Effekter av transkraniell elektrisk stimulering hos personer med hjerneslag

Hjerneslag er en ledende årsak til død og funksjonshemming i verden. Forekomsten av hjerneslag er høy i utviklingsland; for eksempel i Thailand er hjerneslag en av de viktigste årsakene til død og funksjonshemming. Estimatprevalensen blant voksne i alderen 45 år og eldre er 1,88 %, og dødeligheten av hjerneslag har fortsatt å øke de siste 5 årene. Globalt har 87 prosent av hjerneslag lidd av iskemisk hjerneslag mens 13 prosent led av hemorragisk hjerneslag. 57 prosent tilfeller av hjerneslag er fortsatt uførhet rapportert av verdens slagorganisasjon. Motorisk svekkelse er en stor grense etter hjerneslag, og det påvirker aktiviteter i dagliglivet. Kognitive svekkelser (dvs. eksekutiv funksjon, oppmerksomhet og hukommelse) er ofte observert hos overlevende etter slag, noe som kan føre til nedsatt funksjonsevne og påvirker effektiviteten av rehabilitering ved hjerneslag.

Hjerneslag er definert som en plutselig nevrologisk eksplosjon forårsaket av nedsatt perfusjon gjennom blodårene til hjernen. Iskemisk hjerneslag er forårsaket av mangelfull blodstrøm og oksygentilførsel til hjernen, mens hemorragisk hjerneslag er forårsaket av blødning eller utette blodkar, noe som resulterer i celledød. Etter slag reduseres kortikal eksitabilitet i den ipsilesionale halvkulen og øker i den kontralesjonelle halvkulen. Følgelig er det en ubalanse i den interhemisfæriske inhiberingen (IHI) mellom begge halvkulene. Utbruddet av IHI-ubalanse hos slagpasienter er fortsatt uklart, selv om forekomsten av motorisk svekkelse siden utbruddet. Imidlertid forblir IHI-ubalansen gjennom hele slaglivet. Ubalansen til IHI ble funnet å være negativt korrelert med slagmotorisk utvinning; en større ubalanse var assosiert med en dårligere motorisk ytelse. IHI-ubalanse er ikke en årsak til dårlig motorisk restitusjon, men kan i stedet være konsekvensen av underliggende restitusjonsprosesser.

En elektroencefalografi (EEG) er det ikke-invasive måleverktøyet med høy tidsoppløsning, som kan oppdage en oppsummering av de postsynaptiske elektriske signalene til pyramidale nevroner i de kortikale lagene. EEG er en nyttig måling etter hjerneslag. Flere beregninger har blitt funnet å være relatert til restitusjon på tvers av alle slagfaser. En fersk gjennomgang i 2022 rapporterte at hjernesymmetriindeks (BSI) og spektralkraft er de mest effektive beregningene å bruke for å forutsi slaggjenoppretting. BSI er en av de mer populære EEG-avledede parameterne som brukes til å kvantifisere den gjennomsnittlige spektrale asymmetrien mellom de to halvkulene. Den har et normalt område på 0 til 1, der 0 indikerer perfekt symmetri, mens 1 indikerer maksimal asymmetri. BSI var signifikant høyere hos slagpasienter, noe som indikerte hjerneasymmetri sammenlignet med friske kontroller. Van Putten og Tavy viste hos personer med akutt iskemisk slag at BSI var uendret innen 24 timer etter hjerneslag, men det hadde en positiv korrelasjon mellom National Institutes of Health Stroke Scale ( NIHSS); en høyere svekkelse, en høyere hjerneasymmetri. Det ble rapportert at høyere BSI-verdi i den akutte til subakutte fasen var assosiert med lavere motorisk ytelse i 4 uker senere, noe som antyder at BSI muligens kunne hjelpe til med å prognosere motorisk utfall under slaggjenopprettingsfasen. Spektraleffektanalyse hos hjerneslag-individer viste dessuten fluktuasjoner i hjerneoscillasjon forårsaket av celledød, slik som en økning av lavfrekvent kraft (delta og theta) i den ipsilesionale halvkule som skjedde så tidlig som ett minutt etter hjerneslag, mens høyfrekvent kraft (alfa) og beta) ble redusert. En økning i deltaaktivitet etter hjerneslag var også negativt korrelert til kognitiv funksjon. Kortikal aktivitet i restitusjonsfasen kan representere motorisk restitusjon og kognitiv funksjon etter hjerneslag. En økning av høyfrekvente hjernebølger (dvs. beta-bånd) er relatert til å forbedre motorisk utvinning i subakutte og kroniske faser av hjerneslag. I tillegg var økning av alfabånd og reduksjon av deltabånd korrelert med forbedret kognitiv funksjon hos slagoverlevere.

