تحریک جدار جمجمه ای با جریان مستقیم
تحریک جدار جمجمه ای با جریان مستقیم
تحریک جدار جمجمه ای با جریان مستقیم
معرفی
تحریک جدار جمجمه ای با جریان مستقیم (tDCS)، نوعی درمان غیر تهاجمی است که طی آن جریان مستقیم بسیار ضعیفی (1 تا 3 میلی آمپر) را بر پوست سر وارد می کنند . از آنجا که جریان مستقیم با تکانه های گسسته، به قطبی سازی و نه تحریک می پردازد ، فعالیت آن مستقیما به شلیک پتانسیل عمل در نورون های قشر نمی انجامد . بررسی های اولیه بر روی نمونه های حیوانی نشانگر تغییر فعالیت قشر مخ در اثر گذر جریان الکتریکی به صورت کاهش یا افزایش تحریک پذیری ، بسته به شرایط جریان الکتریکی عبور داده شده میباشد . این اثرات با تغییر در میزان ساخت پروتئین ها و سطوح درون سلولی AMP حلقوی و کلسیم، تا مدتی پا بر جا می مانند اما عموما برگشت پذیر و فاقد عوارض در عملکرد و ساختار سلول ها می باشند . همچنین این شکل جریان مستقیم (DC) تحریک الکتریکی، وجه مشخصه این روش از ابزارهایی است که از جریان های متناوب (AC) استفاده می کنند و تحریک تکانه گسسته ایجاد می کنند، مانند CES، ECT، VNS و DBS . البته در tDCS بر خلاف روش هایی مانند rTMS (تحریک جدارجمجمه ای با امواج الکترومغناطیسی) ، تحریک انجام شده در حد ایجاد پتانسیل عمل پاسخ ( برای مثال انقباض عضلانی ) نمی باشد . بلکه تغییرات صورت پذیرفته در جهت اصلاح ساختار و عملکرد نورون ها در جهت مطلوب و مد نظر (نورومدولاسیون) هدایت می گردد، از اینرو برخی پژوهشگران عبارت " قطبی سازی جریان مستقیم جدار جمجمه ای" را ترجیح می دهند، و این دو عبارت در ادبیات امروز معادل یکدیگرند. ابزار کوچک آن قابل حمل بوده و معمولا با باطری های DC در دسترس کار می کند.
تاریخچه تحریک الکتریکی
اولین دستگاه های تحریک مغز ، ماهی های زنده بودند . رومی ها و یونانیان باستان از قدرت شوک دهندگی گربه ماهی نیلی (رود نیل) و ماهی دیگری با اشعه الکتریکی (Electric Ray) آگاه بودند (فینگر،2000). گالن و اسکریبونیوس لارگوس در روم از ماهی الکتریکی برای درمان سردرد و اختلالات مختلفی استفاده می کردند. این ماهی ها احتمالأ اولین دستگاه های تحریک مغزی به شمارمی آمدند. این ماهی را رومی ها و یونانی ها برای درمان اختلالات گوناگون مورد استفاده قرار می دادند.
آنها ماهی را روی پیشانی بیمار قرار می دادند یا اینکه از او می خواستند بر روی تعداد زیادی از ماهی زنده مذکور بایستند. این ماهی انرژی خاص خود را تخلیه می کرد که البته در آن زمان و تا قرن ها بعد به عنوان الکتریسیته شناخته شده نبود. متاسفانه این ماهیها به سادگی در دسترس نبودند تا اینکه در قرن هجدهم ماشین هایی ساخته شد که می توانستند الکتریسیته را بر حسب نیاز تولید کنند.
اوایل قرن هجدهم ، دانشمندان پیشرو هنوز نمی دانستند که چه ماده ای درون اعصاب جریان دارد (فینگر،2000) . اندیشمندان بزرگی در ارتباط با ارواح ، سیالات خاص و حتی نوسانات نظریه پردازی می کردند. این لویجی گالوانی بود که در یک سری از آزمایشات که درسال 1791 منتشر شد، نظریه جاری بودن الکتریسیته در عصب را بنا نهاد. با استفاده از باطری های ابتدایی ، او نشان داد که یک عصب تحت آزمایش می تواند به وسیله الکتریسیته فعال شود و ظاهرأ باعث ایجاد انقباض ماهیچه ای طبیعی شود. بعلاوه او اعلام کرد که الکتریسیتۀ موجود در طبیعت (مثلأ رعد و برق) می تواند پاسخ مشابهی را در ماشین های الکتریکی ایجاد کند . روش هایی از این دست تقریبأ بلافاصله بعد از آغاز استفاده کاربردی از الکتریسیته در اواخر دهه هشتاد قرن نوزدهم شروع به رشد کردند. در آن زمان عبور یک جریان مستقیم از ماهیچه یا مغز در اروپا رواج داشت .
