Fundacja Krok Po Kroku



opublikowano: 16-09-2016

Mikropolaryzacja mózgu - publikacja naukowa


Dr inż. Joanna BUDZISZ
Katedra Energoelektryki - Politechnika Wrocławska


PRZEZCZASZKOWA STYMULACJA STAŁOPRĄDOWA TDCS JAKO METODA EKSPERYMENTALNA STOSOWANA U DZIECI

W pracy przedstawiono obecny stan wiedzy na temat metody tDCS (przezczaszkowej stymulacji stałoprądowej, ang. transcranial direct current stimulation), jej zastosowania u dzieci, prowadzonych badaniach oraz trendach jej rozwoju. Zaprezentowano najnowszy przegląd literaturowy dotyczącej wyżej wymienionej metody oraz rozważania i wątpliwości napotkane podczas stosowania metody tDCS u dzieci z uszkodzeniami centralnego uk??adu nerwowego, zespołem Downa, ADHD oraz dzieci z autyzmem.


1. Wstęp
Współcześnie metoda przezczaszkowej stymulacji stałoprądowej tDCS (ang. transcranial direct current stimulation) traktowana jest jako obiecująca metoda do nieinwazyjnej stymulacji stałoprądowej mózgu. Pomimo, iż została szeroko rozpowszechniona, jest mało kosztowna i łatwo dostępna to nadal uważana jest za metodę eksperymentalną. Dlaczego się tak dzieje?

Wynaleziona już w XIX w., do dziś nie doczekała się protokołów postępowania, potwierdzenia skuteczności działania oraz zastosowania jako metody terapeutycznej w medycynie. Jednak ze względu na wielkie zainteresowanie badaczy mapowaniem mózgu, odczytem sygnałów bioelektrycznych, które pozwalają odczytywać funkcjonowanie mózgu, metoda tDCS jawi się jako przydatne narzędzie w dziedzinach takich jak medycyna, informatyka oraz psychologia i psychiatria. Na dzień dzisiejszy wyniki badań są bardzo obiecujące, ale trudne do analizy, ponieważ prowadzone badania rozrzucone się w wielu kierunkach i wielokryterialnie. Można odnieść wrażenie, że metoda może być wykorzystywana w szerokim zakresie przy leczeniu schorzeń, na pierwszy rzut oka nie związanych ze sobą.
Przezczaszkowa stymulacja stałoprądowa jest badana pod kątem metody do zastosowania:
u ludzi zdrowych do pobudzenia koncentracji, pamięci,
u ludzi chorych jako metoda do eliminacji bólów niewiadomego pochodzenia ciągłych i bardzo uciążliwych ( także migrenowych) szumów usznych, ale także pomocniczo w leczeniu chorób psychicznych (depresja, schizofrenia) przy nałogach oraz jako metoda torowania dla innych metod terapeutycznych przy rehabilitacji chorych cierpiących z powodu afazji, po udarach, uszkodzeniach mózgu, opóźnieniach rozwoju, przy chorobach sprzężonych centralnego układu nerwowego.
Dostępna literatura przedmiotu staje się coraz bogatsza, a sposoby analizy skuteczności metody tDCS pokazują, że jest ona bardzo interesująca i dająca dużo możliwości zastosowania. Nie można jednak jednoznacznie określić ram możliwości jej wykorzystywania, ze względu na działania o szerokim spectrum oraz oddziaływanie na odczucia subiektywne.
Kontrowersyjnym zagadnieniem stało się również wykorzystanie metody tDCS u dzieci. W badaniach, temat ten jest praktycznie niewidoczny choć nie do końca pominięty. Pojawiają się wzmianki o możliwościach wykorzystywania tDCS jako metody pomocniczej w terapiach rehabilitacyjnych przy opóźnionym rozwoju mowy, ADHD, autyzmie<1> (ze względu na możliwości oddziaływania na zachowania społeczne). Jedynym przeciwwskazaniem do stosowania metody tDCS podawanym w publikacjach jest epilepsja, choć nie do końca został udowodniony negatywny wpływ bodźca elektrycznego o wartości stałej, na pobudzenie wyładowań bioelektrycznych. Nie istnieje potwierdzony przypadek ataku padaczkowego wywołanego przezczaszkową stymulacją stałoprądową. Metoda przebadana została pod względem bezpieczeństwa <2,3,4> i jeżeli stosuje się już w ogólno przyjętych przez badaczy ramach prądowych (zarówno wartość jak i gęstość prądu) to można przyjąć, że w działaniu jednorazowym, jak i w terapii 10 dniowej nie zostaje przekroczona granica przyjętej w normach ekspozycji na działanie prądu elektrycznego.
Nie ma natomiast informacji na temat oddziaływania prądu przy terapiach powtarzanych i długoterminowych, ponieważ badania nad tą metodą prowadzone są zbyt krótko, by istniał wystarczający materiał statystyczny do określenia wyżej wymienionego problemu. Istnieją oczywiście wytyczne, by terapia 10 dniowa nie była powtarzana częściej niż 2-3 miesiące (ze względu na potwierdzone działanie przedłużone, którego efekt pokazuje się po kilku tygodniach od skończonej terapii).


