Czym jest Przezczaszkowa Stymulacja Prądem Stałym (tDCS)?

Wprowadzenie

            Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) to bezpieczna i nieinwazyjna technika stymulacji mózgu, która jest coraz częściej badana jako narzędzie kliniczne w leczeniu zaburzeń neuropsychiatrycznych. Rosnące zainteresowanie tą techniką podkreśla znaczenie wyjaśnienia leżącej u jej podstaw neurofizjologii. Badania elektrofizjologii i przezczaszkowej stymulacji magnetycznej wykazały, że tDCS może modulować pobudliwość kory w sposób zależny od polaryzacji. Zasadniczo stymulacja anodowa zwiększa pobudliwość korową, podczas gdy stymulacja katodowa ją zmniejsza. Ponadto te zmiany pobudliwości korowej zależą od gęstości prądu i czasu trwania stymulacji. Wykazano, że tDCS moduluje aktywność zarówno w korach ruchowych, jak i wzrokowych, a ostatnio wykazano, że bezpośrednio wpływa na pobudliwość rdzenia kręgowego. Wykazano, że anodowy tDCS zwiększa ułatwienie wewnątrzkorowe i zmniejsza hamowanie wewnątrzkorowe, podczas gdy katodowy tDCS wykazuje działanie odwrotne. Wykazano również, że tDCS moduluje hamowanie przezmodzelowate i może być obiecującym narzędziem do zwiększania efektów stymulacji skojarzonej. Badania neurofarmakologiczne sugerują, że natychmiastowe działanie tDCS wynika z modulacji potencjałów błony neuronalnej na poziomach podprogowych, zwiększając lub zmniejszając szybkość wyzwalania potencjału czynnościowego. Efekty długoterminowe, trwające przez okresy znacznie przekraczające czas stymulacji, prawdopodobnie obejmują mechanizmy zależne od receptora.

Wśród różnych technik stymulacji mózgu, tDCS wyróżnia się jako jedna z najprostszych w projektowaniu. TDCS obejmuje podawanie prądu stałego przez skórę głowy. Generator prądu zasilany bateryjnie, zdolny do dostarczania małych prądów (zwykle poniżej 10 mA), jest podłączony do dwóch elektrod na bazie gąbki. Elektrody gąbkowe są moczone, nakładane na włosy na skórę głowy i utrzymywane w miejscu za pomocą nieprzewodzącej gumki przymocowanej wokół głowy. Prąd jest wstrzykiwany przez skórę głowy i czaszkę w celu zmiany potencjałów błonowych neuronów w leżącej poniżej korze, powodując w czasie rzeczywistym efekty neurofizjologiczne. Co ważne, tDCS moduluje jedynie aktywność neuronalną i tak naprawdę nie stymuluje potencjałów czynnościowych.

Zastosowania

TDCS jest cenny w badaniu wpływu modulacji korowej na różne sieci neuronowe związane z językiem[1], percepcją sensoryczną[2], podejmowaniem decyzji[3], pamięcią[4] i bólem emocjonalnym[5], wśród innych procesów poznawczych. TDCS został również wprowadzony jako skuteczne narzędzie do łagodzenia przewlekłego bólu. Wstępne badania małej wielkości próby i opisy przypadków z tDCS wykazały początkowe pozytywne wyniki w modulowaniu przewlekłego bólu u pacjentów z terminalnym rakiem[6], fibromialgią[7] oraz urazowym uszkodzeniem rdzenia kręgowego.[8] Ostatnie badania sugerują, że tDCS może również ułatwiać rehabilitację motoryczną i pamięć roboczą po udarze, wykazując znaczące efekty trwające dwa tygodnie.[9][10][11] Dodatkowo, tDCS może być interesującym narzędziem do modulowania nastroju i innych procesów poznawczych, takich jak głód narkotykowy.[12][13][14][15]

TDCS jest skuteczny w leczeniu następujących zaburzeń:

– ból o różnym pochodzeniu: ostry ból pooperacyjny, przewlekły ból, ból ośrodkowy w SM, ból fantomowy, ból poudarowy, polineuropatia cukrzycowa[16]

– migrena[17][18][19]

– fibromialgia[20][21][22]

– depresja[23][24][25]