برای مثال یکی از دانشجویان مقطع تخصص شارکو، به نام جورج دوشان دی بولونیه، به همراه یک تولید کننده کوچک و باتری به نقاط مختلف پاریس سفر می کرد، او الکتریسیته را از ماهیچه های بیماران عبور می داد، و تأثیرات آن را بر روی اختلالات متعددی آزمایش می کرد و همچنین از آن برای فهم بهتر مداخلات ماهیچه ای – عصبی و به خصوص دیستروفی مایچه ای استفاده می کرد (جورج، 1994). دیگران شروع به استفاده از جریان مستقیم در مغز کردند. به این علت که این روش هیچ فایده ای نشان نداد، به صورت گسترده ای، به عنوان یک روش درمانی، در اروپا و آمریکا از چشم افتاد.
به دلایلی که مشخص نیست، tDCS یک زمینه فعال در روسیه، در دهه 40، باقی ماند . بعضی اوقات با آن "درمان خواب الکتریکی" نیز می گفتند، زیرا بیماران گاهی اوقات، در طی 30 دقیقه درمان، چرت می زدند یا به خواب می رفتند (گومز و میخاییل، 1978). بیشتر tDCS های انجام شده در روسیه در قالب تحقیقات بالینی انجام نمی شد و نقل قول می شود که از آن برای درمان الکلیسم ، درد ، افسردگی ویا ترکیبی از این ها استفاده می شده است (فایگنر و همکاران، 1973).
دکتر والتر پولوس و گروهش در گوتینگن در آلمان، اخیرا باعث احیای مجدد این فناوری شدند، هم اکنون نیز تحقیقات فعالی بر روی tDCS انجام می شود و بیش از 100 مقاله در این زمینه در طی ده سال اخیر در مجلات تایید شده منتشر شده است. به روشنی معلوم شده است، tDCS بر مغز تأثیر می گذارد و می تواند قابلیت تحریک پذیری قشری را تقویت کرده و باعث بهبود حافظه در انسان های سالم شود. اینکه آیا از این تأثیرات می توان به صورت درمانی نیز استفاده هنوز معلوم نیست .
tDCS درمغز چگونه کار می کند؟
اینکه دقیقا در مغز و در حین tDCS چه می گذرد نا مشخص مانده است. به هر حال، آزمایشات بر روی حیوانات ، انسان و حتی شواهد ثبت شده مستقیم از نورون های موارد آزمایش شده، یک توضیح کلی را پیش رو می گذارد. آند (منفی) مکانی است که الکترون ها وارد مغز می شوند. کاتد (مثبت) جایی است که الکتریسیته از مغز خارج می شود . بنابراین، یک بار منفی در زیر کاتد تحریک کننده، زمانی که الکترون ها برای داخل شدن به الکترود تحریک کننده تجمع می کنند، ایجاد می شود (مانند مسافرانی که منتظر سوار شدن به مترو هستند و در پشت در ازدحام کرده اند).
یک کاتد کوچک تر می تواند بار کانونی تری را به ناحیه مورد نظر در مغز برساند واین زمانی است که بار بیشتری در درب خروجی تجمع کرده است. بنابراین، می توان اندازه ی ناحیه ای از مغز، که تحت تاثیر قرار می گیرد را، به وسیله تغییر اندازه الکترود کاتدی و یا با تغییر اندازه یا محل الکترود آندی، شکل داد یا کنترل کرد (نیچه و همکاران، 2007) .
اثرات رفتاری آنچه در زیر کاتد تحریک کننده اتفاق می افتد، الزاما با آن روشنی که انتظار داریم نیست. در بیشتر مطالعات، ناحیه ای که زیر آند قرار گرفته است تحریک و ناحیه ای که زیر کاتد قرار دارد مهار می شود. برای مثال، تحریک نواحی مختلف قشر حرکتی، باعث ایجاد چنین اثرات رفتاری می شود. این روش به عنوان درمان سکته به کار گرفته می شود.
