Medición cortical directa de la intensidad y el patrón del flujo de corriente producido por TDCS

La estimulación cerebral no invasiva (NBS, por sus siglas en inglés) representa un conjunto prometedor de herramientas para la neuroterapia y la rehabilitación. En una búsqueda bibliográfica, NBS ha sido probado para más de setenta condiciones neurológicas y psiquiátricas. NBS puede complementar los tratamientos médicos existentes, especialmente para indicaciones neurológicas sin farmacoterapias adecuadas (p. tinnitus, discinesias) o para pacientes con enfermedades farmacorresistentes (p. epilepsia intratable, depresión severa).

En particular, la estimulación de corriente continua transcraneal (tDCS) modula la actividad cerebral al administrar una corriente unidireccional de baja intensidad a través del cuero cabelludo. En lugar de inducir potenciales de acción, tDCS modula el potencial transmembrana neuronal en reposo para influir en la plasticidad cerebral. Además, desde una perspectiva pragmática, los beneficios de tDCS incluyen su bajo costo, portabilidad y facilidad de uso. Además, tDCS se puede combinar fácilmente con otras intervenciones, como imágenes mentales, intervenciones cognitivas computarizadas o actividad motora asistida por robot.

La comprensión fisiológica actual de cómo TDCS afecta la plasticidad cerebral a nivel sináptico, celular y de red es limitada. Experimentalmente, la actividad de activación neuronal espontánea bajo el ánodo generalmente aumenta, mientras que la actividad de activación bajo el cátodo disminuye, aunque los efectos precisos probablemente dependan de la orientación de los axones al campo eléctrico (Nitsche y Paulus, 2000, Bindman et al., 1964, Creutzfeldt et al., 1962, Purpura y McMurtry, 1965). Los efectos neuromoduladores de tDCS también se han atribuido ampliamente a mecanismos de plasticidad sináptica similares a LTP y LTD, que implican la modulación de la actividad del receptor NMDA y la actividad de los canales de sodio y calcio (Hattori et al., 1990, Islam et al., 1995). , Liebetanz et al., 2002). Además, los estudios de neuroimagen funcional han revelado efectos de red locales y distantes inducidos por tDCS, probablemente mediados por circuitos interneuronales (Lefaucheur, 2008).

Es necesario avanzar en la comprensión mecánica de los investigadores de cómo tDCS afecta la excitabilidad cortical a nivel local y distribuido para (1) personalizar los parámetros de estimulación (p. tamaño del electrodo, posicionamiento, intensidad y duración de la corriente) para dirigirse con precisión a las regiones del cerebro y maximizar los resultados terapéuticos, (2) confirmar los resultados de seguridad para las poblaciones de pacientes vulnerables (p. niños, pacientes con defectos craneales y hardware implantado). Anteriormente, los pacientes con un defecto en el cuero cabelludo o el cráneo se excluían de los protocolos de estimulación (Bikson, 2012) debido al riesgo teórico de derivación de corriente a través de colecciones de LCR altamente conductivas. Sin embargo, los pacientes con traumatismo craneoencefálico penetrante, ictus o cirugía cerebral previa son precisamente los que más pueden beneficiarse de estas tecnologías.

Los modelos computacionales que utilizan métodos de elementos finitos (FEM) tienen como objetivo determinar el patrón y la intensidad del flujo de corriente a través del cerebro incorporando (1) parámetros de estimulación y (2) características del paciente, como la anatomía subyacente y las propiedades del tejido (p. tamaño y posición del defecto del cráneo en relación con la configuración del electrodo) (Bikson 2012). Por ejemplo, un modelo computacional que incorpora la configuración de los electrodos y el tamaño y las propiedades del defecto del cráneo (Datta et al., 2010) predice que la mayoría de las configuraciones de electrodos que rodean el defecto del cráneo (con la excepción de la estimulación directa sobre un pequeño defecto del cráneo) no aumenta significativamente la intensidad máxima del campo eléctrico cortical. Más bien, la corriente se dirige a los bordes del defecto óseo, lo que puede ser contraproducente para los objetivos terapéuticos. Otro estudio de caso computacional en un paciente con accidente cerebrovascular demostró que una lesión de accidente cerebrovascular relativamente conductiva concentró la corriente en las áreas perilesionales, y que la colocación del electrodo de referencia (p. hombro derecho, mastoides derecho, orbitofrontal derecho y hemisferio contralateral) alteraron significativamente la ruta del mayor flujo de corriente (Datta et al., 2011).

Sin embargo, estas predicciones de modelado están limitadas en su aplicación clínica, ya que es necesaria una validación experimental. Se requiere la determinación cuantitativa del campo eléctrico a nivel del tejido neural para establecer la eficacia y la seguridad para un individuo determinado (Bikson 2012). Según el conocimiento de los investigadores, no hay estudios publicados que hayan confirmado empíricamente los patrones predichos y las intensidades de flujo de corriente pronosticadas por estos modelos. Este estudio experimental propuesto representa el primero en su tipo en cuantificar las intensidades de voltaje, medidas en la superficie del cerebro, en respuesta a varios parámetros de estimulación, y representará un avance significativo en el campo de la neuroestimulación no invasiva.