Målrettet HD-tDCS for å forbedre rehabilitering av øvre lemmer ved SCI

Etterforskerne fullførte nylig en klinisk studie som evaluerte om funksjonen i øvre lemmer hos de med SCI kan forbedres ved å parre rehabilitering med konvensjonell tDCS. Totalt sett fant etterforskerne at konvensjonell tDCS viste løfte om å forbedre funksjonen i øvre ekstremiteter, med en observert effektstørrelse fra 0,23 til 0,58. Ved å bruke data fra denne studien, utførte etterforskerne en retrospektiv analyse for å bestemme om nivået av funksjonell fordel forsøkspersonen opplevde var relatert til styrken til tDCS-strømmen levert til de kortikale områdene dedikert til svake muskler. Etterforskerne tilnærmet leveringen av gjeldende bruksmodeller fra programvare utviklet av samarbeidspartner Dr. Bikson. De nåværende etterforskernes analyse fant at forbedringer i fingerferdighet etter ti økter med konvensjonell, ikke-fokal (35 cm2) tDCS var større når strømmen ble levert hovedsakelig innenfor de motoriske kortikale områdene dedikert til de svake musklene.

For å utvide den retrospektive analysen, har etterforskerne nylig utført en pilotstudie for å finne ut om fokaliteten til tDCS direkte kan endre funksjonelle fordeler hos individer med SCI. Spesifikt utførte etterforskerne en enkelt-sesjons cross-over-studie som evaluerte effekten av konvensjonell, sham og en fokusert tDCS på gripestyrke og excitabilitet i kortikospinalbanen (n=2). For den nåværende studien brukte etterforskerne høyoppløselig tDCS (HD-tDCS) for å levere en mer fokal strøm med tDCS. HD-tDCS leverer strøm gjennom fem små elektroder (0,8 cm2) plassert i en "X-formet" konfigurasjon via en enkel hette. Denne konfigurasjonen fører til en 80 % større konsentrasjon eller fokusering av det elektriske feltet innenfor målområdet sammenlignet med konvensjonelle, ikke-fokale tDCS.

I den nåværende cross-over-studien ble resultatene vurdert før og umiddelbart etter en 30-minutters bruk av tDCS sammen med oppgavetrening. Øktene ble fordelt med en ukes mellomrom for å tillate tilstrekkelig utvasking. Etterforskerne fant at HD-tDCS hadde en betydelig innvirkning på grepstyrken sammenlignet med konvensjonell tDCS. Mest bemerkelsesverdig forbedret HD-tDCS grepstyrken (+15,9 N) mens konvensjonell tDCS reduserte grepstyrken (-5,5 N). Med den ekstra grepsstyrken etter HD-tDCS, rapporterte forsøkspersoner den nye evnen til å gripe en flaske vann og holde små gjenstander, noe som indikerer det større potensialet for klinisk påvirkning sammenlignet med konvensjonell tDCS. Totalt sett ble rå endringer i grepsstyrke oversatt til en 40 % fordel av HD-tDCS sammenlignet med konvensjonell tDCS, der en endring større enn 15 % ble definert som klinisk signifikant. Etterforskerne observerte også at enkeltpåføring av HD-tDCS kan resultere i større økninger i kortikospinal eksitabilitet av den svake tricepsmuskelen sammenlignet med konvensjonell tDCS. Dette er ikke overraskende siden fokusering av det elektriske feltet har vist seg å fremkalle større, lengre varige økninger i kortikospinal eksitabilitet hos friske individer; en effekt som sannsynligvis oppstår siden mer strømflyt er mindre variabel og kommer til kortikale mål etter HD-tDCS (98 % forbedring i forhold til konvensjonell tDCS). Basert på etterforskernes tidligere funn, forventes HD-tDCS å gi oppover 40 % fordel og gi klinisk signifikante gevinster sammenlignet med konvensjonell tDCS for den foreslåtte kliniske studien.

Etterforskernes kollektive funn om at fokalitet av tDCS direkte kan endre funksjonell fordel og kortikospinal eksitabilitet bekreftes av andre. Bemerkelsesverdig, arbeid med slagafasi har vist at målretting av tDCS-strøm til de kortikale områdene aktivert under tale forbedrer den funksjonelle fordelen med tDCS. Lignende funn er rapportert i fibromyalgi og arbeidsminne. Således, i kombinasjon med andre, gir etterforskernes resultat drivkraften til å studere om bruken av fokal tDCS ville føre til enda større forbedringer i øvre lemmerfunksjon enn det som oppnås med konvensjonell, ikke-fokal tDCS.

Den nåværende studien vil bygge direkte på etterforskernes første kliniske studie og pilot-cross-over-studie. Etterforskerne vil utføre en klinisk gjennomførbarhetsstudie og teste for første gang om bruken av HD-tDCS i SCI fremkaller mer robuste økninger i eksitabiliteten av gjenværende kortikospinalveier og funksjonen til de paretiske øvre lemmer enn bruk av konvensjonell tDCS.

24 forsøkspersoner med en kronisk C2-C6 SCI vil bli registrert i en randomisert, assessor-blindet, klinisk gjennomførbarhetsstudie (se avsnitt 1.3). Før randomisering vil forsøkspersonene fullføre en to ukers baseline-kontrollfase. Dataene fra baseline-kontrollfasen vil tillate hver pasient å tjene som sin egen kontroll siden variasjon på grunn av sykdomsheterogenitet og tDCS kan gjøres rede for i dataanalysen. Etter fullføring av baseline-kontrollfasen vil forsøkspersonene bli randomisert i to grupper: HD-tDCS + massetrening eller konvensjonell tDCS + massetrening. Randomisering vil bli utført ved å bruke et generalisert randomisert blokkdesign. Personer innenfor en blokk vil bli matchet på styrken til de svake triceps (dvs. maksimal viljesammentrekning målt ved elektromyografi; EMG). Databasert programvare for randomisering vil bli brukt. Umiddelbart etter intervensjonen vil forsøkspersonene gjennomgå funksjonell og nevrofysiologisk testing ved posttest og oppfølging (fire uker etter intervensjon). Siden konvensjonelle og HD-tDCS-applikasjoner visuelt ser annerledes ut, vil bare bedømmere som samler og analyserer de nevrofysiologiske og funksjonelle resultatene i øvre lemmer bli blindet for tDCS-paradigmet som leveres.