителем, которое содержит электронные элементы (обычно) или электромеханические элементы (исторически), которые позволяют току течь только в одном направлении. Постоянный ток можно преобразовать в переменный с помощью инвертора или мотор-генераторной установки.

Первая коммерческая передача электроэнергии (разработанная Томасом Эдисоном в конце девятнадцатого века) использовала постоянный ток. Поскольку раньше переменный ток имел преимущество перед постоянным током при преобразовании и передаче, до нескольких лет назад распределение электроэнергии почти полностью осуществлялось переменным током. В середине 1950-х годов была разработана передача HVDC, которая в настоящее время заменяет старые системы переменного тока высокого напряжения. Для приложений, требующих постоянного тока, таких как энергосистемы третьего рельса, переменный ток распределяется на подстанцию, которая использует выпрямитель для преобразования мощности в постоянный ток.См. Война токов.

Постоянный ток используется для зарядки аккумуляторов и почти во всех электронных системах в качестве источника питания. Очень большое количество энергии постоянного тока используется в производстве алюминия и других электрохимических процессах. Постоянный ток используется для некоторых железнодорожных двигателей, особенно в городских районах. Постоянный ток высокого напряжения используется для передачи больших объемов электроэнергии от удаленных генерирующих объектов или для соединения электрических сетей переменного тока.

Различные определения

В электротехнике термин «постоянный ток» используется для обозначения энергосистем, в которых используется только одна полярность напряжения или тока, а также для обозначения постоянного, нулевой частоты или медленно меняющегося локального среднего значения напряжения или тока.Например, напряжение на источнике постоянного напряжения является постоянным, как и ток через источник постоянного тока. Решение электрической цепи постоянного тока — это решение, в котором все напряжения и токи постоянны. Можно показать, что любую стационарную форму волны напряжения или тока можно разложить на сумму постоянной составляющей и составляющей с нулевым средним, изменяющейся во времени; составляющая постоянного тока определяется как ожидаемое значение или среднее значение напряжения или тока за все время.

Хотя DC означает «постоянный ток», иногда DC означает «постоянная полярность».При таком определении напряжения постоянного тока могут меняться во времени, например, необработанный выходной сигнал выпрямителя или колебания голосового сигнала на телефонной линии.

Некоторые формы постоянного тока (например, создаваемые регулятором напряжения) почти не имеют изменений напряжения, но все же могут иметь различия в выходной мощности и токе.

Приложения

Установки постоянного тока обычно имеют различные типы розеток, выключателей и светильников, в основном из-за используемых низких напряжений, от тех, которые подходят для переменного тока.Обычно важно, чтобы устройство постоянного тока не меняло полярность, если только устройство не имеет диодного моста для исправления этого (большинство устройств с батарейным питанием этого не делают).

DC обычно используется во многих низковольтных приложениях, особенно там, где они питаются от батарей, которые могут производить только постоянный ток, или в системах солнечной энергии, поскольку солнечные элементы могут производить только постоянный ток. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор переменного тока представляет собой устройство переменного тока, в котором для получения постоянного тока используется выпрямитель. Для большинства электронных схем требуется источник питания постоянного тока.Приложения, использующие топливные элементы (смешивание водорода и кислорода вместе с катализатором для производства электроэнергии и воды в качестве побочных продуктов), также производят только постоянный ток.

Многие телефоны подключаются к витой паре проводов и внутренне отделяют переменную составляющую напряжения между двумя проводами (аудиосигнал) от постоянной составляющей напряжения между двумя проводами (используется для питания телефона).

Коммуникационное оборудование телефонной станции, такое как DSLAM, использует стандартный источник питания -48 В постоянного тока.Отрицательная полярность достигается путем заземления положительной клеммы системы электропитания и аккумуляторной батареи. Это делается для предотвращения электролизных отложений.

Электрифицированный третий рельс может использоваться для питания как подземных (метро), так и наземных поездов.

