Zerebraler Blutfluss und tDCS

Ziel 1: Bestimmung der Auswirkungen verschiedener Stimulationsintensitäten auf den relativen zerebralen Blutfluss (rCBF).

Derzeit verwenden Forscher tDCS als interventionelle Modalität, um die Erregbarkeit des Gehirns zu modulieren, mit messbaren Veränderungen sowohl der motorisch evozierten Potenziale als auch der körperlichen Leistungsfähigkeit. Aufgrund der relativ großen Größe der meisten Elektroden und der Elektrodynamik des Gehirns bleibt jedoch unklar, welche spezifischen Gehirnstrukturen stimuliert werden und wie sich die Stimulationsmechanismen (z. B. Stimulationspenetration und betroffene Bereiche außerhalb des Zielbereichs) ändern mit unterschiedlichen Intensitäten. Die Forscher gehen davon aus, dass die regionale CBF am DLPFC (Zielgebiet) dosisabhängig mit größerer Stimulationsintensität zunehmen wird. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Umgebung des DLPFC zunehmend von höheren Stimulationsintensitäten betroffen sein wird.

Ziel 2: Gegenüberstellung der Auswirkungen der transkraniellen Gleichstromstimulation auf den relativen zerebralen Blutfluss zwischen gesunden Probanden und Menschen mit Multipler Sklerose.

PwMS weisen im Vergleich zu ihren gesunden Altersgenossen typischerweise einen Glukose-Hypometabolismus auf, und da CBF und Glukosestoffwechsel stark gekoppelt sind, kann ein ähnlicher Trend bei CBF erwartet werden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass tDCS bei der Steigerung der kortikalen Erregbarkeit und des Glukosestoffwechsels in beiden Populationen wirksam ist. Was jedoch noch ungewiss bleibt, ist, ob PwMS und gesunde Probanden bei gleicher Stimulationsintensität das gleiche Maß an erhöhter Aktivität erfahren. Die Forscher gehen davon aus, dass PwMS bei gleicher Stimulationsintensität einen stärkeren Anstieg des rCBF am DLPFC und in den umliegenden Gebieten erfahren werden als gesunde Kontrollpersonen.

Ziel 3: Unser Verständnis der Sicherheit und Wirksamkeit der transkraniellen Gleichstromstimulation bei höheren Stromstärken für gesunde Probanden und Menschen mit Multipler Sklerose zu erweitern.

Trotz einiger Arbeiten zur Durchführbarkeit und Sicherheit der Durchführung von tDCS bei Intensitäten > 2 mA (d. h. bis zu 4 mA) besteht die Konvention für die meisten tDCS-Studien darin, Intensitäten von weniger als oder gleich 2 mA zu verwenden. Dies war ausreichend, um messbare Auswirkungen sowohl auf die Erregbarkeit als auch auf die Leistungsergebnisse zu erzielen. Die potenziellen Vorteile einer Erhöhung der Intensität, um entweder die Wirkung eines bestimmten Stimulationsprotokolls (z. B. Zeit oder Größe) zu verstärken oder potenziell auf tiefere Gehirnbereiche zuzugreifen, rechtfertigen jedoch die weitere Erforschung von Stromstärken > 2 mA. Es ist auch wichtig, dem Sicherheitsprotokoll höhere Intensitäten bei gesunden und klinischen (z. B. PwMS) Probanden hinzuzufügen. Die Forscher gehen davon aus, dass höhere Intensitäten (d. h. > 2 mA) sowohl von gesunden Probanden als auch von PwMS gut vertragen werden. Darüber hinaus gehen die Forscher davon aus, dass höhere Stimulationsintensitäten keine schwerwiegenden nachteiligen Auswirkungen haben. Zu den bestehenden Nebenwirkungen von tDCS bei Intensitäten kleiner oder gleich 2 mA gehören leichte Kribbeln, Juckreiz und Brennen an den Elektrodenstellen; einige Probanden haben über kurzlebige (< 5 min) Kopfschmerzen berichtet. In einer Studie, in der die Sicherheit höherer Intensitäten ähnlich den hier vorgeschlagenen getestet wurde, wurden dieselben Nebenwirkungen bei 50 % der Probanden beobachtet. Diese Häufigkeit des Auftretens ist etwas höher als bei Studien mit weniger als oder gleich 2 mA, aber die Größenordnungen der negativen Auswirkungen lagen immer noch deutlich innerhalb sicher tolerierbarer Grenzen und waren alle vorübergehender Natur.