– rehabilitacja po udarze (zespół nieuwagi stronnej, afazja, afazja niepłynna Broca, afazja płynna Wernikego, dysfagia)[26]

– schizofrenia[27][28]

– uzależnienia[29]

– zaburzenia lękowe[30]

– zespół stresu pourazowego[31]

– zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne[32]

– pogorszenie funkcji poznawczych związane ze starzeniem się[33]

– choroba Alzheimera[34]

– łagodne zaburzenia poznawcze[35]

– demencja z chorobą Parkinsona[36]

– zespół korowo-podstawny[37]

Warto zauważyć, że stymulacja tDCS jest przeznaczona również dla osób zdrowych, a także sportowców. Istnieją badania potwierdzające skuteczność tDCS w poprawianiu funkcji poznawczych, tworzeniu i odzyskiwaniu pamięci epizodycznej oraz opóźnianiu występowania zmęczenia ruchowego w trakcie wysiłku fizycznego.[38][39][40]

Bezpieczeństwo terapii tDCS

Liczne badania potwierdzają, że stymulacja przezczaszkowa o niskiej intensywności jest bezpieczna do stosowania u ludzi i że wiąże się tylko z rzadkimi i stosunkowo niewielkimi skutkami ubocznymi.[41] TDCS nie podnosi poziomu markerów molekularnych uszkodzenia neuronów w surowicy, takich jak enolaza swoista dla neuronów[42] lub asparaginian N.[43] Ponadto, zarówno badania MRI, jak i EEG ze wzmocnionym kontrastem nie wykazały żadnych zmian patologicznych związanych ze stosowaniem tDCS.[44] U ludzi nie zaobserwowano przypadków napadów padaczkowych wywołanych przez tDCS.[45] W rzeczywistości pulsacyjna stymulacja przezczaszkowa była skorelowana z działaniem przeciwpadaczkowym u szczurów[46], a poprzednie badanie tDCS u pacjentów z padaczką oporną na leczenie nie wykazało wzrostu napadów drgawkowych lub wyładowań EEG.[47] Najczęstsze działania niepożądane obserwowane w przypadku tDCS to łagodne mrowienie (70,6%), umiarkowane zmęczenie (35,3%), uczucie lekkiego swędzenia (30,4%), lekkie pieczenie (21,6%) i łagodny ból (15,7%) pod elektrodami.[48]

Rzadziej niektórzy badani zgłaszają bóle głowy (11,8%), problemy z koncentracją (10,8%), nudności (2,9%) i zaburzenia snu (1,0%).[49] Zgłaszano zmiany skórne w postaci oparzeń po zastosowaniu tDCS.[50] W niewielkiej liczbie przypadków pojawiły się odczucia wizualne związane z włączaniem lub wyłączaniem stymulacji, ale można tego uniknąć, powoli zmieniając obecny poziom na początku i na końcu stymulacji. TDCS dostarczony na poziomie 2 mA i podany zgodnie z aktualnymi wytycznymi stymulacji[51], okazał się bezpieczny do stosowania zarówno u zdrowych ochotników[52], jak i u pacjentów z uszkodzeniem neurologicznym.[53] Korzystając z modelów szczurzych, badacze zbadali granice bezpieczeństwa rozszerzonego katodowego tDCS i stwierdzili, że próg gęstości ładunku jest o dwa rzędy wielkości większy niż ładunek obecnie podawany ludziom.[54] Zastosowania tDCS u kobiet w ciąży i u dzieci nie zostały jednak jeszcze zbadane.

Wygląd i montaż urządzenia do terapii tDCS

[1]Floel, A., Rosser, N., Michka, O., Knecht, S., & Breitenstein, C. (2008). Noninvasive brain stimulation improves language learning. Journal of Cognitive Neuroscience, 20(8), 1415-1422.

[2]Boggio, P. S., Zaghi, S., Lopes, M., & Fregni, F. (2008). Modulatory effects of anodal tran scranial direct current stimulation on perception and pain thresholds in healthy volun teers. European Journal of Neurology, 15(10), 1124-1130.

