Терминология
Что понимается под терминами "транскраниальная электрическая стимуляция" и транскраниальная электрическая модуляция сетей нейронов и как классифицируются методы такой стимуляции?
"Транскраниальная электрическая стимуляция" (TES) может отличаться воздействием разными токами: постоянным (tDCS), переменным (tACS) и импульсным током (tPCS). Поскольку уровни (амплитуды) тока обычно малы (1-2 мА) и фактически не стимулируют нейроны, этот метод также называется "транскраниальной электрической модуляцией нервной системы" (TEN). Даже без стимуляции нейронов методы TES или TEN способны модифицировать возбудимость коры, а также изменять ритмы биоэлектрической активности мозга и пространственного - временную активность нейронных сетей.
Сравнительные аспекты электрической и магнитной стимуляции мозга
В чем преимущество транскраниальной электрической стимуляции по сравнению с транскраниальной магнитной стимуляцией?
По сравнению с транскраниальной магнитной стимуляцией (TMS), TES лучше переносится, экономично и отличается простотой в использовании инструментом. Транскраниальная электростимуляция в отличии от повторяющейся транскраниальной магнитной ст имуляции не может генерировать потенциал действия и регистрировать вызванный моторный ответ. Индуцируемое электрическое поле не создает надпорогового стимула, а изменяет разность потенциалов на мембране нейронов, оказывая влияния на уровень их спонтанной активности.
Транскраниальная стимуляция как альтернатива терапии психотропными препаратами
Способна ли транскраниальная стимуляция заменить психотропные препараты при лечении психических расстройств?
Транскраниальная магнитная или электрическая стимуляция способны стать альтернативой применения психотропных препаратов, поскольку они не влияют на весь мозг ( более фокусированы) и имеет минимальные побочные эффекты. Одно из важных недавних открытий в области не инвазивной стимуляции головного мозга (NIBS) является то, что каждый метод стимуляции имеет свою достаточно четкую нейрофизиологическую характеристику. Более глубокое понимание различий между методами транскраниальной стимуляции становится значимым, учитывая увеличение числа вариантов и новых методов электрической и магнитной терапии.
Комбинированное использование фармакотерапии и транскраниальной электрической стимуляции
Что дает комбинация транскраниальной электростимуляции с психотропными препаратами?
С помощью фармакологических препаратов , влияющих на NMDA - рецепторы или каналы кальция можно изменять длительность , выраженность и направленность транскраниальной электрической стимуляции. Введение 100 мг L - допы вызывает изменение эффекта анодной стимуляции со стимулирующего, на ингибирующий ( Kuo M., et.al., 2008), применение селективных ингибиторов обратного захвата серотонина , напротив, способствует повышению возбудимости коры после катодной стимуляции ( Nitshe et.al., 2009).
Показания к транскраниальной электрической стимуляции
Какие психоневрологические расстройства чаще всег лечат транскраниальной электростимуляцией?
TES - это терапия для лечения нейропсихиатрических состояний, таких как депрессия, болезнь Паркинсона депрессия, нарушения сна, расстройства тревожного спектра, хроническая боль, шум ( звон) в ушах и др. Исследования также показали, что TES может быть ценным терапевтическим инструментом при эпилепсии, реабилитации после инсульта и других неврологических и психических расстройствах. Также было предложено улучшить с помощью этого метода физиотерапии познавательные навыки, такие как память или обучение. У здоровых людей tDCS модулирует порог восприятия боли и стимулирует чувство сопереживания.
Протоколы транскраниальной электростимуляции
Какое влияниеоказываетпротоколатранскраниальной электростимуляции на последействия ее эффекта?
Типичные параметры стимуляции составляют 1-2 мА в течение 20 мин (Nitsche M., et al., 2008). Длительность эффектов транскраниальной электростимуляции находится в зависимости от продолжительность стимуляции и может достигать одного часа. Однако, дальнейшее увеличение продолжительности стимуляции ведет к изменению эффекта на противоположный. Так, анодная стимуляция длительностью 26 минут вызывает снижение возбудимости коры, а катодная стимуляция в течении 18 минут, оказывает менее длительный тормозной эффект (Monte - Silva K., 2010, 2011). Некоторыми авторами для удлинения последствий tDCS является использование пауз между двумя последовательными сеансами стимуляции. Пауза длительностью от 13 до 20 минут увеличивает продолжительность эффектов по сравнению с непрерывной стимуляцией. Показано, что tDCS улучшает обучение ( Kincses T., et.al., 2004) , увеличивает объем рабочей памяти ( Flegni F., et.al., 2005), повышает уровень когнитивных процессов ( Kuo M., Nitche M., 2012).
Механизмы терапевтического действия транскраниальной элетростимуляции постоянным током
Какой механизм терапевтического действия транскраниальной стимуляции постоянным током?
Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) является методом, широко используемым для воздействия на возбудимость нейронов (Antal A., et al., 2001). tDCS воздействует постоянным низким током, направленным на интересующую врача область мозга через внешние электроды. Предполагают, что индуцированные tDCS процессы пластичности тканей нервной системы опосредованы глутаматергическими процессами внутри синапсов: феноменами долговременного потенцирования (LTP) и долговременной депрессии (LTD) , а также изменением состояния потенциал - зависимых каналов Са2+ ( Nitche M., et.al., 2004).
Какое воздействие на ткани мозга оказывает его катодная и анодная стимуляция постоянным электрическим током?
Эффекты tDCS определяют полярностью наложенного электрода: катодная стимуляция вызывает гиперполяризацию мембран нейронов (ингибирующий эффект - аналог низкочастотной rTMS); анодная - деполяризацию (активирующий эффект - аналог высокочастотной rTMS). Помимо кратковременных эффектов tDCS способна индуцировать процессы пластичности нейронов и оказывать влияние на возбудимость коры мозга. Наложение анодного электрода на область моторной коры вызывает достоверное увеличение амплитуды вызванного моторного ответа, измеренного с помощью TMS, а использование катодного электрода оказывает противоположный эффект - амплитуда данного потенциала уменьшается ( Nitsche M., 2000).
На какие рецепторы в первую очередь воздействует транскраниальная стимуляция постоянным током?
С нейрофизиологической точки зрения, анодный tDCS увеличивает возбудимость нейронов путем облегчения возникновения потенциалов действия и путем изменения возбудимости рецептора NMDA. Кроме того, tDCS может усилить динамические связи синапсов, связанные с решением различных задач.
Транскраниальная стимуляция постоянным током высокой точности
Какой механизм терапевтического действия стимуляции транскраниальным постоянным током "высокой точности"?
Известно, что поражение головного мозга в области зрительной ассоциативной коры нарушает зрительное восприятие, т. е. способность правильно воспринимать различные объекта визуального мира, такие как движение, цвет или формы. Визуальное восприятие можно улучшить с помощью не инвазивной стимуляции головного мозга, такой как стимуляция транс-краниальная постоянным током (tDCS). В недавно разработанной методике, называемой tDCS "высокой четкости" (HD), вместо обычных электродов губчатых электродов используются небольшие HD-электроды. Считается, что для достижения высокой степени фокусировки и точности стимуляции целевой областью этот подход является оптимальным. Отмечены значительное улучшение восприятия движения в левом полушарие после катодного HD-tDCS, но не восприятия формы. Конкретный эффект воздействия на визуальные задачи путем модуляции и возбудимости нейронов в зрительной коре может быть объяснен сложностью восприятия информации, необходимой для решение визуальных задач. Это вызывает «шумовое» состояние активации кодирующих нейронных сетей. Катодные HD-tDCS могут фокусировать правильное восприятие, уменьшая глобальное возбуждение нейронов и тем самым снижая уровень «шума» ниже определенного порога восприятия.
В чем заключается преимущество стимуляции постоянным током "высокой точности"?
"Высокое определение" tDCS (HD-tDCS) - это недавно разработанный метод (Villamar M., et al., 2013), в котором вместо обычных двух больших электродов с губкой используются небольшие HD-электроды. По сравнению с традиционным подходом, HD-tDCS имеет преимущество в плане более высокой фокусировки и по сравнению с воздействием на целевой регион (Bikson M., et al.,2012). Типичным монтажом для HD-tDCS является конфигурация кольца 4 × 1, при которой центральный электрод расположен над целевой областью, а четыре "возвратных" электрода расположены вокруг него в кольцевой конфигурации (Datta A., et al., 2009). Результаты визуальных тестов показывают значительное влияние катодных HD-tDCS на эффективность решение задач на восприятие движения. Согласно организации визуальной обработки "в поток" (трактах) «что» и «где» (Ungerleider L. and Haxby J., , 1994), визуальный тест, включающий восприятие движения, подобно задаче скорости, полагается на области потока «где», например на V5. И наоборот, тест, включающий восприятие фигур, таких как «Форма», будет критически опираться на области тракта «какого» . Оптимальная для монтажа должна быть выбрана специально целевой область V5, и эта локализация поддержана моделируемым распределением электрического поля. Стимуляция в других областях, а именно «какой» поток, может, таким образом, не быть достаточно сильной, чтобы выявлять поведенческие эффекты при решении задачи на восприятие формы.
Какую роль играют монтаж и особенности электродов в лечении психических и неврологических расстройств с помощью транскраниальной стимуляции постоянным током высокой точности?