 

Позвоните в Defined Electric по телефону 505-269-9861 или отправьте электронное письмо одному из наших квалифицированных электриков в Альбукерке сегодня, чтобы составить бесплатную смету для вашего следующего электротехнического проекта.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока
Следующая: Двигатель переменного тока Вверх: Магнитная индукция Предыдущий: Генератор переменного тока Наиболее распространенные электроприборы ( e.г. , электрические лампочки и электрические нагревательные элементы) отлично работают от сети переменного тока. Однако есть некоторые ситуации, в которых питание постоянного тока предпочтительнее. Например, небольшие электрические двигатели (, например, , те, что питают миксеры и пылесосы) очень хорошо работают на переменном токе электричество, но очень большие электродвигатели ( например , те которые питают поезда метро) обычно намного лучше работают на электричестве постоянного тока. Разрешите нам исследовать, как можно генерировать электричество постоянного тока.

Рисунок 41: Коллектор с разъемным кольцом.

Простой генератор постоянного тока состоит из тех же основных элементов, что и простой Генератор переменного тока: т.е. , многовитковая катушка, равномерно вращающаяся в магнитном поле. Основное различие между генератором постоянного тока и генератором переменного тока заключается в способом, которым вращающаяся катушка подключена к внешней цепи содержащие нагрузку. В генераторе переменного тока оба конца катушки соединены для отдельных токосъемных колец, которые вращаются вместе с катушкой и соединены с внешний контур через проволочные щетки.Таким образом, ЭДС видимая по внешней цепи всегда такая же, как и ЭДС генерируются вокруг вращающегося катушка. В генераторе постоянного тока два конца катушки прикреплены к разным половинам. одинарного разрезного кольца, которое вращается вместе с катушкой. Разрезное кольцо подключено к внешний контур с помощью металлических щеток – см. рис. 41. Это сочетание вращающегося разрезного кольца и неподвижных металлических щеток. называется коммутатором . Цель коммутатора состоит в том, чтобы гарантировать, что ЭДС видно по внешней цепи равна ЭДС генерируются вокруг вращающегося катушки для половина периода вращения, но равна минус этой ЭДС для другая половина (поскольку связь между внешней цепью и вращающимся катушка реверсируется коммутатором каждые полпериода вращения).То положения металлических щеток можно отрегулировать таким образом, чтобы соединение между вращающаяся катушка и внешняя цепь меняются местами всякий раз, когда ЭДС генерируемое вокруг катушки проходит через ноль. В этом особом случае ЭДС, наблюдаемая во внешней цепи, просто

(218)

На рис. 42 показано построен как функция время по приведенной выше формуле. Изменение ЭДС со временем равно очень похож на генератор переменного тока, за исключением того, что всякий раз, когда генератор переменного тока будет производить отрицательную ЭДС коммутатора в генераторе постоянного тока реверсирует полярность катушки по отношению к внешней цепи, чтобы отрицательный половина сигнала переменного тока инвертируется и становится положительным.Результат – ухабистый прямая ЭДС, которая возрастает и опускается, но никогда не меняет направление. Этот тип пульсирующую ЭДС можно сгладить, используя более одной катушки, вращающейся вокруг той же оси или другими электрическими методами, чтобы дать хорошую имитацию постоянный ток от аккумулятора. Генератор в автомобиле ( т.е. , генератор постоянного тока, который заряжает аккумулятор) является распространенным примером. генератора постоянного тока рассмотренного выше типа. Конечно, в генераторе переменного тока внешний крутящий момент необходим для вращения. катушка обеспечивается двигателем автомобиля.

Рис. 42: ЭДС, генерируемая в постоянно вращающемся постоянном токе генератор.

---

Следующая: Двигатель переменного тока Вверх: Магнитная индукция Предыдущий: Генератор переменного тока

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Цепи постоянного тока

В простой схеме, которая используется для зажигания лампочки с помощью батареи, батарея обеспечивает постоянный ток — ток, текущий только в одном направлении.Эта статья посвящена анализу простых цепей постоянного тока двух типов: (1) с комбинациями резистивных элементов и (2) с батареями в разных ветвях многоконтурной цепи.

