Mózgowy przepływ krwi i tDCS

Cel 1: Określenie wpływu różnych intensywności stymulacji na względny mózgowy przepływ krwi (rCBF).

Obecnie naukowcy wykorzystują tDCS jako metodę interwencyjną do modulowania pobudliwości mózgu, z mierzalnymi zmianami zarówno motorycznych potencjałów wywołanych, jak i sprawności fizycznej. Jednak ze względu na stosunkowo duży rozmiar większości elektrod i elektrodynamikę mózgu nadal nie jest jasne, jakie konkretne struktury mózgu są stymulowane i jak zmienia się mechanika stymulacji (np. penetracja stymulacji i obszary dotknięte poza obszarem docelowym). z różną intensywnością. Badacze stawiają hipotezę, że regionalny CBF w DLPFC (obszar docelowy) wzrośnie w sposób zależny od dawki wraz z większą intensywnością stymulacji. Ponadto przypuszcza się, że obszary otaczające DLPFC będą w coraz większym stopniu narażone na wyższe intensywności stymulacji.

Cel 2: Kontrastować efekty przezczaszkowej stymulacji prądem stałym na względny mózgowy przepływ krwi między zdrowymi podmiotami a osobami ze stwardnieniem rozsianym.

PwSM zwykle objawia się hipometabolizmem glukozy w porównaniu ze zdrowymi rówieśnikami, a ponieważ CBF i metabolizm glukozy są silnie powiązane, można spodziewać się podobnej tendencji w CBF. Ponadto wykazano, że tDCS skutecznie zwiększa pobudliwość korową i metabolizm glukozy w obu populacjach. Jednak nadal niepewne jest, czy osoby z PwMS i osoby zdrowe doświadczają takiej samej ilości zwiększonej aktywności przy tej samej intensywności stymulacji. Badacze wysuwają hipotezę, że PwMS doświadczy większego wzrostu rCBF w DLPFC i okolicach niż zdrowe osoby kontrolne przy tej samej intensywności stymulacji.

Cel 3: Rozszerzyć nasze rozumienie bezpieczeństwa i skuteczności przezczaszkowej stymulacji prądem stałym przy wyższych natężeniach prądu u zdrowych osobników i osób ze stwardnieniem rozsianym.

Pomimo pewnych prac nad wykonalnością i bezpieczeństwem wykonywania tDCS przy natężeniach > 2 mA (tj. do 4 mA), konwencją większości badań tDCS jest stosowanie natężeń mniejszych lub równych 2 mA. To wystarczyło, aby uzyskać wymierne efekty zarówno w zakresie pobudliwości, jak i wydajności. Jednak potencjalne korzyści płynące ze zwiększania intensywności w celu wzmocnienia efektów danego protokołu stymulacji (np. czasu lub wielkości) lub potencjalnego dostępu do głębszych obszarów mózgu uzasadniają dalsze badania natężenia prądu > 2 mA. Ważne jest również dodanie do protokołu bezpieczeństwa wyższych intensywności u osób zdrowych i klinicznych (np. PwMS). Badacze stawiają hipotezę, że wyższe natężenia (tj. > 2 mA) będą dobrze tolerowane zarówno przez osoby zdrowe, jak i osoby z PwSM. Ponadto badacze stawiają hipotezę, że nie ma żadnych poważnych skutków ubocznych związanych z wyższą intensywnością stymulacji. Istniejące skutki uboczne tDCS przy natężeniu mniejszym lub równym 2 mA obejmują łagodne występowanie mrowienia, swędzenia i pieczenia w miejscach elektrod; kilka osób zgłosiło krótkotrwałe (< 5 min) bóle głowy. W badaniu sprawdzającym bezpieczeństwo wyższych intensywności, podobnych do proponowanych tutaj, te same skutki uboczne zaobserwowano u 50% badanych. Ta częstość występowania jest nieco wyższa niż w badaniach z użyciem prądu mniejszego lub równego 2 mA, ale rozmiary negatywnych skutków nadal mieściły się w bezpiecznych granicach tolerancji i wszystkie miały charakter przejściowy.

