Опубликовано
Транскраниальная стимуляция постоянным тока (tDCS) является неинвазивным, не вызывающим судорожный синдром методом, модулирующим функции мозга. Обычно эффекты tDCS связаны с применением слабого тока (0,5-2 мА) между анодом и катодом, которые помещаются в определенные места на волосистой части головы. В большинстве исследований tDCS используются пропитанные солевым раствором губки или электропроводные гелевые электроды для стимуляции (обычно площадью между 25 и 35 см 2 ), что приводит к плотности тока на поверхности головы до ~ 0,08 мА / см 2 (Johnson et al., 2013). Возбудимость коры мозга зависит от полярности: увеличение возбудимости нейронов происходит под анодом (слегка деполяризующим мембраны), а уменьшение наблюдается у катодов (гиперполяризующих мембраны нейронов) (Nitsche, Liebetanz, et al., 2003 ). Кроме того, размер, полярность и положение электродов, интенсивность приложенного тока, плотность, продолжительность стимуляции и свойства ткани в стимулированных областях могут влиять на нейробиологические эффекты tDCS (Medeiros et al., 2012). Несмотря на то, что увеличение плотности тока и продолжительности стимуляции может привести к более значительным и долгосрочным последствиям для активности коры, компьютерное моделирование показало, что важно поддерживать относительно слабые токи для того , чтобы сохранять подпороговые эффекты tDCS на возбудимость коры и избежать проблем с безопасностью при более высоких уровнях электрической стимуляции.
В исследованиях моделирования наблюдалось, что при обычном монтаже (два электрода на волистой части головы) максимум электрического поля не обязательно проявляется непосредственно под анодом и катодом, но он также может быть зафиксирован в кортикальном и подкорковом уровнях мозга между двумя электродами. По сравнению с другими неинвазивными методами стимуляции головного мозга (например, электросудорожной терапии - ЭСТ, повторной транскраниальной магнитной стимуляцией - rTMS), где затраты, клиническая возможность применения и доступность ограничивают широкомасштабное использование этих методов , переносные и легкие для использование tDCS-устройств может преодолеть эти ограничения. Кроме того, большое количество исследований показало, что анодные tDCS, особенно, стимулирующие дорсолатеральную префронтальную кору (DLPFC), могут улучшить когнитивные функции и эмоциональные процессы, причем , несколько сеансов имеют более длительный эффект. (Fregni et al., 2006).
Несомненно, что индивидуальные различия нейроанатомии мозга и генетический полиморфизм (например, нейротрофический фактор мозга, BDNF) имеют важное значение для оценки изменения функциональной активности нейронов и клинических эффектов tDCS. Поскольку аномалии активности мозга, пластичности и функциональной связности идентифицированы, как потенциальные причины многих психических заболеваний (Kuo, Paulus, Nitsche, 2014), tDCS может повлиять на функциональные корково-подкорковые сети нейронов , вовлеченные в генезис психических заболеваний.
Электрофизиологические (такие как электроэнцефалография: ЭЭГ с определенным временным разрешением) и нейровизуализация (такие как методы функционального магнитно-резонансного томографии: МРТ с определенным пространственным разрешением) обеспечивают важную информацию о нейронной активности конкретных областей мозга и / или схемах активности нейронов при психических расстройствах. Исследования , проведенные с помощью визуализации головного мозга также оценивали влияние tDCS на головной мозг. Эти биологические методы имеют преимущество в измерении коррелятов активности нейронов не только в непосредственной близости от внешних наложенных электродов, но и в более отдаленных кортико-подкорковых нейронных сетях мозга. Известно, что транс синаптическое распространение зависит от силы и уровня активности сетей нейронов мозга. Помимо эффектов электрических полей tDCS в сетях мозга, на клеточном уровне внешнее электрическое поле способно изменять разности трансмембранного потенциала, вызывая смещение внутриклеточных ионов, изменяющих вероятность вспышек нейронной активности, измеренную с помощью внутриклеточных и чувствительных к напряжению индикаторов (Bikson et.al., 2004).
