Gezielte HD-tDCS zur Verbesserung der Rehabilitation der oberen Extremitäten bei SCI

Die Forscher schlossen kürzlich eine klinische Studie ab, in der untersucht wurde, ob die Funktion der oberen Extremitäten bei Personen mit Querschnittlähmung durch die Kombination von Rehabilitation und konventioneller tDCS verbessert werden könnte. Insgesamt stellten die Forscher fest, dass herkömmliche tDCS eine vielversprechende Verbesserung der Funktion der oberen Extremitäten mit einer beobachteten Effektstärke von 0,23 bis 0,58 zeigten. Unter Verwendung von Daten aus dieser Studie führten die Forscher eine retrospektive Analyse durch, um festzustellen, ob der Grad des funktionellen Nutzens, den die Testperson erlebte, mit der Stärke des tDCS-Stroms zusammenhängt, der an die kortikalen Bereiche geliefert wird, die schwachen Muskeln gewidmet sind. Die Ermittler schätzten die Lieferung des Stroms anhand von Modellen aus der Software, die von dem Mitarbeiter Dr. Bikson entwickelt wurde. Die aktuelle Analyse der Forscher ergab, dass die Verbesserungen der Geschicklichkeit nach zehn Sitzungen konventioneller, nicht-fokaler (35 cm2) tDCS größer waren, wenn der Strom hauptsächlich in den motorischen kortikalen Bereichen abgegeben wurde, die den schwachen Muskeln gewidmet waren.

Aufbauend auf der retrospektiven Analyse haben die Forscher kürzlich eine Pilotstudie durchgeführt, um festzustellen, ob die Fokussierung von tDCS die funktionellen Vorteile bei Personen mit SCI direkt verändern kann. Insbesondere führten die Forscher eine Einzelsitzungs-Crossover-Studie durch, in der die Wirkung von konventioneller, Schein- und fokussierter tDCS auf die Griffstärke und die Erregbarkeit der kortikospinalen Bahn (n = 2) bewertet wurde. Für die aktuelle Studie nutzten die Forscher hochauflösende tDCS (HD-tDCS), um mit tDCS einen fokaleren Strom zu liefern. HD-tDCS liefert Strom durch fünf kleine Elektroden (0,8 cm2), die über eine einfache Kappe in einer "X-förmigen" Konfiguration angeordnet sind. Diese Konfiguration führt zu einer um 80 % höheren Konzentration oder Fokussierung des elektrischen Felds innerhalb der Zielregion im Vergleich zu herkömmlichen, nicht-fokalen tDCS.

In der aktuellen Crossover-Studie wurden die Ergebnisse vor und unmittelbar nach einer 30-minütigen Anwendung von tDCS in Verbindung mit Aufgabentraining bewertet. Die Sitzungen wurden im Abstand von einer Woche durchgeführt, um eine ausreichende Auswaschung zu ermöglichen. Die Forscher fanden heraus, dass HD-tDCS im Vergleich zu herkömmlichem tDCS einen erheblichen Einfluss auf die Griffstärke hatte. Vor allem verbesserte HD-tDCS die Griffstärke (+15,9 N), während herkömmliches tDCS die Greifkraft reduzierte (-5,5 N). Mit der zusätzlichen Griffstärke nach HD-tDCS berichteten die Probanden über die neue Fähigkeit, eine Flasche Wasser zu greifen und kleine Gegenstände zu halten, was auf das größere Potenzial für klinische Auswirkungen im Vergleich zu herkömmlicher tDCS hinweist. Insgesamt führten rohe Änderungen der Griffstärke zu einem 40 %igen Vorteil von HD-tDCS im Vergleich zu herkömmlichem tDCS, wobei eine Änderung von mehr als 15 % als klinisch signifikant definiert wurde. Die Forscher beobachteten auch, dass die einmalige Anwendung von HD-tDCS im Vergleich zu herkömmlicher tDCS zu einer stärkeren Steigerung der kortikospinalen Erregbarkeit des schwachen Trizepsmuskels führen könnte. Dies ist nicht überraschend, da gezeigt wurde, dass die Fokussierung des elektrischen Felds bei gesunden Personen größere, länger anhaltende Steigerungen der kortikospinalen Erregbarkeit hervorruft; ein Effekt, der wahrscheinlich auftritt, da mehr Stromfluss weniger variabel ist und kortikale Ziele nach HD-tDCS erreicht (98 % Verbesserung gegenüber herkömmlichem tDCS). Basierend auf den früheren Erkenntnissen der Prüfärzte wird erwartet, dass HD-tDCS einen Vorteil von über 40 % und klinisch signifikante Vorteile im Vergleich zu herkömmlicher tDCS für die vorgeschlagene klinische Studie bietet.

