Cerebral blodstrøm og tDCS

Mål 1: Å bestemme effekten av ulike stimuleringsintensiteter på relativ cerebral blodstrøm (rCBF).

For tiden bruker forskere tDCS som en intervensjonsmodalitet for å modulere eksitabiliteten til hjernen, med målbare endringer i både motoriske fremkalte potensialer og fysiske prestasjoner. På grunn av den relativt store størrelsen på de fleste elektroder, og elektrodynamikken i hjernen, er det fortsatt uklart hvilke spesifikke hjernestrukturer som blir stimulert og hvordan mekanikken for stimulering (f.eks. stimuleringspenetrasjon og områder påvirket utenfor målområdet) endres med forskjellige intensiteter. Etterforskerne antar at regional CBF ved DLPFC (målområdet) vil øke på en doseavhengig måte med større stimuleringsintensitet. Videre er det antatt at områdene rundt DLPFC i økende grad vil bli påvirket av høyere stimuleringsintensiteter.

Mål 2: Å kontrastere effektene av transkraniell likestrømstimulering på relativ cerebral blodstrøm mellom friske forsøkspersoner og personer med multippel sklerose.

PwMS opptrer vanligvis med glukosehypometabolisme sammenlignet med sine friske jevnaldrende, og fordi CBF og glukosemetabolisme er sterkt koblet, kan en lignende trend i CBF forventes. I tillegg har tDCS vist seg å være effektiv for å øke kortikal eksitabilitet og glukosemetabolisme i begge populasjoner. Det som imidlertid fortsatt er usikkert er om PwMS og friske forsøkspersoner opplever samme mengde økt aktivitet for samme stimuleringsintensitet. Etterforskerne antar at PwMS vil oppleve en større økning i rCBF ved DLPFC og omkringliggende områder enn sunne kontroller for samme stimuleringsintensitet.

Mål 3: Å utvide vår forståelse av sikkerheten og effekten av transkraniell likestrømstimulering ved høyere strømintensiteter for friske forsøkspersoner og personer med multippel sklerose.

Til tross for noe arbeid med gjennomførbarheten og sikkerheten ved å utføre tDCS ved intensiteter > 2 mA (dvs. opptil 4 mA), er konvensjonen for de fleste tDCS-studier å bruke intensiteter mindre enn eller lik 2 mA. Dette har vært tilstrekkelig til å ulovlige målbare effekter i både eksitabilitet og ytelsesresultater. Imidlertid rettferdiggjør de potensielle fordelene ved å øke intensiteten for enten å forsterke effekten av en gitt stimuleringsprotokoll (f.eks. tid eller størrelse) eller for å potensielt få tilgang til dypere hjerneområder ytterligere utforskning av strømintensiteter > 2 mA. Det er også viktig å legge til sikkerhetsprotokollen med høyere intensiteter hos friske og kliniske (f.eks. PwMS) personer. Etterforskerne antar at høyere intensiteter (dvs. > 2 mA) vil bli godt tolerert av både friske personer og PwMS. I tillegg antar etterforskerne ingen alvorlige bivirkninger fra høyere stimuleringsintensiteter. De eksisterende bivirkningene av tDCS ved intensiteter mindre enn eller lik 2 mA inkluderer lavgradige forekomster av prikking, kløe og brennende følelse ved elektrodestedene; noen få personer har rapportert kortvarig (< 5 min) hodepine. I en studie som tester sikkerheten til høyere intensiteter som ligner de som er foreslått her, ble de samme bivirkningene observert hos 50 % av forsøkspersonene. Denne forekomstfrekvensen er litt høyere enn studier med mindre enn eller lik 2 mA, men omfanget av de negative effektene var fortsatt godt innenfor trygt tolererbare grenser og var alle forbigående.

I.6 Bakgrunn og betydning og/eller forundersøkelser knyttet til dette prosjektet.

(angir ikke "se protokoll") Transkraniell likestrømsstimulering (tDCS) er en ikke-invasiv og godt tolerert hjernestimuleringsteknikk (1-4) som kan modulere den kortikale eksitabiliteten til målrettede hjerneregioner (5) så vel som cerebrale blodstrøm (6) på en polaritetsavhengig måte.

Modeller av tDCS-strømflyt (7,8) og funn fra studier der human funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) har blitt brukt for å måle hjerneaktivitet (9-11) tyder på at tDCS kan endre prosessering over store områder av cortex. Slik sett er effektene av tDCS sannsynligvis relativt brede. Således, mens de nevrale endringene indusert av tDCS er konsentrert rundt områder av cortex nærmest elektrodene (12), kan bredere nettverk av funksjonelt koblede regioner også rekrutteres (9,10,13,14). Videre er det ikke gjort noen systematisk undersøkelse for å bestemme den mest effektive strømintensiteten for PwMS.

Det er empiriske bevis for at tDCS med strømintensitet mellom 1 og 2 mA i 20-40 minutter for enten enkelt eller flere økter kan trygt og effektivt administreres til PwMS (15-20). Selv om tDCS med strømintensiteter > 2 mA anses som trygge 21, har ingen studier undersøkt hvordan hjerneaktivitet påvirkes under tDCS ved intensiteter > 2 mA. Selv om sikkerheten til høyere intensitet tDCS i PwMS i utgangspunktet kan antas fra tidligere arbeid med forsøkspersoner som har opplevd hjerneslag (21), har det også blitt foreslått at flere studier på sikkerheten ved høyere intensitet stimulering i andre populasjoner er nødvendig for å utøv due diligence før du generelt foreskriver intensiteter som er større enn gjeldende konvensjon (22).

Den cerebrale aktiveringen i PwMS er undersøkt med [15O] vann og med [15O] O2 PET (indekserer oksygenmetabolismen)(23). Utbredt reduksjon i cerebral blodstrøm og oksygenmetabolisme i både grå og hvit mater er rapportert i PwMS (24). Videre indikerer disse studiene at graden av oksygenmetabolismereduksjon korrelerte med dårligere kognitiv ytelse og utvidet funksjonshemmingsstatusskala (EDSS), og at graden av cerebral oksygenhypometabolisme var assosiert med antall tilbakefall (25).

En nær kobling av perfusjon og metabolisme antas, noe som reflekterer oksidativ fosforylering av glukose som den dominerende kilden til energiproduksjon. Følgelig betraktes CBF ofte som et indirekte mål på nevronal funksjon og integritet (26). Dette støttes av den betydelige assosiasjonen av metabolisme med regional CBF (rCBF) på tvers av forskjellige hjerneregioner (27,28), og med global CBF (gCBF) på tvers av varierende bevissthetstilstander (29).

Med denne studien vil etterforskerne kunne underbygge om rCBF er påvirket av tDCS, vurdere mengden signalendring i forhold til ulike strømmer, og måle forskjeller i CBF-fordeling under stimuleringsreaktivitet mellom friske forsøkspersoner og PwMS. Målet er å undersøke endringene i rCBF etter transkraniell likestrømstimulering ved forskjellige intensiteter (1 mA, 2 mA, 3 mA, 4 mA) hos friske personer og PwMS. Designet er en tverrsnittsstudie i 10 friske forsøkspersoner og 10 PwMS.