Closed-loop tDCS hos patienter i minimalt bevidst tilstand

I løbet af de sidste 20 år, med genopdagelsen og udviklingen af ​​noninvasiv hjernestimulering (NIBS); Teknikker såsom transkraniel jævnstrømsstimulering (tDCS) og transkraniel magnetisk stimulation (TMS) har blomstret takket være fremskridtene inden for funktionel billeddannelse, elegante neurofysiologiske vurderinger, computergenereret modellering og vigtigst af alt, grundlaget for veldesignet forskningsmetodologi.

TDCS repræsenterer en sikker, billig og ligetil teknik, der let kan integreres i rehabiliteringsprogrammer. I et første sham-kontrolleret dobbeltblindt randomiseret crossover-studie blev effekten af ​​en enkelt præfrontal tDCS evalueret i en heterogen population af patienter med bevidsthedsforstyrrelser (DOC), vegetativ tilstand (VS) og minimalt bevidst tilstand (MCS), akutte -subakut (< 3 måneder) og kronisk, med traumatiske eller ikke-traumatiske ætiologier. På det individuelle niveau blev tDCS-respondere defineret som patienter, der præsenterede et nyt tegn på bevidsthed (f.eks. kommandofølge; visuel forfølgelse; genkendelse, manipulation eller lokalisering af objekter); efter den aktive tDCS-session, som ikke var til stede før eller under den falske tDCS-session. 13/30 patienter i MCS viste en tDCS-relateret forbedring. 2 akutte (<3 måneder) patienter i VS ud af 25 viste et tDCS-respons (dvs. viste kommandofølge og visuel forfølgelse til stede efter den anodale stimulation, der ikke var til stede ved baseline eller før eller efter sham-tDCS). På gruppeniveau blev der observeret en behandlingseffekt målt ved Coma Recovery Scale-Revised (CRS-R) i MCS, men ikke i VS-patientgruppen. Derudover blev der ikke observeret nogen tDCS-relaterede bivirkninger. I en anden sham-kontrolleret undersøgelse blev tDCS anvendt i fem dage enten over den primære motoriske cortex eller over den venstre præfrontale cortex hos 10 kroniske patienter med DOC. I dette forsøg er effekten af ​​tDCS blevet vurderet op til 12 måneder efter stimulering. Denne undersøgelse fremhævede, at selv kroniske patienter i DOC kunne forbedres, og effekten kunne vare op til 12 måneder efter tDCS.

Adskillige tDCS-undersøgelser er blevet udført af Coma Science Group (Dr. Thibaut) og andre grupper. Indtil videre er i alt 221 patienter med DOC blevet inkluderet i otte studier uden nogen alvorlig bivirkning. Derudover rapporterede tre andre forsøg udført af Naro et al, inklusive i alt 59, heller ikke nogen uønskede hændelser. Derfor fremstår tDCS som en sikker teknik, især når den anvendes af eksperter og højtuddannede efterforskere med en stærk baggrund i både non-invasiv hjernestimulering og patienter med bevidsthedsforstyrrelser.

Fra et neurofysiologisk synspunkt øger tDCS den neuronale excitabilitet ved at lette aktionspotentialets frigivelse og modifikation af excitabiliteten af ​​NMDA-receptorer. Desuden kan tDCS styrke opgaverelaterede dynamiske synaptiske forbindelser. Effekten af ​​en enkelt tDCS-session varer omkring 60 til 90 min. Mens, når stimulationen gentages i 10 til 20 sessioner, har virkningerne vist sig at vare op til 3 måneder efter afslutningen af ​​stimulationssessionerne.

En stor udfordring i anvendelsen af ​​tDCS til patienter med DOC er variabiliteten i den individuelle adfærdsrespons. Faktisk, i tidligere undersøgelser udført af Coma Science Group og andre grupper, var antallet af respondere inkonsekvent på tværs af undersøgelser. Som nævnt ovenfor er en responder en patient, der viste et nyt tegn på bevidsthed efter påføring af aktivt tDCS, som aldrig blev observeret før eller før eller efter simuleret stimulering. Men i betragtning af specificiteten af ​​crossover-designs brugt i disse undersøgelser, blev denne definition for nylig opdateret som en patient, der viste et nyt tegn på bevidsthed for første gang efter anvendelsen af ​​aktivt tDCS.

De næste trin for at optimere tDCS-applikationerne inkluderer en bedre identifikation af tDCS-respondere på forhånd. Til det formål gennemførte Thibaut og kolleger en retrospektiv undersøgelse, der sammenlignede de strukturelle og metaboliske neuroimagery-profiler for patienter, der reagerede på tDCS (n=8) og patienter, der ikke gjorde det (n=13), ved hjælp af strukturelle MRI T1-data og 18 -fluordeoxyglucose position emission tomografi. Resultaterne viste en større atrofi hos ikke-respondere i regioner inklusive venstre DLPFC, den mediale-præfrontale cortex og venstre thalamus sammenlignet med respondere. De samme områder såvel som thalamus var hypometaboliske hos ikke-respondere sammenlignet med respondere. Dette tyder på, at respons på tDCS kræver i det mindste delvis strukturel og metabolisk bevarelse af det stimulerede område såvel som i subkortikale hjerneområder involveret i opmærksomhed og arbejdshukommelse. Senere brugte forfatterne den samme prøve og analyserede retrospektivt hviletilstand EEG-hjerneforbindelse. Resultaterne viste højere theta-centralitet hos respondere (sammenlignet med ikke-respondere), hvilket betyder, at denne nye biomarkør kan bruges til at forudsige tDCS-respons hos patienter med DOC (Thibaut et al. 2018). En anden nøglekomponent til reaktionsevne er timingen af ​​stimulationerne. Faktisk præsenterer patienter med DOC typisk fluktuationer i årvågenhed, der påvirker deres reaktion på enhver form for ekstern stimuli. Patienter i MCS viser endda en periodicitet på 70 minutter i disse fluktuationer (interval 57-80), sammenlignelig med fluktuationerne i opmærksomhed observeret hos raske kontroller, mens patient i VS ikke udviser denne type periodicitet. Piarulli og kolleger brugte den spektrale entropi målt med hvilende EEG for at fremhæve periodiciteten i dens fluktuationer og foreslog, at EEG-spektralentropivariabiliteten i MCS kunne afspejle udsvinget i bevidsthed, der tidligere er beskrevet i denne population. Administration af tDCS under specifikke tidsvinduer (dvs. perioder med lav eller høj ophidselse) kan derfor påvirke dets kliniske effektivitet hos patienter i MCS, da det er kendt, at de positive virkninger af tDCS er afhængige af hjernens neurale tilstand. Til dette formål muliggør de seneste fremskridt inden for informationsteknologi implementeringen af ​​et lukket sløjfe-setup ved at komplekse beregninger udføres i realtid. Brug af denne teknologi til at målrette mod specifikke niveauer af årvågenhed med tDCS hos patienter i MCS kan give indsigt i at forstå mønstrene for at reagere på den behandling og optimere fremtidige applikationer.