При проведении экспериментов HD-tDCS важно оптимизировать параметры стимуляции, чтобы достичь высокой фокусировки и высокой напряженности поля в заданной целевой области. Управляемыми параметрами для исследования этой проблемы оптимизации обычно являются форма и размер электродов, а также расстояние между электродами. Было показано, что кольцеобразные электроды уменьшают ощущение покалывания по сравнению с другими формами, такими как прямоугольники и диски (Minhas P., et al., 2012). Размер электродов положительно коррелирует с плотностью тока в мозге (Miranda V., et al., 2009). Поэтому для достижения сильного поля желательны большие электроды. К сожалению, сложнее достичь высокой фокусировки с большими электродами, поскольку электрическое поле распространяется с большей поверхности. По этой причине обычно выбираются кольцевые HD-электроды (Borckardt J., et al., 2012). Что касается расстояния между электродами, было показано, что чем больше расстояние, тем выше интенсивность поля (Faria P., et. al., 2011), и, наоборот, если речь идет о фокусе на целевой области (Dmochowski J., et al., 2013). При использовании транскраниальной стимуляции постоянным током (Transcranial Direct Current Stimulation - tDCS) расстановка электродов очень важна, так как разные места их размещения будет давать и разные результаты терапии.
Побочные эффекты транкраниальной стимуляции постоянным током
Какое влияние на кожу может вызвать транскраниальная стимуляция постоянным током и какой механизм этого воздействия?
Несмотря на то, что tDCS широко признана в качестве безопасного метода стимуляции мозга, все же есть некоторые потенциальные побочные эффекты. Исследователи и физиотерапевты должны обратить внимание на повреждения кожи, которые обычно возникают под анодными или катодными электродами у пациентов после лечения tDCS. В частности, повышение температуры кожи под электродами и химические реакции в интерфейсе кожи и электродов могут привести к поражению кожи. Эти поражения могут быть связаны с несколькими факторами. В частности, было обнаружено, что степень поражения кожи прямо пропорционально связана с интенсивностью стимуляции, а также сопротивлением кожи (Palm U., et al., 2008), продолжительностью стимуляции, накоплением электрохимических продуцируемых токсинов и продуктов растворения губок (Frank E., et al., 2010). Это частично происходит из-за того, что импеданс кожи может меняться как функция интенсивности тока, плотности стимуляции и ее продолжительности (Kalia Y. and Guy R, 1995). Было также высказано предположение о том, что импеданс электрода может меняться в зависимости от динамических электрохимических процессов, а также от формы и времени стимуляции (Prausnitz, 1996 Minhas P., et al., 2010). Поэтому, для безопасного использования tDCS, необходимо настроить "напряжение" стимуляции для поддержания желаемой величины тока в переменных импедансах.
Может ли транскраниальная стимуляция током быть болезненной процедурой?
В дополнение к поражениям кожи, также стоит упомянуть, что tDCS может вызвать несколько слабых побочных эффектов, таких как легкое покалывание, мягкая боль (IPoreisz C., et al., 2007; Plazier M., et al., 2012). Такие побочные эффекты наблюдались при различных tDCS-регионах и протоколах и в разных областях коры у здоровых участников, а также у пациентов с различными неврологическими нарушениями (Poreisz C., et al., 2007). Например, исследование побочных эффектов в когорте из 102 пациентов с общим количеством сеансов 567 tDCS (1 мА) показало, что побочные эффекты могут включать легкое ощущение покалывания (70,6%), умеренную усталость (35,3%), легкое ощущение зуда (30,4%), головную боль (11,8%), тошноту (2,9%) и бессонницу (0,98%) (Poreisz C., et al., 2007). Однако, эти побочные эффекты безопасны, временны и хорошо переносятся большинством испытуемых (Nitsche et al., 2008; Loo et al., 2009; Miranda et al., 2009; DaSilva A., et al., 2011).
Транскраниальная стимуляция импульсным током
Что из себя представляет транскраниальная стимуляция импульсным током?
Транскраниальная стимуляция импульсного тока (tPCS) и транс-краниальная стимуляция постоянного тока (tDCS) - это два не инвазивных модулирующих сети (цепи) нейронов метода стимуляции мозга tPCS оказывает более сильное влияние на мощность биоэлектрической активности мозга по сравнению с tDCS в нескольких полосах частот в различных областях коры: тэта-полоса в теменной области, альфа-полоса в височной, теменной и затылочной.
Показания к транскраниальной электростимуляции импульсным током
какие расстройства можно лечить с помощью импульсного тока психоневрологические расстройства?
Транскраниальные импульсный ток стимуляции (tPCS), то есть двухфазный импульсный переменный ток), показан для улучшения двигательных навыков и когнитивный функций. Предварительные данные свидетельствуют о том, что tPCS может индуцировать динамические изменения в областях коры, в том числе ответственных за когнитивные процессы.
Есть ли смысл комбинировать транскраниальную стимуляцию постоянным и импульсным токами?
Комбинация tPCS и tDCS значительно уменьшает мощность в низкой бета- полосе фронтальной, центральной и затылочной областей по сравнению с плацебо - стимуляцией. Кроме того, tDCS значительно увеличивает мощность при высокой бета-тестировании в височной и теменной областях по сравнению с плацебо стимуляцией. Отсутствуют влияния на чувствительность или связанные с болью ощущения при применении этих методов. tPCS и tDCS имеют разные нейрофизиологические механизмы, требуют разных сигнатур, а комбинация данных двух методов приводит к отсутствию эффекта или уменьшению количественной мощности электроэнцефалограммы.
