Medição Cortical Direta da Intensidade e Padrão do Fluxo de Corrente Produzido por TDCS

A estimulação cerebral não invasiva (NBS) representa um conjunto promissor de ferramentas para neuroterapia e reabilitação. Em uma pesquisa na literatura, o NBS foi testado para mais de setenta condições neurológicas e psiquiátricas. A NBS pode complementar os tratamentos médicos existentes, especialmente para indicações neurológicas sem farmacoterapia adequada (por exemplo, zumbido, discinesias) ou para pacientes com doença farmacorresistente (por exemplo, epilepsia intratável, depressão grave).

Em particular, a estimulação transcraniana por corrente direta (tDCS) modula a atividade cerebral ao fornecer corrente unidirecional de baixa intensidade através do couro cabeludo. Em vez de induzir potenciais de ação, o tDCS modula o potencial transmembranar neuronal em repouso para influenciar a plasticidade cerebral. Além disso, de uma perspectiva pragmática, os benefícios do tDCS incluem seu baixo custo, portabilidade e facilidade de uso. Além disso, o tDCS pode ser facilmente combinado com outras intervenções, como imagens mentais, intervenções cognitivas computadorizadas ou atividade motora assistida por robôs.

A compreensão fisiológica atual de como o TDCS afeta a plasticidade cerebral em um nível sináptico, celular e de rede é limitada. Experimentalmente, a atividade de disparo neuronal espontâneo sob o ânodo geralmente aumenta, enquanto a atividade de disparo sob o cátodo diminui, embora os efeitos precisos provavelmente dependam da orientação dos axônios para o campo elétrico (Nitsche e Paulus, 2000, Bindman et al., 1964, Creutzfeldt et al., 1962, Purpura e McMurtry, 1965). Os efeitos neuromodulatórios do tDCS também foram amplamente atribuídos a mecanismos de plasticidade sináptica do tipo LTP e LTD, envolvendo a modulação da atividade do receptor NMDA e da atividade dos canais de sódio e cálcio (Hattori et al., 1990, Islam et al., 1995 , Liebetanz et al., 2002). Além disso, estudos de neuroimagem funcional revelaram efeitos de rede locais e distantes induzidos por tDCS, provavelmente mediados por circuitos interneuronais (Lefaucheur, 2008).

O avanço da compreensão mecanicista dos investigadores de como o tDCS afeta a excitabilidade cortical em um nível local e distribuído é necessário para (1) personalizar os parâmetros de estimulação (por exemplo, tamanho do eletrodo, posicionamento, intensidade e duração da corrente) para atingir com precisão as regiões do cérebro e maximizar os resultados terapêuticos, (2) confirmar os resultados de segurança para populações de pacientes vulneráveis ​​(por exemplo, crianças, pacientes com defeitos cranianos e hardware implantado). Anteriormente, os pacientes com defeito no couro cabeludo ou no crânio eram excluídos dos protocolos de estimulação (Bikson, 2012) devido a um risco teórico de desvio de corrente através de coletas de LCR altamente condutivas. No entanto, pacientes com lesão cerebral penetrante, acidente vascular cerebral ou cirurgia cerebral anterior são precisamente aqueles que mais podem se beneficiar dessas tecnologias.

Modelos computacionais usando métodos de elementos finitos (FEM) visam determinar o padrão e a intensidade do fluxo de corrente através do cérebro, incorporando (1) parâmetros de estimulação e (2) características do paciente, como anatomia subjacente e propriedades do tecido (por exemplo, tamanho e posição do defeito do crânio em relação à configuração do eletrodo) (Bikson 2012). Por exemplo, um modelo computacional que incorpora configuração de eletrodos e tamanho e propriedades de defeitos cranianos (Datta et al., 2010) prevê que a maioria das configurações de eletrodos ao redor do defeito craniano (com exceção da estimulação direta sobre um pequeno defeito craniano) irá não aumenta significativamente a intensidade de pico do campo elétrico cortical. Em vez disso, a corrente é direcionada para as bordas do defeito ósseo, o que pode ser contraproducente para os objetivos terapêuticos. Outro estudo de caso computacional em um paciente com AVC demonstrou que uma lesão de AVC relativamente condutora concentrou a corrente nas áreas perilesionais e que a colocação do eletrodo de referência (por exemplo, direito, mastóide direito, orbitofrontal direito e hemisfério contralateral) alteraram significativamente o caminho do maior fluxo de corrente (Datta et al., 2011).

No entanto, essas previsões de modelagem são limitadas em sua aplicação clínica, pois a validação experimental é necessária. A determinação quantitativa do campo elétrico no nível do tecido neural é necessária para estabelecer eficácia e segurança para um determinado indivíduo (Bikson 2012). Tanto quanto é do conhecimento dos investigadores, não existem estudos publicados que tenham confirmado empiricamente os padrões previstos e as intensidades de fluxo de corrente previstas por estes modelos. Este estudo experimental proposto representa o primeiro tipo a quantificar intensidades de voltagem, medidas na superfície do cérebro, em resposta a vários parâmetros de estimulação, e representará um avanço significativo no campo da neuroestimulação não invasiva