2. Założenia metody tDCS

W założeniu metody leży podawanie stałego bodźca elektrycznego o wartościach nie przekraczających 2mA, który ma zależnie od elektrody (katoda lub anoda ) zmniejszyć lub zwiększyć wzbudzenie korowe. Do tego celu stosuje się elektrody o powierzchni 25-35 cm2 (5x5 cm lub 5x7 cm). Zależnie od potrzeb można stosować także elektrody okrągłe, lecz należy zwrócić uwagę na nieprzekraczalną wartość gęstości prądu 0,08mA/cm2 <4>. Zależnie od stymulatora i jego możliwości bodziec podawany jest początkowo stopniowo, ze stałą stromością narastania prądu do wartości żądanej, aby przyzwyczaić skórę do oddziaływania bodźca elektrycznego. Działanie w ten sposób może również okazał się kluczowe, dla wzbudzenia korowego. Bodziec bioelektryczny oraz przekazywanie informacji przy jego udziale odbywa się przy rządzie wielkości �?A, a polaryzacja przy określonej stromości. Pobudzenie korowe może zatem zależeć od kilku wielkości elektrycznych i określenie ich jest ważne dla poprawnego przeprowadzania stymulacji. Rozrózniamy dwie elektrody - aktywną (polaryzującą) oraz odniesienia. Jeżeli elektrodą aktywną jest anoda to wywołujemy polaryzację anodową zwaną a-tDCS, która zwiększa pobudzenie korowe. Odwrotna sytuacja następuje wówczas, gdy elektrodą aktywną jest katoda. Wywołana wówczas polaryzacja jest polaryzacją katodową, zmniejszającą pobudzenie korowe. Na rysunku 1 przedstawiono fizjologiczną odpowiedź na stymulację anodową (strona prawa rysunku) oraz stymulację katodową (strona lewa rysunku). Otrzymane wyniki pochodzą z badań na zwierzętach. Wyraźnie widoczna na rysunku jest zmiana potencjału błonowego, zmniejszenie go przy stymulacji katodowej oraz zwiększenie przy stymulacji anodowej <5>.



Rys. 1. Zarejestrowane odpowiedzi na stymulację anodową i katodową

Bardzo ważnym szczegółem jest umiejscowienie elektrod względem siebie (rys.2). Należy określić miejsce przyłożenia elektrody aktywnej (kwalifikacja polegająca na sprecyzowaniu problemu i określeniu miejsca czasu oraz wartości prądowych stymulacji) <6>. Pod elektrodą aktywną znajduje się cel stymulacji, następnie elektrodą odniesienia umieszcza się tak, by uniknąć przepływu prądu przez pień mózgu. Należy pamiętać, że prąd elektryczny przepływa w obwodzie zamkniętym tam, gdzie istnieje najmniejszy opór i najkrótsza droga. Dlatego przepływ prądu odbywa się w większości powierzchnią skóry, wnikając jedynie głębiej pod elektrodami. Niekorzystne zatem pod względem gęstości i głębokości wnikania jest umiejscowienie elektrod daleko od siebie.



