1.
Какой механизм действия неинвазивной стимуляции мозга?
Методы неинвазивной стимуляции мозга (NiBS) играют роль в модуляции молекулярных механизмов, управляющих ростом нейронов , их пластичностью и способствует правильному поведению (Cirillo G.,et.al., 2017). С другой стороны, методы NiBS предоставляют средства для прямой и очаговой стимуляции определенных областей мозга, особенно в отношении баланса между ингибирующими и возбуждающими нейротрансмиттерами, хотя основные механизмы действия методов NiBS различны. Методы NiBS основаны на электромагнитных принципах и безопасно индуцируют электрические поля в мозге. В частности, стимуляция постоянным током (tDCS) широко изучалась и использовалась в качестве инструмента нейромодуляции с клиническими улучшениями при различных расстройствах развития нервной системы (Sousa B., et.al., 2022). Стимуляция tDCS полезна для содействия ремоделированию синапсов, вовлекая как пресинаптические окончания, так и дендритные шипики в качестве постсинаптических элементов. Предполагают, что изменения когнитивных функций, вызванные tDCS, могут быть результатом специфических взаимодействий между генетически детерминированными свойствами сети и конкретной формой применяемой стимуляции (Wiegand A.,et.al., 2016). Иммуногистохимический анализ показаk изменения в иммунореактивности глутаматдекарбоксилазы (GAD)65/GAD67, но не в везикулярном транспортере глутамата 1 (vGLUT1) в ответ на катодную tDCS (Sánchez-León C., et.al., 2021). Как у молодых, так и у пожилых здоровых взрослых, а также у пациентов с неврологическими и психическими расстройствами основные результаты подтвердили, что анодная tDCS вызывает снижение уровней гамма-аминомаслянной кислоты, тогда как катодная tDCS приводит к снижению уровней глутамата. Однако исходный уровень нейрометаболитов может предсказать результат после tDCS, равно как и количество сеансов стимуляции.
Какие регионы мозга выбираются для стимуляции постоянным током при различных наследственных синдромах?
Новые стратегии лечения нейрогенетических синдромов напрвлены на эффективность фармакологической терапии, нацеленной на нейропластичность и баланс нейромодуляторов для улучшения состояния когнитивной сферы и поведения. В случае синдрома Ретта целью было повышение возбудимости лингвистической области мозга путем применения анодной tDCS над зоной Брока в сочетании с когнитивной тренировкой для улучшения навыков речи и внимания. Обоснование выбора этого региона было получено на основе доказательств, полученных у здоровых людей и пациентов с инсультом. В случае синдрома Прадерра - Вилли целью было повышение возбудимости префронтальной нейронной цепи с помощью анодной tDCS для снижения чрезмерной активности в подкорковых структурах и, в свою очередь, уменьшения гиперфагии (Poje A. et.al., 2021). Такое обоснование пришло из ряда исследований с участием здоровых людей и пациентов со злоупотреблением психоактивными веществами и тягой к еде. В случае синдрома Фелан- Макдермида. tDCS применялась для модуляторного воздействия на глутаматергическую систему, в частности на рецепторы NMDA, для облегчения кататонии, связанной с этим синдромом. Обоснование исходило из данных о пациентах с шизофренией и биполярным расстройством с кататонией и основывалось на нейробиологической гипотезе, включающей гаплонедостаточность SHANK3, связанную с гипофункциональностью рецепторов NMDA и кататонией (Kohlenberg T. et.al., 2020). Даже в исследовании нейрофиброматоза - 1 (NF1) обоснование применения tDCS основывалось на нейробиологической гипотезе этого состояния. Анодная tDCS применялась к левой дорсолатеральной префронтальной коре (DLPFC) для снижения уровня гамма- аминомаслянной кислоты и улучшения производительности при выполнении задач рабочей памяти, увеличивая активацию мозга в целевой области, поскольку NF1 характеризуется повышенной активностью гамкергической системы и нарушением пластичности синапсов (Molosh A. et.al., 2014).
Какой протокол стимуляции постоянным током при синдроме Дауна?
