神經調控技術——

經顱直流電刺激（tDCS）

在康復醫(yī)學中的應用與發(fā)展主講：陳純1一、tDCS的基本知識二、tDCS的臨床應用目錄2一、tDCS的基本知識3前言隨著生活壓力的增大，越來越多的人們受到精神性和神經性問題的困擾。其中常見的精神性疾病，如抑郁、強迫癥、神經疼痛；神經性疾病，如老年癡呆癥、耳鳴、癲癇以及中風后失語、中風后手功能障礙等。

但是，這些疾病主要采用藥物、心理及其他方法進行保守治療，且副作用大、周期長。因此，就急需為這類人群提供一種效果良好、副作用小的治療或輔助治療方法，幫助該類人群克服上述疾病，重新融入到正常的工作和生活中。4非侵入性腦刺激技術新興的康復治療模式

非侵入性腦刺激；

腦機接口；

生物治療；

藥物制劑等；結合各種治療和干預措施可以增加有效性，這是以后研究的新方向。FengW,BelagajeSR.Recentadvancesinstrokerecoveryandrehabilitation.SeminNeurol.2013;33(5):498-506.5神經重組+運動控制+運動再學習非侵入性腦刺激技術侵入性腦刺激高級腦功能非侵入性腦刺激經顱直流電刺激（tDCS）經顱磁刺激（TMS）低能激光超聲618、19世紀

許多研究者一直不斷嘗試利用電流治療各種精神疾病。

——產生了各種各樣的結果。隨后：電休克的有效性；精神藥物的使用；缺乏可信的神經生理學標志物?！弥绷麟妼χ袠猩窠浵到y(tǒng)進行刺激不再被作為精神病學重要的

治療和研究手段。——電刺激主要被用于治療肌肉骨骼失調及外周疼痛。經顱直流電發(fā)展簡史——從發(fā)展到延擱720世紀80、90年代

事件相關電位（ERP）；

正電子層析掃描（PET）；

功能性磁共振成像（fMRI）；

——人類能夠直接“看到”大腦在進行各種認知加工時的功能定位和

動態(tài)過程。1998年起

——微弱直流電可以有效地透過顱骨進行傳導并在皮層上誘發(fā)出雙相的、極性相關的改變。具體而言，陽極的直流電刺激可以增加皮質興奮性，而陰極的直流電刺激可以降低皮層興奮性。經顱直流電發(fā)展簡史——從遺忘到復蘇8經顱直流電發(fā)展簡史——現狀本世紀以來經顱直流電刺激技術不斷發(fā)展，逐漸成為認知神經科學、神經康復醫(yī)學、精神病學的研究熱點。每年都有大量文章發(fā)表在包括《Nature》、《Science》、

《NeuroImage》、《Neuroscience》、《BrainStimulation》在內的

相關領域頂級刊物上；主要應用領域涉及多種神經及精神類疾病。9tDCS的概念一種非侵入性的，利用恒定、低強度直流電(1—2mA)調節(jié)大腦皮層神經元活動的技術。經顱直流電輸出的精度和穩(wěn)定性是普通直流電難以實現的。tu恒穩(wěn)直流電tu脈沖直流電10非侵入性腦刺激技術經顱磁刺激（TMS）——

——閾上刺激；

——產生動作電位，引起神經元放電；

——腦刺激技術。經顱直流電刺激（tDCS）————

——閾下刺激；

——通過調節(jié)靜息膜電位起作用，調節(jié)自發(fā)性神經元網絡活性；

——神經調控技術。11tDCS刺激的有效性1、通過顱骨：科學研究—顱骨具有低導電性，2、有效通過：約有45%的電流到達大腦皮層；12tDCS刺激的電流密度陽極陽極陰極陰極根據電極片的尺寸和放置的部位，可產生不同的電流分布PedroCavaleiroMirandaa,*,MikhailLomarevb,MarkHallettb.Modelingthecurrentdistributionduringtranscranialdirectcurrentstimulation.ClinicalNeurophysiology117(2006)1623–162913tDCS刺激的刺激深度腦干背側丘腦ToralfNeuling1?,SvenWagner2?,CarstenH.Wolters.Finite-elementmodelpredictscurrentdensitydistributionforclinicalapplicationsoftDCSandtACS.ORIGINALRESEARCHARTICLEpublished:24September2012doi:10.3389/fpsyt.2012.0008314tDCS的作用機制總的來說：陽極興奮陰極抑制具體而言：1、對靜息膜電位的改變：陽極使去極化、陰極超極化；2、對局部腦血流量的改變：陽極增加、陰極降低；3、對任務相關腦區(qū)的影響：陽極激活、陰極減弱；4、后續(xù)效應：1-2小時；5、調節(jié)突觸微環(huán)境：改變NMDA受體或GABA的活性，從而起到調節(jié)突觸可塑性的作用；6、更多……

