2经颅直流电刺激（tDCS）在认知功能障碍中的应用

1、经颅直流电刺激（tDCS）在认知功能障碍中的应用2认知（cognition): 认识和知晓亊物过程的总称，它包括感知、辨别、记忆、学习、注意、理解、推理和判断方面的能力。实际上认知是大脑为解决问题而摄取、储存、重整和处理信息的基本功能。认知障碍（cognitive deficits，cognitive impairment）: 是认识过程一方面或多方面的损害，导致上述过程效率的降低或功能 的受损。治疗：药物治疗、运动疗法、作业活动、物理因子疗法：高压氧、 非侵入性脑刺激.认知及认知障碍认知2.记忆力1.注意力3.定向力5.视空间定向能力4.语言能力6.执行功能3认知及认知障碍4具体分类：感知觉

2、障碍思维障碍注意障碍记忆障碍计算障碍智能障碍自知障碍主要表现形式：学习障碍记忆障碍失语失认失用其他精神、神经活 动的改变痴呆认知障碍认知及认知障碍血管性认知障碍（VCI）非痴呆性血管性认知障碍（VCIND） 血管性痴呆（VaD）混合性痴呆（MD）混合性认知障碍其他5阿尔茨海默病（AD）认 知 障 碍卒中后认知功能障碍（post-stroke cognitive impairment, PSCI） 是重要的血管性认知功能障碍。卒中后患者发病率55.9%。AD早期核心症状是记忆力障碍VCI早期核心症状是执行障碍。认知及认知障碍非侵入性脑刺激non-invasive brain stimulatio

3、n经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation，TMS):利用强电流通过线圈产生变化的磁场透过颅骨在皮质表面 形成微弱的感应电流达到刺激脑组织(主要为皮质)的一种 非侵入性脑刺激技术。经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS):将阴极和阳极电极片放置于头皮特定部位,持续微弱的直流 电可穿过颅骨作用于大脑皮质以调节皮质神经元活动的非 侵入性脑刺激技术。6内容tDCSTMS兴奋性阳极提高兴奋性，阴极抑制兴奋性高频提高大脑皮质兴奋性，低频抑制大脑皮质兴奋性调节机制只影响活动状态的神经元，对神经元静息膜电

4、位阈下调节，电流较小运动磁场产生感应电流刺激大脑皮层，对神经元的调节为阈上调节定位电极柔软，头部贴合性好，固定更好，易定位电极形状固定，定位较难tDCS vs TMS7内容tDCSTMS机器大小机器较小，简易便携，可行 床边治疗机器较大安全性*安全性更高tingling (11.5%),itching (5.8%), redness(4.7%), scalp discomfort (3.1%)，mood changes有诱发癫痫的风险 headache (11.5%), scalpdiscomfort (2.5%),twitching (1.2%), moodchanges (1.2%), f

5、atigue(0.9%), tinnitus (0.6%)声音无声音，研究时可做伪刺激 患者更容易适应刺激时“嗒嗒”声音，有的患者不能适应价格便宜昂贵8tDCS vs TMS经颅直流电刺激（tDCS）9对于tDCS的系统研究始于20世纪60年代。直到2000年被证实tDCS通过使大脑皮层发生极化从而对大脑皮层兴奋性进行调节，该技术逐渐进入人们视线。是近年来的研究热点。Pubmed上tDCS文献数量趋势80070060050040030080070060050040030020010001992199319941995199619971998199920002001200220032004200

6、5200620072008200920102011201220132014201520162017Pubmed上tDCS文献数量趋势万方数据库上tDCS文献数量趋势阴极阳极颅直流电刺激仪10电极性质：阴极和阳极；刺激部位：受损脑区大脑皮质或健侧大脑；作用方式：阴极抑制，阳极兴奋；刺激强度：单位面积电流强度0.057mA/cm2；1-2mA刺激时间：建议20min/次。重复。经颅直流电的刺激效果由电流的强度、刺激部位、 电极片的面积和极性决定。tDCS治疗参数11“半球间相互作用”脑损伤后两侧大脑半球间功能相互作用不平衡；损伤侧半球的兴奋性降低；健侧半球的兴奋性增加通过tDCS调节校正这种不平衡