Сопротивление, по крайней мере в некоторой степени, существует во всех электрических элементах. Резисторами могут быть лампочки, нагревательные элементы или компоненты, специально изготовленные для их сопротивления. Предполагается, что сопротивление в соединительных проводах пренебрежимо мало.

Последовательное соединение двух резисторов ( R ₁ и R ₂ ) показано на рисунке 1. Какой эквивалент резистора для этой комбинации?

Рисунок 1

Два последовательно соединенных резистора. Рисунок (а) аналогичен схеме (б).

Поскольку существует только один путь для зарядов, ток в любой точке цепи одинаков, то есть I = I ₁ = I ₂ .Разность потенциалов, обеспечиваемая батареей, равна падению потенциала на R ₁ и падению потенциала на R ₂ . Таким образом,

   

Когда резисторы соединены последовательно, эквивалентное сопротивление представляет собой сумму отдельных сопротивлений. Сравните этот результат с последовательным добавлением конденсаторов. Для последовательных резисторов ток одинаков; в то время как для последовательных конденсаторов заряд одинаков. (Обратите внимание, что эквивалентное сопротивление представляет собой простую сумму, а эквивалентная емкость определяется обратным выражением.)

Параллельное соединение двух резисторов ( R ₁ и R ₂ ) показано на рисунке 2. Каково эквивалентное сопротивление для этой комбинации?

Схема, иллюстрирующая применение правил Кирхгофа и полученных уравнений.

фигура 2

Два резистора соединены параллельно. Рисунок (а) аналогичен схеме (б).

В точке a на схеме цепи — см. рис. (b) — ток разветвляется так, что часть полного тока в цепи проходит через верхнюю ветвь, а часть — через нижнюю ветвь.Потенциальное падение тока одинаково независимо от выбранного пути; следовательно, разность напряжений одинакова на любом резисторе ( В _{аккумулятор} = В ₁ = В ₂ ). Сумма токов равна общему току: по закону Ома, следовательно,

Таким образом, обратная величина эквивалентного сопротивления равна сумме обратных величин отдельных резисторов в параллельной комбинации. Сравните этот результат с параллельным добавлением конденсаторов.Для параллельных резисторов напряжения на резисторах равны, и то же самое верно для параллельных конденсаторов. (Обратите внимание, что эквивалентное сопротивление является обратным выражением, но эквивалентная емкость для параллельного соединения представляет собой простую сумму.)

Если цепь имеет несколько батарей в ветвях многоконтурных цепей, анализ значительно упрощается за счет использования правил Кирхгофа , которые представляют собой формы законов сохранения:

• Сумма токов, входящих в узел, должна равняться сумме токов, выходящих из узла.Это правило, иногда называемое правилом соединения , представляет собой утверждение о сохранении заряда. Поскольку заряд не накапливается в каком-либо месте цепи и не покидает ее, заряд, входящий в точку, должен также покинуть эту точку.

• Алгебраическая сумма падений потенциала на каждом элементе вокруг любой петли должна равняться алгебраической сумме ЭДС вокруг любой петли. Это правило выражает сохранение энергии. Другими словами, заряд, движущийся по любому контуру, должен получать от батарей столько же энергии, сколько теряет при прохождении через резисторы.

Применяя правила Кирхгофа, используйте согласованные правила знаков. Обратитесь к направлениям, выбранным для токов на рисунке . Будет сделано меньше ошибок, если последовательно использовать одно направление — например, по часовой стрелке во всех циклах. Если изначально выбрано неправильное направление для одного тока, решение для этого тока будет отрицательным. Используйте следующие соглашения о знаках при применении правила цикла:

• Если резистор перемещается в направлении тока, изменение потенциала является отрицательным, а если перемещается в направлении, противоположном выбранному направлению тока, – положительным.