به هر حال، مغز بسیار پیچیده است. مطالعاتی وجود دارد که نشان می دهد، نواحی مغزی زیر آند، از نظر رفتاری مهار می شوند. در یک مطالعه، محققان نهفتگی پاسخ فراخوان شده دیداری را آزمایش کردند: 10 دقیقه tDCS آندی، باعث کاهش دامنه پتانسیل تحریک شده بصری شد، در حالی که 10 دقیقه tDCS کاتدی کاتدی، باعث افزایش این دامنه برای چندین دقیقه در پی تحریک شد. (آکورنرو و همکاران، 2007). بنابر این در این مطالعه، مهار رفتاری زیر آند، و برانگیختگی یا تحریک، زیر کاتد داشتیم. به نظر می رسد که نواحی مختلف مغزی با مورفولوژی، لایه بندی و ساخت سلولی متفاوت، می توانند پاسخی متفاوت به تحریک جریان مستقیم از خود نشان دهند.
سر انسان یک هادی ضعیف الکتریسیته است. به علاوه، حداقل 50 درصد جریان در بافت های پیرامونی از دست می رود. به همین خاطر است که می توان از الکتریسیته بسیار کمتری، در زمانی که از جمجمه میگذرد و به طول مستقیم نورون ها را لمس می کند، استفاده کرد (مانند DBS یا TMS که در آن ها میدان مغناطیسی از جمجمه عبور داده می شود).
منطق علمی tDCS، عبور جریان الکتریکی از داخل مغز با استفاده از قرار دادن الکترودهای مثبت و منفی روی جمجمه است. بر این اساس می توان پیش بینی کرد که متغیرهای مهم برای دستیابی به اثرات دلخواه شامل موارد ذیل می شوند.
1- شدت جریان: طبیعی است که هر چه میزان جریان الکتریکی بالاتر باشد اثرات بیشتری مورد انتظار خواهد بود. جریان از الکترود آنود (قطب منفی ) به الکترود کاتد (قطب مثبت) برقرار میگردد.
2- شکل و اندازه الکترود: می توان گفت مهم تر از شدت جریان، چگالی جریان گذر کرده از مغز می باشد. چگالی یا تراکم جریان در واقع معرف میزان جریان عبوری از هر سانتی متر مربع است. در اکثر مطالعات، تراکم 0،029 تا 0،08 میلی آمپر در هر سانتی متر مربع مورد استفاده قرار می گیرد . بر این اساس شکل و اندازه الکترود، شاخصی تعیین کننده خواهد بود. در عموم مطالعات به چاپ رسیده از الکترودهای 25 الی 35 سانتی متر مربعی استفاده شده است. برای برقراری اتصال مناسب بین دو الکترود و جمجمه از خیس کردن الکترود با آب معمولی یا محلول NaCl (غلظت 15 الی 140 میلی مول) یا کرم های مخصوص استفاده می گردد. البته چند شرکت تولید کننده، الکترودهایی بدون نیاز به مواد اضافی جهت اتصال به جمجمه معرفی نموده اند.
3- محل قرارگیری الکترود: با توجه به اندازه به کار رفته و اصول فنی tDCS نمی توان دقت مکانی زیادی از آن انتظار داشت. اما تاثیر گذاری منطقه ای، در حد قشر حرکتی راست یا چپ و یا قشر پره فرونتال راست یا چپ امکان پذیر است. پژوهش ها نشان می دهد الکترود آند منجر به افزایش و الکترود کاتد منجر به کاهش فعالیت نواحی سطحی قشر مخ می گردد. بر این اساس می توان گفت در به کار گیری tDCS در واقع یک ناحیه در قشر مخ تحریک و یک ناحیه مهار می گردد.
4- طول برقراری جریان: بدیهی است که با افزایش طول دوره جریان و یا شدت جریان می توان انتظار اثرات بیشتری را در tDCS انتظار داشت. اما با توجه به گسترش دامنه نواحی تحت تاثیر در اثر افزایش شدت جریان و تحریک شدن نورون های لایه های زیرین و ایجاد اثرات غیر قابل کنترل و ارزیابی، ترجیح داده می شود برای افزایش اثر ، طول دوره آن افزایش یابد.
در برقراری جریان با tDCS درحد چند ثانیه اثرات ایجاد شده بلافاصله بعد از قطع جریان از بین می روند. در کاربرد tDCS درحدود 10 دقیقه (عموم مطالعات از بازده حدود 9 الی 13 دقیقه استفاده می کنند) اثرات ایجاد شده تا حدود یک ساعت باقی می ماند.
