A transzkraniális egyenáramú stimuláció (TDCS) alkalmazása a látás helyreállítási terápia rehabilitációs hatásának fokozására

A tanulmány konkrét célja az agysérülés utáni látásfunkciók helyreállításának javítása. A jelenlegi idegtudományi kutatások egyik kiemelkedő témája az agysérülések következményeivel kapcsolatban azt feltételezi, hogy az idegrendszer felépülésének alapja az aktivitásfüggő plaszticitás. Ha ez a helyzet, alapos okunk van feltételezni, hogy a felépülés hátterében álló neurológiai változások elősegíthetők a kortikális aktivitás fokozásának bevett eszközeivel. A tanulmányok azt sugallják, hogy a kérgi ingerlékenység megváltoztatása felkészítheti vagy felkészítheti a kéreget a későbbi edzésre, és javíthatja az általános funkcionális eredményeket (Webster és mtsai, 2006; Brown és Pilitsis, 2006; Khedr és mtsai, 2005). A kísérleti tanulmány munkahipotézise az, hogy a számítógép-alapú vizuális rehabilitációs tréning (a NovaVision Vision Restoration TherapyTM „VRT” szoftverével) javítja a látásfunkciót (a funkcionális látómező növekedéseként definiálva) azáltal, hogy megerősíti a szinaptikus kapcsolatokat a látókéreg szenzoros hálózatain belül. összefüggésbe hozható a látótér elvesztésével (Kasten et al., 1998; Sabel, 1999). Potenciálisan ez a megerősítés fokozható egyidejű transzkraniális egyenáramú stimulációval (TDCS), amely viszont fokozott látási teljesítményhez vezet (a látómező vizuális perimetriával mért kiterjedésével számszerűsítve, amely lehetővé teszi a látótér időbeli változásának közvetlen statisztikai összehasonlítását egyéni alapon) agysérülés okozta részleges vagy teljes hemianopiás látótérkiesésben szenvedő betegeknél. Mind a számítógépes vizuális rehabilitációs tréning, mind a TDCS bevett technikák, és ennek az újszerű megközelítésnek az a célja, hogy előzetes adatokkal szolgáljon a kombinált beavatkozás biztonságosságáról és hatékonyságáról.

Arra számítunk, hogy a tanulmány eredményei objektív alapot adnak egy nagyobb, formális randomizált, kontrollált vizsgálathoz, amely a két terápiát kombinálja. Hosszú távú céljaink a korszerű látásrehabilitációs terápia előnyeinek maximalizálása, az agysérülést követő látásfunkció helyreállításával kapcsolatos neurofiziológiai összefüggések megalapozása, valamint a jövőbeli neurorehabilitációs stratégiák lehetséges finomításainak javaslata. A Columbia Egyetem Orvosi Központjában dolgozó munkatársainktól és másoktól származó adatok azt mutatják, hogy a VRT 6 hónapos kezelési terápiája drámai javuláshoz vezethet a látásfunkciókban (a funkcionális látómező növekedésével számszerűsítve) (Kasten et al., 1998; Kasten et al., 2006). Köztudott, hogy a TDCS átmeneti pozitív változásokat idéz elő a kérgi agyműködés funkcionális és elektrofiziológiai mutatóiban egyaránt. Ha az általános látásfunkció tovább javítható a VRT és a TDCS kombinált szinergikus hatásával, akkor egy nagyobb, randomizált, kontrollált vizsgálatot fogunk végezni. Ha a kombinált TDCS és VRT nem fokozza a hatást, akkor át kell gondolnunk azokat a tényezőket, amelyek ennek okát szolgálják. Például a javító hatás hiánya összefügghet a betegek kiválasztásával, beleértve a kezelést megelőző látásvesztés mértékét és mélységét, az egyén életkorát és az inzultus időtartamát, valamint a számítógépes kezelésben való részvételben való motiváció szintjét. alapú képzési program. Egyéb megfontolások közé tartozik a hosszabb kombinált kezelési időtartam.