В чем отличие эффектов транскраниальной стимуляции постоянным и импульсном токами?
Импульсный ток стимуляции (tPCS), по сравнению с tDCS, оказывает большее влияние на активность коры, что видно по изменению в альфа-полосах (низкая альфа и / или высокая альфа) по теменной, височной и затылочной областях коры, а также межполушарной фронтальной когерентности в альфа-полосе Комбинация tDCS с tPCS либо не влияет, либо индуцирует снижение мощности при низкой бета-полосе в лобной, центральной и затылочной областях;, Кроме того, tDCS над моторной корой улучшает мощность в высокой бета-полосе в теменной и временной областях. tDCS и tPCS по - разному влияют на нейрофизиологические показатели; объединение двух типов стимуляции приводит к отсутствию эффекта или к снижению возбудимости головного мозга у здоровых людей; tDCS, в покое, увеличивают мощность в бета-полосе ( бета - индекс). Эффекты tDCS и tPCS не опосредуются одними и теми же нейрофизиологическими механизмами. Исследования воздействия постоянного тока в состоянии покоя над моторной корой, позволили предположить , что постоянный ток не вызывают потенциалы действия, но вместо этого изменяет порог потенциала действия в нейронах. tDCS изменяет активность нейронов , но теоретически не в состоянии изменить спонтанную колебательную активность мозга, особенно ту, которая, как полагают, зависит от суммирования постсинаптических потенциалов, отраженных в электроэнцефалограмме. tPCS, по-видимому, влияет на более глубокие структуры мозга такие как ствол мозга, таламус и гипоталамус, что подтверждает ряд исследований , тогда, как tDCS увеличивает возбудимость коры при использовании стимулирующих электродов ( анодная стимуляция).
Многоэлектродная транскраниальная электрическая стимуляция
Что из себя представляет многоэлектродная транскраниальная электрическая стимуляция?
Ключевой задачей многоэлектродной транскраниальной электрической стимуляции (TES) или транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS) является поиск оптимальной схемы воздействия, которая обеспечивает необходимую плотность тока в мишени воздействия и сводит к минимуму его в остальной части мозга, что математически можно определить, как проблему оптимизации. Такая оптимизация с алгоритмами наименьших квадратов (LS) или Linearly Constrained Minimum Variance (LCMV) обычно является дорогостоящей и требует нескольких независимых источников тока. Основываясь на принципе взаимности в электроэнцефалографии (ЭЭГ) и TES, можно быстро найти оптимальные паттерны стимуляции. Можно определить четыре различные мишени в коре в детальной 7 целевой модели конечных элементов и анализировать эффективность разных вариантов методов TES с учетом взаимности с точки зрения плотности электродов, ошибки выделения мишени, фокусировки, интенсивности и направленности с использованием решений LS и LCMV в качестве эталонных стандартов. Обнаружено, что алгоритмы взаимности показывают хорошую точность, сравнимую с решениями LCMV и LS. Использование большей плотности электродов облегчает определение фокуса воздействия, направленность и параметры интенсивности тока.
Эффективность транскраниальной электростимуляции
От каких факторов зависит эффективность транскраниальной стимуляции током при лечении психоневрологических расстройств?
Было проведено несколько исследований, посвященных расчету дозы для ROI и оптимизации формы и размера электрода, а также полного количества электродов и их конфигурации. Оценка дозы к исходному ROI обычно осуществляется с помощью моделирования "конечных элементов" (FE) или конечно-разностных (FD) плотностей тока в подробных трехмерных моделях головы. FE моделирование показало, что высокая плотность тока может наблюдаться в самых неожиданных регионах, из-за относительно высокой электропроводности цереброспинальной жидкости и неправильной формы коры. В дополнение к необходимости моделирования сложной геометрии приложения тока, одной из неопределенностей является тот факт, что проводимость тканей головы человека (в частности, наиболее резистентная - кости черепа) недостаточно хорошо известна. Такая проводимость может быть оценены с помощью метода ограниченной томографии электрического импеданса (Beit), если подобная геометрии построена точно на основе визуализации мозга (в частности, структурной) В общем, в TES используются два основных типа электродов: большие пластыри для анода и катода (как правило, 5 на 7 см) и значительные меньшие по плотности чем подобные множественные электроды, которые применяются при электроэнцефалографии. В первом более традиционном подходе, небольшое число (обычно два) из относительно больших круглых или квадратных электродов используется в биполярной конфигурации и при разном монтаже. Большие площади электродов помогают уменьшить плотность тока на скальпе. Однако они не позволяют реконфигурировать пространственные монтажи электродов и, следовательно, шаблоны стимуляции во время протокола стимуляции по шкале времени динамики мозга (миллисекунды).