• Если источник ЭДС перемещается в направлении ЭДС (от – к + между клеммами), то изменение потенциала положительно, а если перемещается против направления ЭДС, отрицательно.

Проверьте уравнения для рисунка 3.

Рисунок 3 Схема, иллюстрирующая применение правил Кирхгофа и полученных уравнений.

Представьте, что для этой задачи даны значения сопротивления и напряжения. Тогда можно было бы написать четыре разных уравнения: уравнение соединения, верхний контур, нижний контур и внешний контур. Однако существует только три тока, поэтому необходимы только три уравнения. В этом случае решите набор уравнений, которым легче всего манипулировать.

Прорыв в высоковольтном постоянном токе может стимулировать возобновляемую энергию

Томас Эдисон выступал за постоянный ток, или постоянный ток, как лучший способ доставки электроэнергии, чем переменный ток или переменный ток. Но изобретатель лампочки проиграл Войну токов. Несмотря на иногда эпатажные усилия Эдисона — в какой-то момент он убил слона из зоопарка Кони-Айленда электрическим током, пытаясь показать опасность технологии, — переменный ток — это основной способ передачи электричества от электростанций к домам и предприятиям во всем мире. (Викторина по теме: «Что вы не знаете об электричестве»)

Но теперь, более чем через столетие после ошибочного трюка Эдисона, округ Колумбия, возможно, в какой-то степени оправдывает себя.

Обновленная высоковольтная версия постоянного тока, называемая HVDC, рекламируется как метод передачи будущего из-за его способности передавать ток на очень большие расстояния с меньшими потерями, чем при переменном токе. И эта тенденция может быть ускорена новым устройством, называемым гибридным выключателем HVDC, которое может позволить использовать постоянный ток в крупных электрических сетях, не опасаясь катастрофического выхода из строя, который мешал технологии в прошлом.(См. фотографии по теме: «Худшие отключения электроэнергии в мире».)

Швейцарский гигант в области технологий и автоматизации ABB, разработавший выключатель, говорит, что он также может оказаться критически важным для перехода 21-го века от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии. использование всего потенциала огромных ветряных электростанций и солнечных электростанций для обеспечения электроэнергией отдаленных городов.

Пока это устройство тестировалось только в лабораториях, но исполнительный директор ABB Джо Хоган рекламирует гибридный выключатель HVDC как «новую главу в истории электротехники» и предсказывает, что он сделает возможным разработку «сеть будущего» — то есть массивная сверхэффективная сеть для распределения электроэнергии, которая соединит не только страны, но и несколько континентов.Внешние эксперты не столь грандиозны, но они все же считают выключатель важным прорывом.

«Я поражен потенциалом этого изобретения, — говорит Джон Касакян, профессор электротехники и информатики Массачусетского технологического института. «Если он работает в больших масштабах и экономичен в использовании, он может стать существенным преимуществом».

Впереди

Гибридный выключатель HVDC может возвестить новый день для любимого Эдисоном режима электричества, в котором ток передается в постоянном потоке в одном направлении, а не в прямом и обратном направлениях переменного тока.В начале 1890-х годов округ Колумбия проиграл так называемую Войну токов в основном из-за проблемы с передачей данных на большие расстояния.

Во времена Эдисона из-за потерь из-за электрического сопротивления не существовало экономичной технологии, которая позволила бы системам постоянного тока передавать энергию на большие расстояния. Эдисон не считал это недостатком, потому что предполагал электростанции в каждом районе.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Но его соперники в эпоху новаторства в области электричества, Никола Тесла и Джордж Вестингауз, вместо этого рекламировали переменный ток, который можно было передавать на большие расстояния с меньшими потерями.Напряжение переменного тока (подумайте об этом как о давлении в водопроводе) можно легко повышать и понижать с помощью трансформаторов. Это означало, что высоковольтный переменный ток можно было передавать на большие расстояния, пока он не попадал в районы, где он преобразовывался в более безопасное низковольтное электричество.