Rys. 2. Typowe miejsca stymulacji elektrodowej przy metodzie tDCS: a) pierwotnej kory ruchowej, b) kory czuciowej, c) w obszarze wzrokowym kory pierwotnej, d) kory przedniej języka. <5>

Ważną wartością dla określenia bezpieczeństwa oprócz wartości prądowej jak i stromości oraz gęstości prądu jest całkowity ładunek prądu. Wyrażony w jednostkach C/cm2. Niebezpieczna wartość ładunku podanego w czasie do 30 minut nie może przekroczyć 216 C/m2. Pojedyncza stymulacja tDCS dla 2mA i 20 minutowa wytwarza ładunek o wartości 0,0022C/m2. Nie ma zatem niebezpieczeństwa w pojedynczej stymulacji. Należy jednak pamiętać, że ładunek całkowity dostarczony podczas całej wielokrotnej terapii jest większy <7,4>. Problemu nie stanowią także mechanizmy związane z przegrzaniem, czy zjawiskami elektrochemicznymi, gdyż dawka prądu jak i elektrody nie powodują uszkodzeń skóry ani tkanek wewnętrznych. Odczuwanie jak i oddziaływanie prądu na ciało ludzkie jest związane z warunkami osobniczymi każdego człowieka (potliwość, owłosienie miejsca instalacji elektrod, opór skóry itd.). Z nieprzyjemnych odczuć może pojawić się jedynie zaczerwienie skóry, mrowienie, rzadziej pieczenie. Zjawiska te można niwelować poprzez przyzwyczajanie stopniowe skóry do żądanej wartości podawanego prądu, zarówno podczas rozpoczęcia jak i kończenia sesji stymulacyjnej tDCS.<4>
Badacze się zgodni co do tego, że pod względem dawki, sposobu podania oraz wartości prądowych stymulacja tDCS jest metodą nieinwazyją (mechanizmy przegrzania oraz elektrochemiczne nie uszkadzają skóry ani struktur wewnętrznych) oraz sama stymulacja o ile jest wykonana zgodnie z literaturą dotyczącą badań jest bezpieczna w pojedynczej dawce <8,9>.


3. Zastosowanie metody tDCS

Metoda tDCS okrzyknięta została niedawno przez badaczy jako bardzo obiecująca i wzbudziła wśród nich wielkie zainteresowanie. Sprzęt do jej wykonywania nie jest kosztowny, zaczynając od podstawowych takich jak BrainStim (gdzie znajdują się standardowe elektrody oraz funkcje) do bardziej zaawansowanych, takich jak produkty firmy neuroelectrics (gdzie istnieje możliwość oprócz stymulacji tDCS także pomiar EEG) (rys.3).



Rys. 3. Obecnie stosowany i dostępny na rynku sprzęt do przeprowadzania stymulacji tDCS a) BrainStim (katalog produktu) b) StarStim (strona internetowa neuroelectric)

Badania pokazują że istnieją możliwości przeprowadzania tej terapii przez fizykoterapeutów oraz zakup danego produktu do użycia samodzielnego w domu Niestety przez szeroką możliwość zastosowania oraz łatwy dostęp do tego typu produktów, metoda ta wykorzystywana oraz przeprowadzona jest nie jednokrotnie nieprawidłowo. Korzystanie ze sprzętu we własnym zakresie bez odpowiedniej wiedzy nie tylko nie pomaga korzystającym lecz także dezorientuje społeczeństwo.
Należy zaznaczyć, że metoda tDCS jest aktualnie szeroko badana na całym świecie pod wieloma wariantami, choć największy nacisk położony został na udowodnienie jej skuteczności.

Rys.4. Trendy badań nad metodą tDCS.

Rysunek 4 pokazuje trzy główne nurty w jakich prowadzone się badania nad skutecznością metody tDCS przy chorobach psychicznych, zaburzeniach poznawczych oraz przy niwelowaniu skutków wywołanych przez ból.