Почему эффект транскраниальной электростимуляции зависит от правильной навигации ее фокуса?
Требование к конкретному выделению очагов поражения регионов нейронов (ROI) заключается в использовании методологии, минимальный, насколько это возможно, ток, применяемый к областям мозга, не имеющим отношения к цели воздействия. Несмотря на эти последние достижения, продолжаются дебаты на тему клинической эффективности ТES, в частности, объяснение вариабельности ответов на подобную терапию. Около 36% пациентов демонстрируют картину анодно-возбуждающих / катодно-ингибирующих эффектов, которые обычно описываются в литературе. Кроме того, доказательство нелинейной зависимости между дозировкой и измеренными последствиями воздействия током подразумевает, что согласованность лечения с записью биоэлектрической активности может быть очень чувствительной к точности дозировки. Поскольку текущий поток тока не может быть полностью сфокусирован, а скорее следует по пути наименьшего сопротивления через ткани головы, требуется точная модель положений электродов и проводимости. Кроме того, поскольку ток, по-видимому, обнаруживает разные эффекты, если он согласован с активностью нейронов (нормальный по отношению к поверхности коры), по сравнению с пересечением нейронов (тангенциальный поток), важно моделировать кортикальную геометрию человека с поверхностью коры с помощью индивидуальной анатомической магнитно-резонансной томографии , с целью вычисления компонентов плотности индуцированного тока, которые являются нормальными по отношению к коре, чем тангенциальные токи. Кроме того, возрастает интерес к воздействию током как бы выходя за пределы традиционного использования двух больших губчатых электродов, например, с помощью местной модели с высоким разрешением одного источника (электрода), окруженного четырьмя электродами или массивными плотными электродными решетками, для повышения точности TES. Уточнение спецификации плотности воздействующего тока для каждого отдельного субъекта, таким образом, позволит вычислять эффективную дозу индивидуально, что может быть важным для понимания значительной вариабельности ответов, наблюдаемой у отдельных лиц. В этом отношении анатомически верное и специфическое для модели головы воздействие током в TES становится все более важным для определения места окончательного тестирования клинической эффективности TES в будущих клинических испытаниях.
Исследования необходимые для навигации
Электроэнцефалография
Почему важно при навигации фокуса транскраниальной электрической стимуляции использовать данные электроэнцефалограммы?
С достижениями в области записи электроэнцефалограммы с плотным массивом информации теперь возможно анализировать массивы больших электродов для не инвазивной модуляции. Использование более гибкой многоэлектродной схемы позволяет реализовать гораздо более универсальные и даже замкнутые контуры, создавать протоколы динамической стимуляции, ориентированные на несколько ROI за один сеанс воздействия, одновременную делая запись ЭЭГ с целью нейрофизиологической обратной связи и быстрой настройки шаблонов конфигурации воздействия при программном обеспечении. С плотным массивом электродов TES также возрастает точность фокусировки и интенсивности воздействия на мишени коры. Изменяя точки расположения небольших электродов (или меньший кластер электродов, аппроксимирующий площадь) на скальпе и сопоставляя с уровнем воздействия фиксированного тока, можно оптимизировать "доставку" тока в ROI регион коры с использованием специального алгоритма. Задача определения необходимой плотности направленного тока, без наложения дополнительных ограничений минимального воздействия на другие области мозга может быть решена прямо и точно с использованием принципа взаимности. Оптимизация TES с плотным массивом, как правило, сложнее из-за гораздо большего числа степеней свободы, чем в двух tDCS пластырей-электродов. Основная задача состоит в том, чтобы найти текущую схему воздействия током, описывающую уровни тока (электрического источника) или "стока" (выхода) для каждого электрода в системе плотной электродной решетки, которая повышает точность воздействия на цель для того, чтобы максимизировать плотность тока на кортикальном ROI и минимизировать его в других областях мозг. Чтобы соответствовать ограничениям безопасности, ограничение тока на электрод требует ограничений типа 1- , что делает эти алгоритмы итеративными и, следовательно, вычисления интенсивности. Кроме того, для решения этих алгоритмов требуется независимый источник тока для каждого электрода, что увеличивает сложность и стоимость оборудования [за исключением небольшого числа исследований по плотным массивам tDCS с меньшим количеством источников тока и меньшим количеством электродов. Принцип взаимности относится к дополнения электрического поля в корковом дипольным местоположении, созданном путем инжекции тока на коже головы, с электрическим потенциалом на коже головы в области инъекционной точки, вызванной тем же диполем. Этот метод объединяет электроэнцефалографию и TES (FP, позволяя эффективно находить оптимальное решение с помощью анализа источников ЭЭГ и TES. Аналогичная связь взаимности существует между