Suljetun silmukan tDCS potilailla, jotka ovat vähätietoisessa tilassa

Viimeisten 20 vuoden aikana noninvasiivisen aivostimulaation (NIBS) löytämisen ja kehittämisen myötä; tekniikat, kuten transkraniaalinen tasavirtastimulaatio (tDCS) ja transkraniaalinen magneettistimulaatio (TMS), ovat kukoistaneet toiminnallisen kuvantamisen, eleganttien neurofysiologisten arvioiden, tietokonepohjaisen mallinnuksen ja ennen kaikkea hyvin suunnitellun tutkimusmetodologian pohjatyön ansiosta.

TDCS on turvallinen, edullinen ja suoraviivainen tekniikka, joka voidaan helposti integroida kuntoutusohjelmiin. Ensimmäisessä valekontrolloidussa kaksoissokkoutetussa satunnaistetussa crossover-tutkimuksessa yhden prefrontaalisen tDCS:n vaikutusta arvioitiin heterogeeniseen potilaiden populaatioon, joilla oli tajunnanhäiriöitä (DOC), vegetatiivisia (VS) ja minimaalisesti tajuissaan olevia (MCS), akuutteja. -subakuutti (< 3 kuukautta) ja krooninen, traumaattinen tai ei-traumaattinen etiologia. Yksilötasolla tDCS-vastaajiksi määriteltiin potilaita, jotka esittivät uuden merkin tietoisuudesta (esim. käskyn seuraaminen; visuaalinen takaa-ajo; esineiden tunnistaminen, manipulointi tai paikantaminen); aktiivisen tDCS-istunnon jälkeen, joka ei ollut läsnä ennen vale-tDCS-istuntoa eikä sen aikana. 13/30 potilaalla MCS:ssä osoitti tDCS:ään liittyvää paranemista. 2 akuuttia (< 3 kuukautta) VS-potilasta 25:stä osoitti tDCS-vasteen (ts. osoitti komennon seuraamista ja visuaalista takaa-ajoa anodisen stimulaation jälkeen, jota ei esiintynyt lähtötilanteessa tai ennen tai jälkeen sham-tDCS:n). Ryhmätasolla hoitovaikutus mitattuna Coma Recovery Scale-Revised (CRS-R) -mittauksella havaittiin MCS-potilaiden ryhmässä, mutta ei VS-potilaiden ryhmässä. Lisäksi ei havaittu tDCS:ään liittyviä sivuvaikutuksia. Toisessa valekontrolloidussa tutkimuksessa tDCS:ää käytettiin viiden päivän ajan joko ensisijaisen motorisen aivokuoren tai vasemman esiotsakuoren yli 10 kroonisella DOC-potilaalla. Tässä tutkimuksessa tDCS:n vaikutusta on arvioitu 12 kuukauden ajan stimulaation jälkeen. Tämä tutkimus korosti, että jopa krooniset DOC-potilaat voivat parantaa ja vaikutus voi kestää jopa 12 kuukautta tDCS:n jälkeen.

Coma Science Group (Dr Thibaut) ja muut ryhmät ovat suorittaneet useita tDCS-tutkimuksia. Tähän mennessä yhteensä 221 DOC-potilasta on otettu mukaan kahdeksaan tutkimukseen ilman vakavia haittavaikutuksia. Lisäksi kolmessa muussa Naron et al:n suorittamassa tutkimuksessa, mukaan lukien yhteensä 59, ei myöskään raportoitu haittavaikutuksia. Siksi tDCS vaikuttaa turvalliselta tekniikalta, varsinkin kun sitä käyttävät asiantuntijat ja korkeasti koulutetut tutkijat, joilla on vahva tausta sekä non-invasiivisessa aivostimulaatiossa että potilailla, joilla on tajunnanhäiriöitä.

Neurofysiologisesta näkökulmasta katsottuna tDCS lisää hermosolujen kiihottumista helpottamalla NMDA-reseptorien toimintapotentiaalin vapautumista ja modifikaatiota. Lisäksi tDCS voi vahvistaa tehtäviin liittyviä dynaamisia synaptisia yhteyksiä. Yhden tDCS-istunnon vaikutus kestää noin 60-90 minuuttia. Kun stimulaatiota toistetaan 10-20 kertaa, vaikutusten on havaittu kestävän jopa 3 kuukautta stimulaatioistuntojen päättymisen jälkeen.