7、可能改善脑损伤患者的 功能障碍。脑损伤康复理论基础1213Hamilton RH, .Brain Lang. 2011 Jul; 118(1-2): 40-50.14运动功能障碍痉挛意识障碍失语症、吞咽障碍认知功能障碍抑郁偏头痛神经性厌食（anorexia nervosa）帕金森病tDCS在神经康复中的应用tDCS的作用机制3. 对皮质兴奋/抑制平衡的影响2. 增加突触可塑性4. 改变局部脑血流5. 对皮层和脑网联系的调节tDCS机制研究1. 改变皮层兴奋性 直流电阴极靠近神经细胞胞体或树突时，静息电位阈值升高， 神经元放电减少；阳极使静息电位阈值降低，神经元放电增加；与TMS不同，tDCS并

8、不诱导产生动作电位；突触效能改变，与长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)类似；大鼠实验中，阳极刺激可诱导与NMDA受体有关的LTP产生。16tDCS机制研究17Short-term effects of tDCS are thought to occur via non-synaptic mechanisms by depolarization of resting membrane potentials (Nitsche et al. 2003a, Priori, 2003).Longterm effects are believed to occur through NMDA-dep

9、endent mechanisms, similar to LTP and LTD.Liebetanz et al. (2002) tested the dependence of tDCS on glutamatergic signaling and changes in membrane potential. They found that dextromethorphan, a NMDA antagonist, could occlude the after-effects of either polarity of stimulation while carbamazepine, a

10、sodium channel blocker, impaired only the anodal effects, suggesting a more specific reliance upon membrane potential depolarization for the tDCS under the anode (Liebetanz et al. 2002, Priori 2003). Together these data suggest that the after-effects of tDCS may be consistent with use-dependent syna

11、ptic plasticity; i.e. LTP and LTD.tDCS作用机制18分别进行阳极或阴极刺激15分钟；刺激强度分别为100、 50、25微安；阳极刺激增加脑血流，阴 极刺激减少；脑血流量与电极单位面积 下的刺激强度有关。tDCS的效应脑血流改变19阳极刺激诱导区域性脑血流 增加17.1%，当刺激停止时， 血流量恢复到基线水平；阴极刺激时诱导较小的血流 增加(5.6%)，停止刺激后血 流量与基线比较显著降低(- 6.5%)，持续到刺激后期。tDCS的效应脑血流改变Our findings disclosed that tDCS induces significant modul

12、ations in the cortical EEG activity in AD patients. The abnormal pattern of EEG activity observed in AD during memory processing is partially reversed by applying anodal tDCS, suggesting that anodal tDCS benefits in AD patients during working memory tasks are supported by the modulation of cortical

13、activity.20tDCS的效应改善脑电活动21注意力是指个体能够忽略其他内容或外部环境等刺激而集中于持异性剌激，并对相关刺激信息进行加工整合的能力。注意力的主要结构包括脑干上行网状激活系统、中脑上丘、丘脑后结节、前扣带回、后顶叶皮质（Posterior parietal corlex，PPC)和 DLPFC。空间注意存在着更加复杂的额-顶叶网络结构，包括背侧注 意网络和腹侧注意网络（颞顶联合区、腹侧额叶皮质）。有研究显示，多巴胺系统可以参与tDCS对皮质的调节作用。tDCS注意力障碍功能解剖学发现注意力与脑干上行网状激活系统、中脑上 丘、前扣带回、后顶叶皮质和左背外侧额叶等相关。有研究发

14、现tDCS可调节多巴胺的释放。多巴胺系统在目标导向的行为中起重要作用：D1类多巴胺受体与注意转移和短时注意加工有关；D2类多巴胺受体与警觉水平有关；中高水平的多巴胺释放促进注意网络活动。tDCS注意力障碍Kang等对10例MMSE评分25分和10例年龄相配的健康人进行试验。10例患者随机分为2组，实验组予左背外侧额叶阳极刺激 2mA20min对照组假性刺激；10例健康人同样方法分组刺激。治疗前后均用计算机进行注意力检测。结果发现健康者刺激前后无改变，PSCI患者中试验组在刺激1h后反应准确率提高，反应时间缩短，而对照组无变化。tDCS注意力障碍我们的研究观察：71例语言发育迟缓的患儿，其中男性