Изменения нейропластичности при синдроме Дауна включают нарушение созревания дендритов, уменьшение синаптических контактов и длины дендритов. Геном-кандидатом, вовлеченным в изменения синаптической пластичности при синдроме Дауна и когнитивные дефициты, является ген киназы 1A с двойной специфичностью, регулируемой фосфорилированием тирозина (Dyrk1A), связанный с этим синдромом. Считается, что его сверхэкспрессия приводит к дефектной кортикальной микроархитектуре и дисбалансу E/I, что приводит к изменению когнитивных способностей. В 2017 году было опубликовано протокольное исследование для изучения эффектов анодной tDCS на первичную моторную кору по сравнению с фиктивной стимуляцией во время двигательной тренировки верхних конечностей с использованием непогружающей виртуальной реальности (VR) у детей с синдромом Дауна (Lopes J. et al. , 2017). Экспериментальные условия включали комбинированную терапию (20 мин анодной tDCS 1 мА + двигательная тренировка с VR) и контрольную группу (фиктивная tDCS с тем же электродным монтажом + двигательная тренировка с VR). Электродный монтаж включал анод, наложенный на первичную моторную кору, и катод над правой дельтовидной мышцей, выступающий в качестве экстрацефального референса. Предварительные результаты этого исследования были представлены в виде отчета о случае в 2020 году, демонстрируя улучшения в различных кинематических переменных у восьмилетнего ребенка с синдромом Дауна. В частности, скорость движения увеличилась во время постинтервенционных и последующих оценок. Эти результаты предоставляют ценные доказательства комбинированного воздействия tDCS на двигательные функции у лиц с синдромом Дауна. Те же авторы опубликовали протокол клинического испытания для улучшения сенсомоторики с участием детей с синдромом Дауна, чтобы оценить применение 20 мин tDCS 1 мА над DLPFC в сочетании с сенсомоторной тренировкой с помощью интерактивных компьютерных игр, с анодом, размещенным над F3, и катодом, размещенным над правой дельтовидной мышцей. Это исследование было специально направлено на оценку активности мозга с помощью электроэнцефалографии и мышечной активности с помощью электромиографии.
2.
Какой механизм возникновения нейрогенетических синдромов?
Считается, что существенные изменения в нейропластичности и балансе возбуждения/торможения (E/I) лежат в основе различных клинических проявлений нейрогенетических расстройств. Эти состояния возникают в результате генетических мутаций или делеций, которые нарушают регуляцию развития мозга, , что часто приводит к аномальному интеллектуальному, когнитивному функционированию и аномальному поведению.
Какую роль играет направление постоянного токак при стимуляции коры мозга?
tDCS может модулировать возбудимость мозга полярно-специфическим образом, используя монофазный низкоамплитудный постоянный ток (0,5 мА–2 мА) (Lefaucheur J., et al., 2017 . Направление тока относительно аксональной ориентации определяет, оказывает ли tDCS возбуждающее (анодальное) или ингибирующее (катодное) действие на корковые нейроны, либо деполяризуя, либо гиперполяризуя их (Nitsche M. and Paulus W., 2000 ).
3.
Как стимуляция постоянным током влияет на полярность мембраны нейронов , пластичность синапсов и трансмиссию медиаторов?
tDCS может изменять полярность нейронной мембраны, изменяя вероятность генерации потенциалов действия потенциалзависимыми пре- и постсинаптическими каналами Na+ и Ca2 + . Этот процесс запускает увеличение пресинаптического высвобождения возбуждающих нейротрансмиттеров и постсинаптического притока кальция. , делая синапсы восприимчивыми к долговременной депрессии (LTD) с умеренным, но продолжительным повышением внутриклеточного Ca2 + и долговременной потенциацией (LTP) для короткого, но большого повышения Ca2 + . tDCS оказывает влияние на нервную передачу, при этом имеющиеся данные показывают, что анодное применение tDCS снижает концентрацию гамма -аминомаслянной кислоты в стимулированной коре головного мозга, в то время как катодное tDCS вызывает нарушение глутаматергической нейронной активности ( Zhao X., et al., 2020 ). Эффекты tDCS на пластичность синапсов проявляются на разных уровнях, включая динамику кальция, высвобождение нейротрансмиттеров, белки, такие как рецепторы, транспортеры, ионные каналы и экспрессию генов. Это говорит о том, что tDCS может оказывать влияние на уровни нейротрофического фактора мозга (BDNF), модулятора выживания нейронов и стимулятора синаптической пластичности (Gray J., et al., 2013 ). В частности, tDCS может вызывать увеличение концентрации BDNF в сочетании с пресинаптической стимуляцией (Fritsch B., et.al., 2010), вызывая LTP через сигнализацию BDNF/тирозинкиназного рецептора B (TrkB) (Yu T., et al., 2019 ). Действительно, сигнализация Ca2+ и активность глутаматергического рецептора N-метил-D-аспартата (NMDA) являются наиболее важными явлениями, опосредующими LTP/LTD (Cooke S. F., Bliss T. V., 2006).
