Uzavřená smyčka tDCS u pacientů ve stavu minimálně při vědomí

Během posledních 20 let se znovuobjevením a rozvojem neinvazivní mozkové stimulace (NIBS); techniky, jako je transkraniální stimulace stejnosměrným proudem (tDCS) a transkraniální magnetická stimulace (TMS), vzkvétaly díky pokroku ve funkčním zobrazování, elegantním neurofyziologickým hodnocením, počítačově generovanému modelování a především díky základům dobře navržené metodologie výzkumu.

TDCS představuje bezpečnou, levnou a přímou techniku, kterou lze snadno integrovat do rehabilitačních programů. V první falešně kontrolované dvojitě zaslepené randomizované zkřížené studii byl hodnocen účinek jedné prefrontální tDCS u heterogenní populace pacientů s poruchami vědomí (DOC), vegetativním stavem (VS) a stavem minimálně při vědomí (MCS), akutní -subakutní (< 3 měsíce) a chronické, s traumatickou nebo netraumatickou etiologií. Na individuální úrovni byli tDCS respondéři definováni jako pacienti, kteří vykazovali nové známky vědomí (např. sledování příkazu; vizuální pronásledování; rozpoznávání, manipulace nebo lokalizace objektů); po aktivní relaci tDCS, která nebyla přítomna před ani během falešné relace tDCS. 13/30 pacientů v MCS vykazovalo zlepšení související s tDCS. 2 akutní (<3 měsíce) pacienti ve VS z 25 vykazovali odpověď tDCS (tj. ukázaly sledování povelu a vizuální pronásledování po anodické stimulaci nepřítomné na začátku nebo před nebo po simulovaném tDCS). Na úrovni skupiny byl účinek léčby, měřený pomocí revidované stupnice zotavení z kómy (CRS-R), pozorován u pacientů s MCS, ale nikoli u skupiny pacientů s VS. Kromě toho nebyly pozorovány žádné vedlejší účinky související s tDCS. V jiné falešně kontrolované studii byl tDCS aplikován po dobu pěti dnů buď na primární motorickou kůru, nebo na levou prefrontální kůru u 10 chronických pacientů s DOC. V této studii byl účinek tDCS hodnocen až 12 měsíců po stimulaci. Tato studie zdůraznila, že i u chronických pacientů v DOC se může zlepšit a účinek může trvat až 12 měsíců po tDCS.

Několik studií tDCS provedla Coma Science Group (Dr Thibaut) a další skupiny. Dosud bylo do osmi studií zařazeno celkem 221 pacientů s DOC bez závažných nežádoucích účinků. Kromě toho tři další studie provedené Naro et al, včetně celkem 59, také nezaznamenaly žádné nežádoucí účinky. Proto se tDCS jeví jako bezpečná technika, zejména pokud je aplikována odborníky a vysoce vyškolenými vyšetřovateli se silným zázemím jak v neinvazivní stimulaci mozku, tak u pacientů s poruchami vědomí.

Z neurofyziologického hlediska tDCS zvyšuje neuronální excitabilitu tím, že usnadňuje uvolnění akčního potenciálu a modifikaci excitability NMDA receptorů. Kromě toho může tDCS posílit dynamická synaptická spojení související s úkoly. Účinek jednoho sezení tDCS trvá asi 60 až 90 minut. Zatímco při opakování stimulace po dobu 10 až 20 sezení bylo zjištěno, že účinky přetrvávají až 3 měsíce po ukončení stimulačních sezení.

Hlavním problémem při aplikaci tDCS u pacientů s DOC je variabilita individuální behaviorální reakce. V předchozích studiích provedených Coma Science Group a dalšími skupinami byl poměr respondentů ve studiích nekonzistentní. Jak je uvedeno výše, respondérem je pacient, který po aplikaci aktivního tDCS vykazoval nové známky vědomí, které nebyly nikdy pozorovány předtím, ani před nebo po simulované stimulaci. Vzhledem ke specifičnosti zkřížených designů používaných v těchto studiích však byla tato definice nedávno aktualizována jako pacient, který poprvé po aplikaci aktivního tDCS vykazoval nové známky vědomí.

Mezi další kroky k optimalizaci aplikací tDCS patří lepší identifikace tDCS respondérů předem. Za tímto účelem provedli Thibaut a kolegové retrospektivní studii srovnávající strukturální a metabolické profily neurozobrazení pacientů, kteří reagovali na tDCS (n=8) a pacientů, kteří nereagovali (n=13), pomocí strukturálních dat MRI T1 a 18 - fluorodeoxyglukózová polohová emisní tomografie. Výsledky ukázaly větší atrofii u non-responderů v oblastech zahrnujících levý DLPFC, mediální-prefrontální kortex a levý thalamus ve srovnání s respondéry. Stejné oblasti a také thalamus byly hypometabolické u non-responderů ve srovnání s respondery. To naznačuje, že odpověď na tDCS vyžaduje alespoň částečnou strukturální a metabolickou ochranu stimulované oblasti, stejně jako v podkorových oblastech mozku zapojených do pozornosti a pracovní paměti. Později autoři použili stejný vzorek a retrospektivně analyzovali konektivitu mozku EEG v klidovém stavu. Výsledky ukázaly vyšší theta centralitu u respondérů (ve srovnání s nereagujícími), což znamená, že tento nový biomarker lze použít k predikci odpovědi tDCS u pacientů s DOC (Thibaut et al. 2018). Další klíčovou složkou schopnosti reagovat je načasování stimulace. Pacienti s DOC skutečně typicky vykazují kolísání bdělosti ovlivňující jejich schopnost reagovat na jakýkoli druh vnějšího podnětu. Pacienti v MCS dokonce vykazují periodicitu 70 minut v těchto fluktuacích (rozmezí 57-80), srovnatelnou s kolísáním pozornosti pozorovaným u zdravých kontrol, zatímco pacient ve VS tento typ periodicity nevykazuje. Piarulli a kolegové použili spektrální entropii měřenou klidovým EEG ke zvýraznění periodicity jejích fluktuací a navrhli, že variabilita EEG spektrální entropie u MCS by mohla odrážet fluktuaci uvědomění dříve popsanou u této populace. Podávání tDCS během specifických časových oken (tj. období nízkého nebo vysokého vzrušení) by proto mohlo ovlivnit jeho klinickou účinnost u pacientů s MCS, protože je známo, že pozitivní účinky tDCS jsou závislé na nervovém stavu mozku. Nedávné pokroky v informačních technologiích umožňují za tímto účelem implementovat nastavení s uzavřenou smyčkou pomocí složitých výpočtů prováděných v reálném čase. Použití této technologie k cílení na konkrétní úrovně bdělosti pomocí tDCS u pacienta s MCS by mohlo poskytnout pohled na pochopení vzorců reakce na tuto léčbu a optimalizovat budoucí aplikace.