Tab.1. Wyniki badań w grupie niwelowania skutków wywołanych przez ból


Obecnie wg Clinical trials U.S National Instytute of Health prowadzonych jest 35 projektów, 14 z nich jest w fazie opisu wyników. Większość z nich nie jest skupiona na dalszym badaniu tDCs z farmakologią lecz połączeniu jej z terapiami funkcji poznawczych oraz badaniu wpływu tDCs na konkretne zespoły depresyjne (np. po udarze).
W grupie niwelowania bólu, przy pomocy stymulacji tDCS prowadzone się badania nad:
Wyznaczeniem dawki oraz powtarzalności stymulacji NCT01599767
Badaniem skuteczności tDCs w innych zespołach bólowych takich jak ból rogówki NCT01575002
Badaniem wykazującym wyższość kombinacji tDCS z innymi metodami takimi jak elektroakupunktura NCT01747070 lub ultrasonografi NCT01404052
Powtarzalnością stymulacji przy szumach usznych NCT01575496
Najwięcej badań dotyczy wpływu stymulacji tDCS przy leczeniu chorób psychicznych oraz nałogów.
Tab.2. Wyniki badań w grupie leczenia chorób psychicznych i nałogów


W wyżej wymienionej grupie prowadzone są badania nad :
Zaprzestaniem palenia NCT01710410
Rozszerzeniem protokołów w uzależnieniach od alkoholu (NCT0133797) i kokainy (NCT01330394)
5 aktywnych projektów nastawionych na zmniejszenie negatywnych skutków wywołanych przez schizofrenię. Jedne z nich dotyczy poprawy funkcjonowania chorych na schizofrenie, gdzie początek choroby ujawnił się w wieku dziecięcym.

W Polsce badania dotyczące tDCS prowadzone w II Klinice Neurologicznej, Instytut Psychiatrii i Neurologii w Warszawie. W licznych publikacjach <10,11,12> zespół badaczy wskazuje na to, iż w terapii osób po udarach, nie ma jasnych dowodów na skuteczność metody tDCS. Lecz wskazują na pozytywne oddziaływanie w pojedynczych przypadkach oraz wykazują, że istnieje potrzeba przebadania skuteczności jej stosowania dogłębnie.


4. Wykorzystanie tDCS jako metody pomocniczej przy rehabilitacji dzieci
Optymistyczne doniesienia z badań przeprowadzonych u ludzi dorosłych, którym wdrożono w terapii metodą tDCS, spowodowały wśród badaczy pokusą zastosowania jej tak??e u dzieci<13>.
Brak rzetelnie przeprowadzonych badań, literatury przedmiotu i maże doświadczenie w tej kwestii uniemożliwiają szybkie wprowadzenie metody u dzieci. U podłoża wykorzystania tej metody u dzieci leży pobudzenie mózgu do tworzenia nowych połączeń, wywołania zjawiska plastyczności mózgu oraz torowania potrzebnego przy terapiach rehabilitacyjnych. Bardzo wa??ne u dzieci okazuje się zjawisko plastyczności mózgu, które zmniejsza się z wiekiem choć jak wskazują ówczesne dane nie zanika. Zjawisko plastyczności <14> zależy nie tylko od pobudzenia, genetyki lecz także od otoczenia, życia społecznego i szeroko pojętej aktywności jednostki. Możemy wywnioskować, że musimy zadziałać w wielu wariantach by efekt pobudzenia metodą tDCS został zatrzymany i wykorzystany przez mózg.
Pojawiło się kilka pytań i wątpliwości. Jak zachowuje się mózg dziecka z dysfunkcjami? Istnieje zależność, którą naukowcy czasem nazywają "leniwością", inni dążeniem do równowagi, a która mówi, że mózg, kiedy natrafia na problem, dąży do zachowania bilansu zysków i strat.
Czy to oznacza, że mózg nie będzie dążyć do naprawy struktur zniszczonych, jeżeli nie będzie miał w tym celu? Im więcej trudności, tym mózg pozwala sobie na większy wysiłek. Należy podkreślić, iż stało się faktem, że różne części mózgu przejmują funkcję części zniszczonych i tak rekompensują sobie braki. Naukowcy coraz częściej skłaniają się ku przekonaniu, że mózg należy widzieć nie w częściach, lecz jako jeden funkcjonujący narząd, który może bilansować sobie straty. Co zatem stanie się u dzieci jeżeli będziemy stymulować obszar, którego nie chcieliśmy? Okazuje się, że istnieje pewne niebezpieczeństwo takiego zdarzenia. Wśród działań niepożądanych coraz częściej oprócz mrowienia, zaczerwienienia itd. pojawiają się wzmianki o wywołaniu zmiany nastroju, drażliwości. W pracy <15> pokazano, że przy stymulacji dzieci w wieki od 5-12 lat skutkami ubocznymi okazała się zmiana nastroju w 42,9 %, a drażliwość 35,7%, gdzie mrowienie i swędzenie zaledwie w 28,6 %. Skąd te liczby? Tutaj prawdopodobnie dużą rolę odgrywają indywidualne predyspozycje na znoszenie przez ciało bodźca elektrycznego. U dzieci zatem metoda ta powinna być wykonywana w inny sposób. Ca??y czas wykorzystywane są elektrody, które wykorzystywane są także u dorosłych, a wiec u dzieci stymulujemy większy obszar mózgu. Okazuje się także, że młody organizm inaczej reaguje na bodziec elektryczny. Nie bez znaczenia jest także nastawienie do terapii małego człowieka. Na skuteczność terapii może mieć wpływ wiele czynników. Najistotniejsze staje się określenie problemu, poprawne zlokalizowanie miejsca stymulacji, wielka czujność osoby przeprowadzającej terapie, ze względu na możliwość pojawienia się działań niepożądanych, a także ciągła weryfikacja metody i porównanie z najnowszymi badaniami na ten temat. Naukowcy widzą wielką potrzebę zajęcia się problem i wykorzystania metody tDCS u dzieci, współcześnie, jak podaje Clinical trials U.S National Instytute of Health badania dotyczą dzieci z problemami schizofrenii, ADHD oraz depresji.