I.6 Hintergrund und Bedeutung und/oder Vorstudien zu diesem Projekt.

(nicht „siehe Protokoll“ angeben) Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive und gut verträgliche Hirnstimulationstechnik (1-4), die die kortikale Erregbarkeit gezielter Hirnregionen (5) sowie die zerebrale modulieren kann Blutfluss (6) polaritätsabhängig.

Modelle des tDCS-Stromflusses (7,8) und Ergebnisse aus Studien, in denen die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) des Menschen zur Messung der Gehirnaktivität verwendet wurde (9-11), legen nahe, dass tDCS die Verarbeitung über große Bereiche des Kortex verändern kann. In diesem Sinne dürften die Wirkungen von tDCS relativ breit gefächert sein. Während also die durch tDCS induzierten neuralen Veränderungen um Regionen des Kortex konzentriert sind, die den Elektroden am nächsten liegen (12), können auch breitere Netzwerke von funktionell verbundenen Regionen rekrutiert werden (9,10,13,14). Darüber hinaus wurde keine systematische Untersuchung durchgeführt, um die wirksamste Stromstärke für PwMS zu bestimmen.

Es gibt empirische Beweise dafür, dass tDCS mit einer Stromstärke zwischen 1 und 2 mA für 20-40 Minuten für entweder einzelne oder mehrere Sitzungen sicher und effektiv an PwMS verabreicht werden kann (15-20). Obwohl tDCS mit Stromstärken > 2 mA als sicher gelten 21, haben keine Studien untersucht, wie die Gehirnaktivität während tDCS bei Intensitäten > 2 mA beeinflusst wird. Obwohl die Sicherheit einer tDCS mit höherer Intensität bei PwMS zunächst aufgrund früherer Arbeiten mit Probanden, die einen Schlaganfall erlitten haben, angenommen werden kann (21), wurde auch vorgeschlagen, dass weitere Studien zur Sicherheit einer Stimulation mit höherer Intensität in anderen Populationen erforderlich sind, um dies zu tun gebührende Sorgfalt walten lassen, bevor sie allgemein Intensitäten verschreiben, die über der vorliegenden Konvention liegen (22).

Die zerebrale Aktivierung bei PwMS wurde mit [15O]-Wasser und mit [15O]-O2-PET (indiziert den Sauerstoffstoffwechsel) untersucht(23). Bei PwMS wurde über eine weit verbreitete Verringerung des zerebralen Blutflusses und des Sauerstoffstoffwechsels sowohl in der grauen als auch in der weißen Mater berichtet (24). Darüber hinaus weisen diese Studien darauf hin, dass der Grad der Reduktion des Sauerstoffstoffwechsels mit einer schlechteren kognitiven Leistungsfähigkeit und einer erweiterten Behinderungsstatusskala (EDSS) korrelierte und dass der Grad des zerebralen Sauerstoff-Hypometabolismus mit der Anzahl der Schübe assoziiert war (25).

Es wird eine enge Kopplung von Perfusion und Metabolismus angenommen, was die oxidative Phosphorylierung von Glukose als vorherrschende Quelle der Energiegewinnung widerspiegelt. Folglich wird CBF oft als indirektes Maß für neuronale Funktion und Integrität angesehen (26). Dies wird durch die signifikante Assoziation des Stoffwechsels mit regionalem CBF (rCBF) über verschiedene Gehirnregionen hinweg (27,28) und mit globalem CBF (gCBF) über verschiedene Bewusstseinszustände (29) unterstützt.

Mit dieser Studie werden die Forscher in der Lage sein, zu untermauern, ob rCBF durch tDCS beeinflusst wird, das Ausmaß der Signaländerung in Bezug auf verschiedene Ströme zu beurteilen und Unterschiede in der CBF-Verteilung unter Stimulationsreaktivität zwischen gesunden Probanden und PwMS zu messen. Ziel ist es, die Veränderungen des rCBF nach transkranieller Gleichstromstimulation bei unterschiedlichen Intensitäten (1 mA, 2 mA, 3 mA, 4 mA) bei gesunden Probanden und PwMS zu untersuchen. Das Design ist eine Querschnitts-Proof-of-Principle-Studie an 10 gesunden Probanden und 10 PwMS.