최소 의식 상태의 환자에서 폐쇄 루프 tDCS

지난 20년 동안 비침습적 뇌 자극(NIBS)의 재발견 및 개발과 함께; 경두개 직류 자극(tDCS) 및 경두개 자기 자극(TMS)과 같은 기술은 기능적 이미징, 우아한 신경생리학적 평가, 컴퓨터 생성 모델링, 그리고 가장 중요한 것은 잘 설계된 연구 방법론의 토대 덕분에 번성했습니다.

TDCS는 재활 프로그램에 쉽게 통합될 수 있는 안전하고 저렴하며 간단한 기술을 나타냅니다. 첫 번째 가짜 통제 이중 맹검 무작위 교차 연구에서 단일 전전두엽 tDCS의 효과는 의식 장애(DOC), 식물 상태(VS) 및 최소 의식 상태(MCS), 급성 - 아급성(< 3개월) 및 만성, 외상성 또는 비외상성 병인. 개별 수준에서 tDCS 반응자는 새로운 의식 징후(예: 명령 따르기, 시각적 추적, 물체 인식, 조작 또는 위치 파악)를 나타내는 환자로 정의되었습니다. 활성 tDCS 세션 후, 가짜 tDCS 세션 전이나 도중에 존재하지 않았습니다. MCS의 13/30 환자는 tDCS 관련 개선을 보였습니다. 25명의 VS 환자 중 2명의 급성(<3개월) 환자가 tDCS 반응(즉, 베이스라인 또는 사전 또는 사후 sham-tDCS에 존재하지 않는 애노달 자극 후에 존재하는 명령 다음과 시각적 추구를 보여주었습니다). 그룹 수준에서 CRS-R(Coma Recovery Scale-Revised)로 측정한 치료 효과는 MCS에서 관찰되었지만 VS 환자 그룹에서는 관찰되지 않았습니다. 또한 tDCS 관련 부작용은 관찰되지 않았습니다. 또 다른 가짜 통제 연구에서 tDCS는 DOC가 있는 10명의 만성 환자의 일차 운동 피질 또는 왼쪽 전두엽 피질에 5일 동안 적용되었습니다. 이 시험에서 tDCS의 효과는 자극 후 최대 12개월까지 평가되었습니다. 이 연구는 DOC의 만성 환자도 개선될 수 있으며 그 효과가 tDCS 후 최대 12개월 동안 지속될 수 있음을 강조했습니다.

여러 tDCS 연구가 Coma Science Group(Dr Thibaut) 및 기타 그룹에서 수행되었습니다. 지금까지 총 221명의 DOC 환자가 심각한 부작용 없이 8건의 연구에 포함되었습니다. 또한 총 59건을 포함하여 Naro 등이 수행한 다른 3건의 시험에서도 부작용이 보고되지 않았습니다. 따라서 tDCS는 특히 비침습적 뇌 자극과 의식 장애가 있는 환자 모두에 대한 강력한 배경을 가진 전문가 및 고도로 훈련된 조사자가 적용할 때 안전한 기술로 나타납니다.

신경 생리학적 관점에서 tDCS는 활동 전위 방출을 촉진하고 NMDA 수용체의 흥분성의 수정을 촉진하여 신경 흥분성을 증가시킵니다. 또한 tDCS는 작업 관련 동적 시냅스 연결을 강화할 수 있습니다. 단일 tDCS 세션의 효과는 약 60~90분 동안 지속됩니다. 반면 자극을 10~20회 반복하면 자극 종료 후 최대 3개월까지 효과가 지속되는 것으로 나타났다.

DOC 환자에게 tDCS를 적용하는 데 있어 주요 과제는 개별 행동 반응의 가변성입니다. 실제로 코마 사이언스 그룹과 다른 그룹이 수행한 이전 연구에서 반응자 비율은 연구 간에 일관성이 없었습니다. 위에서 언급한 바와 같이 반응자는 가짜 자극 전후에 관찰되지 않았던 활성 tDCS 적용 후 새로운 의식 징후를 보인 환자입니다. 그러나 이러한 연구에 사용된 교차 디자인의 특수성을 고려할 때 이 정의는 활성 tDCS 적용 후 처음으로 새로운 의식 징후를 보이는 환자로 최근 업데이트되었습니다.

tDCS의 애플리케이션을 최적화하기 위한 다음 단계에는 미리 tDCS 응답자를 더 잘 식별하는 것이 포함됩니다. 이를 위해 Thibaut와 동료들은 구조적 MRI T1 데이터와 18 -fluorodeoxyglucose 위치 방출 단층 촬영. 결과는 응답자에 비해 왼쪽 DLPFC, 내측-전두엽 피질 및 왼쪽 시상을 포함하는 영역에서 무응답자에서 더 큰 위축을 보였다. 시상뿐만 아니라 동일한 영역은 응답자에 비해 비응답자에서 저대사성이었습니다. 이것은 tDCS에 대한 반응이 주의 및 작업 기억과 관련된 피질하 뇌 영역뿐만 아니라 자극된 영역의 적어도 부분적인 구조 및 대사 보존을 필요로 함을 시사합니다. 나중에 저자는 동일한 샘플을 사용하여 휴식 상태의 EEG 뇌 연결성을 소급 분석했습니다. 결과는 반응자(비반응자에 비해)에서 세타 중심성이 더 높은 것으로 나타났으며 이는 이 새로운 바이오마커가 DOC 환자의 tDCS 반응을 예측하는 데 사용될 수 있음을 의미합니다(Thibaut et al. 2018). 반응성의 또 다른 핵심 요소는 자극의 타이밍입니다. 실제로 DOC 환자는 일반적으로 모든 종류의 외부 자극에 대한 반응에 영향을 미치는 경계의 변동을 나타냅니다. MCS 환자는 이러한 변동(범위 57-80)에서 70분의 주기성을 보여 건강한 대조군에서 관찰된 주의력 변동과 비교할 수 있는 반면, VS 환자는 이러한 유형의 주기성을 나타내지 않습니다. Piarulli와 동료들은 휴식 EEG로 측정된 스펙트럼 엔트로피를 사용하여 변동의 주기성을 강조하고 MCS의 EEG 스펙트럼 엔트로피 변동성이 이전에 이 모집단에서 설명한 인식의 변동을 반영할 수 있다고 제안했습니다. 따라서 특정 시간 창(즉, 각성이 낮거나 높은 기간) 동안 tDCS를 투여하는 것은 tDCS의 긍정적인 효과가 뇌 신경 상태에 의존하는 것으로 알려져 있기 때문에 MCS 환자의 임상 효능에 영향을 미칠 수 있습니다. 이를 위해 최근 정보 기술의 발전으로 실시간으로 수행되는 복잡한 계산을 통해 폐쇄 루프 설정을 구현할 수 있습니다. 이 기술을 사용하여 MCS 환자의 tDCS로 특정 수준의 감시를 목표로 하면 해당 치료에 대한 반응 패턴을 이해하고 향후 응용 프로그램을 최적화할 수 있는 통찰력을 제공할 수 있습니다.