Модуляция активности мозга с помощью постоянного тока

               Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) является широко используемым инструментом для индукции нейропластичности и модуляции функции коры мозга, с помощью слабого постоянного тока передаваемого  на скальп.  tDCS применяют  при наркоманиях, большом депрессивном расстройстве, болезни Альцгеймера, а также в детской психиатрии.

              Стоит обратить внимание на вопросы безопасности этого метода немедикаментозного лечения психических расстройств, особенно, когда увеличивается интенсивность тока или длительность стимуляции. 

             Представляют интерес применение разных комбинаций  tDCS, например, с TMS и fMRI; а также вопросы о продолжительности структурно - функциональных изменений , а также поведения больных после tDCS. 

            Активность мозга основана на электрической активности нейронов. Таким образом, действием тока можно модулировать, облегчать или ухудшать эту электрическую активность, что может помочь в создании временных или  постоянных изменений биоэлектрической активности мозга. На протяжении многих лет были разработаны различные способы достижения этих целей,  большинство которых сосредоточены на транскраниальной стимуляции. К ним относятся транскраниальная магнитная стимуляция (ТМS), транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS), транскраниальная стимуляция переменным током (tACS), транкраниальная стимуляция методом случайного шума (tRNS), транскраниальная импульсная стимуляция током (tPCS) и транскраниальная ультразвуковая стимуляция (TUS) (Chen et al., 1997 ; Paulus, 2011 ; Tufail et al., 2011 ; Jaberzadeh et al., 2014). 

              Среди этих методов TMS и tDCS широко используются в психиатрии. tDCS - инструмент, стимулирующий процессы  нейропластичности и модулирующий функциональную активность коры, с помощью слабого постоянного тока и электродов расположенных  на коже головы (Stagg , Nitsche, 2011 ). Он широко использовался за последнее десятилетие и внес значительный вклад в области нейронауки и психологии (Fregni and Pascual-Leone, 2007 ). Это неинвазивный  метод, который может улучшить изменения активности мозга, в завимости от полярности, в поверхностных ( прилежащих к точке воздействия)  областях коры. Он может работать как стимулятор (возбуждение), так и ингибитор ( торможение) активности мозга в тех  регионах, которые могут быть мишенями терапевтического воздействия. В частности, анодная стимуляция может повысить возбудимость областей коры, тогда, как катодная стимуляция, напротив, вызывает ее торможение  (Nitsche and Paulus, 2000 ; Antal et al., 2003). Кроме того, электрический ток, при tDCS, может модулировать уровень мембранного потенциала, а также скорость вспышек ансамблей нейронов коры. (Nitsche and Paulus, 2000 ). 

         Эффект стимуляции tDCS может быть продолжительным; причем длительность такого эффектов зависит от продолжительности воздействия и величины приложенного тока. Например, было показано, что последействие 13-минутной непрерывной стимуляции может сохраняться до 90 минут (Nitsche and Paulus, 2001 ).

            Учитывая стойкие и, возможно, клинически полезные эффекты этого неинвазивного метода стимуляции мозга, tDCS использовались психиатрами и неврологами для лечения психических и неврологических расстройств. Ранние попытки применения этого метода относятся к девятнадцатому столетию. Например, в 1804 году итальянский физик Джованни Алдини успешно лечил меланхолических пациентов с использованием электронной стимуляции (Aldini, 1804 ). Позднее Erb ( 1886 ) объединил tDCS c фарадизаций мышц c целью восстановления  двигательных функций у пациентов , перенесших инсульт. Однако в 1930-х годах электросудорожная терапия, предложенная Cerletti and Bini ( 1938 ) для лечения пациентов, страдающих шизофрений , ослабила интерес к tDCS почти на 30 лет (Utz et al.,2010 ). Однако, интерес к tDCS был восстановлен в 1960-х годах, но позже опять ослаблен в связи с противоречивостью  результатов его использования (Wagner et al., 2007 ). Эти противоречия были связаны с трудностями количественного определения плотности стимулирующего тока, разной конфигурации электродов, временем продолжительности стимуляции и / или частоты стимуляции (Barker, 1994 ; Nitsche and Paulus, 2000). 

        За последнее десятилетие разработки в области нейробиологии привели к "новой жизни" tDCS; в частности, было высказано предположение, что tDCS может быть эффективным средством для лечения наркомании (Conti и Nakamura-Palacios, 2014 , Wang et al., 2016 ), инсультов (Hummel et al., 2006 ), эпилепсии (Fregni et al., 2006), болезни Паркинсона (Fregni et al., 2006b ), хронических болевых синдромов (Fregni et al., 2007 ), болезни Альцгеймера (Ferrucci et al., 2008 ) и депрессии (Nitsche et al., 2009 ).