Az agysérülést követő látásfunkció elvesztése nagyon legyengítő lehet az egyén számára. Jellemzően az occipitalis kéreg károsodása vagy az optikai sugárzások agyi elváltozást vagy traumát követően a látásfunkció elvesztéséhez vezet a látómező vizuotópiailag megfelelő részein, miközben kíméli a fennmaradó területeket (pl. a látótér fele, mint a hemianopia esetében). Ezt a részleges vakságot és a látásfunkciók elvesztését általában kezelhetetlennek tekintették, mivel a normál látásfunkció hátterében álló, rendkívül specifikus idegrendszeri szerveződés a fejlődés korai szakaszában meghatározódik, és nem regenerálódik, különösen a fejlődés „kritikus időszakának” elérése után. Az újabb bizonyítékok (beleértve a laboratóriumunkból származókat is) azt mutatják, hogy a látórendszer jelentős mértékű plaszticitása és átrendeződése nemcsak agykárosodás után, hanem felnőttkorban is, vagyis jóval a fejlődés kritikus időszaka után is bekövetkezik. Például a spontán lézió utáni neuroplaszticitás bizonyítékát mutatták ki a felnőttek látórendszerében, amit a retina vagy a látókéreg elváltozásait követő kiterjedt receptív mező átrendeződés dokumentált (pl. Kass 1990).

Számítógép-alapú képzési stratégiákat fejlesztettek ki különféle agyi funkciók, például nyelvtanulási hiányok képzésére és rehabilitálására. A számítógép-alapú képzést a felnőtt agysérült betegek részleges vakságának kezeléseként is alaposan tanulmányozták (Kasten és mtsai, 1998; Sabel és Trauzettel-Klosinksi, 2005; Sabel és mtsai, 2005). A VRT-t követő pozitív hatás mögött meghúzódó neurofiziológiai mechanizmusok azonban továbbra is kevéssé ismertek. Az egyik fontos kérdés az, hogy ha a látómező és a funkció helyreállítása a látókéregben a kérgi áramkörben lokalizált neuroplasztikus változások eredménye, akkor feltételezhető, hogy a kortikális ingerlékenység modulációja befolyásolja ennek a helyreállító hatásnak a mértékét. Pontosabban, a látókéreg általános kérgi ingerlékenységének szintjének növelése fokozza a szinaptikus neuroplasztikus kölcsönhatásokat, és ezáltal jobb vizuális funkcionális javulást eredményez.

A transzkraniális egyenáramú stimuláció (TDCS) az agyi stimuláció nem invazív módszere, amely potenciálisan módosíthatja az ilyen hatást. A TDCS kis amplitúdójú egyenáramot használ a fejbőr elektródáin keresztül, hogy áramot injektáljon az agyba, és így modulálja az ingerlékenység szintjét. Az egyenáramú (DC) stimulációt a modern elektrofiziológia kezdete, a 19. század eleje óta különféle formákban alkalmazzák. A közelmúltban megnőtt az érdeklődés a TDCS iránt, mint az idegtudományi kutatások eszközeként, valamint különféle neurológiai és neuropszichiátriai rendellenességek, köztük a depresszió, a Parkinson-kór, a stroke felépülése és a krónikus neuropátiás fájdalom értékelési és kezelési módja iránt. A TDCS külön előnye, hogy olcsó, könnyen beadható, nem invazív és fájdalommentes. Széles körű tapasztalattal rendelkezünk a TDCS-ben, és jelenleg párhuzamos vizsgálatokat folytatunk. Ezeket az elveket most a vizuális rehabilitáció területére kívánjuk kiterjeszteni.

VRT: Számítógép-alapú képzési stratégiákat fejlesztettek ki az agykárosodás miatti részleges látásvesztésben szenvedő felnőtt agysérült betegek képzésére és rehabilitálására (Kasten és mtsai, 1998; Sabel és Trauzettel-Klosinksi, 2005; Sabel és mtsai, 2005). . A látásjavító terápia (VRT) a látómező azon régióinak azonosítását és stimulálását foglalja magában, amelyeket agysérülés vagy trauma csak részben károsít. A betegek naponta otthoni használatra egy testreszabott programot kapnak, amelyet a látómező hiányosságaikra terveztek. A vizuális ingerek speciális mintázatán keresztül, amelyek a felhasználó azonosítási és reakcióképességét mérik, a felhasználók fokozatosan bővíthetik látómezőiket, és helyreállíthatják az elvesztett látást. Az edzés otthon, számítógép alapú eszköz előtt, általában 30 perces foglalkozásokban, naponta kétszer végezhető. Az edzés során több száz vizuális stimulációt mutatnak be a monitoron a látásmaradvány területeire. Feltételezték, hogy a sérült látóterületek ismétlődő stimulálása neuroplasztikus változásokhoz vezet, amelyek megváltoztatják a látással kapcsolatos idegi aktivitást, és erősítik a szinaptikus interakciókat, amelyek segíthetnek helyreállítani a személy látási funkcióit. Sabel és munkatársai tizenöt olyan betegről számoltak be, akik hat és 12 hónapos VRT-n estek át (Kasten et al., 2006). A látómező értékelését a VRT előtt és után végeztük, majd átlagosan 46 hónappal a VRT befejezése után megismételtük. Hat hónapos VRT után a minta ingerérzékelése jelentősen, körülbelül 54%-ról 63%-ra nőtt. A nem észlelt ingerek száma mindkét szemben jelentősen csökkent. A 12 hónapos VRT folytatása javította a hat hónap után elért eredményeket. A több mint három éves terápiamentes időszakot követő nyomon követési vizsgálat azt mutatta, hogy a VRT előnyei stabilak maradtak, és a legtöbb esetben nem fordult elő látásvesztés. E tanulmány szerint az agysérülést követően látásvesztésben szenvedő betegek a lézió súlyosságától vagy a látásuk érintettségétől függetlenül javulnak. Továbbá minél nagyobbak a maradék látásterületek, annál jobb a VRT eredménye. Nyilvánvaló, hogy a VRT eltérő eredményekkel jár. Ebben a vizsgálatban a vizsgált betegek egyharmadánál alig vagy egyáltalán nem volt hatása a VRT-nek, egyharmadánál mérsékelt, de észrevehető javulás, egyharmadánál pedig erős vagy drámai javulás volt tapasztalható. A jelentések szerint a betegek VRT-vel való együttműködése nagyon jó.

