Effekten av TDCS for behandling av arbeidsminnedysfunksjon og depresjon ved temporallappepilepsi

Transkraniell likestrømstimulering (tDCS) er en kraftig teknikk for å modulere hjerneaktivitet:

TDCS er basert på påføring av en svak likestrøm til hodebunnen som flyter mellom to relativt store elektroder - anode og katode. Under tDCS, lav amplitude (1-2 mA), påføres konstante strømmer via hodebunnselektrodene og trenger inn i skallen for å komme inn i hjernen. Selv om det er betydelig shunting av strøm i hodebunnen, trenger tilstrekkelig strøm gjennom hjernen til å modifisere det transmembrane nevronpotensialet som vist av to nyere modelleringsstudier (Miranda et al. 2006; Wagner et al. 2007a), og dermed påvirke nivået av eksitabilitet og modulere avfyringshastigheten til individuelle nevroner. Når tDCS brukes for en tilstrekkelig varighet, kan kortikal funksjon endres utover stimuleringsperioden (Nitsche og Paulus 2001), og retningen til kortikale eksitabilitetendringer avhenger av gjeldende orientering.

Flere godt utførte dyrestudier på effekten av tDCS som dateres tilbake til 1950- og 60-tallet, viste at tDCS er en kraftig teknikk for å modulere hjernefunksjon. Disse studiene viste at polariserende strømmer påført overflaten av hjernen resulterer i en modulering av den kortikale aktiviteten. Overflateanodal polarisering av cortex øker spontane enhetsutladninger (Burns 1954; Creutzfeld et al. 1962) og initierer paroksysmal aktivitet (Goldring og O'Leary 1951), mens katodisk polarisering generelt deprimerer disse hendelsene. Videre letter overflatepolarisering på lavt nivå tilegnelse av lærte motoriske responser og induserer langvarige endringer i mønstre av fremkalte kortikale enhetsutladninger (Bindman et al. 1964). Til slutt, Purpura et al. (1964), som studerte pyramidale traktceller fra katter, viste at lengre perioder med polarisering kan produsere progressive membran- og postsynaptiske potensielle endringer samt ettervirkninger (Purpura og McMurtry 1965).

Basert på dette beviset har nyere menneskelige studier blitt utført og har samlet vist at motorisk cortex (M1) stimulering med tDCS endrer motorisk cortex eksitabilitet avhengig av stimuleringspolariteten: mens anodal stimulering øker kortikal eksitabilitet, reduserer katodisk stimulering den (Nitsche et al. 2003; Nitsche og Paulus 2000; Nitsche og Paulus 2001). Lignende modulerende effekter er også beskrevet i den visuelle cortex (Antal et al. 2004; Antal et al. 2001). En fersk tDCS-studie har vist at anodal tDCS av den primære motoriske cortex ikke bare påvirker kortikal aktivitet, men induserer betydelige endringer på thalamusaktivitet (Lang et al. 2005). Det bør bemerkes at anvendelsen av tDCS hos mennesker har utviklet seg betydelig de siste 10 årene, og den er derfor forskjellig fra den humane anvendelsen som ble brukt på 60- og 70-tallet (Wagner et al. 2007b)

Videre tilbyr tDCS flere fordeler sammenlignet med andre teknikker for ikke-invasiv hjernestimulering (dvs. repeterende transkraniell magnetisk stimulering (rTMS)): (1) liten størrelse på elektrodene og stimulatoren, slik at bærbar bruk for eksempel kan brukes hjemme, (2) enkel og ikke-kostbar teknikk som lett kan oversettes for bruk i klinisk praksis, (3) langvarige effekter - de modulerende effektene av tDCS varer lenger sammenlignet med rTMS - for eksempel 13 minutter med stimulering endrer hjernens eksitabilitet i opptil 2 timer (Nitsche og Paulus 2001), og (4) lettere blindet med sham tDCS i forbindelse med kliniske studier (Gandiga et al 2006)

Prefrontal stimulering har vist seg å forbedre kognitiv funksjon:

Det har vært flere nylig publiserte studier som viser forbedringen av arbeidsminnet når tDCS-stimulering påføres den dorsale laterale prefrontale cortex. Fregni et al (2005) studerte 15 normale forsøkspersoner. Pasientene utførte en tre-ryggs arbeidsminneoppgave under aktiv anodal (stimulerende) tDCS av venstre dorsolaterale prefrontale cortex (venstre DLPFC), falsk stimulering over venstre DLPFC, katodisk (hemmende) stimulering av venstre DLPFC, eller anodal stimulering over primær motorisk cortex (M1). Resultatene av denne studien viste en betydelig forbedring i arbeidsminne som indeksert av oppgavenøyaktighet etter aktiv anodal tDCS av venstre DLPFC. De andre stimuleringsbetingelsene, inkludert sham tDCS, anodal tDCS av venstre DLPFC, eller anodal tDCS av M1, resulterte ikke i en betydelig endring i oppgaveytelsen. Tilsvarende har Boggio et al (2007) også funnet signifikant forbedring i affektiv go-no-go oppgaveytelse hos pasienter med alvorlig depresjon etter behandling med anodal tDCS til venstre DLPFC uavhengig av graden av humørforbedring etter 10 påfølgende dager med tDCS.

Motsatt har det vært noen bevis for at katodisk hemming av høyre DLPFC forbedrer arbeidsminneytelsen i samme oppgave hos deprimerte pasienter (Bermpohl et al 2006). Sammen antyder disse studiene at den økte aktiviteten til venstre DLPFC - enten direkte gjennom anodal stimulering eller indirekte gjennom katodisk hemming av høyre DLPFC - er ansvarlig for forbedring av arbeidsminneytelsen.

Transkraniell likestrømstimulering (tDCS) har en betydelig antidepressiv effekt: Modulering av prefrontal cortex med anodal tDCS er assosiert med en betydelig forbedring av depresjon. Opprinnelig en foreløpig, randomisert, kontrollert og dobbeltblind studie der effekten av fem dager med anodal stimulering av venstre DLPFC hos 10 pasienter med alvorlig depresjon ble undersøkt. Alle pasienter tolererte tDCS uten komplikasjoner. Ved slutten av behandlingen var det 4 behandlingsrespondere i den aktive gruppen versus ingen respondere i den falske gruppen. Pasientene som mottok aktiv stimulering hadde en signifikant reduksjon i Hamilton Depression Rating Scale (HDRS) og Beck Depression Inventory (BDI) skårer sammenlignet med baseline som ikke ble observert hos pasienter som fikk falsk stimulering (Fregni et al. 2006b).

I en oppfølging, parallell-gruppe, dobbeltblind klinisk studie med 40 pasienter med alvorlig depresjon, ble pasientene vasket ut av medisinene sine og randomisert i tre behandlingsgrupper: anodal tDCS av venstre DLPFC (aktiv gruppe); anodal tDCS av occipital cortex (aktiv kontrollgruppe) og sham tDCS (placebokontrollgruppe). tDCS ble brukt for 10 økter i løpet av en 2-ukers periode. Humør ble evaluert av en blindet vurderer ved bruk av HDRS og BDI. Behandlingen ble godt tolerert med minimale bivirkninger som var fordelt likt på alle behandlingsgruppene. Denne studien viste signifikant større reduksjoner i depresjonsscore etter venstre DLPFC tDCS (HDRS-reduksjon på 40,4 % (±25,8 %)) sammenlignet med occipital (HDRS-reduksjon på 21,3 % (±12,9 %)) og sham tDCS (HDRS-reduksjon på 10,4 % (±36,6%)). De gunstige effektene av tDCS i DLPFC-gruppen vedvarte i 1 måned etter avsluttet behandling (Boggio et al. 2008).

Tilsvarende, i en annen longitudinell studie av depresjon av Rigonatti et al (2008), hadde serieanvendelser av anodal (stimulerende) tDCS påført den prefrontale cortex (10 økter på 2 mA hver) en lignende effekt på å redusere depressive symptomer som målt ved Beck Depression Inventar score som fluoksetin selv 6 uker etter behandling. Imidlertid var effekten av tDCS mer umiddelbar enn effekten av fluoksetin19.

Oppsummert ser tDCS av venstre DLPFC ut til å være i stand til å indusere betydelige positive affektive og kognitive forbedringer hos normale pasienter og pasienter med betydelig depresjon. Vi vil derfor i dette forslaget teste om forlenget prefrontal stimulering er assosiert med klinisk meningsfulle endringer i affektiv og kognitiv funksjon uten forverring av epileptiform aktivitet eller anfallsfrekvens. Resultatene av denne pilotstudien vil ha en betydelig klinisk effekt for behandling av nevropsykiatriske komorbiditeter hos pasienter med temporallappepilepsi.