Исходя из продолжительности стимуляции током индуцируются синаптические двигательные эффекты, в зависимые от индивидуальной морфологии нейронов, синапсов , трактов и ориентации сомато - дендритной оси нейронов (Krause, Márquez-Ruiz , Cohen Kadosh, 2013 ). Кроме того, исследования, вызванных двигательных вызванным потенциалов , показали, что на аномальные и катодные последствия tDCS влияют глутаматергические и гамкергические нейротрансмиссии. Важно отметить, что для применения tDCS при психических расстройствах начальные эффекты tDCS необходимые для индуцирования деполяризации нейронов или гиперполяризации могут приводить к длительным эффектам, характерным для долгосрочного потенцирования (LTP) - и долгосрочной депрессии (LTD) или подобным им эффектам. tDCS индуцирует постоянное изменение возбудимости нервных клеток, характеризующееся механизмами, подобными LTP и LTD, которые являются проявлением изменения активности рецептора N-метил-D-аспартата (NMDA). Это приводит к изменениям в нейропластичности, которые зависят от продолжительности и интенсивности стимула. Индукция tDCS последствий требует сочетания глютаматергических и мембранных механизмов, аналогичных индукции установленных типов короткой или долгосрочной нейропластичности.
Последние исследования с использованием онлайн-ЭЭГ показали, что нейронные изменения бывают быстрыми и сохраняются через уже пару минут после окончания tDCS. Недавнее исследование, объединяющее одновременно tDCS с магнитоэнцефалографией (MEG), сообщило, что tDCS модулирует медленное корковое магнитное поле в областях мозга, которое точно соответствует предшествующим исследованиям метаболического нейровизуализации (Garcia-Cossio et al., 2015 ).
Всего два десятилетия назад, одновременное применение tDCS и методов нейровизуализации считалось неосуществимым, в частности, из-за нагревания тканей под электродами менялось качество полученных данных. Сегодня стало стало технически осуществимым и безопасным одновременно стимулировать мозг и измерять кровоток при проведении функциональной МРТ. В связи с этим в литературе сообщалось, что сообщалось, что анодный tDCS индуцировал увеличение регионального церебрального кровотока (rCBF) во время и после периода стимуляции. Эти эффекты наблюдались не только в областях мозга под электродами, но и в других областях мозга вдоль сети нейронов тех областей мозга, которые функционально связаны со стимулированной областью (Zheng et al., 2011 ). Стимуляция tDCS не только модулирует синаптическую связь, но также индуцирует нейропластические изменения, регулируемые несколькими системами нейротрансмиттеров, включая дофамин, ацетилхолин и серотонин, BDNF. Кроме того, стимуляция tDCS также влияет на каналы нейронной мембраны, такие как натриевые и кальциевые.
tDCS может модулировать функциональные связи и индуцировать изменения синхронизации при психических расстройствах. Одной из причин большого количества исследований в области терапии большого депрессивного расстройства (MDD) методом tDCS , может быть то, что снижение активности в DLPFC, которая расположена на выпуклой поврехности головного мозга, обеспечивает оптимальные предпосылки для успешной стимуляции постоянным током этой структуры. Действительно, аналогично rTMS, при терапии MDD анодный tDCS-электрод нацелен на DLPFC. Эта неокортикальная область вовлечена в регулирование аффективных состояний, обеспечивая когнитивный контроль над стрессом и реакцией на эмоции и считается гипоактивной во время депрессивных эпизодов (Davidson et al., 2002 ). Сообщалось о снижении активности нейронов в дорсолатеральных префронтальных областях, а также в передних областях коры головного мозга - переднем цингулярном кортексе ( ACC), тесно связанным с DLPFC. Снижение активности этих фронтальных структур приводит к апатии, психомоторной заторможенности и нарушению исполнительного функционирования. Помимо дисфункциональных «фронтальных линий», другие нейронные пути между орбитальной и медиальной префронтальной корой, АСС, амигдалой и гиппокампом также участвуют в патофизиологии расстройств настроения (Baeken , De Raedt, 2011 ).
