最小意識状態の患者における閉ループ tDCS

過去 20 年間に、非侵襲的脳刺激療法 (NIBS) の再発見と開発が行われました。経頭蓋直流電流刺激 (tDCS) や経頭蓋磁気刺激 (TMS) などの技術は、機能イメージング、洗練された神経生理学的評価、コンピューター生成モデリング、そして最も重要なこととして、適切に設計された研究方法論の基礎の進歩のおかげで栄えてきました。

TDCS は、リハビリテーション プログラムに簡単に統合できる、安全で安価で簡単な手法です。 最初のシャム制御二重盲検無作為クロスオーバー研究では、単一の前頭前野 tDCS の効果が、意識障害 (DOC)、植物状態 (VS)、最小意識状態 (MCS)、急性- 亜急性 (< 3 ヶ月) および慢性で、外傷性または非外傷性の病因を伴う。 個々のレベルでは、tDCSレスポンダーは、意識の新しい兆候を示した患者として定義されました（例：コマンドフォロー、視覚的追跡、オブジェクトの認識、操作、またはローカライゼーション）。アクティブな tDCS セッションの後、それは偽の tDCS セッションの前にも最中にも存在しませんでした。 MCS の 13/30 の患者が tDCS 関連の改善を示しました。 25 人中 2 人の急性 (<3 か月) の VS 患者が tDCS 反応を示しました (つまり、 ベースラインまたは偽tDCS前または偽tDCSには存在しない、陽極刺激後に存在するコマンド追跡および視覚追跡を示した)。 グループ レベルでは、改訂版昏睡回復尺度 (CRS-R) で測定した治療効果が MCS で観察されましたが、VS 患者グループでは観察されませんでした。 さらに、tDCS 関連の副作用は観察されませんでした。 別の偽対照研究では、tDCS が 10 人の DOC 慢性患者の一次運動皮質または左前頭前皮質のいずれかに 5 日間適用されました。 この試験では、刺激後 12 か月まで tDCS の効果が評価されています。 この研究は、DOCの慢性患者でさえ改善する可能性があり、その効果はtDCS後最大12か月持続する可能性があることを強調しました.

Coma Science Group (Dr Thibaut) およびその他のグループによって、いくつかの tDCS 研究が実施されています。 これまでのところ、合計 221 人の DOC 患者が 8 つの研究に含まれており、重大な有害事象は発生していません。 さらに、合計 59 件を含む Naro らによって実施された他の 3 件の試験でも、有害事象は報告されませんでした。 したがって、tDCS は安全な手法として表示されます。特に、非侵襲的な脳刺激と意識障害のある患者の両方に強いバックグラウンドを持つ専門家や高度な訓練を受けた研究者によって適用される場合はそうです。

神経生理学的観点から、tDCS は活動電位の解放と NMDA 受容体の興奮性の変更を促進することにより、神経細胞の興奮性を高めます。 さらに、tDCS はタスク関連の動的シナプス接続を強化する可能性があります。 1 回の tDCS セッションの効果は、約 60 ～ 90 分続きます。 一方、刺激を 10 ～ 20 回繰り返すと、刺激セッションの終了後、最大 3 か月間効果が持続することがわかっています。

DOC 患者への tDCS の適用における主な課題は、個々の行動反応のばらつきです。 実際、Coma Science Group やその他のグループが行った以前の研究では、応答者の割合は研究間で一貫していませんでした。 上記のように、レスポンダーとは、アクティブな tDCS の適用後に、事前にも偽刺激の前後にも観察されなかった新しい意識の兆候を示した患者です。 ただし、これらの研究で使用されるクロスオーバー デザインの特異性を考えると、この定義は、アクティブ tDCS の適用後に初めて意識の新しい兆候を示した患者として最近更新されました。

tDCS のアプリケーションを最適化するための次のステップには、事前に tDCS レスポンダーをより適切に識別することが含まれます。 その目的のために、Thibaut らは、構造 MRI T1 データと 18 を用いて、tDCS に反応した患者 (n=8) と反応しなかった患者 (n=13) の構造および代謝神経画像プロファイルを比較するレトロスペクティブ研究を実施しました。 -フルオロデオキシグルコース位置放射断層撮影。 結果は、レスポンダーと比較して、左 DLPFC、内側前頭前皮質、および左視床を含む領域の非レスポンダーでより大きな萎縮を示しました。 レスポンダーと比較して、非レスポンダーでは同じ領域と視床が低代謝でした。 これは、tDCSへの応答には、刺激された領域の少なくとも部分的な構造的および代謝的保存が必要であること、および注意と作業記憶に関与する皮質下脳領域が必要であることを示唆しています。 その後、著者らは同じサンプルを使用し、安静時の EEG 脳の接続性をレトロスペクティブに分析しました。 結果は、レスポンダーのシータ中心性が (ノンレスポンダーと比較して) 高いことを示しました。これは、この新しいバイオマーカーを使用して、DOC 患者の tDCS 反応を予測できることを意味します (Thibaut et al. 2018)。 応答性のもう 1 つの重要な要素は、刺激のタイミングです。 実際、DOC患者は通常、あらゆる種類の外部刺激に対する反応性に影響を与える警戒心の変動を示します。 MCS の患者はこれらの変動 (57 ～ 80 の範囲) で 70 分の周期性を示し、健康なコントロールで観察される注意の変動に匹敵しますが、VS の患者はこのタイプの周期性を示しません。 Piarulliらは、安静時EEGで測定されたスペクトルエントロピーを使用して、その変動の周期性を強調し、MCSのEEGスペクトルエントロピー変動が、この集団で以前に説明された意識の変動を反映できることを示唆しました. したがって、tDCS のプラスの効果は脳の神経状態に依存することが知られているため、特定の時間枠 (つまり、低覚醒または高覚醒の期間) に tDCS を投与すると、MCS 患者の臨床効果に影響を与える可能性があります。 この目的のために、情報技術の最近の進歩により、複雑な計算をリアルタイムで実行することによる閉ループ設定の実装が可能になりました。 この技術を使用して、MCS の患者の tDCS で特定のレベルの警戒をターゲットにすることで、その治療への反応パターンを理解し、将来のアプリケーションを最適化するための洞察を得ることができます。