[3]Fecteau, S., Pascual Leone, A., Zald, D. H., Liguori, P., Theoret, H., Boggio, P. S., et al. (2007). Activation of prefrontal cortex by transcranial direct current stimulation reduces appetite for risk during ambiguous decision making. Journal of Neuroscience, 27 (23), 6212-6218.

[4]Fregni, F., Boggio, P. S., Nitsche, M., Bermpohl, F., Antal, A., Feredoes, E., et al. (2005). Anodal transcranial direct current stimulation of prefrontal cortex enhances working memory. Experimental Brain Research, 166(1), 23-30.

[5]Boggio, P. S., Zaghi, S., & Fregni, F. (2009). Modulation of emotions associated with images of human pain using anodal transcranial direct current stimulation (tDCS). Neuropsychologia, 47(1), 212-217.

[6]Silva, G., Miksad, R., Freedman, S. D., Pascual Leone, A., Jain, S., Gomes, D. L., et al. (2007). Treatment of cancer pain with noninvasive brain stimulation. Journal of Pain Symptom Management, 34(4), 342-345.

[7]Fregni, F., Gimenes, R., Valle, A. C., Ferreira, M. J., Rocha, R. R., Natalle, L., et al. (2006). A randomized, sham controlled, proof of principle study of transcranial direct current stimulation for the treatment of pain in fibromyalgia. Arthritis and Rheumatism, 54(12), 3988-3998.

[8]Fregni, F., Boggio, P. S., Lima, M. C., Ferreira, M. J., Wagner, T., Rigonatti, S. P., et al. (2006). A sham controlled, phase II trial of transcranial direct current stim ulation for the treatment of central pain in traumatic spinal cord injury. Pain, 122 (1 2), 197-209.

[9]Boggio, P. S., Nunes, A., Rigonatti, S. P., Nitsche, M. A., Pascual Leone, A., & Fregni, F. (2007). Repeated sessions of noninvasive brain DC stimulation is associated with motor function improvement in stroke patients. Restorative Neurology and Neuroscience, 25(2), 123-129.

[10]Jo, J. M., Kim, Y. H., Ko, M. H., Ohn, S. H., Joen, B., & Lee, K. H. (2009). Enhancing the working memory of stroke patients using tDCS. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation, 88(5), 404-409.

[11]Nowak, D. A., Grefkes, C., Ameli, M., & Fink, G. R. (2009). Interhemispheric competi tion after stroke: brain stimulation to enhance recovery of function of the affected hand. Neurorehabilitation and Neural Repair, 23(7), 641-656.

[12]Boggio, P. S., Bermpohl, F., Vergara, A. O., Muniz, A. L., Nahas, F. H., Leme, P. B., et al. (2007). Go no go task performance improvement after anodal transcranial DC stimulation of the left dorsolateral prefrontal cortex in major depression. Journal of Affective Disorders, 101(13), 91-98.

[13]Boggio, P. S., Sultani, N., Fecteau, S., Merabet, L., Mecca, T., Pascual Leone, A., et al. (2008). Prefrontal cortex modulation using transcranial DC stimulation reduces alco hol craving: a double blind, sham controlled study. Drug and Alcohol Dependency, 92 (13), 55-60.

[14]Fregni, F., Liguori, P., Fecteau, S., Nitsche, M. A., Pascual Leone, A., & Boggio, P. S. (2008). Cortical stimulation of the prefrontal cortex with transcranial direct current stimulation reduces cue provoked smoking craving: a randomized, sham controlled study. Journal of Clinical Psychiatry, 69(1), 32-40.

[15]Zaghi, S., Acar, M., Hultgren, B., Boggio, P. S., & Fregni, F. (2010). Noninvasive brain stimulation with low intensity electrical currents: putative mechanisms of action for direct and alternating current stimulation. Neuroscientist, 16(3), 285-307.

[16]Knotkova H., Borckardt J. J., Riggs A., DaSilva A. F., „Transcranial Direct Current Stimulation Potential for Pain Management”

[17]Antal, A., Kriener, N., Lang, N., Boros, K., & Paulus, W. (2011). Cathodal transcranial direct current stimulation of the visual cortex in the prophylactic treatment of migraine. Cephalalgia, 31, 820–828.