5. Podsumowanie i wnioski
Przedstawione rozważania dają podstawę, by stwierdzić, że metoda tDCS jest metodą bezpieczną, nieinwazyjną, działającą na wiele obszarów naszego funkcjonowania oraz wyjątkowo łatwą w przeprowadzaniu. Nie do końca zbadana, nadal jest nazywana metodą eksperymentalną i z nie do końca określoną skutecznością i możliwościami. Istnieje wiele pytań i wątpliwości, ale na pewno można powiedzieć, że nie może być wykonywana bez wsparcia innych metod rehabilitacyjnych (rys.4), ponieważ pobudzenie mózgu wywołane podczas stymulacji musi być następnie poprawnie wykorzystane czy to przez terapię poznawczą, czy chociażby poprzez dążenie jednostki do pokonywania trudności. Istotne oraz ważne jest określenie protokołów postępowania i przeprowadzania metody zwłaszcza u dzieci, gdzie na dzień dzisiejszy nie ma wystarczających informacji o jej działaniu Należy zaznaczyć, że niepokojący jest także brak potwierdzenia skuteczności wykorzystania metody tDCS w terapiach długoterminowych oraz brak prowadzonych badań nad długoterminowym oddziaływaniem stosowania metody na organizm. Co mogło by w późniejszych latach dać odpowiedź na pytanie o szkodliwości stosowania terapii powtarzanych na funkcjonowanie jednostki w przedziale całego życia.

Rys. 4. Trendy wykorzystania metody tDCS z innymi terapiami neurorehabilitacyjnymi. <16>
Obecnie w Polsce badania nad wykorzystaniem metody tDCS u dzieci nie były prowadzone. Niniejsza praca jest efektem przygotowania pionierskich badań tego typu w Polsce. Badania nad metodą tDCS trwają na Politechnice Wrocławskiej Wydział Elektryczny, ZEP przy współpracy z fundacją Krok po Kroku, gdzie terapia metodę tDCS jest z dobrym rezultatem przeprowadzana już trzy lata oraz firmę Biomed, która udostępnia sprzęt do badań.