A NovaVision VRT™ az első és egyetlen, az FDA által jóváhagyott orvostechnikai eszköz vagy rehabilitációs terápia, amely klinikailag bizonyítottan javítja az állapotuk miatt részlegesen vakokká vált agysérülést túlélők látóterét. A NovaVision által szponzorált, folyamatban lévő, többközpontú kísérletben a 16 amerikai központból származó, hat modulos (hat hónapos) terápiás kúrán átesett vizsgálatban résztvevők több mint 70%-a három százalékos vagy nagyobb javulást mutatott az ingerek észlelésében a látómező tesztelése során. . Az ingerfelismerés átlagos javulása 12 százalék volt. Korábbi tanulmányok azt sugallják, hogy azoknál az embereknél, akik látóterük három százalékát vagy többet visszanyerték, funkcionális javulást mutatnak, amely magában foglalhatja az életminőség javulását a jobb olvasási teljesítmény, televíziózás és sportolás révén, bár a funkcionális eredményeket ebben a vizsgálatban nem mérték. Ezeket az eredményeket a 2007-es Neurológiai Akadémia ülésén mutatták be Bostonban, MA.

TDCS: A transzkraniális egyenáramú stimulációt (TDCS) több évtizede alkalmazzák. Számos humán klinikai és állatkísérlet igazolta, hogy ez a technika képes modulálni a neuronális aktivitást és működést az agy felszínére alkalmazott polarizáló áramok szállításán keresztül. A kéreg felületi anódos polarizációja növeli a spontán neuronális aktivitást, míg a katódos polarizáció általában csökkenti a neuronális aktivitást (Creutzfeld et al., 1962). A legújabb humán vizsgálatok kimutatták, hogy a TDCS-sel végzett stimuláció a motoros kéreg ingerlékenységét a stimuláció polaritása szerint megváltoztatja: míg az anódos stimuláció növeli a kérgi ingerlékenységet, a katódos stimuláció csökkenti azt (Nitsche et al., 2003a és b). Ezenkívül klinikai terápiás szempontból a TDCS hatásai régóta fennállnak. Például kimutatták, hogy 13 perces TDCS modulálja a kortikális ingerlékenységet, és magát a stimulációs periódust követően 2 óráig tart (Nitsche és Paulus, 2001). Két közelmúltbeli tanulmány (köztük egy itt felsorolt ​​társkutató által végzett) a TDCS hatásait tárta fel a stroke-os betegek motoros funkcióira, és kimutatta, hogy a TDCS ezen moduláló hatásai felhasználhatók a motoros funkciók javítására (Fregni et al., 2005a; Hummel et al. al., 2005a és b). Érdekes módon a látókéregben is leírtak hasonló moduláló hatásokat (Antal és mtsai, 2001; Antal és mtsai, 2004), ami alátámasztja azt az elképzelést, hogy a látókérgi területeken belüli aktivitás modulálható, és ez viselkedésbeli változásokhoz vezethet.