15、57例，女性14例，平均年龄 4.01.2岁。按1:1:1:1随机分有家庭指导组、语言训练组、tDCS组、综合训练 组。tDCS 组阳极刺激左侧颞叶，阴极放置于右侧肩胛部；使用 5cm7cm衬垫，参数：1mA；20min/d，5d， 4w。结果发现4种治疗方法均可提高视线交流时间，语言训练、综合训 练优于家庭指导，tDCS可能优于家庭指导。24封虹宇. 经颅直流电刺激对儿童语言发育迟缓的临床疗效研究tDCS注意力障碍在注意力障碍的应用-儿童注意力tDCS注意力障碍26Dockery：对健康动物进行额叶tDCS刺激，能够增加记忆和技巧性学习能力。Javadi和 Cheng的研究结论表明，对健康人

16、学生进行左侧背外侧前额 叶的阳极tDCS刺激，可以增强情景式记忆。Yun：对脑卒中对45例PSCI患者进行随机、双肓对照试验：笫1组进行左侧额颞区阳极tDCS治疗，第2组进行右侧额颞tDCS区治疗， 第3组则为假刺激组。每次30min，强度2mA，每周5次。3周后，第1组患者数字广度记忆任务、词语延迟记忆等较之前均明显提高，且听觉记忆明显高于其他组；第2组患者词语延迟记忆明显提高。说明对额颞区行IDCS阳极剌激以提高患者的记忆和学习能力。tDCS记忆障碍tDCS记忆障碍27Boggio （2014）：15 crossoverAnode: bilateral temporal, Cathode:

17、 right deltoid，2 mA, 30min/sham，5/ 1 weekAdas-Cog, Visual Recognition Task, Visual Attention Task, MMSEVisual recognition memory test (persisted for 4 weeks) Loo （2012）：33/31，RCTAnode: LDLPFC, Cathode: lat.Contralateral orbit2 mA, 20 min 15/ 3 weeksRVLT, Digit Span F/B, Stroop, COWAT, LetterNumber S

18、equencing, SDMT, RT (simple and choice) ，Attention, working memory (SDMT, acute effects after the first active tDCS, no after-effects following 3 weeks)交流障碍通常表现为：听觉理解、语言表达、阅读、书写等能力障碍汪洁等的研究使用阳极刺激7例恢复期失语症患者的PPR区（外侧裂后部），tDCS为1 mA，每次20 min，每日1次，每周5天，共20次。结果发现左PPR区刺激较无刺激条件下，图命名正确率提高，听觉词图匹配成绩无明显改变阳极刺激右PPR

19、区图命名成绩无明显改变，听觉词图匹配任务的正确率降低。28tDCS交流障碍作者受试者刺激方法结果You DS等 (2011)33例恢复期脑卒中后完 全性失语者阴极刺激组（右侧颞上回，相当于 Wernicke镜像区）、阳极刺激组（Wernicke 区）、假刺激组（Wernicke区）刺激组均为2mA， 30minday，14d。3 组均接受常规言语训练韩版WAB测试提示3组 理解力均提高，但阴 极刺激组提高更明显。 提示抑制右半球比激 活损伤的左半球可以 更好地促进听理解的 恢复汪洁，等(2011)7例脑卒中失语症患者A期4周的语言训练和B 期的tDCS+言语训练。 阳极刺激左外侧裂后 周围去，

20、1mA，20min/ 次，20次A期治疗后患者听理解力无提高，B期结束后听理解力提高，同时命名力提高29tDCS听理解视空间忽略(unilateral spatial neglect, USN)是脑损伤后对病灶对侧视觉空间的事物或刺激不能指向和集中，是非优势半球损伤后常见的认知功能障碍，这种障碍的产生不是由于基本的感觉系统或运动系统的损伤造成，而是一种注意障碍。右侧大脑半球卒中患者USN的发生率从10%到82%均有报道，平均约为35%。tDCS单侧空间忽略3031Sparinj对10例右侧卒中后USN患者存进行tDCS研究。刺激强度为 1mA，10min。左侧先进行阳极剌激，3h后再进行阴极剌