Благодаря переменному току дымообразующие электростанции, работающие на угле, могут быть построены за много миль от домов и офисных зданий, которые они питают. Именно эта идея победила и стала основой для распространения систем электроснабжения в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Но достижения в области технологий в конечном итоге сделали возможным передачу постоянного тока при более высоких напряжениях. Тогда преимущества HVDC стали очевидны. По сравнению с переменным током, HVDC более эффективен: линия HVDC протяженностью в тысячу миль, несущая тысячи мегаватт, может потерять от 6 до 8 процентов своей мощности по сравнению с 12-25 процентами для аналогичной линии переменного тока. А для HVDC потребуется меньше линий на маршруте. Это сделало его более подходящим для мест, где электричество должно передаваться на чрезвычайно большие расстояния от электростанций в городские районы.Он также более эффективен для подводной передачи электроэнергии.

В последние годы такие компании, как ABB и немецкая Siemens, построили ряд крупных проектов по передаче постоянного тока высокого напряжения, таких как 940-километровая (584-мильная) линия ABB, которая была введена в эксплуатацию в 2004 году для подачи электроэнергии с крупной гидроэлектростанции «Три ущелья» в Китае. в провинции Гуандун на юге. В Соединенных Штатах компания «Сименс» впервые проложила подводный кабель на 500 киловольт, линию высокого напряжения постоянного тока протяженностью 65 миль, чтобы передать дополнительную энергию из энергосистемы Пенсильвании/Нью-Джерси на энергоемкий Лонг-Айленд.(По теме: «Может ли ураган «Сэнди» пролить свет на сдерживание перебоев в подаче электроэнергии?») И самая длинная линия электропередачи в мире, около 2500 километров (1553 мили), строится компанией ABB в настоящее время в Бразилии: проект Рио-Мадейра HVDC будет связать две новые гидроэлектростанции на Амазонке с Сан-Паулу, главным экономическим центром страны. (Связанные изображения: «Речные люди ждут плотины Амазонки»)

Но все эти проекты предусматривали доставку электроэнергии из пункта в пункт. Некоторые инженеры начали предвидеть потенциал разветвления HVDC на «суперсети».«Разбросанные массивы ветряных электростанций и солнечных установок могут быть объединены в гигантские сети. Благодаря своей стабильности и низким потерям, HVDC может сбалансировать естественные колебания возобновляемой энергии так, как никогда не смог бы AC. потребность в постоянной базовой мощности крупных угольных или атомных электростанций. , где ток течет непрерывно, чем с переменным током.«Когда у вас есть большая сеть и в одном месте удар молнии, вы должны иметь возможность быстро отключить эту секцию и изолировать проблему, иначе с остальной частью сети могут произойти плохие вещи», такие как катастрофический отключения электроэнергии, объясняет главный технический директор ABB Прит Банерджи. «Но если вы можете быстро отключиться, остальная сеть может продолжать работать, пока вы решите проблему». Вот тут-то и могут пригодиться гибридные выключатели HVDC — по сути, невзрачные стойки схем внутри электростанции.Выключатель сочетает в себе ряд механических и электронных устройств отключения, которые перенаправляют скачок тока, а затем отключают его. ABB заявляет, что устройство способно остановить скачок напряжения, эквивалентный мощности электростанции мощностью в один гигаватт, которая могла бы обеспечить электроэнергией 1 миллион домов в США или 2 миллиона домов в Европе за значительно меньшее время, чем мгновение ока.

Хотя новый выключатель АББ еще должен быть испытан на реальных электростанциях, прежде чем он будет признан достаточно надежным для широкого использования, независимые эксперты говорят, что он представляет собой шаг вперед по сравнению с предыдущими разработками.(Siemens, конкурент ABB, как сообщается, также работает над созданием усовершенствованного выключателя высокого напряжения постоянного тока.) с Институтом инженеров по электротехнике и электронике. «Есть и другие способы сделать то же самое, но сейчас их не существует, и они могут быть более дорогими».