تغییر در تحریک پذیری قشر مخ با افزایش یا کاهش میزان پاسخ دهی ( تحریک پذیری ) با روش های مختلف تحریک الکتریکی
نوع تحریک |
اثر روی تحریک پذیری قشر حرکتی مخ |
tDCSکاتدی |
کاهش |
tDCS آندی |
افزایش |
rTMS با فرکانس پایین (برابر یا کمتر از 1 هرتز) |
کاهش |
rTMS با فرکانس بالاتر (برابریا بیشتر از 5 هرتز) |
افزایش |
rTMS با پالس جفت شده با شدت کم |
کاهش |
rTMS با پالس جفت شده با شدت زیاد |
افزایش |
TBS متوالی |
کاهش |
TBS متناوب |
افزایش |
PAS با فرکانس پایین (برابر یا کمتر از 0.1 هرتز) |
افزایش |
PAS با فرکانس پایین (5 هرتز) |
افزایش |
TCES پالسی |
شناخته نشده |
ECS کاتدی |
شناخته نشده |
ECS آندی |
شناخته نشده |
ECS: epidural cortical stimulation; PAS: interventional paired associative stimulation; rTMS: repetitive transcranial magnetic stimulation; TBS: theta burst stimulation; TCES: transcutaneous cranial electric stimulation; tDCS: transcranial direct current stimulation.
نکات مراقبتی در هنگام استفاده از tDCS
با توجه به استفاده از جریان بسیار خفیف و عدم تماس الکترودها با بافت مغز، مطالعات مختلف نشان داده اند که این روش کاملا غیر تهاجمی و بدون عوارض جدی است. تنها عارضه قابل توجهی که بعضی از مطالعات به آن اشاره کرده اند خارش محل الکترودها و قرمزی این محل پس از جلسات متعدد و طولانی در تعدادی از بیماران است که این قرمزی و خارش نه به علت آسیب بافتی بلکه عمدتا ناشی از گشادی عروق محل گذر جریان است.
عبور جریان از نواحی کنترل کننده ضربان قلب و یا تنفس در ساقه مغز می تواند از لحاظ تئوریک خطر ساز باشد. در یک مطالعه که الکترود مرجع در پاهای بیمار و الکترودهای دیگر در قشر پره فرونتال قرار گرفته بود. در یک بیمار گزارش حالت تهوع و مشکلات تنفسی ذکر شده است که بعد از قطع جریان، این مشکل نیز برطرف شده و نیاز به بستری در بیمارستان ایجاد نشده است.
اگرچه جریان استفاده شده در tDCS نمی تواند در فرد سالم منشاء ایجاد یا افزایش احتمال حمله تشنج گردد، اما ممکن است شرایط در بیماران مبتلا به صرع متفاوت باشد. بر این اساس استفاده از این روش در این افراد توصیه نمی شود. همچنین بیماران دچار وضعیت های غیر پایدار و یا دارای اجسام فلزی نزدیک محل الکترود نیز کاندید استفاده از این روش نمی باشند. فرم رضایت نامه با ذکر احتمال سردرد، سرگیجه (vertigo)، منگی (dizziness) و حالت تهوع (nausea) باید از بیمار گرفته شود. با وجود عدم گزارش عوارض در مطالعات انجام شده، بهتر است به ویژه در محیط های بالینی و در مورد پروتکل های طولانی مدت، دقت بیشتری، با بهره گیری از معاینات و چک لیست های بالینی در مورد بیماران صورت پذیرد. عوارض جانبی tDCS به جایگذاری الکترودها (کاتدی یا آندی بودن)، به شدت تحریک و به طول زمانی که بیمار تحت درمان است باز می گردد. در متون قدیمی تر راجع به درمان های پیش پیشانی، گزارش شده است که سوختگی پوست می تواند رخ دهد، همچنین بعضی بیماران احساس غیر مطلوب داشته یا حتی سرگیجه گرفته اند. درمان های امروزی، در بدترین حالت ممکن خود، کم ترین مشکل را ایجاد می کنند. گروه پائولوس، نتایج 576 بیمار و مواردی که در مطالعاتی چالش برانگیز، بر روی قشر حرکتی، آهیانه ای و یا پس سری، tDCS دریافت کرده بودند را گزارش دادند (پورایز و همکاران، 2007). به طور قابل توجهی، هیچ بیماری نمی خواست که تحریک متوقف شود. حدود 70 درصد موارد بعد از درمان احساس خستگی داشتند و یک سوم نیز در زیر الکترودها احساس خارش می کردند. در موارد کمتر، سر درد (11%)، تهوع (3%) و بی خوابی (1%) نیز گزارش شد.