A TDCS nem invazív módon modulálja a megcélzott agyi régió ingerlékenységét a neuronális membránpotenciálok megváltoztatásával (Bindman és mtsai. 1962; Purpura és McMurtry, 1965). Így ezzel a technikával növelhető vagy csökkenthető a neuronok ingerlékenysége egy megcélzott agyterületen, és ez ok-okozati összefüggést hozhat létre az agy adott régiója és egy adott szenzoros, motoros vagy kognitív funkció között. Ellentétben a transzkraniális mágneses stimulációval (TMS), a TDCS nem depolarizálja a neuronokat, amitől tüzelni fognak. A TDCS csak annak a valószínűségét változtatja meg, hogy a neuronok az agyszövet depolarizációja vagy hiperpolarizálása révén tüzeljenek (az alkalmazott stimulációs paraméterektől függően). A TDCS neurofiziológiai alapját a hosszú távú potencírozáshoz (LTP) és a hosszú távú depresszióhoz (LTD) hasonló mechanizmusnak tulajdonítják (Hattori és mtsai. 1990; Moriwaki, 1991; Islam és mtsai. 1995). Bizonyos gyógyszerek, mint például a dextrometorfán (egy NMDA-antagonista) elnyomják mind az anódos, mind a katódos stimuláció TDCS utáni stimulációs hatását, ami erősen arra utal, hogy az NMDA receptorok részt vesznek a DC által kiváltott neuroplaszticitás mindkét típusában. Ezzel szemben a karbamazepin szelektíven megszünteti az anódos hatásokat. Mivel a karbamazepin feszültségfüggően stabilizálja a membránpotenciálokat, az eredmények azt mutatják, hogy az anódos TDCS utóhatásai megkövetelik a membránpotenciálok depolarizációját (Liebetanz et al., 2002). Liebetanz és munkatársai (2002) tanulmánya farmakológiai bizonyítékot szolgáltatott arra vonatkozóan, hogy a TDCS utóhatásainak indukálásához glutamáterg (serkentő) és membránmechanizmusok kombinációja szükséges, hasonlóan a rövid vagy hosszú távú neuroplaszticitás kialakult típusainak kiváltásához. .

Állatoknál kimutatták, hogy az 5-30 perces anódos kortikális stimuláció a stimuláció után órákig tartó ingerlékenység-növekedést okoz, elsősorban a nyugalmi membránpotenciál modulációján keresztül (Terzuolo és Bullock, 1956; Creutzfeldt és mtsai. 1962; Eccles és mtsai. 1962; Bindman és munkatársai 1964; Purpura és McMurtry, 1965; Artola és munkatársai 1990; Malenka és Nicoll, 1999). Emberben a 13 perces TDCS az ingerlékenység 150%-os növekedését eredményezte, és 90 percig tartott (Nitsche és Paulus, 2001). A TDCS-sel végzett kutatás feltárta, hogy az anódos stimuláció átmeneti (nagyságrendileg 30 perces) javulást idézhet elő a kognitív, motoros és nyelvi feladatok teljesítményében. Például Hummel és mtsai. (2005a,b) azt találták, hogy a léziós féltekén az elsődleges motoros területre szállított anódos TDCS jelentős javulást váltott ki a paretikus végtag motoros kontrolljában. A hatás a stimuláció után több mint 25 percig tartott. Fregni és munkatársai (2005a) egy közelmúltban végzett tanulmányukban azt is igazolták, hogy az érintett féltekére irányuló anódos TDCS és a kontraleziós féltekére irányuló katódos TDCS javította a motoros funkciót. Az anódos TDCS hatékonyságát kiemelő további példák közé tartozik Fregni és mtsai. (2005b) - a dorsolaterális prefrontális kéreg anódos TDCS-je a munkamemória javulását váltotta ki; Nitsche et al. (2003a) - az elsődleges motoros kéreg stimulációja javította a motoros tanulást; Antal et al. (2004) - Az elsődleges motoros területre vagy a V5 látóterületre szállított TDCS a látás-motoros koordináció javulását eredményezte; Kincses et al. (2004) - a fronto-poláris régiók anódos stimulációja javította a valószínűségi osztályozási tanulást; és Lyer et al. (2005) - a bal prefrontális kortikális stimuláció fokozza a verbális fluenciát. Ezek a vizsgálatok igazolják a TDCS hatékonyságát és biztonságosságát agysérült betegeknél, valamint terápiás alkalmazási lehetőségeit az agyi elváltozások helyreállításában.

Összefoglalva, kísérleti kísérlet elvégzését javasoljuk annak tesztelésére, hogy javítható-e az agysérülés okozta hemianopos térvesztésben szenvedő fekvőbetegek látásfunkciója a koponyán keresztüli direkt stimuláció és a számítógépes látástréning kombinálásával. Feltételezzük, hogy a számítógépes látástréning megerősíti az egyidejű transzkraniális egyenáramú stimulációval (TDCS) alapozott vizuális kérgi hálózatokat, és javítja a vizuális teljesítményt. A BIDMC nyomozói lesznek felelősek a TDCS alkalmazásért és a VRT-ért, valamint a kapcsolódó adatfeldolgozásért/értelmezésért.