TDCS:n tuottama suora aivokuoren mittaus virtauksen intensiteetistä ja kuviosta

Noninvasiivinen aivojen stimulaatio (NBS) edustaa lupaavia työkaluja neuroterapiaan ja kuntoutukseen. Kirjallisuuden haussa NBS:ää on testattu yli seitsemänkymmenen neurologisen ja psykiatrisen sairauden varalta. NBS voi täydentää olemassa olevia lääketieteellisiä hoitoja, erityisesti neurologisissa indikaatioissa ilman sopivia farmakoterapioita (esim. tinnitus, dyskinesiat) tai potilaille, joilla on lääkeresistentti sairaus (esim. vaikea epilepsia, vaikea masennus).

Erityisesti transkraniaalinen tasavirtastimulaatio (tDCS) moduloi aivojen toimintaa välittämällä matalan intensiteetin yksisuuntaista virtaa päänahan läpi. Sen sijaan, että tDCS indusoisi toimintapotentiaalia, se moduloi lepohermosolujen transmembraanipotentiaalia vaikuttaakseen aivojen plastisuuteen. Lisäksi pragmaattisesta näkökulmasta katsottuna tDCS:n etuja ovat edullinen hinta, siirrettävyys ja helppokäyttöisyys. Lisäksi tDCS voidaan helposti yhdistää muihin interventioihin, kuten mielikuviin, tietokoneistettuihin kognitiivisiin interventioihin tai robottiavusteiseen motoriseen toimintaan.

Nykyinen fysiologinen ymmärrys siitä, kuinka TDCS vaikuttaa aivojen plastisuuteen synaptisella, solu- ja verkkotasolla, on rajallinen. Kokeellisesti spontaani hermosolujen laukaisuaktiivisuus anodin alla yleensä lisääntyy, kun taas laukaisuaktiivisuus katodin alla vähenee, vaikka tarkat vaikutukset riippuvat todennäköisesti aksonien suunnasta sähkökenttään (Nitsche ja Paulus, 2000, Bindman et al., 1964, Creutzfeldt et ai., 1962, Purpura ja McMurtry, 1965). tDCS:n neuromodulatoriset vaikutukset on myös yleisesti katsottu johtuvan LTP:n ja LTD:n kaltaisista synaptisen plastisuuden mekanismeista, joihin liittyy NMDA-reseptoriaktiivisuuden sekä natrium- ja kalsiumkanavaaktiivisuuden modulaatio (Hattori et al., 1990, Islam et al., 1995). , Liebetanz et ai., 2002). Lisäksi toiminnalliset neuroimaging-tutkimukset ovat paljastaneet sekä paikallisia että kaukaisia ​​tDCS:n aiheuttamia verkkovaikutuksia, joita todennäköisesti välittävät neuronaaliset piirit (Lefaucheur, 2008).

Tutkijoiden mekaanisen ymmärryksen edistäminen siitä, kuinka tDCS vaikuttaa aivokuoren kiihtyvyyteen paikallisella ja hajautetulla tasolla, on välttämätöntä, jotta (1) voidaan mukauttaa stimulaatioparametreja (esim. elektrodien koko, sijainti, virran intensiteetti ja kesto) kohdistaa tarkasti aivoalueet ja maksimoida terapeuttiset tulokset, (2) vahvistaa turvatulokset haavoittuville potilasryhmille (esim. lapset, potilaat, joilla on kallovaurioita ja istutettu laitteisto). Aiemmin potilaat, joilla on päänahan tai kallon vajaatoiminta, on jätetty stimulaatioprotokollien ulkopuolelle (Bikson, 2012), koska teoreettisesti riskinä on virranvaihto erittäin johtavien CSF-kokoelmien läpi. Kuitenkin potilaat, joilla on tunkeutuva aivovamma, aivohalvaus tai aikaisempi aivoleikkaus, ovat juuri niitä, jotka voivat hyötyä eniten näistä tekniikoista.

Elementtimenetelmiä (FEM) käyttävillä laskennallisilla malleilla pyritään määrittämään aivojen läpi kulkevan virran kuvio ja intensiteetti sisällyttämällä sekä (1) stimulaatioparametrit että (2) potilaan ominaisuudet, kuten taustalla olevat anatomiat ja kudosominaisuudet (esim. kallovaurion koko ja sijainti suhteessa elektrodikokoonpanoon) (Bikson 2012). Esimerkiksi eräs laskennallinen malli, joka sisältää elektrodikonfiguraation ja kallovaurion koon ja ominaisuudet (Datta et al., 2010), ennustaa, että suurin osa kallovauriota ympäröivistä elektrodikonfiguraatioista (lukuun ottamatta stimulaatiota suoraan pienen kallovaurion päällä) eivät lisää merkittävästi kortikaalisen sähkökentän huippuintensiteettiä. Pikemminkin virta ohjataan luuvaurion reunoihin, mikä voi olla haitallista terapeuttisten tavoitteiden kannalta. Toinen laskennallinen tapaustutkimus aivohalvauspotilaalla osoitti, että suhteellisen johtava aivohalvausleesio keskitti virran perilesionaalisille alueille ja että vertailuelektrodin sijoitus (esim. oikean pitäisi, oikean mastoidin, oikean orbitofrontaalin ja kontralateraalisen pallonpuoliskon tulisi muuttaa merkittävästi suurimman virran kulkua (Datta et al., 2011).

Nämä mallinnusennusteet ovat kuitenkin rajallisia kliinisissä sovelluksissaan, koska kokeellinen validointi on tarpeen. Sähkökentän kvantitatiivinen määritys hermokudoksen tasolla on tarpeen tehon ja turvallisuuden määrittämiseksi tietylle yksilölle (Bikson 2012). Tutkijoiden tietojen mukaan ei ole julkaistuja tutkimuksia, jotka olisivat empiirisesti vahvistaneet näiden mallien ennustamat ennustetut kuviot ja virtausintensiteetit. Tämä ehdotettu kokeellinen tutkimus on ensimmäinen laatuaan mittaava jännite-intensiteetit mitattuna aivojen pinnalla vasteena erilaisille stimulaatioparametreille, ja se edustaa merkittävää edistystä ei-invasiivisen neurostimulaation alalla.