магнитной энцефалографией (MEG) и TMS FP. Этот подход можно использовать в качестве ориентира для поиска схем воздействия током как в плотном массиве TES с аппаратными и защитными ограничениями, так и в динамически реконфигурируемой мульти ТМS. При более плотном покрытии скальпа в плотном массиве ЭЭГ полюса, топографии электроэнцефалограммы для любого свинцового поля коры аппроксимируется лучше, и поэтому ожидается, что инжекция обратного тока от этих «полюсных» электродов обеспечит более точное выделение мишени воздействия. Остается непонятным работают ли методы направленного воздействия на основе взаимности аналогично или лучше, чем методы LS и LCMV, а также то, что использование очень большого числа (256) электродов вместо (128) действительно улучшает эффективность данных методов. Предварительные результаты по использованию принципа взаимности для получения удобных протоколов влияния тока с использованием сетей ЭЭГ с 128 и 256 сетями высокой плотности. Метод взаимности оптимален для максимизации составляющей плотности тока на мишени желаемой ориентации. Описано четыре метода, полученных с помощью принципа взаимности, с эмпирическим учетом дополнительных требований минимизации воздействия TES на нецелевые области мозга и контрастирования их с алгоритмами LS и LCMV. Возможно моделирование на детальной модели головного мозга FE с учетом четырех репрезентативных кортикальных целей для оценки эффективности методов с точки зрения ошибки выделения мишени (TE), фокусировки направленности и интенсивности воздействия током. Первый метод, основанный на взаимности, имеет теоретическое значение, когда только один электрод вводит общий максимальный ток, а остальные электроды действуют как множественные "поглотители" распространения обратных токов и минимизации воздействия TES на нецелевые области. В других трех методах взаимности, рассматривается дополнительное ограничение: верхняя граница тока, подаваемого каждым электродом, который обычно рассматривается с точки зрения ограничения безопасности для того, чтобы избежать раздражения кожи. Эти методы различаются способом выбора "поглотителей" и обеспечения лучшей оптимизации с точки зрения либо полной интенсивности цели («противоположной» конфигурации), либо показателя фокусирования («кольцевая» конфигурация).
Магнитно-резонасная томография
Чем может быть полезна транкраниальная магнитная стимуляция при навигации для транскраниальной магнитной электростимуляции?
Эталонная модель мягких тканей для взрослого субъекта может была получена из T1-взвешенных МР-изображений головы, с помощью сканера 3T Allegra (Siemens Healthcare Германия). Структура кости была получена от компьютерного сканирования того же объекта, записанного с помощью КТ-сканера GE (General Electric, Fairfield, United States). Матрица регистрации составляет 256 × 256 × 256 с размером вокселей 1 мм × 1 мм × 1 мм как при сканировании CT, так и T1. Чтобы построить анатомически точную геометрию модели, изображения МРТ T1 автоматически сегментируются на семь типов тканей (серое вещество, белое вещество (WM), CSF, скальп, глазные яблоки, внутренний воздух и череп). Объем ТТ сегментирован в мягкие ткани, внутренние компоненты воздуха и кости черепа. Типичные положения электродов в сетях датчиков EGI 128 и 256 с высокой плотностью EGI, определенные для объекта в предыдущих исследованиях проводится с использованием системы «геодезической программетрии (GPS).
Электростимуляция отдельных психоневрологических расстройств
Расстройства тревожного и депрессивного спектров
Какой монтаж электродов оптимален для лечения с помощью транскраниальной электростимуляции расстройств депрессивного и тревожного спектров?
При лечении депрессии с помощью tDCS: анод - левый DLPFC (F3) , катод - правый надглазничный ( FP2); подобное расположение электродов является наиболее широко изученным монтажом при tDCS, показанным для улучшения настроения, особенно тех пациентов, которые страдают депрессией. Кроме того, было показано, что этот монтаж облегчает симптомы тревоги и в некоторых случаях тяжелой резистентной депрессии, сезонного аффективного расстройства и общего тревожного расстройства. Отсутствие эффективности терапии депрессии при таком размещении электродов в ряде случаев требует другого монтажа, например, такого, как анод - левая над орбитальная область ( FP1) , катод - верхняя часть головы ( CZ) или затылочная ( OZ) области.
Инсульт
Какой монтаж электродов оптимален для лечения с помощью транскраниальной электростимуляции расстройств после инсульта и повышенной импульсивности?
Для восстановления двигательной активности после инсульта используется следующий монтаж электродов: анод - С3, катод – на противоположной стороне (С4). При повышенной импульсивности выбирается монтаж электродов, при котором анод - правый сосцевидный отросток (P10), катод - правая дорсолатеральная префронтальная кора (DLPFC) (F4). Ослабление влечения к алкоголю и другим веществам, вызывающим зависимость - монтаж электродов: анод - правый DLPFC (F4), катод - левый DLPFC (F3).
Расстройства привычек и влечений
Какой монтаж электродов оптимален для лечения с помощью транскраниальной электростимуляции расстройств привычек и влечений?
