脳卒中患者における経頭蓋電気刺激の影響

脳卒中は、世界の死亡および障害の主な原因です。 発展途上国では脳卒中の有病率が高い。たとえばタイでは、脳卒中は死亡および障害の主な原因の 1 つです。 45 歳以上の成人の推定有病率は 1.88% であり、脳卒中の死亡率は過去 5 年間で依然として増加し続けています。 世界的には、脳卒中患者の 87% が虚血性脳卒中を患っており、13% が出血性脳卒中を患っています。 世界脳卒中機関の報告によれば、脳卒中症例の 57% には障害が残っています。 運動障害は脳卒中後の大きな制限であり、日常生活の活動に影響を与えます。 認知障害（実行機能、注意力、記憶力など）は、脳卒中後の生存者によく観察され、機能的能力の低下を引き起こし、脳卒中のリハビリテーションの有効性に影響を与える可能性があります。

脳卒中は、血管を通る脳への灌流障害によって引き起こされる突然の神経学的爆発として定義されます。 虚血性脳卒中は、脳への血流と酸素供給の不足によって引き起こされますが、出血性脳卒中は出血や血管の漏出によって引き起こされ、細胞死を引き起こします。 脳卒中後、皮質の興奮性は同側半球で減少し、対側半球で増加します。 その結果、両半球の間で半球間抑制（IHI）の不均衡が生じます。 脳卒中患者における IHI 不均衡の発症は依然として不明であるが、発症以来運動障害が発生している。 しかし、IHI の不均衡は脳卒中の生涯を通して残ります。 IHI の不均衡は脳卒中運動の回復と負の相関があることが判明しました。より大きな不均衡は、より低い運動性能と関連していた。 IHI の不均衡は運動回復不良の原因ではなく、根底にある回復プロセスの結果である可能性があります。

脳波検査 (EEG) は、高い時間分解能を備えた非侵襲的測定ツールであり、皮質層の錐体ニューロンのシナプス後電気信号の概要を検出できます。 脳波は脳卒中後の有用な測定です。 いくつかの指標が脳卒中の全段階にわたる回復に関連していることが判明しています。 2022年の最近のレビューでは、脳対称性指数（BSI）とスペクトルパワーが脳卒中回復を予測するために使用する最も効果的な指標であると報告されました。 BSI は、2 つの半球間の平均スペクトル非対称性を定量化するために使用される、最も一般的な EEG 由来のパラメーターの 1 つです。 通常の範囲は 0 ～ 1 で、0 は完全な対称性を示し、1 は最大の非対称性を示します。 脳卒中患者のBSIは健康な対照と比較して脳の非対称性を示して有意に高かった。Van PuttenとTavyは、急性虚血性脳卒中患者においてBSIが脳卒中後24時間以内に変化していないことを実証したが、国立衛生研究所の脳卒中スケール( NIHSS);障害が重なれば脳の非対称性も高まります。 急性期から亜急性期における高いBSI値は、4週間後の運動能力の低下と関連していることが報告されており、BSIが脳卒中回復期の運動転帰の予後を予測するのに役立つ可能性があることを示唆しています。 さらに、脳卒中患者のスペクトルパワー分析では、脳卒中後1分という早さで同脳半球の低周波パワー（デルタとシータ）が増加するのに対し、高周波パワー（アルファ）は増加するなど、細胞死によって引き起こされる脳振動の変動が示された。およびベータ）が減少しました。 脳卒中後のデルタ活動の増加も、認知機能と負の相関関係がありました。 回復期の皮質活動は、脳卒中後の運動回復と認知機能を表す可能性があります。 高周波脳波の増加（すなわち、 ベータバンド）は、脳卒中の亜急性期および慢性期における運動回復の改善に関連しています。 さらに、アルファバンドの増加とデルタバンドの減少は、脳卒中生存者の認知機能の改善と相関していました。

脳卒中後の運動回復は最初の 3 か月 (急性期から亜急性期初期) 以内に急速に増加し、その後の亜急性期後期 (3 ～ 6 か月) ではそれほど顕著な回復は見られません。その後、自然回復により慢性期の限界で安定します ( >6 か月）、リハビリテーションを受けると、脳卒中後最長 2 年まで回復が伸びる可能性があります。 したがって、リハビリテーションは、亜急性期および慢性期の自然回復を超えて脳卒中回復を促進することができます。 脳卒中の回復に影響を与える要因は 2 つあります。1) 年齢、性別、脳卒中発症、脳卒中の種類、重症度、併存疾患、社会経済的状態、遺伝的プロファイルなどの内的要因、2) 介護者のサポート、薬理学、リハビリテーションなどの外的要因ボトムアップアプローチとトップダウンアプローチで構成されるプログラム。 回復を促進し、長期的な障害を軽減するために、脳卒中後のリハビリテーションが推奨されます。 米国脳卒中協会 (ASA) のガイドラインでは、脳卒中患者には少なくとも週に 3 回、1 回あたり 20 ～ 60 分の治療介入が必要であると推奨しています。

非侵襲的脳刺激 (NIBS)、つまり経頭蓋電気刺激 (tES) は、脳卒中後のリハビリテーションにおける追加介入として使用することが推奨されているトップダウンのアプローチです。 研究で使用される最も一般的な tES 技術は、1) 経頭蓋直流刺激 (tDCS) と 2) 経頭蓋交流刺激 (tACS) です。 これら 2 つの tES 手法の違いは、導き出される現在の形式です。

