Transkraniální střídavý proud pro oscilopatie (tACS_EEG)

tDCS byl aplikován na spektrum onemocnění, včetně deprese, Parkinsonovy choroby (PD), demence a dalších, na základě konceptu dysfunkčních oblastí mozku: modulace hypo- nebo hyper-funkce indikovaných oblastí mozku prostřednictvím anodických popř. katodická tDCS prokázala zlepšení klinických příznaků, i když obecně krátkodobé a často s nesouhlasnými výsledky mezi studiemi. Naopak, tACS byl jen výjimečně aplikován lidem s onemocněním, s nesouhlasnými výsledky. Jeho aplikace u zdravých jedinců na podporu spánku a tvorby paměti související se spánkem a pracovní paměti se však ukázala jako účinná. Pokud však chybí konsenzus o vzorcích stimulace (kontinuální vs. střídavé), totéž platí pro frekvence, ačkoli důkazy z výpočtových studií a studií na zvířatech ukazují, že tACS je velmi účinný při strhávání sítě při frekvenci aplikované stimulace, přičemž theta znatelně účinná při zlepšování kognitivních výkonů v paměťových úlohách.

Ať už jde o jiné paradigma, přizpůsobené specifickým neurofyziologickým signaturám, a nikoli fenotypu základní dysfunkce (tj. aplikace inhibičního tDCS na hyperfunkční kortikální oblast daného onemocnění nebo naopak), by mohla vést k lepším a dlouhodobějším klinickým výsledkům, není dosud definováno.

Proto má tato navrhovaná studie dvě základní otázky: 1) je re-kategorizace patologií na základě jejich oscilačních aktivit a související distribuce pokožky hlavy. Odpověď, kterou vyšetřovatelé hledají, je, zda by vyšetřovatelé dokázali identifikovat jasné neurofyziologické markery, které by mohly vést k nové diagnostické klasifikaci. Z translačního hlediska je otázka: 2) mohly by tyto markery nakonec vést terapeutické možnosti? Pokud se tyto body prokážou, vyšetřovatelé očekávají rozšíření výsledků na další oscilopatie (tj. schizofrenie nebo nespavost).

Cíl tohoto projektu je tedy dvoustupňový: v první fázi budou definovány neurofyziologické markery různých onemocnění, překonávající tradiční klasifikaci patologií založenou na symptomech. Ve druhé fázi budou tyto vlastnosti převedeny do přizpůsobeného protokolu neinvazivní stimulace mozku (NIBS). A skutečně, se zaměřením na dysfunkce oscilačních rytmů, tACS, který strhává specifické EEG frekvence, místo tDCS, který hypo-hyperpolarizuje bez rozdílu rozsáhlé oblasti mozku, bude aplikován.

V první fázi budou vybrané patologie ze širšího spektra thalamokortikálních dysrytmií (TCD) kategorizovány na základě jejich převládajícího EEG rytmu; kromě toho bude získána oscilační mozková odezva na vnější poruchu (synchronizace nebo desynchronizace frekvenčních pásem v reakci na stimulaci TMS, jak je definována koregistrací EEG-TMS). Identifikovaná frekvence EEG bude následně extrahována z EEG pro vizualizaci vadných oblastí pokožky hlavy. Vyšetřovatelé identifikují:

• převládající rytmus EEG v klidovém, standardním EEG pomocí výkonové spektrální analýzy, založené na Fourierově transformaci;
• podrobnější vhled do mozkové reaktivity a její oscilační odezvy jako reakce na náhodnou stimulaci TMS bez strhávání s EEG koregistrací, což je metoda, která zřejmě vyvolává na stavu závislou oscilační odpověď mozku; Patologie vykazující analogické neurofyziologické znaky budou seskupeny, aby bylo možné definovat vhodné společné stimulační paradigma nezávisle na fenotypu symptomu.

Ve druhé fázi se vyšetřovatelé pokusí přizpůsobit tACS na základě dříve definovaných kategorií. Skalpová oblast dysfunkčního rytmu pomůže při výběru stimulačního místa, zatímco stimulační paradigma bude stanoveno na základě převládajících EEG pásem v klidu a po perturbaci - tj. transkraniální stimulace bude nízkofrekvenční (4 Hz) střídavě (tACS) pro onemocnění charakterizovaná patologickým zvýšením rychlých rytmů a naopak (30 Hz) za účelem strhávání defektního EEG pásma. Očekává se jednoznačné, dlouhodobé zlepšení klinických příznaků.

Naším očekávaným výsledkem je, že budeme schopni nastavit vhodná a účinná paradigmata stimulace tACS založená na neurofyziologických markerech onemocnění spíše než na klinických příznacích. Vzhledem k velkému počtu patologií zahrnutých ve spektru TCD by se tato terapeutická možnost mohla stát slibnou neinvazivní, nákladově efektivní terapeutickou možností s širokým polem použití.