15早期的動物和臨床研究發(fā)現，直流電的陰極靠近神經細胞胞體或樹突時，靜息電位閾值升高，神經元放電減少，陽極使靜息電位閾值降低，神經元放電增加。與TMS不同，tDCS并不誘導產生動作電位，它有神經調節(jié)效應(neuromodulation)tDCS

對皮質興奮性調節(jié)的基本機制是依據刺激的極性不同引起靜息膜電位超極化或者去極化的改變。NitscheM,CohenLG,WassermannEM,PrioriA,LangN,AntalA,etal.Transcranialdirectcurrentstimulation:stateoftheart2008.BrainStimulation2008;1:206–23.tDCS的作用機制16Anodalstimulationinducedalargeincrease(17.1%)inrCBFduringstimulation,whichreturnedtobaselineafterthecurrentwasturnedoff,butexhibitedanincreaseinrCBFagaininthepost-stimulationperiod.陽極的刺激誘導區(qū)域性腦血流大量增加(17.1%)，當停止刺激后回到基線，但下一次刺激又表現出區(qū)域性腦血流的增加。Cathodalstimulationinducedasmallerincrease(5.6%)duringstimulation,asignificantdecreasecomparedtobaseline(?6.5%)aftercessation,andacontinueddecreaseinthepost-stimulationperiod.陰極的刺激在刺激期間誘導一個較小的增加(5.6%)，但停止刺激后相對于基線明顯降低(?6.5%)，并在下一次刺激時持續(xù)減少。tDCS的作用機制——對腦血流的影響17tDCS的作用機制——對腦電的影響Schestatsky,P.,Morales-Quezada,L.,Fregni,F.SimultaneousEEGMonitoringDuringTranscranialDirectCurrentStimulation.J.Vis.Exp.(76),e50426,doi:10.3791/50426(2013).18

陰極刺激后

任務相關腦區(qū)激活的減弱BaselineAfter-tDCSBaudewigetal.(2003)Confirmedusingimaging:e.g.oneseeslesstaskrelatedactivationfollowingcathodalstimulation(Baudewigetal.,2001)tDCS的作用機制——腦區(qū)激活/減弱19tDCS的后效應是由于突觸效能改變，與長時程增強(LTP)和長時程抑制(LTD)類似；在大鼠實驗中，可以發(fā)現陽極tDCS刺激可以誘導與NMDA受體有關的LTP產生；能夠影響NMDA受體的藥物可以改變神經調節(jié)效能。ThickbroomGW.Transcranialmagneticstimulationandsynapticplasticity:experimentalframeworkandhumanmodels.ExpBrainRes2007;180:583-93.CheeranB,TalelliP,MoriF,etal.Acommonpolymorphisminthebrain-derivedneurotrophicfactorgene(BDNF)modulateshumancorticalplasticityandtheresponsetorTMS.JPhysiol2008;586:5717–25.NitscheMA,FrickeK,HenschkeU,etal.Pharmacologicalmodulationofcorticalexcitabilityshiftsinducedbytranscranialdirectcurrentstimulationinhumans.JPhysiol2003;553:293–301.tDCS的作用機制——后續(xù)效應209min7min5minDurationNitscheetal.(2003)tDCS后續(xù)效應的維持刺激時間越長，后續(xù)效應更明顯tDCS的作用機制——后續(xù)效應21二、tDCS的臨床應用22tDCS的應用——文獻資料23適應癥——各種神經、精神類疾病24外側溝中央溝額葉顳葉頂葉枕前切跡頂枕溝島葉枕葉25額葉：與精神、語言、隨意運動有關。顳葉：病變主要引起聽覺、語言、記憶及精神活動障礙。頂葉：病變主要產生皮質性感覺障礙、失用和失認癥。枕葉：病變主要引起視覺障礙。島葉：病變引起內臟運動和感覺的障礙。邊緣葉：是邊緣系統(tǒng)的一部分，病變時可出現情緒及記憶障礙、行為異常、幻覺、反應遲鈍等精神障礙及內臟活動障礙。大腦各葉分工感覺皮層S1前額葉背外側DLPFC26aITS:顳下回前部aMTG:顳中回前部pIFG:額葉后下部PM:前額葉皮層言語聽加工的最早階段涉及了雙側顳平面進行頻譜分析（綠色）。語音水平加工涉