Motorisk restitusjon etter hjerneslag øker raskt i løpet av de første 3 månedene (akutt til tidlig subakutt fase) og mindre signifikant restitusjon deretter i sen-subakutt (3-6 måneder), deretter fører spontan restitusjon til en stabil på grensen i kronisk fase ( >6 måneder), men rehabiliteringen kan utvides opp til 2 år etter hjerneslag etter rehabilitering. Derfor kan rehabiliteringen forbedre slagrestitusjon utover spontan rehabilitering i de subakutte og kroniske fasene. Det er 2 faktorer som påvirker hjerneslaggjenoppretting: 1) indre faktorer som er alder, kjønn, slagdebut, slagtype, alvorlighetsgrad, komorbiditeter, sosioøkonomisk status og genetiske profiler, 2) ytre faktorer som omsorgspersonstøtte, farmakologi og rehabilitering program der består av bottom-up og top-down tilnærminger. Rehabilitering etter hjerneslag anbefales for å forbedre restitusjonen og redusere langvarig funksjonshemming. Retningslinjen fra American Stroke Association (ASA) har anbefalt at pasienter med hjerneslag trengte terapeutisk intervensjon på minst 3 ganger per uke i 20-60 minutter per økt.

Ikke-invasiv hjernestimulering (NIBS), dvs. transkraniell elektrisk stimulering (tES) er en ovenfra-ned-tilnærming som har blitt anbefalt å bruke som en tilleggsintervensjon i rehabilitering etter hjerneslag. De vanligste tES-teknikkene som brukes i forskning er 1) transkraniell likestrømstimulering (tDCS) og 2) transkraniell vekselstrømstimulering (tACS). Forskjellen mellom disse to tES-teknikkene er de nåværende formene som fremkalles.