Patologie, které je třeba zahrnout, jsou:

• PD: změněná thalamokortikální smyčka, která prostřednictvím thalamu odráží prevalenci beta ve smyčce hlubokých jader a odráží se do kortexu.

• Neuropatická bolest (NP): důkaz zvýšeného výkonu v pásmu theta (7-8 Hz), zejména nad frontálním a somatosenzorickým kortexem. Generování nízkofrekvenční aktivity thalamokortikálním okruhem má za následek dlouhodobou patologickou rovnováhu v matrix kortikální bolesti.

  2 - Metody

2.1. Klinické hodnocení před (T0), po stimulaci (T1) a po 4 týdnech následného sledování (T2)

• PD: UPDRS III, Dynamic Gait Index
• NP: Neuropathic Pain Questionnaire (NPQ), VAS pro bolest, krátký formulář 36-položkový Health Survey (SF-36) Bude zaznamenána možná modifikace terapie diktovaná klinickým stavem jednotlivce.

2.2. Neuropsychologické vyšetření T0, T1 a T2 Všechny skupiny pacientů podstoupí následující baterii neuropsychologických testů. Bude měřen stav úzkosti a rys a bude podáván BDI.

• Montreal Cognitive Assessment (MoCA)
• Inventář stavové úzkosti (STAY) Y1 a Y2
• Beckův inventář deprese (BDI) II
• Reyův test sluchového verbálního učení
• Rey-Osterrieth Complex Figure Test verze I a III
• Modifikovaný Taylorův test
• Stupnice geriatrické deprese (zkrácená forma)
• Cifrario
• Test fonematické plynulosti
• Edinburský test ruční práce
• Short-form Intelligence Test (TIB)
• Revidovaný Hopkinsův test verbálního učení (HVLTR)
• Zkouška tvorby stezky

2.3. Analýza signálu T0, T1 a T2 klidová EEG analýza. EEG bude získáno pomocí TMS kompatibilního EEG zesilovače (BrainAmp 32MRplus, BrainProducts GmbH, Mnichov, Německo) a čepičky poskytující 30 Ag/AgCl elektrod umístěných podle systému 10/20. Data budou zpracována v Matlabu (MathWorks, Natick, MA) pomocí skriptů založených na EEGLAB (http://www.sccn.ucsd.edu/eeglab), a také speciální domácí kód vytvořený pro tuto studii. Viditelné artefakty v EEG budou odstraněny pomocí postupu nezávislé analýzy komponent a EEG bude filtrováno pásmovou propustí od 1 do 30 Hz. Data EEG budou rozdělena do epoch po 2 s a rychlá Fourierova transformace (FFT) bude aplikována na nepřekrývající se epochy a zprůměrována napříč epochami. Na základě hustoty výkonového spektra budou vyhodnoceny relativní výkony (%) v delta (1-4 Hz), theta (4-7 Hz), alfa (8-12 Hz) a beta (13-30 Hz) frekvenčních rozsazích.

K porovnání mapy pacienta s velkým průměrem kontrol (skupina 20 zdravých subjektů) bude použit jednovzorkový z-test. Statistická mapa tedy definuje senzory, ve kterých se relativní výkon od jednotlivého pacienta statisticky liší od výkonu referenční populace (kontrolní skupina).

Předstimulace (T0) EEG-TMS koregistrační TMS bude provedena pomocí Dymegu v konfiguraci bifázického pulzu (DuoMag, EMS, Itálie), který generuje maximální magnetické pole 1,5 T. TMS bude dodáno prostřednictvím čísla z- osm ohniskové cívky nad dominantní primární motorickou oblastí (M1). Motorické evokované potenciály (MEPs) budou zaznamenávány z levého/pravého thenarového eminentního svalu pomocí Ag/AgCl povrchových elektrod fixovaných ke kůži pomocí břišní šlachové montáže. Intenzita stimulu bude nastavena na 110 % intenzity motorického prahu. Náhodně bude dodáno 100 TMS jednorázových stimulů s intervalem mezi 8-15 s.

EEG bude získáno pomocí stejného systému EEG kompatibilního s magnetickou rezonancí, který byl popsán dříve. EEG data budou analyzována pomocí časově-frekvenčního postupu pro charakterizaci TMS-indukovaných oscilací. Časově-frekvenční analýza bude provedena s kontinuální Morletovou vlnkovou transformací, která poskytuje časový průběh po magnetické stimulaci relativního výkonu v hlavních frekvenčních pásmech, jak je popsáno výše. Profily pro každý subjekt budou zprůměrovány z post-stimulačních studií a normalizovány na výchozí hodnotu.

