tDCS

Transcranial direct current stimulation (tDCS)

Az agy plaszticitásának befolyásolása

Két koponyán kívüli ingerlési lehetőség terjedt el: a repetitive transcranialis mágnes stimuláció (rTMS) és a transcranialis direkt current stimuláció.

Ezen eljárásokkal az agy plaszticitását lehet befolyásolni. Az ingerlés jellegét tekintve alapvetően különböznek egymástól. Míg a TMS a változó elektromágneses tér által keltett áramindukción alapszik, addig a tDCS esetében két elektróda között egyenáram folyik át. 2000-ben Nitsche és Paulus írták le a Journal of Physiologyban, hogy a gyenge áramhatás a koponyán keresztül megváltoztatja a sejtmembrán polaritását és az intracorticalis (kérgi összeköttetések közötti) ingerlékenységet. A külső és belső ingerhatásokra az agykéreg kapcsolataiban megváltozik az ingerlékenység: fokozódik vagy gátlódig. Ez az elektrofiziológiai alapja az agy képlékenységének, plaszticitásának. Az ingerlékenység tartós változása terápiás hatáshoz vezet a különböző központi idegrendszeri betegségekben.

 

A tDCS-nek, mint módszernek az alkalmazása

A két elektróda között gyenge áram 1-2 mA folyik át az agyon. Ha az aktív elektród az anód, akkor facilitáció jön létre, ha az aktív elektród a katód, akkor gátlás alakul ki. A kezelést több napon át kell ismételni. Az ingerlés hatását az határozza meg, hogy mely agyterületet stimuláljuk. Az agykéreg egyes területeihez különböző funkciók tartoznak. A motoros kéreg ingerlésével a mozgást lehet befolyásolni esetleg a béna végtagban is. A beszédmozgató központ a Brocka’mező a bal homloklebeny alsó tekervényének a hátsó részén helyezkedik el, melynek ingerlése segíti a beszéd kifejező képesség javulását stroke után. A figyelem felkeltése, a memória, asszociativ gondolkodás  a homloklebeny oldalsó részeihez kötött (dorsolateral prefrontal cortex), mely területek ingerlése a funkció javulásához vezethet.  Különösen fontos ezen agyterület stimulációja  koponyasérülés után vagy koraszülött csecsemőknél, akiknél a figyelem hiánya nagyfokban akadályozza a rehabilitációt. Egyszerre két agyterület is ingerelhető a kezeléssel. Mellékhatása nem ismert, epilepsiás betegeknél is alkalmazható a stimuláció. Még csak 14 éve alkalmazzák a tDCS a gyógyításban, ennek ellenére rendkívül széles az irodalma. A két koponyán kívüli ingerlés, az rTMS és tDCS együttesen alkalmazható, mert hatásuk összeadódik. Mindkettő jellemzője, hogy pár hét után észlelhető a terápiás eredmény, mely tartós. Az ismételt ingerléssel további kedvező eredmény érhető el.

 

Hatásmechanizmusa a koponyán kívüli ingerléseknek

Több hatásmechanizmus együttese határozza meg a terápiás hatásukat.

Bár az agykérget ingereljük, de ezen ingerlések hatása soha nem lokális, hanem a mélyebb agyterületeket és az ellenoldali agyféltekét (hemispherium) is stimuláljuk. Ebben nagy szerepe van a non-szinaptikus kapcsolatoknak az extraszinaptikus receptorokon keresztül. A kérgi kapcsolatokban megváltozik a GABA (gátló neurotransmitter) és glutamát (serkentő neurotransmitter) egyensúlya az ingerlést követően, mely a biokémiai alapját képezi a stimulációnak. Némi ellentmondás van ezen akut hatás és a terápiás hatás elnyújtott kialakulása között, ezért a hosszú távú hatásért a Brain Derived Nerve Factor (BDNF) és az őssejt képzés fokozott beindításával is számolni kell. A BDNF az a regeneráló fehérje az idegrendszerben, mely az idegi károsodás helyén fokozottan jelenik meg. Mindkét stimuláció fokozza a termelődését. Őssejtek a felnőtt agyban is képződnek. Ezek termelődése és a sérülés helyére történő vándorlása állatkísérletekben fokozódik az ingerlések után. Ez mindenképpen egy hosszú távú, oki kezelést jelent.

