پارامترهای تحریک سیستم اعصاب مرکزی با tDCS

Posted on

پارامترهای تحریک با tDCS

موقعیت الکترود

گرچه حوزه­های الکتریکی tDCS نسبتاً غیر کانونی هستند، با این همه موقعیت الکترود اهمیت بسیاری دارد. برای مثال مطالعات پیشین نشان دادند تغیر الکترود مرجع از DLPFC به M1 تاثیرات tDCS بر حافظه کاری را محو می­کند.

در مطالعات tDCS معمولاً یک الکترود آند و یک الکترود کاتد روی پوست سر اثر گذاری روی بخشهای خاصی از سیستم اعصاب مرکزی مورد استفاده قرار می­گیرد. موقعیت الکترود معمولاً طبق سیستم جهانی 10-20 اندازه گیری می­شود. برای دستیابی به کانونی سازی تحریک این موضوع خودش را بیشتر نمایان می­کند. برای مثال، مطالعات پژوهشی قشر حرکتی الکترود را روی C3 یا C4 قرار می دهند، برای سیستم دیداری الکترودها متداولاً بر روی O1 یا O2 قرار می گیرند. در اینجا بعضی از اصطلاحات مورد استفاده در چینش الکترودها در tDCS باید مورد بحث قرار بگیرند. وقتی یکی از الکترودها بر روی گردن قرار می گیرد چینش بوجود آمده را “تک قطبی” می­نامند. به همین صورت، در چینش دو الکترود روی سر از اصطلاح “دو قطبی” استفاده می کنند. بهرحال این نامگذاری ممکن است  از نظر تکنیکی نادرست باشد، چرا که تحریک DC همیشه بین دو قطب ایجاد می­شود و یک دوقطبی الکتریکی بین الکترودها بوجود می­آید. بنابراین، نامگذاری جایگزین می­تواند “تک-راسی[1]” و ” دو-راسی[2]” باشد که تمایز بین تک قطبی و دو قطبی را بهتر بیان کند. محققین این حیطه همچنین از واژه های الکترود “مرجع” و “تحریکی” برای ارجاع به الکترود فعال و طبیعی معمولاً استفاده می­کنند. گرچه واژه الکترود “مرجع” می­تواند مساله ساز باشد، بخصوص در چینش دو-راسی، بخاطر اینکه الکترود مرجع از نظر فیزیولوژیک غیر فعال نیست و می­تواند مشارکت فعالی در تعدیل داشته باشد. با این وجود محققین برای تاکید بر اینکه در مطالعه­شان کدام الکترود نقش تحریک کننده و دیگر الکترودها نقش مرجع را دارند از این اصطلاحات استفاده می­کنند. امکان افزایش و کاهش فعالیت در نواحی مختلف مغز به صورت همزمان می­تواند مزایایی داشته باشد. متقابلاً، در بعضی موارد فعالیت غیر متعادل نیمکره­ای می­تواند مفید واقع شود (مثلاً در سکته)، در این سناریو فرض براین است که اثر الکترود مرجع روی سر مطلوب نیست، و یک الکترود مرجع خارج از سر از نظر تئوریک می تواند برای اجتناب از تحریک بافت مفید باشد. گرچه این کار می­تواند خطر تغییر مسیر جریان الکتریکی در پوست را افزایش دهد ( که ممکن است به بافت مغز جریان نرسد) یا شارش جریان را جابجا کند. نهایتاً، انتخاب چینش با توجه به کاربرد خواهد بود، برای مثال یک پژوهش اخیراً نشان داد که چینش تک-راسی اثری متفاوت با تحریک ساختگی ندارد. در چینش تک-راسی استفاده از جریانهای خیلی بالا پتانسیل خطر تاثیر بر فعالیت ساقه مغز، شامل کنترل تنفس را افزایش می­دهد (نکته اینکه این خطر از نظر تئوریک وجود دارد و تنها در یک نمونه بصورت تاریخی ذکر شده است). با توجه به این در انتخاب موقعیتهای خارج از سر محققین باید از حوزه موثر جریانی را که قرار است در ناحیه هدف مغز افزایش دهند، اطمینان یابند (برونونی[3] و همکاران، 2012).

