TDCS에 의해 생성된 전류 흐름의 강도 및 패턴에 대한 직접적인 피질 측정

비침습적 뇌 자극(NBS)은 신경 치료 및 재활을 위한 유망한 도구 세트를 나타냅니다. 문헌 검색에서 NBS는 70개 이상의 신경학적 및 정신과적 상태에 대해 테스트되었습니다. NBS는 특히 적합한 약물요법(예: 이명, 운동이상증) 또는 약물 내성 질환(예: 난치성 간질, 심한 우울증).

특히, 경두개 직류 자극(tDCS)은 두피를 통해 낮은 강도의 단방향 전류를 전달하여 뇌 활동을 조절합니다. 활동 전위를 유도하는 대신, tDCS는 뇌 가소성에 영향을 미치기 위해 휴면 신경 세포막 전위를 조절합니다. 또한 실용적인 관점에서 tDCS의 이점에는 저렴한 비용, 휴대성 및 사용 용이성이 포함됩니다. 또한 tDCS는 정신적 이미지, 전산화된 인지 개입 또는 로봇 지원 운동 활동과 같은 다른 개입과 쉽게 결합될 수 있습니다.

TDCS가 시냅스, 세포 및 네트워크 수준에서 뇌 가소성에 미치는 영향에 대한 현재의 생리학적 이해는 제한적입니다. 실험적으로 양극 아래에서 자발적인 신경 발화 활동은 일반적으로 증가하는 반면 음극 아래에서 발화 활동은 감소하지만 정확한 효과는 전기장에 대한 축삭의 방향에 따라 달라질 수 있습니다(Nitsche and Paulus, 2000, Bindman et al., 1964, Creutzfeldt 등, 1962, Purpura 및 McMurtry, 1965). tDCS의 신경 조절 효과는 또한 NMDA 수용체 활동과 나트륨 및 칼슘 채널 활동의 조절을 포함하는 시냅스 가소성의 LTP 및 LTD 유사 메커니즘에 광범위하게 기인합니다(Hattori et al., 1990, Islam et al., 1995). , Liebetanz et al., 2002). 또한, 기능적 신경 영상 연구는 tDCS에 의해 유도된 로컬 및 원거리 네트워크 효과를 모두 밝혀냈으며, 아마도 신경 간 회로에 의해 매개될 것입니다(Lefaucheur, 2008).

tDCS가 지역 및 분산 수준에서 피질 흥분성에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 연구자의 기계론적 이해를 발전시키는 것은 (1) 자극 매개변수를 사용자 정의하는 데 필요합니다(예: 전극 크기, 위치, 전류 강도 및 지속 시간) 뇌 영역을 정확하게 목표로 하고 치료 결과를 최대화하고, (2) 취약한 환자 집단에 대한 안전성 결과를 확인합니다(예: 어린이, 두개골 결함 및 이식된 하드웨어가 있는 환자). 이전에는 전도성이 높은 CSF 수집을 통한 전류 션트의 이론적 위험 때문에 두피 또는 두개골 결함이 있는 환자는 자극(Bikson, 2012) 프로토콜에서 제외되었습니다. 그러나 관통성 뇌 손상, 뇌졸중 또는 이전 뇌 수술을 받은 환자는 정확히 이러한 기술의 혜택을 가장 많이 받을 수 있는 환자입니다.

유한요소법(FEM)을 사용하는 전산 모델은 (1) 자극 매개변수와 (2) 기본 해부학 및 조직 특성(예: 전극 구성과 관련된 두개골 결함의 크기 및 위치)(Bikson 2012). 예를 들어, 전극 구성과 두개골 결함 크기 및 특성을 통합한 한 계산 모델(Datta et al., 2010)은 두개골 결함을 둘러싼 대부분의 전극 구성이(작은 두개골 결함 바로 위에 직접 자극하는 것을 제외하고) 피크 피질 전기장 강도를 크게 증가시키지 않습니다. 오히려, 전류는 뼈 결함의 가장자리로 향하며, 이는 치료 목표에 역효과를 낼 수 있습니다. 뇌졸중 환자에 대한 또 다른 전산 사례 연구는 상대적으로 전도성이 있는 뇌졸중 병변이 병변 주변 영역에 전류를 집중시키고 기준 전극(예: 오른쪽 해야 함, 오른쪽 유양 돌기, 오른쪽 안와 전두엽 및 반대쪽 반구)가 가장 큰 전류 흐름의 경로를 크게 변경했습니다(Datta et al., 2011).

그러나 이러한 모델링 예측은 실험적 검증이 필요하기 때문에 임상 적용에 제한이 있습니다. 신경 조직 수준에서 전기장의 정량적 결정은 주어진 개인에 대한 효능과 안전성을 확립하는 데 필요합니다(Bikson 2012). 연구자가 아는 한, 이러한 모델에 의해 예측된 예측 패턴 및 전류 흐름 강도를 경험적으로 확인한 발표된 연구는 없습니다. 이 제안된 실험 연구는 다양한 자극 매개변수에 대한 반응으로 뇌 표면에서 측정된 전압 강도를 정량화한 최초의 연구를 나타내며 비침습적 신경 자극 분야에서 상당한 발전을 나타낼 것입니다.