Hingorani считает, что гибридные выключатели HVDC могут сыграть важную роль в построении разветвленных сетей HVDC, которые могли бы реализовать потенциал возобновляемых источников энергии.Кабели HVDC могут быть проложены по дну океана для передачи электроэнергии от плавучих ветряных электростанций, которые находятся в десятках миль от берега, вне поля зрения прибрежных жителей. По словам Хингорани, линии HVDC, оснащенные гибридными выключателями, также намного дешевле закопать, чем линии переменного тока, поскольку они требуют меньшей изоляции.

Для ветряных электростанций и солнечных установок в регионах Среднего Запада и Скалистых гор кабели высокого напряжения постоянного тока можно прокладывать под землей в экологически чувствительных районах, чтобы не загромождать ландшафт опорами электропередач и воздушными линиями.«До сих пор мы стремились к низко висящим фруктам, строя их в местах, где легко подключиться к сети», — объясняет он. «Есть и другие места, где может быть много ветра, но где потребуются годы, чтобы получить разрешения на воздушные линии — если вы вообще можете их получить — потому что общественность против этого».

Другими словами, будь то из-за общественного предпочтения держать угольные электростанции вне поля зрения или из-за желания использовать силу удаленного морского или горного ветра, общество по-прежнему ищет наименее навязчивый способ доставки электроэнергии на большие расстояния.Это означает, что по той же причине, по которой Эдисон проиграл Войну токов в конце 19-го века, его постоянный ток может получить возможность (благодаря техническим достижениям) служить основой более чистой сети 21-го века. (См. статью по теме: «Энергосистема 21-го века: можем ли мы исправить инфраструктуру, обеспечивающую нашу жизнь?»)

Эта история является частью специальной серии , посвященной проблемам энергетики. Чтобы узнать больше, посетите The Great Energy Challenge .

Примечание редактора: в более ранней версии этой истории неверно говорилось, что достижения в технологии трансформаторов позволили передавать постоянный ток на большие расстояния при высоком напряжении. История теперь отражает, что это стало возможным благодаря другим технологическим достижениям, а не улучшениям в трансформаторах. Определения напряжения и переменного тока также были изменены для ясности.

Методы постоянного тока – обзор

4.4 Сопротивление ионообменных мембранных систем

Сопротивление, с которым сталкиваются ионы при транспортировке через раствор и мембраны в электродиализной системе, является одним из наиболее важных свойств для возможности разделения, поскольку чем меньше сопротивление, тем меньше энергозатраты в процессе ЭД.Общее сопротивление электродиализа представляет собой сумму различных сопротивлений, с которыми сталкиваются ионы во время их переноса. Его значение зависит от некоторых факторов, неразрывно связанных с мембраной, типом раствора и конфигурацией клетки, например, расстоянием между мембранами и электродами [9, 191]. В промышленности межмембранное расстояние имеет тенденцию быть наименьшим для снижения сопротивления и обычно составляет 0,5-2 мм [2].

Мембраны большой толщины и мембраны с армирующими волокнами обладают высоким электрическим сопротивлением.Гетерогенные мембраны в целом также обладают высоким электрическим сопротивлением из-за более извилистого пути прохождения противоионов. Мембраны с высокой концентрацией фиксированных заряженных групп (ионообменная способность) в матрице обычно имеют низкое сопротивление из-за сильного притяжения между мембраной и ионами [13, 192, 193]. Большие значения обводненности мембраны также резко снижают ее сопротивление; высокие значения содержания воды приводят к увеличению проводящих каналов и увеличению подвижности ионов через мембрану [144].Метод сшивки является обычной практикой для улучшения мембранных материалов за счет уменьшения чрезмерного набухания, но он имеет тенденцию к увеличению сопротивления [109, 194]. Тип раствора также сильно влияет на сопротивление: присутствие органических частиц, таких как глюкоза, влияет на структуру воды в областях вблизи ионов и, следовательно, на их сферу гидратации и соответствующий радиус Стокса. Уменьшение стоксова радиуса приводит к уменьшению сопротивления движению ионов через жидкость, так как увеличивает проводимость и подвижность ионов [133].