Выводы
Cтимуляция постоянным током влияет на полярность мембраны нейронов , пластичность синапсов и трансмиссию таких медиаторов, как гамма - аминомаслянная кислота ( анод) и глутамат ( катод)
tDCS может модулировать возбудимость мозга полярно-специфическим образом, используя монофазный низкоамплитудный постоянный ток (0,5 мА–2 мА), причем, направление тока относительно аксональной ориентации определяет, оказывает ли tDCS возбуждающее (анодальное) или ингибирующее (катодное) действие на нейроны коры, либо деполяризуя, либо гиперполяризуя их
Литература
Bartesaghi R., Vicari S., Mobley W. C. (2022). Prenatal and postnatal pharmacotherapy in down syndrome: the search to prevent or ameliorate neurodevelopmental and neurodegenerative disorders. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 62, 211–233.
Cirillo G., Di Pino G., Capone F., Ranieri F., Florio L., Todisco V. V., et al. (2017). Neurobiological after-effects of non-invasive brain stimulation. Brain Stimul. 10, 1–18.
Cooke S. F., Bliss T. V. (2006). Plasticity in the human central nervous system. Brain 129:1659–1673.
Fritsch B., Reis J., Martinowich K., Schambra H. M., Ji Y., Cohen L. G., et al. (2010). Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron 29, 198–204.
Gray J. D., Milner T. A., McEwen B. S. (2013). Dynamic plasticity: the role of glucocorticoids, brain-derived neurotrophic factor and other trophic factors. Neuroscience 239, 214–227.
Kohlenberg T. M., Trelles M. P., McLarney B., Betancur C., Thurm A., Kolevzon A., et al. (2020). Psychiatric illness and regression in individuals with Phelan-McDermid syndrome. J. Neurodev. Disord. 12:7
Lefaucheur J. P., Antal A., Ayache S. S., Benninger D. H., Brunelin J., Cogiamanian F., et al. (2017). Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clin. Neurophysiol. 128, 56–92
Lopes J. B. P., Grecco L. A. C., Moura R. C. F., Lazzari R. D., Duarte N. A. C., Miziara I., et al. (2017). Protocol study for a randomised, controlled, double-blind, clinical trial involving virtual reality and anodal transcranial direct current stimulation for the improvement of upper limb motor function in children with Down syndrome. BMJ Open. 7:e016260.
Molosh A. I., Johnson P. L., Spence J. P., Arendt D., Federici L. M., Bernabe C., et al. (2014). Social learning and amygdala disruptions in Nf1 mice are rescued by blocking p21-activated kinase. Nat. Neurosci. 17, 1583–1590.
Nitsche M. A., Paulus W. (2000). Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J. Physiol. 527, 633–639.
Poje A. B., Manzardo A., Gustafson K. M., Liao K., Martin L. E., Butler M. G. (2021). Effects of Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) on Go/NoGo performance using food and non-food stimuli in patients with prader-willi syndrome. Brain Sci. 11:250.
Sánchez-León C. A., Cordones I., Ammann C., Ausín J. M., Gómez-Climent M. A., Carretero-Guillén A., et al. (2021). Immediate and after effects of transcranial direct-current stimulation in the mouse primary somatosensory cortex. Sci. Rep. 4, 3123.
Sousa B., Martins J., Castelo-Branco M., Gonçalves J. (2022). transcranial direct current stimulation as an approach to mitigate neurodevelopmental disorders affecting excitation/inhibition balance: focus on autism spectrum disorder, schizophrenia, and attention deficit/hyperactivity disorder. J. Clin. Med. 18:2839.
Yu T. H., Wu Y. J., Chien M. E., Hsu K. S. (2019). Transcranial direct current stimulation induces hippocampal metaplasticity mediated by brain-derived neurotrophic factor. Neuropharmacology 144, 358–367.
Wiegand A., Nieratschker V., Plewnia C. (2016). Genetic modulation of transcranial direct current stimulation effects on cognition. Front. Hum. Neurosci. 10:651.
Zhao X., Ding J., Pan H., Zhang S., Pan D., Yu H., et al. (2020). Anodal and cathodal tDCS modulate neural activity and selectively affect GABA and glutamate syntheses in the visual cortex of cats. J. Physiol. 598, 3727–3745.
Добавить комментарий