及了雙側顳上溝的中至后部（黃色），有左半球微弱的優(yōu)勢。

隨后分為兩支信息流：腹側流（紫色）將語音表征映射到詞匯概念表征，由雙側組織，具有微弱的左

側優(yōu)勢。背側流（藍色）的后部區(qū)域，即顳頂葉外側裂區(qū)，它是感覺-運動接口（左側優(yōu)

勢），將語音表征映射到發(fā)音運動表征(感覺運動整合)，而額葉更前部涉及了Broca’s區(qū)和島葉前部（發(fā)音網絡）。腦網絡

—語言功能解剖的雙流模型27-ppt模板免費下載目前認為的腦功能重組的機制主要有3個方面：1、啟用潛在通路——

未損傷時存在的功能靜止的傳導通路的再利用；2、恢復損傷通路——

殘存神經元纖維的生成及新的突觸的形成；3、平行通路替代——

中樞神經系統(tǒng)傳導通路縱橫交錯，這有利于旁路途徑的形成來完成因神經損傷而失去的機體功能。腦功能重組的機制28交互性半球間抑制理論（經胼胝體抑制）正常狀態(tài)下，雙側大腦半球皮質存在一種程度相似的經胼胝體的相互抑制，兩側半球通過交互抑制達到并維持功能相互匹配的平衡狀態(tài)。29交互性半球間抑制理論——正常狀態(tài)交互性半球抑制是正常存在的神經生理特征，目前研究證實的有一側初級運動中樞（M1）對另一側M1的抑制，可能是由發(fā)出抑制的M1區(qū)通過興奮性神經元經胼胝體與對側的抑制性中間神經元形成突觸聯系而實現。語言、吞咽功能、軀體感覺功能等諸方面也存在交互性半球間抑制，有待進一步研究和闡明。30交互性半球間抑制理論——病理狀態(tài)單側半球病變會引起交互性半球間抑制平衡的破壞?；紓劝肭蚺d奮性降低，導致健側半球相關功能釋放，健側對患側的抑制相對增強，阻礙運動功能的恢復。

由于損傷部位和范圍的不同，交互性半球抑制也可能存在差異。例如：運動皮質損傷顯示為患側對健側抑制不足，而皮質下損傷則顯示為抑制增強。31額枕左右患側腦區(qū)興奮性下降健側腦區(qū)超激活健側腦區(qū)募集不夠患側腦區(qū)超激活交互性半球間抑制理論——皮質興奮性的再平衡32tDCS的操作方法1、刺激效果由刺激部位、電流的強度、電極片的面積和極性來決定；

評估+影像——刺激部位——刺激方式——電流強度——訓練2、刺激方式：陽極刺激：陽極電極置于目標腦區(qū)位置，興奮;陰極刺激：陰極電極置于目標腦區(qū)位置，抑制;對照假刺激：給予非常短暫的電流刺激

（約30s，使被試者產生與真刺激相同的主觀感

覺，

電極放置位置與真刺激一致）3、電流強度安全電流密度：0.057mA/cm2+_3310──20系統(tǒng)電極放置法

國際腦電圖學會規(guī)定的標準電極放置法tDCS的定位方法34BROCA區(qū)（H）：WERNICKE區(qū)（J）：前額葉背外側DLPFC（N）手區(qū)（O）口舌區(qū)（P）小腦（R）前額葉（S）tDCS的常用刺激部位35適應癥陽極陰極抑郁癥、自閉癥左側前額葉背外側DLPFC對側肩部認知障礙患側腦區(qū)前額視空間障礙非優(yōu)勢半球頂葉運動、脊髓損傷患側腦區(qū)初級運動皮層（M1）上肢痙攣患側腦區(qū)手區(qū)吞咽障礙口顏面失用患側腦區(qū)口舌區(qū)帕金森（運動）優(yōu)勢半球初級運動皮層耳鳴左顳疼痛優(yōu)勢半球初級運動皮層記憶障礙左側前額葉背外側DLPFCtDCS刺激部位的選擇361.使用植入式電子裝置（例如心臟起搏器）的患者；2.顱內有金屬植入器件的患者；3.發(fā)熱、電解質紊亂或生命體征不穩(wěn)定患者；4.孕婦、兒童；5.局部皮膚損傷或炎癥患者；6.有出血傾向的患者；7.有顱內壓增高的患者；8.存在嚴重心臟疾病或其他內科疾病的患者；9.急性大面積腦梗塞的患者；10.癲癇患者及服用可以引起癲癇藥物者；11.治療區(qū)域有帶有金屬部件的植入器件患者；12.刺激區(qū)域有痛覺過敏的患者。tDCS的禁忌癥37康復科運動障礙