Для определения электрического сопротивления в омической области можно использовать несколько методов постоянного тока, и один из простейших методов – расчет обратной величины наклона тангенциальной линии вольтамперной кривой. Поведение сопротивления, полученное методами постоянного тока, сильно различается при низких и высоких концентрациях раствора [38]. Несколько авторов обнаружили, что в условиях низких концентраций снижение устойчивости с увеличением концентрации очень выражено, тогда как при высоких концентрациях устойчивость не зависит от концентрации [15, 82, 157, 159].Однако эти методы не позволяют выделить, какой вид сопротивления (чисто мембранное сопротивление, сопротивление ДБС или сопротивление межфазного переноса ионного заряда через двойной слой) является доминирующим в зависимости от концентрации электролита.

Другая возможность – определение электропроводности с помощью, например, клипсовой ячейки [86,97,106,107,109,138,195–197], предложенной Belaid et al. [198] и Lteif et al. [199]. В этой методике проводимость мембраны часто измеряют с помощью ячейки-клипсы с платиновыми электродами.По результатам проводимости раствора и раствора + мембраны электрическое сопротивление рассчитывается по уравнению. (23), где R _m — электрическое сопротивление мембраны, R _м+с — сопротивление мембраны плюс эталонный раствор, R _{s 8} — сопротивление эталонного раствора, G _м — проводимость мембраны, G _м+с — суммарная проводимость мембраны и эталонного раствора, 92 8 010929 010929 — проводимость эталонного раствора.

(23)Rm=1Gm=1Gm+s-1Gs=Rm+s-Rs

Поскольку методы постоянного тока не позволяют различать индивидуальные сопротивления, присутствующие в системах мембрана/электролит, авторы исследовали сопротивление, используя методы переменного тока [ 82 159 200]. В этих работах было проверено, что при низких концентрациях основным сопротивлением, управляющим системой, является сопротивление, вызванное диффузионным пограничным слоем, тогда как при высоких концентрациях это сопротивление уже не имеет значения. Для идентификации и дифференциации каждого типа сопротивления обычно используется спектроскопия электрохимического импеданса [159, 201–203].Хотя спектроскопия электрохимического импеданса дает важные результаты, это одна из самых сложных методологий из-за необходимости знать каждое явление, связанное с реализованной моделью [38].

Как уже упоминалось, хронопотенциометрия часто используется для оценки электрических сопротивлений систем, работающих в заниженных и запредельных условиях. Стодоллик и др. [204] использовали хронопотенциометрию для определения сопротивления сверхпредельных токов биполярной мембраны путем построения вольтамперных кривых.Авторы заметили, что сопротивление в запредельных условиях подчиняется экспоненциальному закону и зависит от рН и ионной силы только в отношении абсолютного уровня тока. Связь между сопротивлением запредельной области и омическим сопротивлением ( R ₃ / R ₁ ), полученная методом хронопотенциометрии, была подтверждена [9, 69, 110, 149, 166]. др. [205], более крупные ионы в растворе уменьшают соотношение R ₃ /R ₁ .Это объясняется уменьшением сопротивления запредельной области с увеличением числа Пекле, так как ионы с большим радиусом Стокса увеличивают интенсивность перемешивания.