Для того, чтобы модулировать эти нейронные сети, вовлеченные в генез MDD, терапевтические стратегии неинвазивных методов стимуляции мозга в основном были сосредоточены на повышении активности левой DLPFC и достижении LTP-подобной пластичности и / или уменьшения активности DLPFC в правой гемисфере (Baeken , De Raedt, 2011 ). Большинство существующих протоколов лечения tDCS у пациентов с MDD помещают возбуждающие анодные tDCS над левой DLPFC, при этом катодный электрод располагают над контралатеральной надглазничной областью. Используя эти положения электродов, большинство исследователей успешно применяли анодные tDCS по левому DLPFC в течение приблизительно 20 мин (в течение 5-15 последовательных дней - терапевтических сессий) с интенсивностью стимуляции до 2 мА. Отметим, что не только tDCS улучшает состояние больных депрессии в той же степени, что и антидепрессанты, но комбинация tDCS и сертралина оказывает неплохие эффекты на снижение выраженностьи симптомов депрессии, что подчеркивает важность tDCS как дополнительного метода лечения депрессии по отношению к существующим фармакологическим агентам ( протоколам).
В свое время, ряд исследователей обнаружили, что во время отдыха fMRI функциональная связь между АСС, лимбической системой и таламической областью была значительно снижена у пациентов с депрессией, что указывало на аномалии кортико - лимбических связей у больных с депрессией в состоянии покоя. Активные tDCS улучшают функциональные связи в лобной и лобно-париетальной областях (Keeser et al., 2011 ), регионах, которые, как известно, играют важную основную роль в патогенезе депрессии (Price, Drevets, 2012 ). Анодные tDCS над левым и правым DLPFC (ссылка на контралатеральный надглазничный сайт) привели к измененной временной функциональной связности между префронтальной и теменной нейронными сетями. Причем, анодный tDCS индуцировал увеличение синхронности в антикоррелированной сети (AN, сильная корреляция отрицательной активности с сетью режима по умолчанию - DMN)), тогда как нейромодуляция уменьшала эти временные нейронные корреляции в компонентах DMN ( анодные tDCS левого DLPFC привели к уменьшению распространенной перфузии коры). Кроме того, tDCS (анод на AFz, катод, помещенный под подбородком) усиливает амплитуду линии "фронтального течения" в состоянии покоя ЭЭГ, которая затем оказывается связанной с нейронной активностью во фронтальной и левой медиальной областях префронтального мозга. Тета-ритм "фронтальной средней линии" (4-8 Гц) , как известно, связан с рабочей памятью и распределением устойчивых ресурсов внимания. Интересно, что фронтальная тета-активность ЭЭГ отрицательно коррелирует с DMN в состоянии покоя. Таким образом, результаты tDCS показывают, что увеличение возбудимости коры в DLPFC, индуцированное анодным tDCS, приводит к последующему нарушению целостности DMN. Возможно, индуцированные tDCS дезактивации DMN могут побуждать или облегчать перераспределение мозговых ресурсов для поддержки выполнения задач и, таким образом, выгодно влиять на регуляцию кортико-подкорковой сетевой активности.
