El uso de la estimulación de corriente continua transcraneal (TDCS) para mejorar el efecto de rehabilitación de la terapia de restauración de la visión

El objetivo específico de este estudio es mejorar la recuperación de la función visual después de una lesión cerebral. Un tema destacado de la investigación neurocientífica actual con respecto a las secuelas de la lesión cerebral postula que la plasticidad dependiente de la actividad es la base de la recuperación neurológica. Si ese es el caso, hay buenas razones para creer que los cambios neurológicos que subyacen a la recuperación pueden facilitarse mediante medios establecidos para mejorar la actividad cortical. Los estudios sugieren que la alteración de la excitabilidad cortical puede preparar o preparar la corteza para el entrenamiento posterior y, además, puede mejorar los resultados funcionales generales (Webster et al, 2006; Brown & Pilitsis, 2006; Khedr et al, 2005). La hipótesis de trabajo de este estudio piloto es que el entrenamiento de rehabilitación visual basado en computadora (usando el software "VRT" de NovaVision's Vision Restoration TherapyTM) mejora la función visual (definida como un aumento en el campo visual funcional) al reforzar las conexiones sinápticas dentro de las redes sensoriales de la corteza visual. asociado con la pérdida del campo visual (Kasten et al., 1998; Sabel, 1999). Potencialmente, este refuerzo se puede mejorar mediante la estimulación transcraneal de corriente continua (TDCS) concurrente que, a su vez, conduce a un mejor rendimiento visual (cuantificado por la extensión del campo visual medido por perimetría visual que permite una comparación estadística directa del cambio del campo visual a lo largo del tiempo y en el tiempo). de forma individual) en pacientes con pérdida parcial o completa del campo visual hemianópico causada por una lesión cerebral. Tanto el entrenamiento de rehabilitación visual basado en computadora como el TDCS son técnicas establecidas y este enfoque novedoso tiene como objetivo proporcionar datos preliminares sobre la seguridad y eficacia de una intervención combinada.

Esperamos que los resultados de este estudio proporcionen una base objetiva para un estudio controlado aleatorio formal más grande que combine las dos terapias. Nuestros objetivos a largo plazo son maximizar los beneficios de una terapia moderna de rehabilitación de la visión, sentar las bases para los correlatos neurofisiológicos asociados con la recuperación de la función visual después de una lesión cerebral y proponer posibles mejoras para futuras estrategias de neurorrehabilitación. Los datos de nuestros colaboradores en el Centro Médico de la Universidad de Columbia, así como otros, indican que una terapia de tratamiento de 6 meses de VRT puede conducir a mejoras dramáticas en la función visual (cuantificada por aumentos en el campo visual funcional) (Kasten et al., 1998; Kasten et al., 2006). TDCS es bien conocido por provocar cambios positivos transitorios en las medidas tanto funcionales como electrofisiológicas de la función cerebral cortical. Si la función visual general se puede mejorar aún más a través de un efecto sinérgico combinado de VRT y TDCS, realizaremos un estudio controlado aleatorio más grande. Si no hay un efecto de mejora con TDCS y VRT combinados, tendremos que reconsiderar los factores de por qué este es el caso. Por ejemplo, la falta de efecto de mejora podría estar relacionada con la selección del paciente, incluido el grado y la profundidad de la pérdida de visión antes del tratamiento, la edad del individuo y la duración del insulto, así como su nivel de motivación para participar con la computadora. programa de formación basado. Otras consideraciones incluyen una mayor duración del tratamiento combinado.

La pérdida de la función visual después de una lesión cerebral puede ser muy debilitante para una persona. Por lo general, el daño a la corteza occipital o las radiaciones ópticas después de una lesión o traumatismo cerebral conducen a una pérdida de la función visual en las partes del campo visual correspondientes visuotópicamente, mientras que se respetan las áreas restantes (p. la mitad del campo visual como en el caso de la hemianopsia). Esta ceguera parcial y pérdida de la función visual generalmente se ha considerado intratable debido al hecho de que la organización neuronal altamente específica que subyace a la función visual normal se determina temprano en el desarrollo y no es regenerativa, particularmente después de alcanzar el "período crítico" del desarrollo. Evidencia más reciente (incluida la de nuestro laboratorio) ha demostrado que se produce un grado considerable de plasticidad y reorganización del sistema visual no solo después del daño cerebral sino también en la edad adulta, es decir, mucho después de que ha ocurrido el período crítico de desarrollo. Por ejemplo, se ha demostrado evidencia de neuroplasticidad espontánea posterior a la lesión en el sistema visual adulto, documentada por una extensa reorganización del campo receptivo después de lesiones en la retina o la corteza visual (p. Kass 1990).