В дополнение к поляризационным кривым хронопотенциограммы также предоставляют ценную информацию о сопротивлении. Падение омического потенциала в неполяризованном состоянии мембраны после прекращения подачи тока ( i = 0) количественно определяет сопротивление, связанное с мембраной и раствором [73, 140].Кроме того, чем больше конечное значение падения потенциала, зарегистрированного для приложенной плотности тока, тем больше его электрическое сопротивление. Некоторые авторы отмечают, что после достижения стационарной стадии на хронопотенциограммах может изменяться падение потенциала, а, следовательно, и сопротивление. Как уже упоминалось, увеличение падения потенциала предполагает образование некоторого осадка на мембране при превышении предельной плотности тока, который может блокировать прохождение ионов и повышать сопротивление [65,67,70,71].Скараццато и др. [166] наблюдали увеличение падения потенциала на хронопотенциограммах, что могло быть связано с образованием незаряженных частиц после снижения рН на поверхности мембраны. Наблюдается также уменьшение падения потенциала при приложении плотности тока выше предельной, что связано с диссоциацией воды и изменением равновесия веществ, транспортируемых через мембрану. При этом генерация Н ⁺ и ОН ^– интенсифицирует транспорт этих частиц через мембрану за счет их высокой ионной подвижности [85], приводя к изменению рН диффузионного пограничного слоя и возникновение диссоциации видов [9].По данным Княгиничевой и соавт. [206], общее сопротивление начинает снижаться за счет преобладания диссоциации воды, когда i / i _lim > 2,

Некоторые авторы [81,83,152,207-209] обычно приводят хронопотенциограммы и кривые напряжения с «приведенным падением потенциала» (Um′) путем исключения вклада омического сопротивления (U _Ω на рис. 9) из измеренного напряжения (U _m ) (уравнение (24)). Это весьма удобно, особенно когда целью работы является сравнение электрохимического поведения различных мембран.На рис. 19 показаны вольтамперные кривые, полученные Balster et al. [81] для мембраны Nafion (DuPont, США) с вычетом омического сопротивления и без него.

Рис. 19. Кривые вольтамперной характеристики, полученные с учетом и без учета омического сопротивления (адаптировано из [81]).

(24)Um′=Um−UΩ=Um−iR1

Сеть постоянного тока среднего напряжения – 1-е издание

MM Eissa

Мустафа М. Эйсса – профессор кафедры электротехники в Хелуане, Хелуанский университет , Египет.(В отпуске в Университете Султана Кабуса, Инженерный колледж, факультет электротехники и вычислительной техники, Оман). Он является старшим членом IEEE Power & Energy Society и выпускником Хелуанского университета. Ранее он занимал должность вице-председателя IEEE. Он был советником IEEE HSB; научный сотрудник Университета Калгари, Канада, 2000 г.; старший приглашенный профессор Университета Теннесси, США, 2014 г.; Профессорская стипендия – JSPS FY2017, Японско-Киотский университет; Предоставлены индивидуальные стипендии Марии Склодовской-Кюри, европейско-институциональные гранты, Королевский университет, Ирландия, Грант Фонда Ньютона-Мошарафа, 2018, Королевский университет, Ирландия и STDF-Египет.Профессор Эйсса получил восемь наград, включая «Государственную награду за выдающиеся достижения в области инженерных наук» Академии научных исследований и технологий (Египет), 2016/2017; «Университетская премия за выдающиеся достижения в области инженерных наук» в 2016/2017 гг.; награда IEEE PES «Chapter Outstanding Engineer Award» за выдающийся вклад в образование, исследования и промышленность в области электроэнергетики, 2017 г.; «Государственное поощрение» за передовые технологии науки, 2002 г.; «Выдающийся исследователь» в октябре 2005 г.; «Премия поощрительного исследователя» в 2011 г.; «Премия поощрения исследователя» в 2012 г., присужденная в рамках «Программы постоянного совершенствования и квалификации для аккредитации» Министерством высшего образования Египта; «Премия ETRERA 2020» в категории интеллектуальных сетей в 2014 году (европейская награда).Он проводил исследования и консультации, а также является автором многих статей в журналах IEEE Transactions on Power Delivery и IEEE Transactions on Smart Grids, а также в других журналах IET, Elsevier и ETEP. У него много крупных грантов в области ГИС на основе интеллектуальных счетчиков, микросетей и гибридных ВИЭ, эффективности и оптимизации гибридной энергии, управления/защиты HVDC на основе WAM; разработка энергетической политики; и интеллектуальные сети на основе DSM и EMS.