Web
Analytics Made Easy - StatCounter

Transkraniyel doğrusal elektrik akım uyarımı - tDCS

Transkraniyel elektrik stimülasyon (tES), düşük şiddette bir elektriksel akımın saçlı deri yoluyla beyin korteksi üzerinden geçirilmesi yoluyla beyin fonksiyonlarında değişikliğe yol açan, noninvaziv beyin uyarım yöntemidir.
Elektriksel akım, büyük oranda yumuşak dokularda absorbe edilmesine rağmen, bir oranda korteks düzeyine ulaşarak, nöronal eksitabiliteyi değiştirebilir. Elektriksel uyarım sonrası bölgesel nöronal aktivite değişimleri değişik yöntemler ile ölçülebilir. Uygulanan farklı tES yöntemleri vardır:transkraniyel doğru akım uyarımı (tDCS), alternan akım uyarımı (tACS) ve random gürültü uyarımı (tRNS).
Tüm yöntemlerde, akım türü farklılıklarına rağmen, elektrod montajları birbirine benzerdir. Bu yöntemlerin tümünün transkraniyel manyetik uyarımdan farkı , gönderilen elektriksel akımın aksiyon potansiyeli oluşturabilecek gücün oldukça altında oluşu, ancak kortikal eksitabilite için eşiği bir miktar daha düşürmesidir.
tDCS
UYGULAMA

tES uygulaması için öncelikle saçlı deri üzerine iletken, yüzeyi sünger ile kaplanmış bakır veya karbon elektrodlar yerleştirilir ve iletken olmayan elastik bandajlar ile sabitlenir. Aktif olan anodal elektrod (+ kutup) ilgili beyin alanı üzerine, katodal elektrod ise bu kortikal alanla ilişkisiz başka bir alan üzerine yerleştirilir (krontrlateral supraorbital bölge, frontal bölge, verteks veya ekstrasefalik bir bölge ). Eğer 2 elektrod kullanılıyorsa, elektrodların alanı 20-35 cm2 dir. Daha fokal bir uyarım için, daha küçük elektrod alanlarını tercih etmek gerekir. Örneğin HD-tDCS uygulamasında daha küçük yüzeye sahip 1 uyarıcı elektrod, 4 tane onu çevreleyen referans elektrod yerleştirilir. Eğer anodal stimülasyon elektrodu küçük yüzey alanına sahipse, referans elektrodun alanı daha geniş tutulmalıdır.

Transkraniyel direkt doğru akım uyarımı tDCS

Düşük akımlı (0.5- 2 mA) doğru akımın bir veya daha fazla anodal elektrod yoluyla uygulanmasıyla yapılır. Akım yönü anodal elektrottan katodal elektroda doğrudur. Bu akım yönü kortikal ekstitabiliteyi değiştirir ve anodal elektrod altında kortikal eksitabilite artarken katodal elektrod altında azalır. Bu durum, MEP çalışmalarında anodal elektrod altındaki motor kortekste MEP amplitüdünün artışı ve katodal elektrod altında ise azalması ile gösterilmiştir. Düşük akımlı elektriksel alan nöronal transmembran potansiyelini etkileyerek eksitabiliteyi modüle edebilir, özellikle eşiğe yakın nöronların ateşlenmesi sağlayabilir. tDCS çalışmaları, GABA düzeyinin düştüğünü, brain derived nerve growth faktör, glutamat ve glutamin düzeylerinin arttığını göstermektedir. NMDA reseptörleri de anahtar bir roldedir, çünkü NMDA antagonistleri veya Na kanal blokerlerinin verilmesi ile tDCS’in kısa ve uzun süreli after etkileri bloke olmaktadır.