چینش متداول الکترودها در tDCS به اینگونه است که الکترود “فعال” را روی ناحیه­ای که قصد تاثیر گذاری روی آن وجود دارد و الکترود “مرجع” را در ناحیه ای که کمترین تاثیر عبور جریان بر آن وجود داشته باشد، گذاشته می­شود. برای مثال، الکترود فعال ممکن است روی قشر حرکتی و الکترود مرجع روی پیشانی نیمکره مخالف قرار بگیرد.

  رویکردهای تفکر انتقادی از نظر روانشناختی

اگر هر دو الکترود در یک ناحیه قرار بگیرند شدت چگالی جریان در زیرشبکه در مغز مشابه خواهد بود در این صورت تحریک آندی در زیر یک الکترود به تحریک کاتدی زیر الکترود دیگر و برعکس آن اشاره دارد.

الکترودها در tDCS معمولاً ناحیه­ای بین 35 تا 25 سانیمتر فاصله بین شان را تحت تاثیر قرار می دهند. بنظر می­رسد استفاده از الکترودهای بزرگ ایمن­تر است چرا که چگالی جریان را روی پوست سر و متعاقباً روی مغز توزیع می کنند.

برای اجتناب از تحریک همزمان دو ناحیه از مغز یک یا دو الکترود زیر گردن نصب می کنند. نگرانیهای ناشی از تحریک ساقه مغز قبل از استفاده از الکترود خارج از سر را باید مد نظر قرار داد.

برخلاف انتظار شواهد آزمایشگاهی توصیه میکنند که طول مدت و شدت اثرات پس از تحریک وابسته به فاصله بین الکترودهای روی سر و خارج از سر هستند (روفینی[4] و همکاران، 2013).

 

قانون بازگرداننده جریان ، موقعیت و اندازه الکترود

درک و کنترل دوز درمانی الکتریکی بر اساس شواهد، اساسی و در میزان رفتار و خروجی­های بالینی تعیین کننده است. ساده ترین فرض برای طراحی الگوی دوز tDCS در یک ناحیه، میزانی است که تحریک پذیری آندی را افزایش داده و کاهش تحریک پذیری کاتدی را ایجاد کند و نواحی دیگر تحت تاثیر نباشند. برای این منظور باید موارد زیر را مد نظر قرار داد:

چگالی جریان در الکترود

تفاوتهای فردی

شارش اثر بخش جریان در نواحی بین دو الکترود برای انتشار جریان

چینش الکترود برای تعدیل هدفمند

موارد وابسته به موقعیت الکترود، شامل فاصله الکترودها از هم

و استفاده احتمالی از الکترود خارج از سر

افزایش فاصله بین الکترودها روی سر این انتظار را ایجاد می کند که موجب افزایش تعدیل  قشری شود، چرا که افزایش این نسبت میزان جریان ورودی به مغز را بیشتر از جریان عبوری[5] از پوست می­کند. اندازه دوز درمانی الکتریکی در دو الکترود را نمی توان جدا و مستقل از هم در نظر گرفت، همچنین که برای نسبت فاصله موقعیت الکترودها از هم نیز چنین است. علاوه بر این، افزایش فاصله الکترودها ممکن است شدت تعدیل عصبی را کاهش دهد، البته وابسته به چینش ویژه و ارزیابی های فیزیولوژیک.

شارش جریان در بدن قویاً تحت تاثیر جزئیات اندامی است، چرا که میزان هدایت جریان در بافتهای مختلف نظیر پوست سر، استخوان جمجمه، عضلات، مایع مغزی نخاعی، و مغز متفاوت است و بر همین اساس پرونده هدایت جریان در مغز جزئیات پیچیده­ای دارد. این بدان معناست که تعیین چینش و دوز با فرض های ساده پیشین چندان کارآمد نخواهد بود.

یک راه حل برای دست یابی به چنین منظوری مدلسازی الگوی هدایت جریان است که می تواند وضوح بیشتری در بینش ما نسبت به شارش جریان و همچنین برآورد مدلی بر اساس تفاوت فردی به دست بدهد.

