Az aktuális áramlás intenzitásának és mintázatának közvetlen kérgi mérése a TDCS által

A noninvazív agystimuláció (NBS) ígéretes eszköztárat jelent a neuroterápia és a rehabilitáció számára. Egy irodalmi kutatás során az NBS-t több mint hetven neurológiai és pszichiátriai állapotra tesztelték. Az NBS kiegészítheti a meglévő orvosi kezeléseket, különösen neurológiai indikációk esetén, megfelelő farmakoterápia nélkül (pl. fülzúgás, dyskinesiák) vagy gyógyszerrezisztens betegségben (pl. kezelhetetlen epilepszia, súlyos depresszió).

Különösen a koponyán keresztüli egyenáramú stimuláció (tDCS) modulálja az agyi aktivitást azáltal, hogy alacsony intenzitású egyirányú áramot vezet át a fejbőrön. Ahelyett, hogy akciós potenciálokat indukálna, a tDCS modulálja a nyugalmi neuronális transzmembrán potenciált, hogy befolyásolja az agy plaszticitását. Sőt, pragmatikus szempontból a tDCS előnyei közé tartozik az alacsony költség, a hordozhatóság és az egyszerű használat. Ezenkívül a tDCS könnyen kombinálható más beavatkozásokkal, például mentális képalkotással, számítógépes kognitív beavatkozásokkal vagy robot által segített motoros tevékenységgel.

A jelenlegi fiziológiai ismeretek arról, hogy a TDCS hogyan befolyásolja az agy plaszticitását szinaptikus, sejtszintű és hálózati szinten, korlátozott. Kísérletileg a spontán neuronok tüzelési aktivitása az anód alatt általában növekszik, míg a katód alatti tüzelési aktivitás csökken, bár a pontos hatások valószínűleg az axonok elektromos térre való orientációjától függenek (Nitsche és Paulus, 2000, Bindman et al., 1964, Creutzfeldt és munkatársai, 1962, Purpura és McMurtry, 1965). A tDCS neuromoduláló hatásait széles körben a szinaptikus plaszticitás LTP- és LTD-szerű mechanizmusainak tulajdonítják, amelyek magukban foglalják az NMDA-receptor-aktivitás modulálását, valamint a nátrium- és kalciumcsatorna-aktivitást (Hattori és mtsai, 1990, Islam et al., 1995). , Liebetanz et al., 2002). Ezenkívül a funkcionális neuroimaging vizsgálatok feltárták a tDCS által kiváltott helyi és távoli hálózati hatásokat, amelyeket valószínűleg interneuronális áramkörök közvetítenek (Lefaucheur, 2008).

Ahhoz, hogy (1) testreszabhassuk a stimulációs paramétereket (pl. elektródák mérete, pozicionálása, áramintenzitása és időtartama), hogy pontosan megcélozzák az agyi régiókat és maximalizálják a terápiás eredményeket, (2) megerősítik a biztonsági eredményeket a veszélyeztetett betegpopulációk esetében (pl. gyermekek, koponyahibás betegek és beültetett hardver). Korábban a fejbőr- vagy koponyahibás betegeket kizárták a stimulációs protokollokból (Bikson, 2012), mert fennállt az elméleti kockázata annak, hogy a nagy vezetőképességű CSF-gyűjteményeken keresztül áramot söntnek. Azonban a behatoló agysérülésen, stroke-on vagy korábban agyműtéten átesett betegek azok, akiknek a legtöbb hasznot húzzák ezek a technológiák.

A végeselem-módszereket (FEM) használó számítási modellek célja az agyon átáramló áram mintázatának és intenzitásának meghatározása azáltal, hogy mind (1) stimulációs paramétereket, mind (2) páciens jellemzőit, például a mögöttes anatómiát és a szöveti tulajdonságokat (pl. a koponyahiba mérete és helyzete az elektródkonfigurációhoz viszonyítva) (Bikson 2012). Például egy számítási modell, amely magában foglalja az elektródák konfigurációját, valamint a koponyahiba méretét és tulajdonságait (Datta et al., 2010), azt jósolja, hogy a koponya defektusát körülvevő elektródakonfigurációk többsége (kivéve a közvetlenül egy kis koponya defektuson történő stimulálást) nem növeli szignifikánsan a csúcskérgi elektromos térintenzitást. Inkább az áram a csonthiány szélei felé irányul, ami ellentétes lehet a terápiás célokkal. Egy másik számítási esettanulmány egy stroke-os betegen kimutatta, hogy egy viszonylag vezető stroke-elváltozás a periléziós területeken koncentrálta az áramot, és a referenciaelektróda elhelyezése (pl. a jobb oldali mastoid, a jobb orbitofrontális és az ellenoldali félteke) jelentősen megváltoztatták a legnagyobb áramáramlás útját (Datta et al., 2011).

Ezek a modellezési előrejelzések azonban korlátozottak a klinikai alkalmazásukban, mivel kísérleti validációra van szükség. Az elektromos mező mennyiségi meghatározása az idegszövet szintjén szükséges az adott egyén hatékonyságának és biztonságosságának megállapításához (Bikson 2012). A kutatók tudomása szerint nincs olyan publikált tanulmány, amely empirikusan megerősítette volna az ezen modellek által előre jelzett mintázatokat és áramáramlási intenzitásokat. Ez a javasolt kísérleti tanulmány az első a természetben a feszültség intenzitásának számszerűsítésére az agy felszínén, a különböző stimulációs paraméterekre adott válaszként, és jelentős előrelépést jelent a noninvazív neurostimuláció területén.