1. tDCS leverer svak likestrøm for å modulere kortikal eksitabilitet med polaritetsspesifikke effekter. Innenfor begrenset dose øker anodal tDCS kortikal eksitabilitet mens katodisk tDCS reduserer den. Det er flere studier rapportert effekten av tDCS på fysisk og kognitiv ytelse hos friske personer så vel som hos personer med nevrologiske lidelser. For å fremme rebalansering av IHI, brukes tDCS ved å påføre anodalelektrode over den ipsilesionale halvkulen og katodeelektroden over den kontralesjonelle halvkulen samtidig, kalt dual- eller bilateral-tDCS. Mange meta-analyser og individstudier viste at bilateral-tDCS over den primære motoriske cortex (M1) var mer effektiv for å forbedre motorytelsen i øvre og nedre lemmer sammenlignet med andre montasjer. De fleste tidligere studier brukte forskjellige intensiteter på 2 mA med stimuleringsvarighet i 20 minutter. En fersk metaanalyse antydet imidlertid at en stimuleringsvarighet på mer enn 20 minutter for å øke stimuleringsvarigheten og antall stimuleringsøkter i løpet av 15 - 20 økter var effektive for å øke effekten av tDCS på motorisk funksjon. For kognitiv funksjon rapporterte en fersk metaanalyse den positive effekten av tDCS brukt over den dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) på gjenoppretting av kognitiv funksjon sammenlignet med sham i hjerneslagpopulasjonen. En tidligere studie rapporterte at tDCS-målretting mot M1 kombinert med motorisk trening kan forbedre motorisk og kognitiv ytelse, selv om effekten kan være mindre sammenlignet med målretting mot DLPFC.
2. tACS leverer elektrisk vekselstrøm for å modulere kortikal eksitabilitet og endogen hjerneoscillasjon med den frekvensspesifikke. Aktiviteten til alfa (8-12 Hz) og beta (13-30 Hz) frekvens er fremtredende i den menneskelige sensorimotoriske cortex under hviletilstand. Fra en meta-analyse kunne tACS levert ved beta-frekvensområdet øke kortikal eksitabilitet av den primære motoriske cortex. Denne effekten er spesielt uttalt når stimuleringsintensiteten var over 1 mA. I friske populasjoner har noen studier vist at en beta-tACS brukt over M1 kunne forbedre motorisk læring, og en større effekt ble funnet sammenlignet med alfa-tACS. Samme observasjon ble rapportert i slagpopulasjon, beta-tACS (20 Hz) ved 1 mA induserte større modulasjonseffekter sammenlignet med alfa-tACS (10 Hz ved 1 mA i de motorrelaterte områdene. Ti økter med tACS ved 2mA over M1 i den berørte halvkulen med gangtrening kan forbedre gangytelsen hos personer med kronisk hjerneslag. tACS ser ut til å ha potensial for motorisk restitusjon etter hjerneslag som andre NIBS, men relevante antall randomiserte kontrollerte studier (RCT) i hjerneslagpopulasjonen er svært begrenset sammenlignet med tDCS. Både tDCS og tACS er bærbare, enkle å betjene og induserer kun milde bivirkninger. Til nå er det få studier som sammenligner effekten av tDCS med tACS. Når det gjelder effekt ved endring av kortikal eksitabilitet, med lignende stimuleringsmønstre (1,0 mA og 10 min), økte tACS signifikant kortikal eksitabilitet sammenlignet med sham hos friske personer, men tDCS var ikke større enn sham. Når det gjelder motorisk ytelse, kan både beta-tACS (20 Hz) og anodal-tDCS over M1 øke reaksjonstiden hos friske forsøkspersoner, uten signifikant forskjell ved uthenting. Hos personer med mild kognitiv svikt ble det imidlertid vist at tACS (40 Hz) påført over DLPFC ved 2 mA øker betaaktivitet og kognitiv funksjon sammenlignet med 2 mA-tDCS og sham. tACS så ut til å være overlegen tDCS når det gjelder å forbedre kognitive resultater.

Til nå er det ingen studie som sammenligner effekten av tDCS og tACS i slagpopulasjonen, spesielt på motorisk ytelse. For å forbedre motorytelsen er M1 det vanligste målet for elektrisk stimulering. Dessuten er M1-stimulering sammen med motorisk trening rapportert å forbedre motorisk og kognitiv ytelse. Denne studien vil undersøke effekten av tDCS og tACS brukt over M1 kombinert med fysioterapi på kortikal aktivitet, motoriske og kognitive utfall hos personer med hjerneslag i subakutt og kronisk fase innen 2 år etter hjerneslag. Begge tES-teknikkene vil bli kombinert med konvensjonell fysioterapi i 15 økter (3 dager per uke, 5 uker) etterfulgt av motorisk trening som anbefalt av ASA. Kortikal aktivitet vil bli vurdert ved EEG og tjent som et primært resultat. Absolutt spektraleffekt for hvert frekvensbånd (alfa, beta, delta, theta) vil bli analysert. Videre vil analyse av hjerneaktivitet være fokusert på hjernesymmetriindeks (BSI) som representerer balansen mellom den kontralesjonelle og den ipsilesionale hemisfæren. Kliniske utfall vil bli servert som et sekundært resultat, for ytelsesevalueringer av øvre lemmer vil bestå av Fugl-Meyer vurdering av øvre (FMA-UE) og Wolf Motor Function Test (WMFT). For underekstremitets ytelse vil Fugl-Meyer vurdering av nedre (FMA-LE) og Timed Up and Go test (TUG). Five Time Sit to Stand (FTST), ganganalyse og balanse ved å bruke Zebris Force Distribution Measurement-T programvare og plattform (FDM). Kognitiv funksjon vil bli undersøkt av Montreal Cognitive Assessment (MoCA) i thailandsk versjon. Alle utfall vil bli vurdert ved før-, post-intervensjon og 1-måneders og 3-måneders oppfølginger.