Die kollektive Feststellung der Forscher, dass die Fokalität von tDCS den funktionellen Nutzen und die kortikospinale Erregbarkeit direkt verändern kann, wird von anderen bestätigt. Bemerkenswert ist, dass Arbeiten zur Schlaganfall-Aphasie gezeigt haben, dass die Ausrichtung des tDCS-Stroms auf die während des Sprechens aktivierten kortikalen Regionen den funktionellen Nutzen von tDCS verbessert. Ähnliche Ergebnisse wurden bei Fibromyalgie und Arbeitsgedächtnis berichtet. Somit liefert das Ergebnis der Forscher in Kombination mit anderen den Anstoß, zu untersuchen, ob die Anwendung der fokalen tDCS zu noch größeren Verbesserungen der Funktion der oberen Extremitäten führen würde als die, die mit herkömmlicher, nicht-fokaler tDCS erreicht wird.

Die aktuelle Studie baut direkt auf der ersten klinischen Studie und der Pilot-Crossover-Studie der Forscher auf. Die Forscher werden eine klinische Machbarkeitsstudie durchführen und zum ersten Mal testen, ob die Anwendung von HD-tDCS bei SCI eine robustere Steigerung der Erregbarkeit der verbleibenden kortikospinalen Bahnen und der Funktion der paretischen oberen Extremitäten hervorruft als die Anwendung von herkömmlicher tDCS.

Vierundzwanzig Probanden mit einem chronischen Q2-C6 werden in eine randomisierte, Gutachter-verblindete klinische Durchführbarkeitsstudie aufgenommen (siehe Abschnitt 1.3). Vor der Randomisierung durchlaufen die Probanden eine zweiwöchige Baseline-Kontrollphase. Die Daten aus der Baseline-Kontrollphase ermöglichen es jedem Patienten, als seine eigene Kontrolle zu dienen, da die Variabilität aufgrund von Krankheitsheterogenität und tDCS in der Datenanalyse berücksichtigt werden kann. Nach Abschluss der Baseline-Kontrollphase werden die Probanden in zwei Gruppen randomisiert: HD-tDCS + Massentraining oder konventionelles tDCS + Massentraining. Die Randomisierung wird unter Verwendung eines verallgemeinerten randomisierten Blockdesigns durchgeführt. Die Probanden innerhalb eines Blocks werden nach Stärke des schwachen Trizeps (d. h. maximale Willenskontraktion, gemessen durch Elektromyographie; EMG) abgeglichen. Computerbasierte Software für die Randomisierung wird verwendet. Unmittelbar nach dem Eingriff werden die Probanden nach dem Test und der Nachuntersuchung (vier Wochen nach dem Eingriff) funktionellen und neurophysiologischen Tests unterzogen. Da herkömmliche und HD-tDCS-Anwendungen visuell unterschiedlich aussehen, werden nur Gutachter, die die neurophysiologischen und funktionellen Ergebnisse der oberen Extremitäten erfassen und analysieren, gegenüber dem gelieferten tDCS-Paradigma geblendet.