  جاهای دیدنی مالزی؛ ۲۴ مکانی که نباید فرصت دیدن شون رو از دست داد 

اندازه و موقعیت الکترود “بازگرداننده” در توزیع حوزه الکتریکی در داخل مغز تاثیر گذار است. تغییر در موقعیت الکترود بازگرداننده حوزه توزیع جریان الکترود فعال راتغییر می دهد. نتایج مدلسازی از یافته های بالینی مبنی بر اثر مستقیم تغیر موقعیت الکترود بازگرداننده یا اندازه آن حمایت می کنند. برای مثال جابجایی الکترود از پیشانی مقابل به بازوی مقابل می تواند موجب تغییر شارش جریان از نواحی پیش پیشانی به نواحی پشتی مغز گردد. بصورت گسترده تر اما ممکن است نواحی مورد تعدیل به سادگی تنها در زیر ناحیه الکترود فعال قرار نداشته باشند و اثر تحریک به نواحی زیر قشری نیز نفوذ کند (بیکسون[6] و همکاران، 2010).

 

جریان موثر در تحریک با tDCS

شدت جریانی که در اکثر مواقع مورد استفاده قرار می­گیرد 1mA است اما در بعضی از مطالعات این میزان تا 2mA افزایش یافته است. قطبیت عامل مهمی در نتیجه تحریک است چراکه تعیین کننده جهت منطقه مرتبط با سلولهای عصبی تحریک شده می­باشد. تغییر شدت جریان تزریق شده بوسیله یک عامل معین، موجب تغییر میزان تغیرات در مغز می­شود و در توزیع فضایی شدت جریان و جهت منطقه شارش جریان، تغییری ایجاد نمی­کند. این تغیر در قطبیت تحریک است که می­تواند جهت شارش جریان را تغیر دهد.

داده های پژوهشی که از دامنه وسیعی از بافتهای مختلف بدست آمده­اند، که البته باید با احتیاط به کار برده شوند. این داده ها برآورد کرده اند که میزان هدایت جریان مسیر مخچه-نخاع 79/1S/m[7] در دمای 37 درجه سانتیگراد و فرکانس 10 هرتز تا 10 کیلو هرتز می باشد.این میزان برای قشر خاکستری مغز 404/0 S/m  در همان دامنه فرکانسی است. هدایت جریان در جمجمه نقش زیادی در این نوع تحریک دارد که میزان آن 0056/0 S/m ارزیابی شده است. پاسخگویی مغز نسبت به جمجمه در هدایت جریان 80:1 است و اخیراً مطالعات بیشتر نسبتهای 40:1 و 20:1 را پیشنهاد کرده اند (روفینی و همکاران، 2013).

زمان تحریک با tDCS

در اکثر مقالات مدت زمان 20 دقیقه برای اثربخشی در ایجاد LTP&LTD ذکر شده است. این اثرات شدیداً وابسته به مدت زمان فاصله بین دوبار کاربرد tDCS می­باشد. اگر تحریک دومی در دوره زمانی اثر تحریک اولی انجام شود، ترکیب اثر پس از مداخله این دو واحد تحریک تا بیش از 24 ساعت پس از تحریک tDCS باقی می ماند. متقابلاً فاصله زمانی بین 3 تا 24 ساعته ماندگاری اثر تحریک را از بین می­برد (مونته-سیلوا[8] و همکاران، 2013).

تحریک HD-tDCS

tDCS با دقت بالا (HD[9]) روش مداخله توسعه یافته جدیدی است که در آن از آرایش الکترودهای کوچک که بطور خاصی طراحی شده­اند استفاده می­شود. ترکیبهای مختلفی تا کنون آزمایش شده است که قابلیت اصلاح برای تحریک بهینه ناحیه هدف را همچنان داراست. در بین این آرایشهای الکترودی، ترکیب 4*1 از الکترودهای حلقوی که در آن یک الکترود در مرکز ناحیه تحریک و چهار الکترود بازگشتی (جریان) در یک شعاع مشخص اطراف آن قرار دارند بارز می باشد.

