Cerebralt blodflöde och tDCS

Syfte 1: Att bestämma effekterna av olika stimuleringsintensiteter på det relativa cerebrala blodflödet (rCBF).

För närvarande använder forskare tDCS som en interventionsmodalitet för att modulera hjärnans excitabilitet, med mätbara förändringar i både motorisk framkallade potentialer och fysiska prestationer. Men på grund av den relativt stora storleken på de flesta elektroder och hjärnans elektrodynamik är det fortfarande oklart vilka specifika hjärnstrukturer som stimuleras och hur mekaniken för stimulering (t.ex. stimuleringspenetration och områden som påverkas utanför målområdet) förändras med olika intensitet. Utredarna antar att regional CBF vid DLPFC (målområde) kommer att öka på ett dosberoende sätt med större stimuleringsintensitet. Dessutom antas det att områdena kring DLPFC kommer att påverkas alltmer av högre stimuleringsintensiteter.

Syfte 2: Att kontrastera effekterna av transkraniell likströmsstimulering på det relativa cerebrala blodflödet mellan friska försökspersoner och personer med multipel skleros.

PwMS förekommer vanligtvis med glukoshypometabolism jämfört med deras friska jämnåriga och eftersom CBF och glukosmetabolism är starkt kopplade, kan en liknande trend i CBF förväntas. Dessutom har tDCS visat sig vara effektivt för att öka kortikal excitabilitet och glukosmetabolism i båda populationerna. Det som dock fortfarande är osäkert är om PwMS och friska försökspersoner upplever samma mängd ökad aktivitet för samma stimuleringsintensitet. Utredarna antar att PwMS kommer att uppleva en större ökning av rCBF vid DLPFC och omgivande områden än friska kontroller för samma stimuleringsintensitet.

Mål 3: Att utöka vår förståelse av säkerheten och effekten av transkraniell likströmsstimulering vid högre strömintensiteter för friska försökspersoner och personer med multipel skleros.

Trots en del arbete med genomförbarheten och säkerheten för att utföra tDCS vid intensiteter > 2 mA (dvs. upp till 4 mA), är konventionen för de flesta tDCS-studier att använda intensiteter mindre än eller lika med 2 mA. Detta har varit tillräckligt för att otillåtna mätbara effekter i både excitabilitet och prestationsresultat. Men de potentiella fördelarna med att öka intensiteten för att antingen förstärka effekterna av ett givet stimuleringsprotokoll (t.ex. tid eller storlek) eller för att potentiellt komma åt djupare hjärnområden motiverar ytterligare utforskning av strömintensiteter > 2 mA. Det är också viktigt att lägga till säkerhetsprotokollet med högre intensiteter hos friska och kliniska (t.ex. PwMS) försökspersoner. Utredarna antar att högre intensiteter (dvs > 2 mA) kommer att tolereras väl av både friska försökspersoner och PwMS. Dessutom antar utredarna inga allvarliga negativa effekter från högre stimuleringsintensiteter. De befintliga biverkningarna av tDCS vid intensiteter mindre än eller lika med 2 mA inkluderar låggradiga förekomster av stickningar, klåda och brännande känsla vid elektrodställena; några försökspersoner har rapporterat kortvarig (< 5 min) huvudvärk. I en studie som testade säkerheten för högre intensiteter liknande de som föreslås här, observerades samma biverkningar hos 50 % av försökspersonerna. Denna förekomstfrekvens är något högre än studier med mindre än eller lika med 2 mA, men omfattningen av de negativa effekterna var fortfarande väl inom säkert tolererbara gränser och var alla övergående till sin natur.

I.6 Bakgrund och betydelse och/eller förstudier relaterade till detta projekt.

(indikerar inte "se protokoll") Transkraniell likströmsstimulering (tDCS) är en icke-invasiv och väl tolererad teknik för hjärnstimulering (1-4) som kan modulera den kortikala excitabiliteten i riktade hjärnregioner (5) såväl som i hjärnan. blodflödet (6) på ett polaritetsberoende sätt.

Modeller av tDCS-strömflöde (7,8) och fynd från studier där mänsklig funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) har använts för att mäta hjärnans aktivitet (9-11) tyder på att tDCS kan förändra bearbetningen över stora områden av cortex. I denna mening är effekterna av tDCS sannolikt relativt breda. Således, medan de neurala förändringarna som induceras av tDCS är koncentrerade kring regioner av cortex närmast elektroderna (12), kan bredare nätverk av funktionellt anslutna regioner också rekryteras (9,10,13,14). Dessutom har ingen systematisk undersökning gjorts för att bestämma den mest effektiva strömintensiteten för PwMS.

Det finns empiriska bevis för att tDCS med en strömintensitet mellan 1 och 2 mA under 20-40 minuter för antingen enstaka eller flera sessioner kan säkert och effektivt administreras till PwMS (15-20). Även om tDCS med strömintensiteter > 2 mA anses vara säkra 21, har inga studier undersökt hur hjärnaktiviteten påverkas under tDCS vid intensiteter > 2 mA. Även om säkerheten för högre intensitet tDCS i PwMS initialt kan antas från tidigare arbete med försökspersoner som har upplevt en stroke (21), har det också föreslagits att fler studier om säkerheten för högre intensitet stimulering i andra populationer behövs för att utöva due diligence innan allmänt föreskriver intensiteter större än den nuvarande konventionen (22).

Den cerebrala aktiveringen i PwMS har undersökts med [15O] vatten och med [15O] O2 PET (indexerar syremetabolism)(23). Utbredda minskningar av cerebralt blodflöde och syremetabolism i både grå och vit materia har rapporterats i PwMS (24). Vidare indikerar dessa studier att graden av syreomsättningsminskning korrelerade med sämre kognitiv prestation och utökad funktionsnedsättningsstatusskala (EDSS), och att graden av cerebral syrehypometabolism var associerad med antalet skov (25).

En nära koppling av perfusion och metabolism antas, vilket återspeglar oxidativ fosforylering av glukos som den dominerande källan till energiproduktion. Följaktligen betraktas CBF ofta som ett indirekt mått på neuronal funktion och integritet (26). Detta stöds av den betydande associeringen av metabolism med regional CBF (rCBF) över olika hjärnregioner (27,28), och med global CBF (gCBF) över olika medvetandetillstånd (29).

Med denna studie kommer utredarna att kunna underbygga om rCBF påverkas av tDCS, bedöma mängden signalförändring i förhållande till olika strömmar och mäta skillnader i CBF-distribution under stimuleringsreaktivitet mellan friska försökspersoner och PwMS. Målet är att undersöka förändringarna i rCBF efter transkraniell likströmsstimulering vid olika intensiteter (1 mA, 2 mA, 3 mA, 4 mA) hos friska försökspersoner och PwMS. Designen är en tvärsnittsstudie på 10 friska försökspersoner och 10 PwMS.