Основным показанием для применения tDCS у больных шизофренией считается уменьшение слуховых вербальных галлюцинаций. Даже когда состояние пациентов стабилизируется антипсихотическим препаратом, это часто наблюдаемый и стойкий симптом шизофрении. Для того , чтобы устранить слуховые галлюцинации или уменьшить выраженность этих остаточных симптомов психоза, стремятся к ингибированию активности нейронов, региона , связанного с наличием слуховых галлюцинаций - то есть ингибирования левого "височно-теменного перехода" (TPJ) (Brunelin et al., 2012 ). Так, например, успешно использовалась низкочастотная rTMS для купирования слуховых галлюцинаций над левой гиперактивной TPJ (Lefaucheur et al., 2014 ). Homan et al. ( 2011 ) наблюдали с помощью ASL, что после 10 последовательных ежедневных сеансов с интенсивностью 1 мА в течение 15 минут катодных tDCS над левой TPJ в сочетании с анодным tDCS над правой надглазничной областью уменьшалась выраженность слуховых галлюцинаций на 60% у психотического пациента. Важно отметить, что это снижение сопровождалось ослаблением регионального церебрального кровотока, измеряемого ASL под катодом после каждой сессии tDCS. Используя метод биполярной стимуляции в контролируемом двойном слепом исследовании, Brunelin et al. ( 2012) эффективность tDCS при лечении слуховых вербальных галлюцинациях и одновременно влияние стимуляции на негативные симптомы. Авторы отметили благоприятные быстрые эффекты на негативные симптомы вместе со значительным быстрым и продолжительным (до 3 месяцев) эффектами на ослабление выраженности слуховых вербальных галлюцинаций. Сообщалось, что снижение выраженности галлюцинаций после активных tDCS коррелирует с уменьшением функциональной связи fMRI между левым TPJ и левой передней частью островка. Активная стимуляция tDCS снижает функциональное связывание в состоянии покоя левого TPJ с правой нижней лобной извилиной и улучшает функциональную связь состояния левого TPJ с левой угловой извилиной, левой DLPFC и precuneus - областями, которые вовлечены в связанные с речью и сети распознаваниясвоего голоса. Использования бифронтальных tDCS над обеими DLPFC у больного шизофренией выявило снижение выраженности депрессивных, позитивных и негативных симптомов и , одновременно, привело к снижению функциональной связи в передней части DMN после лечения.
Поскольку индуцированная tDCS кортикальная пластичность зависит от NMDA-рецепторов и модулируется дофаминергической передачей; эти результаты исследований эффективности tDCS при шизофрении можно объяснить дисбалансом глютаматергических и дофаминергических систем при этом заболевании. В последнем обзоре Tortella et al. ( 2015 ) предположили, что катодные tDCS, применяемые к TPJ, могут вызывать LT-подобные явления, учитывая уменьшение слуховых галлюцинаций, тогда как анодные tDCS над левым DLPFC могут индуцировать LTP-подобные явления, способствующие ослаблению выраженности негативных симптомов. Однако направление индуцированных изменений в нейропластичности у пациентов с шизофренией при tDCS также может зависеть от внешних и внутренних факторов, таких как курение никотина (Brunelin et al., 2015) и Catechol-O-methyltransferase COMT val158 Met полиморфизма (Shivakumar et al., 2015 ).
Некоторые авторы сообщали о значительном увеличении гамма-синхронизации (которая предлагается ассоциировать с нарушениями трансмиссии гамма - аминомаслянной кислоты ) в DLPFC после активных tDCS. Этот факт был специально отмечен для 2mA tDCS по левому протоколу DLPFC (по сравнению с протоколами 1 мА ) и в контексте улучшения производительности рабочей памяти.
За исключением обсессивно-компульсивного расстройства (ОКР, OCD), ни одно рандомизированное исследование, еще не изучало влияние лечения tDCS у пациентов , страдающих этим психическим расстройством. Влияние tDCS на резистентный к терапии случай OCD было исследовано на аффективных симптомах и fMRI в состояния покоя (Volpato et al., 2013). Несмотря на то, что tDCS не влияла на обсессивно-компульсивные симптомы, она благотворно отражалась на сопровождающие обсессивно - компульсивное расстройство симптомы депрессии и тревоги. Это изменение симптоматики было связано с корректировкой межполушарного дисбаланса, который наблюдался на исходном уровне (гиперактивация левой и гипоактивация правых передних нейронных цепей) у больных с OCD.