При расстройствах пищевого поведения, алкогольной зависимости, наркоманий и склонности к азартным играм применяется следующий монтаж электродов при tDCS: анод - правый дорсолатеральная префронтальная кора (DLPFC) (F4), катод - левая дорсолатеральная префронтальная кора (DLPFC) (F3). Активация префронтальной коры с помощью транс-краниальной стимуляции постоянным током снижает влечение к риску в ситуации, требующей неоднозначного принятия решений.
Обучение
Какой монтаж электродов оптимален для ускорения процесса обучения?
В целях ускоренного обучения, выбирается следующий монтаж электродов при tDCS: анод - правый висок (передняя часть) (F10), катод - левое плечо (монтаж DARPA). Военные исследования в США показали, что tDCS может увеличить скорость фокусировки и обучения в 2 раза, в том числе удваивая скорость обучения у студентов. Многочисленные данные подтверждают мнение о том, что tDCS может ускорить обучение и повысить производительность в решении целого ряда сложных когнитивных задач. С целью улучшения памяти и более эффективного обучения применяется следующий монтаж электродов: анод - левая над-орбитальная область (FP1), катод - правая над-орбитальная область (FP2). Для улучшения внимания и рабочей памяти, в частности, при синдроме повышенной двигательной активности и плохой концентрации внимания выбирается следующий монтаж электродов: анод – над-орбитальная область (FP1) или (FP2), катод - противоположное плечо. В целях общего повышения эффективности когнитивной сферы монтаж электродов: анод - правая височная область (Т4) , катод - левая височная область (Т3). Некоторые пациенты при таком монтаже электродов (tDCS) демонстрируют усиление избирательного внимания и улучшение памяти. Математические способности можно улучшить с помощью tDCS при следующем монтаже электродов: анод - правая теменная область (P4), катод - левая теменная область (Р3). По некоторым данным стимуляция теменной коры может улучшить математическую способность на срок до 6 месяцев. С целью более качественной обработки звука, в частности, улучшения восприятия высоты тона, особенно, около звуковых частот 4k Hertz применяется монтаж электродов, при котором анод располагается на височной области (Т3) или (Т4) , а катод - на противоположном плече.
Зрительное восприятие
Какой регион мозга отвечает за зрительное восприятие?
Визуальная кора является областью мозга, ответственной за зрительное восприятие. Она разделена на первичную визуальную кору V1, анатомически эквивалентную области Бродмана (BA) 17, а также экстраординарные визуальные корковые области V2, V3, V4 и V5, соответствующие BA 18 и 19 (Van den Stock J., et al., 2014). Эти визуальные области организованы в два иерархически и функционально специализированных тракта обработки: вентральный («какой» ) путь , включающий V1, V2, V4 и нижние височные области TEO и TE, для объектного зрения; и дорсальный («где» ) поток, включающий V1, V2, V3, среднюю височную область (V5-MT), среднюю верхнюю височную область (MST) и дальнейшие структуры в нижней теменной и верхней височной коре (пространственное зрения и восприятие движения).
Что показали исследования анодной и катодной стимуляции постоянным током зрительной коры мозга?
Многие авторы исследовали влияние tDCS на зрительную кору. Например, A. Antal et al. (2004) сообщили о снижении "порога фосфена" после 10 мин анодных tDCS 1 мА и увеличение порога фосфена после катодного tDCS над Oz в затылочном полюсе (Antal et al., 2003). Используя аналогичный протокол, Accornero et al. изучали индуцированные tDCS модификации в визуально вызванных потенциалах (VEP-P100) у людей и обнаружили, что анодная поляризация уменьшает амплитуду VEP-P100, тогда как катодная поляризация значительно увеличивает амплитуду (Accornero C., et al., 2007). Это говорит о том, что в соответствии с полярностью стимуляции анодный и катодный tDCS вызывают различные эффекты. Известно, что анодный tDCS вызывает деполяризацию потенциала мембраны покоя в нейронах, что увеличивает их возбудимость; тогда как катодные tDCS вызывают гиперполяризацию потенциала покоя мембраны с уменьшением возбудимости нейронов (Nitsche M., et al., 2008). Однако в некоторых исследованиях были получены при этом противоречивые поведенческие эффекты, а для обоснования таких результатов были предложены различные теории (Antal A., et al., 2004; Batsikadze G., et al., 2013). Обычные катодные tDCS над левым V5 влияют на решение визуально моторной задачи, изменяя только визуальное восприятие и контролируя ее, при этом стимулируя различные области зрительной и двигательной коры; анодные tDCS не влияют на поведение. Эффект также зависел от сложности задачи. Учитывая зависящие от задачи и местоположения эффекты tDCS (Nitsche M., et al., 2008), теория о деполяризации и гиперполяризации нейронов представляется слишком запутанной, чтобы объяснить сложность проблемы, а характеристики поведении при решении задачи визуального движения после стимуляции правого V5 должны быть дополнительно изучены.
Литература
Meraviglia, C., & Accornero, L. (2007). La valutazione sociale delle occupazioni nell’Italia contemporanea: una nuova scala per vecchie ipotesi. Quaderni di Sociologia, (45), 19-73.