            Несмотря на широкое использование tDCS в ряде исследований, основные механизмы кортикального возбуждающего / ингибирующего действия tDCS еще непонятны (Arul-Anandam and Loo, 2009 ; Bikson et al., 2009). Кроме того, были выссказаны опасения относительно безопасности лечения с помощью tDCS. Поэтому важно синтезировать знания о том, как работает tDCS, когда его применение оптимально, и о рисках, связанных с его использованием? Все это позволит  облегчить более целенаправленное и безопасное использование tDCS в будущих исследованиях. Стоит обратить внимание на протоколы применения  tDCS и варианты монтажей электродов. Необходимо иметь представление о потенциальных механизмах tDCS, а также преимущества tDCS по сравнению с другими инвазивными и неинвазивными методами стимуляции мозга. После описания приложений tDCS следует остановиться на возможных неблагоприятных последствий tDCS и вопросах безопасности; эти аспекты подчеркиваются в связи с использованием tDCS особенно в детской психиатрии. у детей.  Будущие перспективы применения tDCS , вероятно, должны быть сфокусированы   на комбинировании  tDCS с другими методами физиотерапии и расширении использования tDCS в других областях медицины.

            Большинство  исследований tDCS применяют аналогичные протоколы стимуляции. Протокол обычно включает: наложение пары губок (площадью около 25-35 см 2 ), пропитанных  6 мл солевого раствора (в редких случаях, воды) для стимуляции целевого сайта длительностью около 20 мин , прямыми токами 1-2 мА. 

              Электроды, используемые в tDCS, обычно представляют собой пару металлических или проводящих приспособлений, обернутых в перфорированный губчатый карман. Губки замачивают солевым раствором, чтобы минимизировать сопротивление кожи. Альтернативным вариантом, который иногда используется, является использование резиновых электродов с проводящим гелем. Размер таких электродов обычно составляет 25-35 см 2, Расположение электродов обычно определяется в соответствии с международной системой размещения электродов 10-20. Постоянный ток 1-2 мА доставляется на кожу головы субъекта через анодные и катодные электроды с нарастанием и замедлением в течение 30 с в начале и в конце сеанса. Исследователи продемонстрировали, что последействие 10-30 минут стимуляции tDCS может длиться около 1,5 ч (Nitsche and Paulus, 2000 ; Nitsche et al., 2003 ).       

              Монтажи электродов отчасти зависят от их конфигураций; различные  места размещения дают разные результаты, поскольку токи стимулируют различные области мозга. Наложение двух электродов  tDCS считается общим монтажом. Оно включает катодный электрод, который ослабляет функциональную активность таргетированных областей мозга, тогда как анодный электрод усиливает эту функцию (Nitsche and Paulus, 2000 ; Nitsche et al., 2003 ). Однако, возможна, изменчивость в размещении и конфигурации электродов, что может привести к разным, а иногда и противоположным результатам. Например, Moliadze et al. ( 2010 ) предоставили данные  , свидетельствующих о том, что изменение положение стимуляции может влиять на нейромодуляцию под каждым электродом. Более того, увеличение расстояния между электродами может уменьшить величину нейромодуляции в зависимости от конкретного монтажа и "физиологической меры воздействия" (Bikson et al., 2010 ). Следует подчеркнуть, что различная активность сайта эталонного электрода производит различную модуляцию активности головного мозга на целевом сайте. Поэтому в большинстве опубликованных исследований использовалось альтернативное решение, включающее размещение большого эталонного электрода на контралатеральной стороне ; этот выбор был сделан потому, что ток под большим электродом диспергирован (Nitsche et al., 2007 ).

                  "Моноцефальный" tDCS - еще один общий монтаж электродов;  предполагает размещение "внецепольного" эталонного электрода для моноцефальной стимуляции. Этот подход помогает устранить смещающие эффекты эталонного электрода на голове. Данный протокол был адаптирован многими исследованиями с различными схемами и различными местами "внецепольного" эталонного электрода. Места размещения электрода включали, например, M1 и ипсилатеральное плечо (Accolla и др., 2007 ), основание inion и шеи (Accornero et al., 2007 ), левые фронто-височные области или правое плечо (Monti et al. ., 2008 ), недоминирующее плечо (Koenigs et al., 2009 ), двухсторонняя дорсолатеральная префронтальная кора и правая дельтавидная мышца (Priori et al.,2008 ). Тем не менее, проблемы безопасности, связанные с токами, проходящими через мозг, которые могут вызывать тошноту, затруднения дыхания, слабость и нарушение тонкого моторного контроля (Lippold and Redfearn, 1964 ). Дополнительные оценки локальных распределений электрического поля, генерируемых tDCS с "внецепольным" ( наружным) электродом  показали, что сердечно-респираторные и автономные центры мозга не модулировались экстра цефалическим эталонным электродом (Im et al., 2012 ).

               Третий тип монтажа tDCS - негладкие tDCS. В этом монтаже стимуляция постоянным током доставляется в не кортикальные области мозга. Например, Ferrucci et al. ( 2008 ) таким образом  стимулировал мозжечок с помощью tDCS; они обнаружили, что такая  стимуляция изменяла время реакции в задачах на  рабочую память. Аналогично, Galea et al. ( 2009 ) исследовали тормозящую роль мозжечка на моторно-вызванных потенциалах (MEP), вызванную транскраниальной магнитной стимуляцией (ТМS) над моторной корой, и показали, что MEP могут быть модифицированы tDCS специфическим образом.