[18]Auvichayapat, P., Janyacharoen, T., Rotenberg, A., Tiamkao, S., Krisanaprakornkit, T., Sinawat, S.,  Auvichayapat, N. (2012). Migraine prophylaxis by anodal transcranial direct current stimulation, a randomized, placebo-controlled trial. Journal of the Medical Association of Thailand, 95, 1003–1012.

[19]Cosentino, G., Brighina, F., Talamanca, S., Paladino, P., Vigneri, S., Baschi, R., Fierro, B. (2014). Reduced threshold for inhibitory homeostatic responses in migraine motor cortex? A tDCS/TMS study. Headache: The Journal of Head and Face Pain, 54(4), 663–674.

[20]Castillo-Saavedra, L., Gebodh, N., Bikson, M., Diaz-Cruz, C., Brandao, R., Coutinho, L., & Laufer, I. (2016). Clinically effective treatment of fibromyalgia pain with high-definition transcranial direct current stimulation: Phase II open-label dose optimization. The Journal of Pain, 17(1), 14–26.

[21]Fagerlund, A. J., Hansen, O. A., & Aslaksen, P. M. (2015). Transcranial direct current stimulation as a treatment for patients with fibromyalgia: A randomized controlled trial. Pain, 156(1), 62–71.

[22]Foerster, B. R., Nascimento, T. D., DeBoer, M., Bender, M. A., Rice, I. C., Truong, D. Q., Bikson, M., Clauw, D. J., Zubieta, J. K., Harris, R. E., & DaSilva, A. F. (2014). Excitatory and inhibitory brain metabolites as targets and predictors of effective motor cortex tDCS therapy in fibromyalgia. Arthritis & Rheumatology.

[23]Fregni, F., Boggio, P. S., Nitsche, M. A., Marcolin, M. A., Rigonatti, S. P., & Pascual-Leone, A. (2006). Treatment of major depression with transcranial direct current stimulation. Bipolar Disorders, 8(2), 203–204.

[24]Fregni, F., Boggio, P. S., Nitsche, M. A., Rigonatti, S. P., & Pascual-Leone, A. (2006). Cognitive effects of repeated sessions of transcranial direct current stimulation in patients with depression. Depression & Anxiety, 23(8), 482–484.

[25]Boggio, P. S., Rigonatti, S. P., Ribeiro, R. B., Myczkowski, M. L., Nitsche, M. A., Pascual-Leone, A., & Fregni, F. (2008). A randomized, double-blind clinical trial on the efficacy of cortical direct current stimulation for the treatment of major depression. The International Journal of Neuropsychopharmacology, 11(2), 249–254.

[26]Awosika O. O., Cohen L. G.„Transcranial Direct Current Stimulation in Stroke Rehabilitation: Present and Future

[27]Bose, A., Sowmya, S., Shenoy, S., Agarwal, S. M., Chhabra, H., Narayanaswamy, J. C., & Venkatasubramanian, G. (2015). Clinical utility of attentional salience in treatment of auditory verbal hallucinations in schizophrenia using transcranial direct current stimulation (tDCS). Schizophrenia Research, 164(1–3), 279–280.

[28]Subramaniam, A., Agarwal, S. M., Kalmady, S., Shivakumar, V., Chhabra, H., Bose, A.,Venkatasubramanian, G. (2015). Effect of transcranial direct current stimulation on prefrontal inhibition in schizophrenia patients with persistent auditory hallucinations: A study on antisaccade task performance. Indian journal of psychological medicine, 37(4), 419–422.

[29]Fregni, F., Liguori, P., Fecteau, S., Nitsche, M. A., Pascual-Leone, A., & Boggio, P. S. (2008). Cortical stimulation of the prefrontal cortex with transcranial direct current stimulation reduces cue-provoked smoking craving: A randomized, sham-controlled study. The Journal of Clinical Psychiatry, 69(1), 32–40.

[30]Clarke, P. J., Browning, M., Hammond, G., Notebaert, L., & MacLeod, C. (2014). The causal role of the dorsolateral prefrontal cortex in the modification of attentional bias: Evidence from transcranial direct current stimulation. Biological Psychiatry, 76(12), 946–952.

[31]Bogdanov, M., & Schwabe, L. (2016). Transcranial stimulation of the dorsolateral prefrontal cortex prevents stress-induced working memory deficits. The Journal of Neuroscience, 36(4), 1429–1437.

