TDCS w pętli zamkniętej u pacjentów w stanie minimalnej świadomości

W ciągu ostatnich 20 lat, wraz z ponownym odkryciem i rozwojem nieinwazyjnej stymulacji mózgu (NIBS); Techniki takie jak przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) i przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) rozkwitły dzięki postępowi w obrazowaniu czynnościowym, eleganckim ocenom neurofizjologicznym, modelowaniu generowanemu komputerowo, a co najważniejsze, podstawom dobrze zaprojektowanej metodologii badawczej.

TDCS stanowi bezpieczną, niedrogą i prostą technikę, którą można łatwo zintegrować z programami rehabilitacji. W pierwszym randomizowanym, skrzyżowanym badaniu z podwójnie ślepą próbą i pozorowaną kontrolą, wpływ pojedynczego przedczołowego tDCS oceniano w heterogennej populacji pacjentów z zaburzeniami świadomości (DOC), stanem wegetatywnym (VS) i stanem minimalnej świadomości (MCS), ostrym -podostry (< 3 miesięcy) i przewlekły, o etiologii urazowej lub nieurazowej. Na poziomie indywidualnym osoby reagujące na tDCS zostały zdefiniowane jako pacjenci, którzy prezentowali nowy znak świadomości (np. wykonywanie poleceń; pościg wzrokowy; rozpoznawanie, manipulacja lub lokalizacja obiektów); po aktywnej sesji tDCS, której nie było przed ani w trakcie pozorowanej sesji tDCS. 13/30 pacjentów z MCS wykazało poprawę związaną z tDCS. 2 ostrych (<3 miesięcy) pacjentów w VS spośród 25 wykazało odpowiedź tDCS (tj. wykazywało podążanie za komendą i pościg wzrokowy obecne po stymulacji anodowej nieobecne na linii podstawowej lub przed lub po pozorowanym tDCS). Na poziomie grupy efekt leczenia, mierzony poprawioną skalą odzyskiwania śpiączki (CRS-R), zaobserwowano w grupie pacjentów z MCS, ale nie w grupie pacjentów z VS. Ponadto nie zaobserwowano żadnych skutków ubocznych związanych z tDCS. W innym kontrolowanym badaniu pozorowanym tDCS stosowano przez pięć dni nad pierwotną korą ruchową lub nad lewą korą przedczołową u 10 pacjentów z przewlekłym DOC. W tym badaniu wpływ tDCS oceniano do 12 miesięcy po stymulacji. Badanie to podkreśliło, że nawet przewlekli pacjenci w DOC mogą ulec poprawie, a efekt może utrzymywać się do 12 miesięcy po tDCS.

Kilka badań tDCS zostało przeprowadzonych przez Coma Science Group (dr Thibaut) i inne grupy. Do tej pory łącznie 221 pacjentów z DOC zostało włączonych do ośmiu badań bez żadnych poważnych zdarzeń niepożądanych. Ponadto trzy inne badania przeprowadzone przez Naro i wsp., w tym łącznie 59, również nie wykazały żadnego zdarzenia niepożądanego. Dlatego tDCS wydaje się bezpieczną techniką, zwłaszcza gdy jest stosowana przez ekspertów i wysoko wykwalifikowanych badaczy z dużym doświadczeniem zarówno w nieinwazyjnej stymulacji mózgu, jak i u pacjentów z zaburzeniami świadomości.

Z neurofizjologicznego punktu widzenia tDCS zwiększa pobudliwość neuronów, ułatwiając uwalnianie potencjału czynnościowego i modyfikując pobudliwość receptorów NMDA. Ponadto tDCS może wzmacniać dynamiczne połączenia synaptyczne związane z zadaniami. Efekt pojedynczej sesji tDCS trwa około 60 do 90 min. Podczas gdy stymulacja jest powtarzana przez 10 do 20 sesji, efekty utrzymują się do 3 miesięcy po zakończeniu sesji stymulacji.