مطالعات بالینی. پژوهش های اولیه نشان می دهد که tDCS می تواند برخی کارکردهای مغزی مستقل از خلق را تقویت کند; با این حال، فناوری tDCS و کاربرد آن در روان پزشکی در مراحل اولیه بررسی قرار دارند. پژوهش های موجود بر اثر بخشی بالقوه آن در تسهیل بهبودی سکته و اشکال خاصی از دمانس تمرکز دارند. در یک کارآزمایی اخیر منتشر نشده دوسویه کور تصادفی کنترل شده با sham ( شم مشابه دارو نما در مداخلات درمانی نظیر ECT است که طی آن بیمار به یک دستگاه خاموش وصل می شود ) که در چند مجله از سوی فیلیپ فرگنی و همکارانش به آن اشاره شده، tDCS درافسردگی به کار رفته است و نتایج این مطالعه حاکی از اثر معنا دار ضّد افسردگی پس از قطبی سازی آندی در ناحیه قشر پیش پیشانی پشتی – جانبی (DLPFC) است. پائولو سرجیو باجو و همکارانش در یک کارآزمایی بالینی تصادفی شده و دسویه کور، شامل 40 بیمار مبتلا به افسردگی اساسی، به مقایسه سه گروه پرداختند. بالاترین کاهش علایم طبق اندازه گیری مقیاس افسردگی همیلتون (HDRS) در گروهی مشاهده شد که در ناحیه DLPFC تحریک آندی دریافت می کردند. این گروه حدود 40 درصد کاهش علامت داشتند، در حالی که گروهی که در آنها الکترود ناحیه پس سری نصب شده بود، 21 درصد کاهش نشان دادند و گروه کنترل، 10 درصد کاهش داشتند. پنج مورد بهبودی کامل در گروه DLPFC مشاهده شد و در دو گروه دیگر هیچ بهبودی کاملی مشاهده نشد. اثر ضّد افسردگی به مدت یک ماه پس از اتمام آخرین درمان در گروه DLPFC باقی مانده بود. این یافته ها باید توسط مراکز دیگر تکرار و تأیید شوند.
جایگاه فعلی در الگوریتم های درمانی. tDCS به عنوان یک درمان روان پزشکی مورد تأئید FDA قرار نگرفته است. از این رو، یک فن پژوهشی آزمایشی است که کار زیادی لازم است تا اثر بخشی آن تأئید شود. اگر این امر حاصل شود و این ابزار توسط مقامات مسئول مورد تأئید قرار گیرد، tDCS می تواند گزینه ای ارزان قیمت و نسبتأ ایمن درمان و جایگزینی برای داروها باشد و اولویت بالاتری نسبت به روش های تحریک تهاجمی تر مانند ECT یا VNS داشته باشد.
جهت گیری های آینده. اکثر ابزارهای کنونی tDCS ازالکترودهای بزرگ آغشته به محلول آب نمک استفاده می کنند. به احتمال زیاد در آینده، شکل الکترود و مواد تماسی جهت بهینه کردن اثرات بالینی مورد نظر و افزایش سهولت کاربرد آنها مورد بررسی قرار خواهد داد. با این حال، سوالات اساسی دررابطه با اثر بخشی، پیامدها، و روابط دوز- واکنش، و نیز پیش بینی کننده های واکنش در درجه اول اولویت بررسی قرار دارند.
tDCS در مقایسه با ECT
در tDCS جریان های کوچک برای بیش از 20 تا 30 دقیقه به کار گرفته می شوند. این جریان ها ثابتند ومغز فرصت دارد که خود را با این جریان ملایم تطبیق دهد. به عکس، در شوک درمانی (ECT) یک جریان کوتاه، قدرتمند و دوسویه که به طور مرسوم، شکل موجی دارد و آنرا شبیه به جریان متناوب می سازد، استفاده می شود. مغز نمی تواند خود را با تحریک در ECT تطبیق دهد و حمله تشنجی ایجاد می شود. کل مقدار الکتریسیته ای که در هر جلسه از ECT استفاده می شود در مقایسه با یک جلسه tDCS آنچنان هم متفاوت نیست. مشخص است که مغز، بسته به نوع تحریک به کار گرفته شده و همچنین دامنه های زمانی بسیار متفاوت در هر نوع از کاربرد تحریک به صورتی متفاوت واکنش نشان می دهد.
موارد کاربرد tDCSدر درمان افسردگی (معادل یک دوره 6 هفته ای مصرف فلوکستین)، میگرن ، درد ناشی از صدمات تروماتیک نخاع و فیبرومیالژیا، سکته های مغزی، آفازی، ولع مصرف (مواد، الکل، سیگار و غذا)، پارکینسون، وزوزگوش و آلزایمر، با موفقیت به کار رفته است. همچنین شواهد بسیاری اثربخشی tDCS را بر بهبود توانمندی های شناختی مانند حافظه، یادگیری، توجه، برنامه ریزی و . . . تأیید میکنند.