Se han desarrollado estrategias de entrenamiento basadas en computadora para entrenar y rehabilitar diversas funciones cerebrales, como los déficits en el aprendizaje de idiomas. El entrenamiento basado en computadoras también ha sido ampliamente estudiado como tratamiento para la ceguera parcial en pacientes adultos con lesiones cerebrales (Kasten et al., 1998; Sabel y Trauzettel-Klosinksi, 2005; Sabel et al., 2005). Sin embargo, los mecanismos neurofisiológicos que subyacen al efecto beneficioso informado después de la VRT siguen sin comprenderse bien. Una cuestión importante es que si la restauración del campo visual y la función es el resultado de cambios neuroplásticos localizados en el circuito cortical dentro de la corteza visual, se puede postular que la modulación de la excitabilidad cortical debería, a su vez, influir en el grado de este efecto restaurador. Más específicamente, aumentar el nivel de excitabilidad cortical general de la corteza visual debería potenciar las interacciones neuroplásticas sinápticas y, por lo tanto, traducirse en ganancias funcionales visuales mejoradas.

La estimulación de corriente directa transcraneal (TDCS) representa un método no invasivo de estimulación cerebral que podría modular dicho efecto. TDCS utiliza corrientes directas de baja amplitud aplicadas a través de electrodos en el cuero cabelludo para inyectar corrientes en el cerebro y así modular el nivel de excitabilidad. La estimulación de corriente continua (CC) se ha utilizado de diversas formas desde el inicio de la electrofisiología moderna a principios del siglo XIX. Ha habido un aumento reciente en el interés por la TDCS como herramienta para la investigación en neurociencia, así como una modalidad de evaluación y tratamiento para diversos trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos, como la depresión, el parkinsonismo, la recuperación de accidentes cerebrovasculares y el dolor neuropático crónico. TDCS tiene la clara ventaja de ser económico, fácil de administrar, no invasivo e indoloro. Tenemos una amplia experiencia con TDCS y actualmente estamos realizando estudios paralelos. Ahora deseamos extender estos principios al dominio de la rehabilitación visual.

VRT: se han desarrollado estrategias de capacitación basadas en computadora para entrenar y rehabilitar a pacientes adultos con lesión cerebral y pérdida parcial de la visión debido a daño cerebral (Kasten et al., 1998; Sabel y Trauzettel-Klosinksi, 2005; Sabel et al., 2005) . La terapia de restauración de la visión (VRT, por sus siglas en inglés) implica identificar y estimular regiones en el campo visual que solo están parcialmente dañadas por una lesión o traumatismo cerebral. Los pacientes reciben un programa personalizado diseñado para sus déficits de campo visual para usar en casa todos los días. A través de un patrón específico de estímulos visuales que miden la capacidad del usuario para identificar y reaccionar, los usuarios pueden expandir gradualmente sus campos visuales y restaurar la visión perdida. El entrenamiento se puede hacer en casa frente a un dispositivo basado en computadora, generalmente en sesiones de 30 minutos, dos veces al día. Durante el entrenamiento, se presentan cientos de estímulos visuales en el monitor a las áreas de visión residual. Se ha propuesto que la estimulación repetitiva de áreas visuales dañadas conduce a cambios neuroplásticos que alteran la actividad nerviosa relacionada con la visión y fortalecen las interacciones sinápticas que pueden ayudar a restaurar algunas de las funciones visuales de una persona. El trabajo de Sabel y colegas informó sobre los hallazgos de quince pacientes que se sometieron a seis y 12 meses de VRT (Kasten et al., 2006). Las evaluaciones del campo visual se realizaron antes y después de la VRT y luego se repitieron en promedio 46 meses después de completar la VRT. Después de seis meses de VRT, la detección de estímulos de muestra aumentó significativamente de alrededor del 54 % al 63 %. El número de estímulos no detectados disminuyó significativamente en ambos ojos. La continuación de la VRT durante 12 meses mejoró los resultados obtenidos a los seis meses. El examen de seguimiento después de un intervalo sin terapia de más de tres años mostró que los beneficios de la VRT se mantuvieron estables y la pérdida de la visión no ocurrió en la mayoría de los casos. Según este estudio, los pacientes con pérdida de visión después de una lesión cerebral se benefician independientemente de la gravedad de la lesión o de la cantidad de visión afectada. Además, cuanto más grandes sean las áreas de visión residual, mejor será el resultado con VRT. Está claro que VRT tiene resultados variables. En este estudio, un tercio de los pacientes estudiados tuvo poco o ningún efecto de la VRT, un tercio tuvo una mejoría moderada pero notable y un tercio tuvo una mejoría fuerte o dramática. Se informa que el cumplimiento del paciente con la VRT es muy bueno.