Suuri haaste tDCS:n soveltamisessa DOC-potilaille on yksilöllisen käyttäytymisvasteen vaihtelu. Itse asiassa aiemmissa Coma Science Groupin ja muiden ryhmien suorittamissa tutkimuksissa vastausten määrä oli epäjohdonmukainen kaikissa tutkimuksissa. Kuten edellä todettiin, reagoiva on potilas, joka osoitti uutta tajunnan merkkiä aktiivisen tDCS:n käytön jälkeen, jota ei koskaan havaittu etukäteen eikä ennen tai jälkeen valestimulaation. Kuitenkin ottaen huomioon näissä tutkimuksissa käytettyjen crossover-mallien spesifisyys, tämä määritelmä päivitettiin äskettäin potilaalle, joka osoitti uutta tajunnan merkkiä ensimmäistä kertaa aktiivisen tDCS:n käytön jälkeen.

Seuraavat vaiheet tDCS:n sovellusten optimoimiseksi sisältävät tDCS-vastaajien paremman tunnistamisen etukäteen. Tätä varten Thibaut ja kollegat suorittivat retrospektiivisen tutkimuksen, jossa verrattiin rakenteellisten MRI T1 -tietojen ja 18 potilaiden rakenteellisia ja metabolisia neurokuvausprofiileja potilailla, jotka reagoivat tDCS:ään (n=8) ja potilailla, jotka eivät reagoineet (n=13). -fluorodeoksiglukoosiaseman emissiotomografia. Tulokset osoittivat suurempaa surkastumista ei-vastettavissa olevilla alueilla, mukaan lukien vasen DLPFC, mediaal-prefrontaalinen aivokuori ja vasen talamus verrattuna reagoiviin. Samat alueet sekä talamus olivat hypometabolisia reagoimattomilla verrattuna reagoiviin. Tämä viittaa siihen, että vaste tDCS:ään vaatii vähintään osittaista rakenteellista ja metabolista säilymistä stimuloidulla alueella sekä aivokuoren alaisilla alueilla, jotka liittyvät huomioimiseen ja työmuistiin. Myöhemmin kirjoittajat käyttivät samaa näytettä ja analysoivat takautuvasti lepotilan EEG-aivojen yhteyksiä. Tulokset osoittivat korkeampaa theta-keskeisyyttä vasteen saaneissa (verrattuna ei-vasteisiin), mikä tarkoittaa, että tätä uutta biomarkkeria voidaan käyttää ennustamaan tDCS-vastetta potilailla, joilla on DOC (Thibaut et al. 2018). Toinen herkkyyden avaintekijä on stimulaatioiden ajoitus. Itse asiassa DOC-potilailla on tyypillisesti valppauden vaihteluita, jotka vaikuttavat heidän reagointikykyynsä kaikenlaisiin ulkoisiin ärsykkeisiin. MCS-potilailla on jopa 70 minuutin jaksollisuus näissä vaihteluissa (vaihteluväli 57-80), mikä on verrattavissa terveillä kontrolleilla havaittuihin huomion vaihteluihin, kun taas VS-potilailla ei ole tämän tyyppistä jaksollisuutta. Piarulli ja kollegat käyttivät lepo-EEG:llä mitattua spektrisen entropiaa korostaakseen sen vaihteluiden jaksollisuutta ja ehdottivat, että EEG-spektrin entropian vaihtelu MCS:ssä voisi heijastaa tässä populaatiossa aiemmin kuvattua tietoisuuden vaihtelua. tDCS:n antaminen tiettyjen aikaikkunoiden aikana (eli matalan tai korkean kiihottumisen jaksot) voisi siksi vaikuttaa sen kliiniseen tehokkuuteen MCS-potilailla, koska tiedetään, että tDCS:n positiiviset vaikutukset riippuvat aivojen hermotilasta. Tätä tarkoitusta varten tietotekniikan viimeaikaiset edistysaskeleet mahdollistavat suljetun silmukan asennuksen toteuttamisen monimutkaisilla laskutoimituksilla, jotka suoritetaan reaaliajassa. Tämän tekniikan käyttäminen tDCS-potilaiden tiettyjen valppaustasojen kohdistamiseen MCS-potilailla voisi antaa käsityksen hoitoon reagoivien mallien ymmärtämisestä ja optimoida tulevia sovelluksia.