21、激。第2天刺激右侧后顶叶皮质（posterior parietal cortex，PPC），先是阳极刺激，3h后为假刺激。结果显示，右侧PPC阳极和左侧PPC阴极剌激均明显改善直线二等分试验评分。Sunwoo同样选取10例右侧卒中后USN 患若进行tDCS治疗（1 mA; 20 min，3次)，分别为右侧PPC阳极加左侧PPC阴极的双刺激、仅进 行右侧PPC阳极剌激和仅进行假刺激，每次治疗相隔1d。结果显示，双侧刺激和单侧刺激均可使二等分评分明显提高，并且双侧刺激较仅刺激右侧PPC改善更加明显（P0.05)。tDCS单侧空间忽略神经机制Chambers等人在04年采用TMS研究顶下小叶中角回合

22、 缘上回在注意的转换功能中作用发现，右侧角回的损伤 会抑制受试者将注意转向左侧。Meister等人在06年采用rTMS的方法研究发现颞顶联合 区在注意力的转换中具有重要作用。tDCS单侧空间忽略顶下小叶整合了体感、视觉、听觉和运动觉信息，是 负责注意加工的主要脑区。tDCS阳极刺激增加了兴奋性。tDCS单侧空间忽略34失用症（apraxia）是指在意识清楚，语言理解功能及运动功能正常的情况下，患者丧失完成有目的、复杂活动的能力。临床上大致可以分为观念性失用、观念运动性失用、肢体运动性失用和结构件失用等。目前，关于tDCS在失用症康复中应用的文献较少。Weiss：健康受试者，对左侧顶下小叶（in

23、ferior parietal lobe,IPL)分别进行 tDCS阳极和阴极刺激（1mA，20 min)，结果显示阳极刺激后，受试 者的双侧优势任务表现明显提高，而阴极剌激则无明显改变。Bimichi：26例观念运动性失用患者，左侧顶叶进行阳极tDCS刺激后， 患者的双侧上肢失用现象显著改善。袁英：2例吞咽失用患者，先使用常规治疗3周，再用tDCS，发现使用tDCS后，自主性吞咽脑区皮质兴奋性与反射性吞咽没明显差别。tDCS失用症、失认症35失认症（agnosia）是指患者无视觉、听觉和躯休感觉障碍，在意识 正常情况下，不能辨认以往熟悉的事物，包括视觉失认、听觉失认、 触觉失认，痛觉缺损和自

24、体认识不能等。tDCS治疗失认症的文献很少。Rafal 报道1例听觉失认的患者，治疗前患者听力正常，语言内容理解 正常，但不能辨别熟悉者的讲话和周围环境的声音，在实施右侧颞叶 阳极tDCS刺激后，患者失认症明显改善。tDCS失用症、失认症36tDCSAlzheimers diseaseIn patients with Alzheimers disease, applying stimulation during the execution of the cognitive task leads to a more pronounced beneficial effect.37tDCSAlzhe

25、imers disease38Ferrucci et al. tested in a pilot study whether anodal tDCS applied over temporoparietal cortex can increase cortical function, thus improving recognition memoryin AD patients.They were delivered in 10 patients with mild AD anodal tDCS, cathodal tDCS, and sham tDCS over bilateral temp

26、oroparietal areas in three separate sessions (15 minat 1.5 mA, at least 1 week apart).Anodal tDCS significantly improved recognition memory, cathodal tDCS significantly decreased accuracy in the word recognition task, sham tDCS did not change it. Moreover, no effects were observed in a visual attent

27、ion task, suggesting that the effects of tDCS were likely specific for recognition memory颞叶tDCS刺激，阳极刺激刺激能改善记忆力，阴极刺激降低词汇识别的准确率，假刺 激没有影响。对视觉注意力没有影响。R. Ferrucci. Neurology, vol. 71, 2008.tDCSAlzheimers disease39Conclusions: Compared with placebo stimulation, active tDCS stimulation in this clinical tri

28、al did not significantly improve verbal memory function in Alzheimers disease. This study differs from previous studies in terms of the stimulation protocol, trial design, and application of standardized neuropsychological memory assessment.tDCSAlzheimers disease40Several studies have begun to therapeutically use rTMS or tDCS to improve cognitive performances in patients with AD.However, mos