NovaVision VRT™ es el primer y único dispositivo médico o terapia de rehabilitación aprobado por la FDA clínicamente probado para mejorar los defectos del campo visual en los sobrevivientes de lesiones cerebrales que quedaron parcialmente ciegos debido a su condición. En un ensayo multicéntrico en curso patrocinado por NovaVision, más del 70 % de los participantes del estudio de 16 centros de EE. UU. que se sometieron a un curso de terapia de seis módulos (seis meses) mostraron una mejora del tres por ciento o más en la detección de estímulos en las pruebas de campo visual . La mejora promedio en la detección de estímulos fue del 12 por ciento. Estudios previos sugieren que las personas que recuperan el tres por ciento o más de su campo visual tienen mejoras funcionales que pueden incluir una mejor calidad de vida a través de un mejor desempeño en lectura, mirar televisión y practicar deportes, aunque los resultados funcionales no se midieron en este estudio. Estos resultados se presentaron en la reunión de la Academia de Neurología de 2007 en Boston, MA.

TDCS: La estimulación de corriente continua transcraneal (TDCS) se ha utilizado durante varias décadas. Numerosos estudios clínicos en humanos y en animales han demostrado que esta técnica es capaz de modular la actividad y función neuronal a través de la entrega de corrientes polarizadoras aplicadas a la superficie del cerebro. La polarización anódica superficial de la corteza aumenta la actividad neuronal espontánea, mientras que la polarización catódica generalmente deprime la actividad neuronal (Creutzfeld et al., 1962). Estudios recientes en humanos han demostrado que la estimulación con TDCS cambia la excitabilidad de la corteza motora según la polaridad de la estimulación: mientras que la estimulación anódica aumenta la excitabilidad cortical, la estimulación catódica la disminuye (Nitsche et al., 2003a yb). Además, y desde un punto de vista terapéutico clínico, los efectos de TDCS parecen ser duraderos. Por ejemplo, se ha demostrado que 13 minutos de TDCS modulan la excitabilidad cortical y duran hasta 2 horas después del período de estimulación (Nitsche y Paulus, 2001). Dos estudios recientes (incluido uno de un co-investigador mencionado aquí) exploraron los efectos de TDCS en la función motora en pacientes con accidente cerebrovascular y demostraron que estos efectos moduladores de TDCS pueden usarse para mejorar la función motora (Fregni et al., 2005a; Hummel et al. al., 2005a y b). Curiosamente, también se han descrito efectos moduladores similares en la corteza visual (Antal et al., 2001; Antal et al., 2004), lo que respalda la noción de que la actividad dentro de las áreas corticales visuales puede modularse y, a su vez, conducir a cambios de comportamiento.