Antal, A., Nitsche, M. A., Kincses, T. Z., Kruse, W., Hoffmann, K. P., & Paulus, W. (2004). Facilitation of visuo‐motor learning by transcranial direct current stimulation of the motor and extrastriate visual areas in humans. European Journal of Neuroscience, 19(10), 2888-2892.
Batsikadze, G., Moliadze, V., Paulus, W., Kuo, M. F., & Nitsche, M. (2013). Partially non‐linear stimulation intensity‐dependent effects of direct current stimulation on motor cortex excitability in humans. The Journal of physiology, 591(7), 1987-2000.
Bikson, M., Rahman, A., & Datta, A. (2012). Computational models of transcranial direct current stimulation. Clinical EEG and neuroscience, 43(3), 176-183.
Borckardt, J. J., Bikson, M., Frohman, H., Reeves, S. T., Datta, A., Bansal, V.. & George, M. S. (2012). A pilot study of the tolerability and effects of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) on pain perception. The Journal of Pain, 13(2), 112-120.
DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., & Fregni, F. (2011). Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of visualized experiments: JoVE, (51), 2744.
Datta, A., Bansal, V., Diaz, J., Patel, J., Reato, D., & Bikson, M. (2009). Gyri-precise head model of transcranial direct current stimulation: improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain stimulation, 2(4), 201-207.
Dmochowski, J. P., Datta, A., Huang, Y., Richardson, J. D., Bikson, M., Fridriksson, J., & Parra, L. C. (2013). Targeted transcranial direct current stimulation for rehabilitation after stroke. Neuroimage, 75, 12-19.
Faria, P., Hallett, M., & Miranda, P. C. (2011). A finite element analysis of the effect of electrode area and inter-electrode distance on the spatial distribution of the current density in tDCS. Journal of neural engineering, 8(6), 066017.
Frank, E., Wilfurth, S., Landgrebe, M., Eichhammer, P., Hajak, G., & Langguth, B. (2010). Anodal skin lesions after treatment with transcranial direct current stimulation. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation, 3(1), 58-59.
Kalia, Y. N., & Guy, R. H. (1995). The electrical characteristics of human skin in vivo. Pharmaceutical research, 12, 1605-1613.
Minhas, P., Bikson, M., Woods, A. J., Rosen, A. R., & Kessler, S. K. (2012, August). Transcranial direct current stimulation in pediatric brain: a computational modeling study. In 2012 annual international conference of the IEEE engineering in medicine and biology society (pp. 859-862). IEEE.
Miranda, V., Jorás, S. E., Waga, I., & Quartin, M. (2009). Viable singularity-free f (R) gravity without a cosmological constant. Physical Review Letters, 102(22), 221101.
Monte-Silva, K., Kuo, M. F., Liebetanz, D., Paulus, W., & Nitsche, M. A. (2010). Shaping the optimal repetition interval for cathodal transcranial direct current stimulation (tDCS). Journal of neurophysiology, 103(4), 1735-1740.
Nitsche, M. A., Cohen, L. G., Wassermann, E. M., Priori, A., Lang, N., Antal, A.,. & Pascual-Leone, A. (2008). Transcranial direct current stimulation: state of the art 2008. Brain stimulation, 1(3), 206-223.
Palm, U., Keeser, D., Schiller, C., Fintescu, Z., Reisinger, E., Padberg, F., & Nitsche, M. (2008). Skin lesions after treatment with transcranial direct current stimulation (tDCS). Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation, 1(4), 386-387.
Plazier, M., Joos, K., Vanneste, S., Ost, J., & De Ridder, D. (2012). Bifrontal and bioccipital transcranial direct current stimulation (tDCS) does not induce mood changes in healthy volunteers: a placebo controlled study. Brain stimulation, 5(4), 454-461.
Poreisz, C., Boros, K., Antal, A., & Paulus, W. (2007). Safety aspects of transcranial direct current stimulation concerning healthy subjects and patients. Brain research bulletin, 72(4-6), 208-214.
Ungerleider, L. G., & Haxby, J. V. (1994). ‘What’and ‘where’in the human brain. Current opinion in neurobiology, 4(2), 157-165.
Van den Stock, J., Tamietto, M., Zhan, M., Heinecke, A., Hervais-Adelman, A., Legrand, L. & de Gelder, B. (2014). Neural correlates of body and face perception following bilateral destruction of the primary visual cortices. Frontiers in behavioral neuroscience, 8, 30.
Villamar, M. F., Wivatvongvana, P., Patumanond, J., Bikson, M., Truong, D. Q., Datta, A., & Fregni, F. (2013). Focal modulation of the primary motor cortex in fibromyalgia using 4× 1-ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): immediate and delayed analgesic effects of cathodal and anodal stimulation. The Journal of Pain, 14(4), 371-383.
Добавить комментарий