Замечено, что алкоголь и наркотики при злоупотреблении этими психоактивными веществами влияют на мезо - кортико - лимбическую систему, состоящую из вентральной тегментальной области (VTA), ядра accumbens (NAcc), миндалины и префронтальной коры (Bauer et al., 2013). Это связано с патологическим усилением нейронных сетей "вознаграждения мозга", а префронтальные корковые сети, включая DLPFC, играют решающую роль в тормозных механизмах контроля, связанных с расстройствами потребления психоактивных веществ. Показано, что применение право-анодного в сочетании с лево-катодным tDCS над двусторонним DLPFC уменьшает выраженность тяги ( влечения) у пациентов с расстройствами потреблением психоактивных веществ. Было высказано предположение, что двусторонняя стимуляция с обеих полярностей может быть одинаково эффективной (Kuo et al., 2014).
Использование метода вызванных потенциалов (ERP) может обеспечить быструю индикацию конкретного региона и таргетировать воздействие на определенную сеть нейронов. Например, алкогольные пациенты используют больше нейронных ресурсов, чем здоровые люди, что показано на конкретных ERP (например, увеличенным латентным периодом P3), когда для того , чтобы правильно ингибировать ответ требуется увеличение усилий, что предсказывает рецидив алкоголизма даже 3 месяца спустя после такого исследования (Petit et al., 2014 ). Эффекты анодных tDCS лобной коры на P300 были продемонстрированы в исследованиях у пациентов с алкоголизмом. Недавно было показано, что tDCS правой нижней лобной коры специфически уменьшает амплитуды P300, связанную с правильно ингибированными ответами. Эти результаты показывают, что tDCS повышает способность успешно ингибировать ответ. Данный факт имеет клиническое значение, поскольку нарушенный ингибирующий контроль, по-видимому, играет ключевую роль в инициировании рецидива при некоторых патологических состояниях, например, таких, как наркомания. Напомним, читателя, что префронтальные tDCS могут изменять активацию и связывание в кортико-подкорковых областях, причем эта активация, как известно, связана с системой вознаграждения, включая DLPFC, ACC и OFC, которая играет важную роль в уязвимости к расстройствам, связанным с употреблением психоактивных веществ.
Исследования показали, что tDCS над DLPFC (анод над правой префронтальной корой и катод - над левой префронтальной корой) эффективна для снижения интенсивности влечения к приему пищи - эпизоды переедания). С таким же монтажом электродов было сообщено, что tDCS над DLPFC уменьшает модулирование ERP-компонентов, связанных с потреблением продуктов питания, то есть и с ингибирующим контролем (N2 и P3a). Это говорит о том, что сокращение потребления пищи связано в первую очередь с усилением ингибирующего контроля, которое возникает в результате активной нейромодуляции.
Поскольку анодный tDCS часто выполняется над левым DLPFC, ожидаемое увеличение активности нейронов может также положительно влиять на нарушенные когнитивные функции, особенно у пациентов, страдающих от синдрома дефицита внимания / гиперактивности (ADHD) и расстройств аутистического спектра ( ASD). Действительно, у детей с аутизмом проведение отдельных сессий анодных tDCS над DLPFC, позволяет увеличить пиковую альфа-частоту, которая значительно связана с ослаблением выраженности симптомов аутизма (Amatachaya et al., 2015 ).
Учитывая потенциальную роль tDCS в когнитивном развитии, неудивительно, что клинические исследования подтверждают эффективность использование tDCS при лечении деменции. Поскольку болезнь Альцгеймера (AD) связана с измененной временной корреляцией в париетальных и префронтальных колебаниях биоэлектрической активности -, фиксируемой при записи ЭЭГ (Montez et al., 2009 ), tDCS может использоваться для терапии болезни Альцгеймера , поскольку она, как представляется, реконфигурирует мозговые сети нейронов и изменяет функциональную синхронизацию мозга.
Поскольку tDCS демонстрирует эффективность в модуляции различных когнитивных функций, список возможных клинических показаний для этого метода продолжает расти: дислексия, синдром Туретта и ПТСР ( PTSR).
Комбинированные исследования tDCS с нейровизуализацией и нейрофизиологическими данными могут не только выявить лежащие в основе психических расстройств звенья патогенеза , но также могут использоваться в качестве руководства для улучшения протоколов лечения методом tDCS .
Добавить отзыв