Głównym wyzwaniem w stosowaniu tDCS u pacjentów z DOC jest zmienność indywidualnej reakcji behawioralnej. Rzeczywiście, we wcześniejszych badaniach przeprowadzonych przez Coma Science Group i inne grupy, odsetek osób reagujących był niespójny w różnych badaniach. Jak stwierdzono powyżej, osoba reagująca to pacjent, który wykazał nowy znak świadomości po zastosowaniu aktywnego tDCS, którego nigdy nie obserwowano przed, ani przed, ani po pozorowanej stymulacji. Jednak biorąc pod uwagę specyfikę projektów crossover stosowanych w tych badaniach, definicja ta została niedawno zaktualizowana jako pacjent, który po raz pierwszy wykazał nowy znak świadomości po zastosowaniu aktywnego tDCS.

Kolejne kroki mające na celu optymalizację zastosowań tDCS obejmują uprzednią lepszą identyfikację osób reagujących tDCS. W tym celu Thibaut i współpracownicy przeprowadzili retrospektywne badanie porównujące strukturalne i metaboliczne profile neuroobrazowe pacjentów, którzy zareagowali na tDCS (n=8) i pacjentów, którzy nie zareagowali (n=13), za pomocą danych strukturalnych MRI T1 i 18 - pozycja emisyjna tomografii fluorodeoksyglukozowej. Wyniki wykazały większą atrofię u osób niereagujących w regionach obejmujących lewy DLPFC, przyśrodkowo-przedczołową korę i lewe wzgórze w porównaniu z osobami odpowiadającymi. Te same obszary, jak również wzgórze, były hipometaboliczne u osób niereagujących na leczenie w porównaniu z osobami odpowiadającymi. Sugeruje to, że odpowiedź na tDCS wymaga przynajmniej częściowego strukturalnego i metabolicznego zachowania stymulowanego obszaru, jak również w podkorowych obszarach mózgu zaangażowanych w uwagę i pamięć roboczą. Później autorzy wykorzystali tę samą próbkę i retrospektywnie przeanalizowali łączność mózgu EEG w stanie spoczynku. Wyniki wykazały wyższą centralność theta u osób odpowiadających (w porównaniu z osobami niereagującymi), co oznacza, że ​​ten nowy biomarker może być wykorzystany do przewidywania odpowiedzi tDCS u pacjentów z DOC (Thibaut i wsp. 2018). Kolejnym kluczowym elementem reakcji jest czas stymulacji. Rzeczywiście, pacjenci z DOC zazwyczaj wykazują wahania czujności, które wpływają na ich reakcję na wszelkiego rodzaju bodźce zewnętrzne. Pacjenci w MCS wykazują nawet 70-minutową okresowość tych fluktuacji (zakres 57-80), porównywalną do fluktuacji uwagi obserwowanych u zdrowych osób kontrolnych, podczas gdy pacjenci w VS nie wykazują tego typu okresowości. Piarulli i współpracownicy wykorzystali entropię widmową mierzoną spoczynkowym EEG, aby podkreślić okresowość jej fluktuacji i zasugerowali, że zmienność entropii widmowej EEG w MCS może odzwierciedlać fluktuację świadomości opisaną wcześniej w tej populacji. Podawanie tDCS w określonych oknach czasowych (tj. okresach niskiego lub wysokiego pobudzenia) może zatem wpływać na jego skuteczność kliniczną u pacjentów z MCS, ponieważ wiadomo, że pozytywne efekty tDCS zależą od stanu neuronów mózgu. W tym celu ostatnie postępy w technologii informacyjnej umożliwiają wdrożenie konfiguracji w pętli zamkniętej poprzez wykonywanie złożonych obliczeń w czasie rzeczywistym. Wykorzystanie tej technologii do ukierunkowania na określone poziomy czujności za pomocą tDCS u pacjentów z MCS może zapewnić wgląd w zrozumienie wzorców reagowania na to leczenie i zoptymalizować przyszłe zastosowania.