                  Сегодня механизмы влияния tDCS на возбудимость коры не полностью поняты, однако, были предложены два потенциальных механизма (обзоры см. В Arul-Anandam and Loo, 2009 ; Brunoni et al., 2012 ). Arul-Anandam and Loo утверждали, что анодная стимуляция стимулирует нейронный потенциал покоя мембраны и ведет к деполяризации, в то время как катодная стимуляция стимулировала потенциал мембран покоя , приводя к гиперполяризации. Несмотря на то, что эта теория может объяснить кратковременные эффекты tDCS, она не дает адекватного объяснения долгосрочного эффекта tDCS. Это ограничение связано с тем, что один сеанс tDCS может вызвать длительные последствия (Nitsche and Paulus, 2001 ; Nitsche et al.,2003 ), в то время как изменения в потенциале покоя мембраны обычно кратковременны

                    Некоторыеми авторами  было высказано мнение о том, что tDCS может также индуцировать синаптические изменения, регулируя силу синаптической передачи, механизм, подобный долгосрочному потенцированию (LTP) и долгосрочной депрессии (LTD) (Nitsche et al., 2003 ). Например,  данные фармакологических исследований свидетельствуют о том, что последействие анодного tDCS значительно сокращается при инъекции пропранолола (PROP), антагониста β-рецептора. Другими словами, N-метил-D-аспартат (NMDA) -рецептор-зависимый LTP может быть модифицирован анодным tDCS (Stagg and Nitsche, 2011 ). Кроме того, Fritsch et al. ( 2010 г) продемонстрировал, что мозговой нейротрофический фактор (BDNF, нейротрофин, который важен в позднем фазе LTP) был необходим для последействия прямой стимуляции коры. Фармакологическая модуляция глутаматергической активности может также способствовать катодным последействиям tDCS (Stagg and Nitsche, 2011 ). В конечном счете, в то время как точные нейронные механизмы, лежащие в основе tDCS, в значительной степени неизвестны, вышеупомянутые теории понять каким образом эффекты tDCS влияют на кратко- и долгосрочных модуляции мозга.

                   По сравнению с  инвазивными стимуляциями головного мозга (например, методы глубокой стимуляции мозга, стимуляция эпидуральной коры), tDCS считается более безопасным и более дешевым. Инвазивные методы стимуляции головного мозга связаны с хирургическими рисками (инфекция, острое воспаление и / или судороги), Zaghi et al., 2009) и имеют тенденцию привлекать более дорогостоящие медицинские вмешательства   ( нейрохирургия). Как и другие методы манипуляции, но с минимальным дискомфортом, низкой стоимостью и без инвазии, tDCS может напрямую манипулировать функцией мозга в интересующих регионах и тем самым помогать изучать влияние этих манипуляций на поведение или производить желательные изменения биоэлектрической  активности мозга. Таким образом, исследовательский потенциал tDCS заключается в том, что он может найти причинные связи между конкретными областями мозга и  изменениями поведения. Кроме того, это может помочь обнаружить области мозга , ответственные за различные когнитивные, неосознанные и поведенческих процессов головного мозга.

                   tDCS более выгодно по сравнению с транскраниальной магнитной стимуляцией (TMS, другой неинвазивный метод, используемый для воздействия на активность нейронов). Во-первых, tDCS является относительно недорогой, удобной для пользователя, переносимой и мобильной процедурой (Priori et al., 2009 ; Zaghi et al., 2009 ; Brunoni et al., 2011 ; Kessler et al., 2012 ). Во-вторых, tDCS можно легко комбинировать с фармакотерапией. Например, Brunoni et al. ( 2011) продемонстрировали, что совместное использование tDCS и сертралина (антидепрессанта селективного класса ингибитора обратного захвата серотонина) требует снижения дозировки препарата в клинических испытаниях. В-третьих, tDCS относительно безопасен , в то время как TMS связана с потенциальной опасностью, если воздействия  были ненадлежащим образом применены (Classen et al., 1995). В-четвертых, tDCS проявляет тенденцию к лучшему экспериментальному контролю , поскольку стимуляция (плацебо) неотличима от реальной стимуляции. Плацебо - стимуляцию вводят путем увеличения тока в течение нескольких секунд (обычно 30 с) до целевой области головного мозга, а затем выключают ток  в течение нескольких секунд. Используя эту процедуру, субъекты теоретически получают тот же опыт, что и при реальной стимуляции, в частности, зуд и покалывание. Ощущения  преходящие в реальной стимуляции, а также при ложной стимуляции, потому что субъекты привыкают к току в реальной стимуляции, тогда как ток прекращается  при ложной стимуляции (Kessler et al., 2012 ). Наконец, можно  проще получить более длительные модулирующие эффекты кортикальной функции с tDCS, чем с TMS (Fregni et al., 2006). 

          В целом, преимущества tDCS по сравнению с другими инвазивными и неинвазивными методами стимуляции мозга делают его важным методом, который заслуживает дальнейшего исследования.

          

            

Категория сообщения в блог: 

Добавить отзыв