Målrettet HD-tDCS for at forbedre rehabilitering af øvre lemmer ved SCI

Forskerne afsluttede for nylig et klinisk forsøg, der evaluerede, om funktion af øvre lemmer hos dem med SCI kunne forbedres ved at parre rehabilitering med konventionel tDCS. Samlet set fandt efterforskerne, at konventionel tDCS viste løfte om at forbedre funktionen af ​​de øvre lemmer, med en observeret effektstørrelse varierende fra 0,23 til 0,58. Ved hjælp af data fra dette forsøg udførte efterforskerne en retrospektiv analyse for at bestemme, om niveauet af funktionel fordel, som forsøgspersonen oplevede, var relateret til styrken af ​​tDCS-strøm leveret til de kortikale områder dedikeret til svage muskler. Efterforskerne tilnærmede leveringen af ​​aktuelle modeller fra software udviklet af samarbejdspartner Dr. Bikson. De nuværende efterforskers analyse fandt, at forbedringer i fingerfærdighed efter ti sessioner med konventionel, ikke-fokal (35 cm2) tDCS var større, når strømmen blev leveret hovedsageligt inden for de motoriske kortikale områder dedikeret til de svage muskler.

I forlængelse af den retrospektive analyse har efterforskerne for nylig gennemført en pilotundersøgelse for at bestemme, om fokaliteten af ​​tDCS direkte kan ændre funktionelle fordele hos personer med SCI. Specifikt udførte efterforskerne en enkelt-session cross-over-undersøgelse, der evaluerede effekten af ​​konventionel, sham og en fokuseret tDCS på grebsstyrke og corticospinal pathway excitabilitet (n=2). Til den aktuelle undersøgelse brugte efterforskerne højopløsnings tDCS (HD-tDCS) til at levere en mere fokal strøm med tDCS. HD-tDCS leverer strøm gennem fem små elektroder (0,8 cm2) placeret i en "X-formet" konfiguration via en simpel hætte. Denne konfiguration fører til en 80 % større koncentration eller fokusering af det elektriske felt inden for målområdet sammenlignet med konventionel, ikke-fokal tDCS.

I den nuværende cross-over-undersøgelse blev resultaterne vurderet før og umiddelbart efter en 30-minutters anvendelse af tDCS parret med opgavetræning. Sessioner blev fordelt med en uges mellemrum for at tillade tilstrækkelig udvaskning. Efterforskerne fandt, at HD-tDCS havde en væsentlig indflydelse på grebsstyrken sammenlignet med konventionel tDCS. Mest bemærkelsesværdigt forbedrede HD-tDCS grebsstyrken (+15,9 N), mens konventionel tDCS reducerede grebsstyrken (-5,5 N). Med den ekstra grebstyrke efter HD-tDCS rapporterede forsøgspersoner den nye evne til at gribe en flaske vand og holde små genstande, hvilket indikerer det større potentiale for klinisk påvirkning sammenlignet med konventionel tDCS. Samlet set blev rå ændringer i grebsstyrke oversat til en 40 % fordel ved HD-tDCS sammenlignet med konventionel tDCS, hvor en ændring på mere end 15 % blev defineret som klinisk signifikant. Efterforskerne observerede også, at den enkelte anvendelse af HD-tDCS kunne resultere i større stigninger i corticospinal excitabilitet af den svage tricepsmuskel sammenlignet med konventionel tDCS. Dette er ikke overraskende, eftersom fokusering af det elektriske felt har vist sig at fremkalde større, længerevarende stigninger i corticospinal excitabilitet hos raske individer; en effekt, der sandsynligvis opstår, da mere strømflow er mindre variabelt og når frem til kortikale mål efter HD-tDCS (98 % forbedring i forhold til konventionel tDCS). Baseret på efterforskernes tidligere resultater forventes HD-tDCS at levere op til 40 % fordele og give klinisk signifikante gevinster sammenlignet med konventionel tDCS for det foreslåede kliniske forsøg.

Efterforskernes kollektive konstatering af, at fokalitet af tDCS direkte kan ændre funktionel fordel, og corticospinal excitabilitet bekræftes af andre. Det er værd at bemærke, at arbejde med afasi af slagtilfælde har vist, at målretning af tDCS-strøm til de kortikale regioner aktiveret under tale forbedrer den funktionelle fordel ved tDCS. Lignende fund er blevet rapporteret i fibromyalgi og arbejdshukommelse. I kombination med andre giver efterforskernes resultat således impulsen til at undersøge, om anvendelsen af ​​fokal tDCS ville føre til endnu større forbedringer i overekstremiteternes funktion end den, der opnås med konventionel, ikke-fokal tDCS.

Den nuværende undersøgelse vil direkte bygge på efterforskernes indledende kliniske forsøg og pilot-cross-over-undersøgelse. Efterforskerne vil udføre et klinisk feasibility-forsøg og for første gang teste, om anvendelsen af ​​HD-tDCS i SCI fremkalder mere robuste stigninger i excitabiliteten af ​​resterende corticospinal pathways og funktion af de paretiske øvre lemmer end anvendelsen af ​​konventionel tDCS.

24 forsøgspersoner med en kronisk C2-C6 SCI vil blive tilmeldt et randomiseret, bedømmer-blindet, klinisk gennemførlighedsforsøg (se afsnit 1.3). Forud for randomisering vil forsøgspersoner gennemføre en to-ugers baseline kontrolfase. Dataene fra baseline-kontrolfasen vil gøre det muligt for hver patient at tjene som deres egen kontrol, da variabilitet på grund af sygdomsheterogenitet og tDCS kan tages i betragtning i dataanalysen. Efter afslutning af baseline-kontrolfasen vil forsøgspersoner blive randomiseret i to grupper: HD-tDCS + massetræning eller konventionel tDCS + massetræning. Randomisering vil blive udført ved hjælp af et generaliseret randomiseret blokdesign. Forsøgspersoner inden for en blok vil blive matchet på styrken af ​​de svage triceps (dvs. maksimal viljemæssig kontraktion målt ved elektromyografi; EMG). Der vil blive brugt computerbaseret software til randomisering. Umiddelbart efter interventionen vil forsøgspersonerne gennemgå funktionel og neurofysiologisk test ved post-test og opfølgning (fire uger efter intervention). Da konventionelle og HD-tDCS-applikationer visuelt ser anderledes ud, vil kun bedømmere, der indsamler og analyserer de neurofysiologiske og funktionelle resultater af overekstremiteterne, blive blindet for det leverede tDCS-paradigme.