A két stimuláció elősegíti az idegrendszer regenerációját a különböző központi idegrendszeri betegségekben.

 

Irodalom

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. Eur J Neurosci,  19, 2888-2892.

Arias-Carion, O. (2008). Basic mechanism of rTMS: implications in Parkinson’s disease. Int Arch Med. 1, 2.

Benninger, D.H., Lomarev, M., Lopez, G., Wassermann, E.M., Li, X., Considine, E., Hallett, M. (2010). Transcranial direct current stimulation for the treatment of Parkinson's disease.J Neuroral Neurosurg Psychiatry, 81, 1105-11011.

Baker, J.M., Rorder, C., Fridriksson, J.( 2010). Using transcranial direct-current  stimulation to treat stroke patients with aphasia. Stroke 41, 1229-1236.

Clarkson, N.A., Overman, J.J., Zhong, S., Mueller, R., Lynch, D., Carmichael, T. (2011). AMPA receptor-induced local brain-derived neurotrophic factor signaling mediates motor recovery after stroke J Neusci, 31, 3766-3775.

Fregni, F., Boggio, P.S., Nitsche, M., Bermpohl, F., Antal, A., Feredoes, E., Marcolin, M.A., Rigonatti, S.P., Silva, M.T., Paulus, W., Pascual-Leone, A. (2005). Anodal transcranial direct current stimulation of prefrontal cortex enhances working memory. Exp Brain Res, 166, 23-30.

Fritsch, B.Reis, J., Martinowich, K., Schambra, H.M., Ji, Y., Cohen, L.G., Lu, B. (2010). Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron, 66,198-204.

Khedr, E.M., Shawky, O.A., El-Hammady, D.H., Rothwell, J.C., Darwish, E.S., Mostafa, O.M., Tohamy, A.M. (2013). Effect of anodal versus cathodal transcranial direct current stimulation on stroke rehabilitation: a pilot randomized controlled trial.Neurorehabil Neural Repair, 27, 592-530.

Málly, J. (2013) Non-invasive brain stimulation (rTMS and tDCS) in patients with aphasia: Mode of action at the cellular level. Brain Res Bull, 98, 30-35.

Miniussi, C., Cappa, S.F., Cohen, L.G., Floel, A., Fregni, F., Nitsche, M.A., Oliveri, M., Pascual Leone, A., Paulus, W., Priori, A., Walsh, V. (2008). Efficacy of repetitive transcranial magnetic stimulation/transcranial direct current stimulation in cognitive neurorehabilitation. Brain Stim, 1, 326-336.

Nitsche, M.A., Paulus, W. (2000). Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol  527 (Pt3), 633-639.

Stagg, C.J., Johansen-Berg, H. (2013). Studying the effects of transcranial direct-current recovery using magnetic resonance imaging. Front Hum Neurosci, Dec 12.

Vizi, E.S. (2000). Role of high affinity receptors and merman transporters in nonsynaptic communication and drug action in the central nervous system. Pharmacological Reviews, 1, 63-89.

Yamashita, T., Ninomiya, M., Hernández Acosta, P., García-Verdugo, J.M., Sunabori, T., Sakaguchi, M., Adachi, K., Kojima, T., Hirota, Y., Kawase, T., Araki, N., Abe, K., Okano, H., Sawamoto,K. (2006). Subventricular zone-derived neuroblasts migrate and differentiate into mature neurons in the post-stroke adult striatum.J Neurosci., 26, 6627-36.