1. tDCS は弱い直流電流を供給し、極性固有の効果で皮質の興奮性を調節します。 用量制限内では、陽極 tDCS は皮質の興奮性を高めますが、陰極 tDCS はそれを低下させます。 健康な被験者だけでなく神経障害のある人々の身体的および認知的パフォーマンスに対する tDCS の効果が報告された研究がいくつかあります。 IHI のリバランスを促進するために、tDCS は、同側半球に陽極電極を、対側半球に陰極電極を同時に適用することで使用されます。これは、デュアルまたは両側 tDCS と呼ばれます。 多くのメタアナリシスと個人研究は、一次運動野（M1）上の両側 tDCS が他のモンタージュと比較して上肢および下肢の運動パフォーマンスを改善するのに効果的であることを実証しました。 以前の研究のほとんどは、2 mA の異なる強度と 20 分間の刺激時間を使用しました。 しかし、最近のメタ分析では、運動機能に対する tDCS の効果を高めるには、20 分を超える刺激継続時間と刺激セッション数を増やす 15 ～ 20 セッションが効果的であることが示唆されました。 認知機能に関しては、最近のメタアナリシスで、脳卒中集団における偽の場合と比較して、背外側前頭前野（DLPFC）に適用されたtDCSが認知機能の回復にプラスの効果をもたらすことが報告された。 以前の研究では、M1 をターゲットとする tDCS と運動トレーニングを組み合わせると、運動能力と認知能力が向上する可能性があると報告されていますが、その効果は DLPFC をターゲットとする場合に比べて低い可能性があります。
2. tACS は交流電流を供給して、皮質の興奮性と内因性の脳振動を周波数固有で調節します。 アルファ (8 ～ 12 Hz) およびベータ (13 ～ 30 Hz) 周波数の活動は、安静状態中の人間の感覚運動皮質で顕著です。 メタ分析から、ベータ周波数範囲で送達された tACS は、一次運動野の皮質の興奮性を高める可能性があります。 この効果は、刺激強度が 1 mA を超える場合に特に顕著です。 健康な集団では、M1 上にベータ tACS を適用すると運動学習が向上することがいくつかの研究で示されており、アルファ tACS と比較した場合に大きな効果が見られました。 同じ観察が脳卒中集団でも報告されており、1 mA での β-tACS (20 Hz) は、運動関連領域において α-tACS (1 mA で 10 Hz) と比較して、より大きな変調効果を誘発しました。 歩行訓練を伴う罹患半球の M1 にわたる 2mA での tACS の 10 セッションは、慢性脳卒中患者の歩行能力を改善する可能性があります。 tACS は他の NIBS と同様に脳卒中後の運動回復の可能性があると思われますが、脳卒中集団を対象とした関連するランダム化比較試験 (RCT) の数は tDCS に比べて非常に限られています。 tDCS と tACS はどちらもポータブルで操作が簡単で、副作用は軽度です。 現在まで、tDCS の効果を tACS と比較した研究はほとんどありません。 皮質の興奮性の変化における有効性に関しては、同様の刺激パターン（1.0 mAおよび10分）で、tACSは健常者において偽と比較して皮質の興奮性を有意に増加させたが、tDCSは偽よりも大きくなかった。 運動能力の点では、M1 を上回るベータ-tACS (20 Hz) とアノード tDCS の両方が、健常者の反応時間を延長することができましたが、回復には有意差はありませんでした。 しかし、軽度認知障害のある人では、DLPFC 上に 2 mA で tACS (40 Hz) を適用すると、2 mA-tDCS および偽の場合と比較して、ベータ活動と認知機能が増加することが示されました。 tACS は、認知結果の改善において tDCS よりも優れているようです。

これまで、脳卒中患者における tDCS と tACS の効果、特に運動能力に対する効果を比較した研究はありません。 運動能力を向上させるために、M1 は電気刺激の最も一般的なターゲットです。 さらに、運動トレーニングと組み合わせたM1刺激は、運動能力と認知能力を向上させることが報告されています。本研究では、脳卒中患者の皮質活動、運動能力、および認知能力に対する、理学療法と組み合わせてM1に適用されるtDCSおよびtACSの効果を調査します。脳卒中後2年以内の亜急性および慢性期。 両方の tES 技術は、ASA が推奨する運動トレーニングに続いて、15 セッション (週 3 日、5 週間) の従来の理学療法と組み合わせられます。 皮質活動はEEGによって評価され、主要結果として提供されます。 各周波数帯域 (アルファ、ベータ、デルタ、シータ) の絶対スペクトル パワーが分析されます。 さらに、脳活動の分析は、対側半球と同側半球の間のバランスを表す脳対称性指数 (BSI) に焦点を当てます。 臨床転帰は二次転帰として提供され、上肢のパフォーマンス評価は、Fugl-Meyer 上肢評価 (FMA-UE) および Wolf Motor Function Test (WMFT) で構成されます。 下肢のパフォーマンスについては、Fugl-Meyer による下肢評価 (FMA-LE) とタイムアップ アンド ゴー テスト (TUG) が行われます。 Zebris Force Distribution Measurement-T ソフトウェアとプラットフォーム (FDM) を使用した、5 回の座位から立位 (FTST)、歩行分析およびバランス。 認知機能は、タイ語版のモントリオール認知評価（MoCA）によって検査されます。 すべての結果は、介入前、介入後、1 か月と 3 か月の追跡調査で評価されます。