（運動、痙攣、平衡）認知障礙

（記憶、注意、執(zhí)行）言語語言障礙

（失語癥、構音障礙）視知覺障礙

（偏側忽略等）意識障礙脊髓損傷慢性疼痛兒童康復（腦癱、自閉癥等）tDCS的臨床應用領域及適應癥神經科中樞神經傳導帕金森病耳鳴肌張力障礙認知障礙精神科抑郁癥焦慮癥精神分裂癥自閉癥躁狂癥疼痛科纖維肌痛中樞性疼痛脊髓痛偏頭痛科研領域量化研究（電極片大小、電流強度、治療時間等）機制研究（EEG、MRI等）聯合應用：

與藥物、傳統(tǒng)治療手段、周圍電刺激聯合對比TMS38案例分享：痙攣39%的卒中患者以及50%的腦外傷患者會發(fā)生肢體痙攣持續(xù)痙攣可以導致肌肉攣縮及疼痛，嚴重影響肢體的功能恢復,導致日常生活活動能力和生活質量下降（尤其是上肢痙攣）常用的抗痙攣措施有的存在明顯不良反應，有的屬于有創(chuàng)或侵襲性操作39案例分享40fMRI結果在卒中恢復期患側初級運動感覺區(qū)（S1M1）存在著超激活（hyperactivation）LindbergPG,GaverthJ,FagergrenA,etal.Corticalactivityinrelationtovelocitydependentmovementresistanceintheflexormusclesofthehandafterstroke.NeurorehabilNeuralRepair.2009;23:800-10.41提示陰極tDCS是否能降低患側S1M1超激活，是否能降低卒中后痙攣患者的肌張力？陰極tDCS是否會影響患者的運動功能的恢復？42tDCS部位陰極電極位于C3或者C4（患側）陽極位于對側肩部電極面積4.5×5.5cm電流強度0.7毫安43評估方法ModifiedAshworthscale(MAS)Fugl-MeyerAssessment(FMA)BarthelIndex(BI)Aclinicallyimportantdifference(CID)wasdefinedasareductionof≥1intheMASscore44結果與假刺激組相比，tDCS組在治療后以及隨訪時有臨床意義患者更多；上肢運動功能和日常生活能力也明顯改善45可能的機制本研究利用陰極tDCS抑制S1M1超興奮，導致患者肌張力的降低患者肌張力的降低還帶來了上肢運動功能和ADL的改善，說明痙攣是亞急性期后上肢運動功能進一步恢復的阻礙患側S1M1超興奮對于運動功能恢復有負面作用tDCS對運動皮層的調節(jié)有雙向作用，取決于在恰當時間使用恰當的tDCS治療46需要強調tDCS適合于輕中度腦損傷痙攣患者-早期康復、預防性康復tDCS可以作為補充治療手段，常規(guī)的運動訓練不可替代47案例分享：抑郁tDCS治療效果與帕羅西汀作用相當NitscheMA,BoggioPS,FregniF,etal.Treatmentofdepressionwithtranscranialdirectcurrentstimulation(tDCS):areview.ExpNeurol.2009Sep;219(1):14-9.48案例分享2：tDCS改善抑郁癥狀40例沒有服用抗抑郁藥物的抑郁癥患者，隨機分成三組：假刺激組、枕葉tDCS組（陽極刺激枕葉）和額葉tDCS（陽極刺激左DLPFC）。刺激強度2mA，每次刺激20min，每天一次，共10天。結果顯示，治療前后的漢密爾頓抑郁量表（HDRS）減分率，在額葉tDCS為40.4%，枕葉tDCS組為21.3%，而在假刺激組是10.4%。額葉tDCS組的效果持續(xù)到最后一次刺激后的一個月。49可能的機制——tDCS與抑郁前額葉背外側和前額葉框面皮