TDCS modula la excitabilidad de una región específica del cerebro de forma no invasiva mediante la alteración de los potenciales de membrana neuronal (Bindman et al. 1962; Purpura & McMurtry, 1965). Por lo tanto, esta técnica se puede utilizar para aumentar o disminuir la excitabilidad de las neuronas en un área específica del cerebro y esto puede establecer una relación causal entre una región determinada del cerebro y una función sensorial, motora o cognitiva específica. A diferencia de la Estimulación Magnética Transcraneal (TMS), la TDCS no despolariza las neuronas y hace que se disparen. TDCS solo altera la probabilidad de que las neuronas se disparen al despolarizar o hiperpolarizar el tejido cerebral (según los parámetros de estimulación utilizados). La base neurofisiológica de TDCS se ha atribuido a un mecanismo similar a la potenciación a largo plazo (LTP) y la depresión a largo plazo (LTD) (Hattori et al. 1990; Moriwaki, 1991; Islam et al. 1995). Ciertos medicamentos como el dextrometorfano (un antagonista de NMDA) suprimen los efectos de estimulación post-TDCS de la estimulación tanto anódica como catódica, lo que sugiere fuertemente la participación de los receptores de NMDA en ambos tipos de neuroplasticidad inducida por DC. Por el contrario, la carbamazepina elimina selectivamente los efectos anódicos. Dado que la carbamazepina estabiliza el potencial de membrana en función del voltaje, los resultados revelan que los efectos secundarios del TDCS anódico requieren una despolarización de los potenciales de membrana (Liebetanz et al., 2002). Este estudio de Liebetanz et al., (2002) proporcionó evidencia farmacológica de que la inducción de los efectos secundarios de TDCS requiere una combinación de mecanismos glutamatérgicos (excitadores) y de membrana, similar a la inducción de tipos establecidos de neuroplasticidad a corto o largo plazo. .

En animales, se ha demostrado que la estimulación cortical anódica de 5 a 30 minutos causa aumentos de excitabilidad que duran horas después de la estimulación, principalmente a través de la modulación del potencial de membrana en reposo (Terzuolo & Bullock, 1956; Creutzfeldt et al. 1962; Eccles et al. 1962; Bindman et al. 1964; Purpura & McMurtry, 1965; Artola et al. 1990; Malenka & Nicoll, 1999). En humanos, 13 min de TDCS dieron como resultado un aumento de la excitabilidad de hasta un 150 % y una duración de 90 min (Nitsche & Paulus, 2001). La investigación con TDCS ha revelado que la estimulación anódica puede inducir mejoras transitorias (del orden de 30 minutos) en el rendimiento de tareas cognitivas, motoras y lingüísticas. Por ejemplo, Hummel et al. (2005a,b) encontraron que el TDCS anódico administrado al área motora primaria en el hemisferio lesionado provocó mejoras significativas en el control motor de la extremidad parética. El efecto duró más de 25 minutos después de la estimulación. En un estudio reciente, Fregni et al (2005a) también verificaron que la TDCS anódica en el hemisferio afectado y la TDCS catódica en el hemisferio contralesional mejoraron la función motora. Otros ejemplos que destacan la eficacia del TDCS anódico incluyen Fregni et al. (2005b) - TDCS anódica a la corteza prefrontal dorsolateral provocó una mejora en la memoria de trabajo; Nitsche et al. (2003a) - la estimulación de la corteza motora primaria mejoró el aprendizaje motor; Antal et al. (2004) - TDCS administrado al área motora primaria o al área visual V5 indujo mejoras en la coordinación visomotora; Kincses et al. (2004) - la estimulación anódica de las regiones frontopolares mejoró el aprendizaje de la clasificación probabilística; y Lyer et al. (2005) - la estimulación cortical prefrontal izquierda conduce a una mayor fluidez verbal. Estos estudios atestiguan la eficacia y seguridad de TDCS en pacientes con lesiones cerebrales, así como su potencial para aplicaciones terapéuticas en la recuperación de lesiones cerebrales.

En resumen, proponemos realizar un experimento piloto para probar si la función visual de los pacientes hospitalizados con pérdida del campo hemianópico causada por una lesión cerebral se puede mejorar combinando la estimulación directa transcraneal y el entrenamiento de la visión basado en computadora. Presumimos que el entrenamiento de la visión basado en computadora reforzará las redes corticales visuales preparadas por la estimulación de corriente directa transcraneal concurrente (TDCS) y conducirá a un mejor rendimiento visual. Los investigadores de BIDMC serán responsables de la aplicación de TDCS y VRT, así como del procesamiento/interpretación de datos asociados.