الکترود مرکزی قطبیت تحریک را مشخص می­کند که می تواند آند یا کاتد باشد. و الکترودهای اطراف ناحیه تحریک را محدود می­کنند. که نشان داده شده نسبت به روشهای متداول تحریک محدوده کمتری را مورد تحریک قرار می دهد که محصور به الکترودهای بازگشتی اطراف آن می باشد. این کانونی سازی وابسته به بافت نیز می باشد. مطالعات بالینی نیز استفاده از این روش کانونی را مورد تائید قرار داده اند. در این روش نیز از جریان تا 2 میلی آمپر با مدت زمان تا 20 دقیقه استفاده می شود (ویلمار[1] و همکاران، 2013).

  عوامل موثر درافزایش کیفیت زندگی زناشویی

افزایش کانونی سازی تحریک را می توان با استفاده از الکترودهای حلقوی هم مرکز ایجاد کرد، یا ترکیب پنج الکترود کوچک که چهارتای آنها با شعاع مساوی در اطراف الکترود وسطی قرار گرفته باشد. در این حالت، بهبود در کانونی شدن جریان که ناشی از کاهش فاصله بین الکترودها و افزایش همزمان نفوذ جریان به سر می باشد، بوجود می آید. استفاده از الکترودهای کوچک برای تحریک نیاز به الکترود و ژل مناسب دارد. اخیراً، استفاده از الکترودهای کوچک برای دستیابی به کانونی شدن تحریک و در مقابل استفاده از الکترودهای بزرگتر در کاهش تاثیر بخشی تحریک نشان داده شده است. بنابراین ترکیب دو الکترود در اندازه های مختلف موجب افزایش کانونی شدن در منظقه الکتریکی زیر الکترودی که بزرگتر است نسبت به بقیه الکترودها خواهد شد. با اینهمه، هنوز آشکار نیست شدت جریان چگونه بعنوان تعدیل کننده عملکرد ناحیه الکترود ممکن است باشد (روفینی و همکاران، 2013).

در هر دو روش tDCS و HD-tDCS افزایش تحریک پذیری با تحریک آندی و کاهش آن با تحریک آندی اتفاق می­افتد، در صورتی که تغییرات پلاستیسیته ایجاد شده با تحریک کانونی HD-tDCS ماندگاری اوج اثر با یک بار تحریک حدود 30 دقیقه و ماندگاری اثر تا 2 ساعت را در مقایسه با tDCS را نشان می­هد که تقریباً دو برابر می باشد (کائو و بیکسون[1] و همکاران، 2012).

نکته قابل توجه در این روش استفاده از الکترود Ag/Agcl که بعنوان الکترود با رسانایی بالا از آن نام برده می شود است. همچنین جریان توسط ژل رسانا که در محفظه پلاستیکی مناسب قرار می گیرد تا روی پوست سر گذاشته شود استفاده می شود (ویلمار و همکاران، 2013).

در مجموع از مطالعات مدلسازی انتظار می رود که نقش مهمی در توسعه نسلهای جدیدی از فناوری تحریک با روش tDCS داشته باشند. دستگاه tDCS بطور اساسی  نسبت به زمانی که از باطری استفاده می­شد تغییر چندانی نداشته است. فناوری گذشته قطعاً دارای محدودیتهای است. که شامل کانونی سازی، عمق تحریک، و کنترل ناحیه هدف می شود. برای فائق آمدن براین محدودیتها، استفاده از فناوری آرایش الکترودی مانند HD-tDCS  و دیگر روشها مانند نظارت به EEG در حین تحریک و بهینه سازی دوز تحریک و دیگر عوامل پیشنهاد می شود (روسویسکی برنونی و همکاران، 2011).

[1]. Hsiao-I. Kuo, Marom Bikson

[1]. Mauricio F. Villamar

[1]. Mono-cephalic

[2]. Bi-cephalic

[3]. Brnoni

[4]. Giulio Ruffini

[5]. shunted

[6]. Marom Bikson

[7]زیمنس :S یکای رسانایی الکتریکی در سیستم SI می باشد. زیمنس مفهوم مقابل مقاومت الکتریکی می‌باشد. S/m رسانایی در واحد متر است.

[8]. Katia Monte-Silva

[9]. Hight definition