Tüm majör nörolojik hastalıklarda nöral osilasyonlarda değişikler görülür ve bu osilasyonların modülasyonu hem araştırma hem de potansiyel tedavi olanakları konusunda önemlidir. tDCS belli bir beyin bölgesinde nöronal eksitabiliteyi değiştirebilir, ancak spesifik bir nöronal osilasyonu hedefleyemez. İlginç olarak, tDCS, resting-state networklerde GABA miktarını azaltmakla birlikte resting state bağlantısallıktaki değişikler buna bağlanmıştır. Gerçekten bir çok çalışma tDCS’in fonksiyonel bağlantıları değiştirdiğini göstermektedir . Örneğin Keeser’in çalışmasında anod sol DLFK ve katod sağ supraorbital bölge üzerinde yerleşikken, tDCS’in resting state bağlantılarını sham veya gerçek uyarım ile değiştirip değiştirmediği araştırılmıştır. Denekler 20 dakika 2 mA gerçek veya sham uyarı almışlar, fMRI resting state, uyarı öncesi ve sonrasında kaydedilmiştir. Sham ile karşılaştırıldığında gerçek uyarı grubunda, default mode network ve frontal-parietal network bölgesel beyin konnektivitelerinde önemli değişikler görülmüştür. Bu çalışmalar ile kolaylıkla tDCS’in resting state konnektiviteyi modüle etme yetisinde olduğu söylenebilir. Ayrıca, Polaina ve ark (2011) anodal ve katodal uyarımın motor korteks üzerindeki farklı etkilerini araştırmışlar ve anadol uyarım ile kortikostriatal ve talamokortikal devrelerde artış, katodal stimülasyon ile azalma saptamışlardır. Bu grubun başka bir çalışmasında, tDCS’in yalnızca yapılan taskla ilişkili konnektiviteyi artırmadığı, aynı zamanda diğer alanlarla ilişkili bağlantısallığı azalttığı saptanmıştır. Yine bu grup konnektivitedeki değişikliklerin task sırasında, istirahate göre belirgin yüksek olduğunu ortaya koymuşlardır. Taska bağlı konnektivite değişiklikleri pek çok task tipinde çalışılmıştır: örneğin risk alma, beyin bilgisayar interface sensorimotor ritm, konuşma, sigaraya ulaşma vb. Manyetik Rözonans spektroskopi çalışmalarında anodal tDCS uyarımı ile glutamat ve glutamin düzeyinde artış olduğu gösterilmiştir. Ayrıca bu beyin alanları ile ilişkili uzak alanlarda benzer glutamin artışları bireysel farklılıklarla ortaya konmuştur.

Transkraniyel alternan akım uyarımı - tACS

tACS’de elektrodlar arasında genellikle sinusoidal olarak değişen polarite ile karekterize akım kullanılır. tDCS’den farklı olarak tACS nöronal eksitabiliteyi değiştirmez ancak eksojen frekansa maruz kalan nöronlarda nöronal ateşlenme frekansını değişerek, bir ateşlenme sürüklenmesine yolaçar.. Bu nöronal sürüklenme uygulanan akımın nöronların transmembran potansiyelini değiştirmesi sonucu gerçekleşir. Nöronlarda uygulanan akımla paralel şekilde transmembran polarizasyonda bir osilasyon oluşur. Bu fluktuasyon veya dalgalanma uygulanan akımın frekansı ve akımın şiddeti ile koreledir. Örneğin düşük frekanslı bir uyarım yüksek frekanslı bir uyarıya oranla transmembranal alanda daha fazla polarizasyona neden olur. Belirli beyin bölgesinde birlikte davranması istenilen nöronların belirlenmiş bir frekansta ateşlenmesinin sonuçta yaptığı davranışsal değişikler gözlemlenebilir.

TACS'ın beyindeki belirli frekansları hedefleme ve bunlara interfere olma kabiliyeti araştırmacılar ve klinisyenler için paha biçilmez bir araçtır. Çok sayıda çalışma, kısa bir uyarı süresiyle bile tACS'nin nöral salınımları seçici olarak sürükleme yeteneğini doğrulamıştır. Ek olarak, tACS endojen salınımlarla aynı frekansta uygulandığında, potansiyalize olma en etkin seviyededir. Bu gözlem, tACS uyarılmasının, beynin durumuna bağımlı olduğu bir çok çalışma ile desteklenmiştir, bu çalışmalarda kognitif istek yüksek olduğunda, tACS uygulanması ile working memory tasklarında işlevselliğin modüle edilebildiği gösterilmiştir. tDCS gibi tACS bölgesel olarak başta GABAA olmak üzere GABA düzeyini değiştirmektedir, bunun da konnektiviteyi modüle ettiği ileri sürülür ancak bununla ilgili çok fazla araştırma yoktur. Weinrich ve ark. primer motor korteksi 20 Hz , 5 Hz frekansla veya sham ile uyardıklarında fMRI’da primer motor kortekse konnektivite paterninde değişikliğe yol açtığını, ancak lokal aktivite veya network bağlantılarında bir değişiklik saptamadıklarını söylemişlerdir. Benzer bir çalışma Bachinger tarafından yapılmış, sağ ve sol sensorimotor korteks endojen 8 Hz alfa frekansında uyardığında benzer sonuçlar elde etmiştir. Yazarlar alanlar arasındaki bağlantıda bir artış bulmuşlar ve bu etkinin, uyarım süresini aştığını ve öncesinde veya doğal olarak zayıf interhemisferik bağlantı sergileyen bireylerde daha etkili olma eğiliminde olduğunu bildirmişlerdir.
Şekil: transkraniyel elektrik stimulasyonda kullanılan akım tipleri
Stacks Image 23

