检测经颅直流电刺激人类大脑深处的生活

中风的一个定义特征是电动机控制的损失由于结构损伤在特定的大脑区域。事实上,运动能力损伤(或赤字)是卒中后并发症。失去的能力进行人体的基本功能,如来说,散步和吞咽,对中风幸存者可能是毁灭性的。不幸的是,很少有有效的恢复选项以外的二次学习物理和职业治疗刺激大脑。虽然许多研究人员试图确定有效新疗法,减轻运动机能障碍,提高生活质量,发现都是缺乏的。

因为大脑的神经回路通过electro-stimulation运作,运用少量的电流头皮(经颅)调查作为一种调节大脑活动的手段。然而,尽管有前途的tDCS数据,最佳剂量仍是未知的。此外,目前尚不清楚多少scalp-applied可以穿透大脑。为了回答这些问题,一个音乐团队人员由中风神经学家和physician-scientist韦恩·冯,医学博士女士,尝试从未尝试过的东西——他们直接测量tDCS-generated EFs体内使用脑深部电刺激(DBS)已经植入的电极帕金森氏症患者。他们的研究结果为此提供了直接证据,帮助回答一些长期,艰巨的问题。

“有大量的研究对tDCS中风,抑郁,和疼痛控制,但有很多怀疑使用tDCS临床上因为数据混合,”冯解释道。主要的问题是,它是非常难以衡量电活动的大脑深处生活的人,和不同生活的人与动物的大脑和尸体,先前的研究意义重大。尽管tDCS模型预测会产生EFs在整个大脑,没有直接证据证明或测量这些电场在活着的人的大脑。

“到目前为止,我们不知道什么是目前的最佳剂量,因为我们没有多少电流是通过头皮和颅骨和穿透大脑内部。头骨骨和头皮厚度,头骨的形状,大脑的大小这些东西的影响。所以,没有真正能够衡量当前病人生活,我们只是猜测,”冯说。

然后,冯承认小说机会直接测量是否tDCS生成EFs在脑深部地区患者运动障碍如帕金森病,常常被植入DBS电极。

“这些患者提供一个自然实验模型,给了我们一个机会使用他们的植入电极记录多少外部应用tDCS当前实际到达丘脑和subthalmic地区,”冯说。

但没有进行这个实验是简单的任务。手术植入DBS电极是在两个步骤进行。首先,电极插入和病人送回家一到两周时稳定。然后,病人返回连接电极的大脑植入胸壁的电池。冯的团队巧妙地利用15-20-minute窗口在第二次手术,外科医生之前连接电池的电极,将电极连接到一个在应用直流电通过头皮记录装置在不同的当前水平使用两种不同的蒙太奇(垫位置)。这种方式,实验可以进行没有偏离标准的临床护理或危及患者安全。

“正常的这种类型的手术时间的变化过程是15 - 20分钟,这就是慷慨的时间我们可以从神经外科医生,”冯说。“我们映射出EF力量使用八接触导致的排列(4电极),然后我们改变tDCS垫的位置在头皮上,看看移动垫位置(蒙太奇)改变了EF分布。很有挑战性的。我们花了两年多来收集数据五个病人。”

虽然艰巨的收集,这些数据代表了人类生活的第一份报告scalp-delivered tDCS电压测量在DBS电极在皮层下的水平。他们证明头皮tDCS产生EF在大脑深处存在剂量依赖的相关性和montage-specific方式。换句话说,4 mA电流产生两倍多的电极间的电压变化2 mA电流和电压差异高于提供的双时态蒙太奇occipitofrontal蒙太奇。“我们显示信号随振幅,增加比例和蒙太奇的依赖。这是很重要的,当你治疗不同的疾病,因为垫的位置真的很重要。不同垫位置创建不同的EFs具有不同的优势,”冯说。

这EFs的直接证据发生在人类大脑tDCS时通过头皮驱散前相信大部分的电流分流的穿透头骨之前,只有到达大脑皮层。另外,它还提供了真实的人体数据的建模假设可以进行测试。冯预计,这项研究的信息和他的下一个调查来验证和优化当前tDCS模型将大大推进。

“我希望,在将来,我们可以得到一个患者的形象大脑并应用计算模型来表示具体的数量的当前和蒙太奇,中风病人需要电动机复苏。这将是一个精密neuro-modulation方法对中风恢复,”冯说。

冯也指出,尽管他的重点是卒中后运动功能恢复,tDCS也被研究用于治疗各种疾病的条件,如抑郁症,术后疼痛控制减少止痛药的使用。