Literatura

<1> Nitsche M.A.,Kuo M.F., Paulus W., Antal A., Transcranial Direct Current Stimulation: protocols and physiological mechanisms of action, textbook of neuromodulation 2015, pp 101-111.
<2> O'Conell N.E., Wand B.M., Marston L., Spencer S., DeSouza L.H., Non- invasive brain stimulation technique for chronic pain (review), The Cochrane Library 2010, issue 11
<3> Nitsche M.A., Boggio P.S.,Fregni F., Pascual-Leone A., Treatment of depression with transcranial direct current stimulation (tDCS), Experimental Neurology 219 (2009) 14-19.
<4> Nitsche M.A, Liebetanz D., Lang N. I wsp. Safety criteria for transcranial direct current stimulation (tDCS) in humans. Clin Neurophysiol 2003; 114: 2220-2222.
<5> Katharin S.Utz, Violeta Dimova, Karin Oppenlander, Georg Kerkhoff, Electrifield minds: Transcranial direct current stimulation (tDCS) and galvanic vestibular stimulation (GVS) as methods of non-invasive brain stimulation in neuropsychology - a review of current data and future implications, Nueropsychologia vol 48, issues 10, august 2010.
<6> Polanowska K., Seni??w J., Cz??onkowska A., Zasady stosowania i mechanizm dzia??ania przezczaszkowej stymulacji stałopradowej prądem stałym w neurorehabilitacji: dane z badań kory ruchowej, Neurologia i Neurochirurgia Polska 2010,44, 2: 172-180.
<7> Charlotte J. Stagg and Michael A. Nitsche, Physiological Basic of transcranial direct current stimulation, Neuroscientist 2011 17 : 37
<8> Nitsche M.A i wsp. Transcranial directy current stimulation: state on the art 2008, Brain Stimulation (2008) 1, 206-23, Elsevier.
<9> Brunoni A.R. I wsp. Clinical Research with transcranial direct current stimulation (tDCS): Challenges and Future Directions, Brain Stimulation 2012 Jul, 5(3) 175- 195.
<10> Polanowska E.K., Le??niak M., Seni??w B.J., Cz??onkowska J., No effects of anodal transcranial direct stimulation on language abilities in early rehabilitation of post stroke aphasia patients, Neurologia I Neurochirurgia Polska vol 47, issue 5, p. 414-422.
<11> Grabowska A, Marchewka A, Seni??w J, Polanowska K, Jednoróg K, Królicki L, Kossut M, Członkowska A, Emotionally negative stimuli can overcome attentional deficits in patients with visuo-spatial hemineglec, Neuropsychologia vol. 49, October 2011, p. 3327-3337.
<12> Polnowska E.K, Leśniak M.M., Seni??w J.B.,Czepiel W, Członkowska A., Anodal transcranial direct current stimulation in early rehabilitation of patients with post-stroke non-fluent aphasia: a randomized, double-blind, sham-controlled pilot study, Restorative Neurology and Neuroscience, vol. 31, no. 6, 2013, pp. 761-771.
<13> Melisa G., Chung ., Warren D.Lo.,Noninvasive Brain Stimulation: The Potential for Use in the Rehabilitation of Pediatric Acquired Brain Injury,Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, vol. 96, Issue 4, Supplement, April 2015, Pages S.129�??137.
<14> Kuo H.I., Bikson M.,Datta A., Minhas P., Paulus W., Kou M.F, Nitsche M.A., Comparinng cortical plasticity induced by Conventional and high-definition 4x1 Ring tDCS: A neurophysiological study.
<15> Andrade CA, Fregni F at all, Feasibility of Transcranial Direct Current Stimulation Use in Children Aged 5 to 12 Years, J Child Neurol October 2014 vol. 29 no. 10 1360-1365.
<16> Budzisz J, Biofizyka mózgu oraz diagnoza i terapia w kontek??cie bada?? nad stanem świadomości rodziców dzieci z zaburzeniami mowy i myślenia, Krok po kroku sięgniemy obłoków - leczenie, rehabilitacja, edukacja osób z zaburzeniami sprzężonymi - i co dalej?, Oława, 5 listopada 2013 / . s. 31-33.
Strony internetowe
http://soterixmedical.com/
http://neuroelectrics.com/
http://www.egi.com/

powrót

Fundacja Krok Po Kroku 2011 - 2017