Transkraniyel random noise uyarım -t RNS

En son geliştirilmiş tES yöntemi ve ilk kez insanda uygulaması 2008 yılındadır (Temey ve ark.) tRNS tıpkı tACS gibi alterne akım kullanır ancak frekans sabit değildir. tRNS uyarımı belirli aralıkta random frekans ve genliktedir. Bir çalışmada kortikal motor eksitabiliteyi artırma yönünde tRNS nin en etkin tES yöntemi olduğu söylenmiştir. tRNS uygulamasında uyarı frekansı normalde 0.1-100 Hz arasında uygulanır, ancak 0.1-100 hz yızl yavaş veya 101-640 Hz hızlı uyarımlarda kullanılır. 10 dk uyarım ile 1 saat boyunca kortikal eksitabilitede artış sağlanır. Ancak bir çalışmada Campana düşük ve yüksek frekanslı tRNS’lerin kortikal eksitabilite üzerinde ters etkisi olduğunu söylemişlerdir. Moliadzi intensiteye bağlı olarak (0.4 mA) düşük frekansta nöronal inhibisyon, yüksek intensitelerde (1 mA) eksitasyon elde etmiştir. Yazarlar, bunun nedeni net olmasa ve deneyin tekrarlanması gerekli olsa da, bu bulgunun intrakortikal inhibitör networklerin fasilitasyonu veya intrakortikal eksitatör internöronal sistemin inhibisyonu ile olabileceğini söylemişlerdir. Kısa süreli tRNS’de kortikal uyarımı değiştirebilmektedir ancak yine de kısa süre ile olan uyarımların güvenilir olduğına dair yeterince veri yoktur.
Sıçanlarda, ardışık yüksek frekanslı stimülasyon sadyumun hücre içine girmesine ve zayıf bir depolarizasyon artışına neden olduğu bilinmekte olmasına rağmen tRNS’nin etki mekanizması hakkında yeterince bilgi yoktur. Bir çalışmada, tRNS’nin insanda inhibe durumdaki voltaja bağlı Na aktivasyonu araştırılmıştır. Bu çalışmada ilaçla Na kanalları blokajı ve tek puls TMS kullanılarak, tRNS etkisinin NMDA reseptörlerinden farklı olduğu ve etkisinin tDCS’den farklı olduğu söylenmiştir. BU fizyolojik ve farmakolojik tabanlı çalışmalara bakılaraka, tRNS’nin etki mekanizması konusunda farklı fikirler ileri sürülmektedir. İleri sürülen bir teori skotastik rezonanstır, buna göre tRNS hedef nöronlarda random bir aktivite uyarıyor ve hedef nöronlar eksternal uyarılara daha açık hale geliyordu. Farklı olarak, tNS’nin tekrarlayan eşik altı uyarımlarının, sistemin ni koruduğunu ve potansiyel işleve bağlı nöronal aktiviteyi potansiyelize ettiğini söylenmiştir.

tRNS: Nöronal osilasyon ve konnektivite

Bugün itibari ile yayınlanmış bu konuda tRNS ile ilgili çok az karşılaştırılmalı çalışma vardır. Yapılan çalışmalar çoğunlukla motor koretks üzerinde ve TMSike test edilir, bir çalışma near infrared spektroskopi ile aritmetik çalışma sırasında yapılmıştır. EEG değişimleri üzerine ait etkisi için yalnız 2 çalışma vardır. Van Doren (2014) 20 dakika ve 2 mA işitme korteksi üzerine verilen tRNS ile frontal ve parietal bölgelerde, resting-state aktivitesinde teta bandında güçlenme göstermişlerdir. İşitme korteksinde yapılan bir diğer çalışmada (Rufener 2017) işitsel evet-related potansiyeller üzerinde sınırlı bir etkisi olmuştur.