[32]Bation, R., Poulet, E., Haesebaert, F., Saoud, M., & Brunelin, J. (2016). Transcranial direct current stimulation in treatment-resistant obsessive-compulsive disorder: An open-label pilot study. Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry, 65, 153–157.

[33]Woods A. J., Antonenko D., Flöel A., Hampstead B. M., Clark D., Knotkova H. „Transcranial Direct Current Stimulation in Aging Research”

[34]Boggio, P. S., Ferrucci, R., Mameli, F., Martins, D., Martins, O., Vergari, M., Priori, A. (2012). Prolonged visual memory enhancement after direct current stimulation in Alzheimer’s disease. Brain Stimulation, 5, 223–230.

[35]Cheng, C. P. W., Chan, S. S. M., Mak, A. D. P., Chan, W. C., Cheng, S. T., Shi, L., Lam, L. (2015). Would transcranial direct current stimulation (tDCS) enhance the effects of working memory training in older adults with mild neurocognitive disorder due ot Alzheimer’s disease: Study protocol for a randomized controlled trial. Trials, 16, 479–486.

[36]Doruk, D., Gray, Z., Bravo, G. L., Pascual-Leone, A., & Fregni, F. (2014). Effects of tDCS on executive function in Parkinson’s disease. Neuroscience Letters, 582, 27–31.

[37]Bianchi, M., Cosseddu, M., Manenti, R., Brambilla, M., Rizzetti, C., Padovani, A., & Borroni, B. (2015). Left parietal cortex transcranial direct current stimulation enhances gesture processing in corticobasal syndrome. European Journal of Neurology, 22, 1317–1322.

[38]Shah-Basak P. P., Hamilton R. H., Nitsche M. A., Woods A. J., Transcranial Direct Current Stimulation in Cognitive Neuroscience.

[39]A. Medvedeva, M. Materassi, V. Neacsu, J. Beresford-Webb, A. Hussin, N. Khan, F. Newton, G. Galli, Effects of anodal transcranial direct current stimulation over the ventrolateral prefrontal cortex on episodic memory formation and retrieval.

[40]Seidel-Marzi O., Ragert P., Anodal transcranial direct current stimulation reduces motor slowing in athletes and non-athletes.

[41]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(46), 208-214.

[42]Nitsche, M. A., & Paulus, W. (2001), op. cit.

[43]Rango, M., Cogiamanian, F., Marceglia, S., Barberis, B., Arighi, A., Biondetti, P., et al. (2008), op. cit.

[44]Nitsche, M. A., Niehaus, L., Hoffmann, K. T., Hengst, S., Liebetanz, D., Paulus, W., et al. (2004), op. cit.

[45]Poreisz, C., Boros, K., Antal, A., & Paulus, W. (2007), op. cit.

[46]Liebetanz, D., Fregni, F., Monte Silva, K. K., Oliveira, M. B., Amancio dos Santos, A., Nitsche, M. A., et al. (2006), op. cit.

[47]Fregni, F., Thome Souza, S., Nitsche, M. A., Freedman, S. D., Valente, K. D., & Pascual Leone, A. (2006). A controlled clinical trial of cathodal DC polarization in patients with refractory epilepsy. Epilepsia, 47(2), 335-342.

[48]Poreisz, C., Boros, K., Antal, A., & Paulus, W. (2007), op. cit.

[49]Ibid.

[50]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, 1, 386-387.

[51]Nitsche, M. (2008). Transcranial direct current stimulation: State of the art 2008. Brain Stimulation, 1(3), 206-223.

[52]Iyer, M. B., Mattu, U., Grafman, J., Lomarev, M., Sato, S., & Wassermann, E. M. (2005), op. cit.

[53]Boggio, P. S., Nunes, A., Rigonatti, S. P., Nitsche, M. A., Pascual Leone, A., & Fregni, F. (2007), op. cit.

[54]Liebetanz, D., Koch, R., Mayenfels, S., Konig, F., Paulus, W., & Nitsche, M. A. (2009). Safety limits of cathodal transcranial direct current stimulation in rats. Clinical Neurophysiology, 120(6), 1161-1167.