2.4. Stimulační paradigma TADCS Stimulace bude aplikována externím bateriovým stimulátorem (BrainStim, EMS, Bologna, Itálie) prostřednictvím dvou houbových elektrod (5x7 cm). Anodální elektroda bude umístěna přes oblast pokožky hlavy odpovídající defektnímu síťovému uzlu, jak bylo odvozeno analýzou zdroje EEG. Katodová elektroda bude umístěna přes ipsilaterální mastoid. Bude dodáván sinusový proud v rozsahu od 1 do 2 mA; stimulační frekvence bude odvozena z vadného EEG pásma - tj. pokud převládají nízkofrekvenční oscilace, stimulace bude na 30 Hz; pokud převládají vysokofrekvenční oscilace, stimulace bude na 4 Hz. Falešná stimulace bude podle konsenzuálního prohlášení prováděna jako stimulace náhodným šumem (RNS) s elektrodami umístěnými na stejných místech jako aktivní stimulace a simulovaná sezení budou trvat 30 minut a budou se opakovat po dobu dvou týdnů v 5 po sobě jdoucích dnech v týdnu oddělených 2denní interval. Bude použita náhodná stimulace hluku (RNS) s amplitudou 1 až 2 mA.

2.5. Schválení etickou komisí Studie zahrnuje stimulaci lidských subjektů a jako taková bude vyžadovat etické schválení. Vyšetřovatelé získali etické schválení od etické komise Fakultní nemocnice v Padově (3507/15).

2.6. Statistická analýza a síla studie Data budou shrnuta pomocí deskriptivní statistiky. Pro každý výsledek budou vytvořeny příslušné 95% intervaly spolehlivosti (CI).

2.6.1. První fáze Bude vypočítán podíl lidí s PD vykazujících EEG beta vrchol (FFT) a 95% binomickou CI. Stejná analýza bude provedena u lidí s NP zobrazující EEG theta peak (FFT).

2.6.2. Druhá fáze 2.6.2.1. Primární analýzy K vyhodnocení rozdílů ve skóre UPDRS a skóre NPQ mezi T0 a T1 bude použit test opakovaných měření (ANCOVA).

2.6.2.2. Sekundární analýzy Průřezové hodnocení před a po léčbě mezi PD s beta vrcholem a PD s jinými vrcholy EEG bude provedeno pomocí nezávislého t testu vzorku. Stejná analýza bude provedena pro vyhodnocení rozdílů v TO a T1 mezi NP subjekty s theta píky vs NP s jinými EEG píky.

Další analýzy by mohly být provedeny pomocí analýzy rozptylu (ANOCOVA) pro zohlednění těchto prediktorů: věk, pohlaví, závažnost onemocnění v T0, interakce s jinými frekvenčními pásmy, pre- a poststimulační terapie po skutečné a aktivní falešné modifikaci tACS, léky. Lze použít modely opakovaných měření.

2.6.3. Analýza signálu

Analýza rozptylu (ANOVA) pro opakovaná měření bude aplikována na relativní výkon s faktorem „čas“ (T0, T1 a T2); předpoklad sféricity bude posouzen pomocí Mauchlyho testu. Kde je to vhodné, budou použity skleníkové-Geisserovy epsilon úpravy pro nesféricitu. Bude použit post hoc párový vzorek dvoustranný t-test upravený pro vícenásobná srovnání s Bonferroniho metodou. Statistická významnost bude nastavena na p < 0,05, opraveno. Dvourozměrné velké střední t-mapy relativní mohutnosti budou vypočítány z t-hodnot pro kontrolu topografické distribuce významnosti.

2.6.4. Výkon studie Pro výpočet celkové velikosti vzorku projektu výzkumníci nejprve vypočítají velikost vzorku pro fázi II. Vzhledem k velikosti vzorku pro fázi II bude velikost vzorku pro fázi I vypočítána s ohledem na potenciální výpadky.

Velikost vzorku fáze II Budou zkoumány dvě různé populace (PD, NP), proto nebude provedena žádná korekce na multiplicitu.

Lidé s PD a NP Vzorek o velikosti 15 dosahuje 92% schopnosti detekovat průměr párových rozdílů (rozdíl ve skóre UPDRS před a po stimulaci) 4,0 s odhadovanou směrodatnou odchylkou rozdílů 4,3 a s hladinou významnosti (alfa). 0,05 pomocí oboustranného párového t-testu u lidí s PD s EEG beta (FFT). Stejný předpoklad bude předpokládán pro snížení NPQ, bude tedy potřeba celkem 30 subjektů, 15 pro každou kategorii.

Velikost vzorku fáze I Výzkumníci očekávají, že všichni lidé s PD budou mít vrchol beta frekvence, zatímco ti s NP budou v pásmu theta. Velikost vzorku 15 lidí s NP produkuje jednostrannou 97,5 binomickou CI 79,61 % - 100 % za předpokladu, že očekávaný podíl theta je 100 %. Velikost vzorku 15 lidí s PD produkuje jednostrannou 97,5 binomickou CI 79,61 % - 100 % za předpokladu, že očekávaný podíl beta je 100 %.

Celková velikost vzorku Aby bylo možné zohlednit potenciální předčasné ukončení, vyšetřovatelé přijmou 20 lidí s NP a 20 lidí s PD, což dává celkovou velikost vzorku 40 pacientů.