I.6 Kontekst i znaczenie i/lub Wstępne badania związane z tym projektem.

(nie zaznaczać „patrz protokół”) Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) jest nieinwazyjną i dobrze tolerowaną techniką stymulacji mózgu (1-4), która może modulować pobudliwość korową docelowych obszarów mózgu (5), jak również mózgowe przepływ krwi (6) w sposób zależny od biegunowości.

Modele przepływu prądu tDCS (7,8) oraz wyniki badań, w których do pomiaru aktywności mózgu zastosowano obrazowanie funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) człowieka (9-11) sugerują, że tDCS może zmieniać przetwarzanie na dużych obszarach kory mózgowej. W tym sensie skutki tDCS będą prawdopodobnie stosunkowo szerokie. Tak więc, podczas gdy zmiany neuronalne indukowane przez tDCS koncentrują się wokół obszarów kory najbliższych elektrod (12), można również rekrutować szersze sieci funkcjonalnie połączonych regionów (9,10,13,14). Ponadto nie przeprowadzono żadnych systematycznych badań w celu określenia najbardziej efektywnego natężenia prądu dla PwMS.

Istnieją dowody empiryczne, że tDCS o natężeniu prądu między 1 a 2 mA przez 20-40 minut w przypadku jednej lub wielu sesji można bezpiecznie i skutecznie stosować w PwMS (15-20). Chociaż tDCS o natężeniu prądu > 2 mA są uważane za bezpieczne 21, w żadnym badaniu nie zbadano wpływu tDCS na aktywność mózgu przy natężeniu > 2 mA. Chociaż bezpieczeństwo tDCS o większej intensywności w PwMS można początkowo założyć na podstawie wcześniejszych prac z udziałem osób, które doświadczyły udaru (21), zasugerowano również, że potrzebne są dalsze badania dotyczące bezpieczeństwa stymulacji o większej intensywności w innych populacjach w celu zachować należytą staranność przed powszechnym przepisaniem intensywności większej niż obecna konwencja (22).

Aktywację mózgową w PwMS badano za pomocą [15O] wody i [15O] O2 PET (wskazuje metabolizm tlenu)(23). Powszechne zmniejszenie przepływu krwi w mózgu i metabolizmu tlenu zarówno w istocie szarej, jak i białej odnotowano w PwMS (24). Ponadto badania te wskazują, że stopień redukcji metabolizmu tlenowego korelował z gorszymi zdolnościami poznawczymi i rozszerzoną skalą stanu niepełnosprawności (EDSS), a stopień hipometabolizmu tlenowego w mózgu był związany z liczbą nawrotów (25).

Zakłada się ścisłe sprzężenie perfuzji i metabolizmu, odzwierciedlające fosforylację oksydacyjną glukozy jako główne źródło produkcji energii. W konsekwencji CBF jest często uważane za pośrednią miarę funkcji i integralności neuronów (26). Potwierdza to znaczący związek metabolizmu z regionalnym CBF (rCBF) w różnych regionach mózgu (27,28) oraz z globalnym CBF (gCBF) w różnych stanach świadomości (29).

Dzięki temu badaniu badacze będą w stanie potwierdzić, czy tDCS ma wpływ na rCBF, ocenić wielkość zmiany sygnału w odniesieniu do różnych prądów i zmierzyć różnice w dystrybucji CBF pod wpływem reaktywności stymulacji między zdrowymi osobami a PwMS. Celem jest zbadanie zmian w rCBF po przezczaszkowej stymulacji prądem stałym o różnym natężeniu (1 mA, 2 mA, 3 mA, 4 mA) u zdrowych osób z PwSM. Projekt jest przekrojowym dowodem zasad badania na 10 zdrowych osobach i 10 PwMS.