经颅直流电刺激(tDCS)u000b在康复医学中的应用与发展

神经调控技术——

经颅直流电刺激（tDCS）

在康复医学中的应用与发展主讲：陈纯当前第1页\共有56页\编于星期五\11点一、tDCS的基本知识二、tDCS的临床应用目录当前第2页\共有56页\编于星期五\11点一、tDCS的基本知识当前第3页\共有56页\编于星期五\11点前言随着生活压力的增大，越来越多的人们受到精神性和神经性问题的困扰。其中常见的精神性疾病，如抑郁、强迫症、神经疼痛；神经性疾病，如老年痴呆症、耳鸣、癫痫以及中风后失语、中风后手功能障碍等。

但是，这些疾病主要采用药物、心理及其他方法进行保守治疗，且副作用大、周期长。因此，就急需为这类人群提供一种效果良好、副作用小的治疗或辅助治疗方法，帮助该类人群克服上述疾病，重新融入到正常的工作和生活中。当前第4页\共有56页\编于星期五\11点非侵入性脑刺激技术新兴的康复治疗模式

非侵入性脑刺激；

脑机接口；

生物治疗；

药物制剂等；结合各种治疗和干预措施可以增加有效性，这是以后研究的新方向。FengW,BelagajeSR.Recentadvancesinstrokerecoveryandrehabilitation.SeminNeurol.2013;33(5):498-506.当前第5页\共有56页\编于星期五\11点神经重组+运动控制+运动再学习非侵入性脑刺激技术侵入性脑刺激高级脑功能非侵入性脑刺激经颅直流电刺激（tDCS）经颅磁刺激（TMS）低能激光超声当前第6页\共有56页\编于星期五\11点18、19世纪

许多研究者一直不断尝试利用电流治疗各种精神疾病。

——产生了各种各样的结果。随后：电休克的有效性；精神药物的使用；缺乏可信的神经生理学标志物。——利用直流电对中枢神经系统进行刺激不再被作为精神病学重要的

治疗和研究手段。——电刺激主要被用于治疗肌肉骨骼失调及外周疼痛。经颅直流电发展简史——从发展到延搁当前第7页\共有56页\编于星期五\11点20世纪80、90年代

事件相关电位（ERP）；

正电子层析扫描（PET）；

功能性磁共振成像（fMRI）；

——人类能够直接“看到”大脑在进行各种认知加工时的功能定位和

动态过程。1998年起

——微弱直流电可以有效地透过颅骨进行传导并在皮层上诱发出双相的、极性相关的改变。具体而言，阳极的直流电刺激可以增加皮质兴奋性，而阴极的直流电刺激可以降低皮层兴奋性。经颅直流电发展简史——从遗忘到复苏当前第8页\共有56页\编于星期五\11点经颅直流电发展简史——现状本世纪以来经颅直流电刺激技术不断发展，逐渐成为认知神经科学、神经康复医学、精神病学的研究热点。每年都有大量文章发表在包括《Nature》、《Science》、

《NeuroImage》、《Neuroscience》、《BrainStimulation》在内的

相关领域顶级刊物上；主要应用领域涉及多种神经及精神类疾病。当前第9页\共有56页\编于星期五\11点tDCS的概念一种非侵入性的，利用恒定、低强度直流电(1—2mA)调节大脑皮层神经元活动的技术。经颅直流电输出的精度和稳定性是普通直流电难以实现的。tu恒稳直流电tu脉冲直流电当前第10页\共有56页\编于星期五\11点非侵入性脑刺激技术经颅磁刺激（TMS）——

——阈上刺激；

——产生动作电位，引起神经元放电；

——脑刺激技术。经颅直流电刺激（tDCS）————

——阈下刺激；

——通过调节静息膜电位起作用，调节自发性神经元网络活性；

——神经调控技术。当前第11页\共有56页\编于星期五\11点tDCS刺激的有效性1、通过颅骨：科学研究—颅骨具有低导电性，2、有效通过：约有45%的电流到达大脑皮层；当前第12页\共有56页\编于星期五\11点tDCS刺激的电流密度阳极阳极阴极阴极根据电极片的尺寸和放置的部位，可产生不同的电流分布PedroCavaleiroMirandaa,*,MikhailLomarevb,MarkHallettb.Modelingthecurrentdistributionduringtranscranialdirectcurrentstimulation.ClinicalNeurophysiology117(2006)1623–1629当前第13页\共有56页\编于星期五\11点tDCS刺激的刺激深度脑干背侧丘脑当前第14页\共有56页\编于星期五\11点tDCS的作用机制总的来说：阳极兴奋阴极抑制具体而言：1、对静息膜电位的改变：阳极使去极化、阴极超极化；2、对局部脑血流量的改变：阳极增加、阴极降低；3、对任务相关脑区的影响：阳极激活、阴极减弱；4、后续效应：1-2小时；5、调节突触微环境：改变NMDA受体或GABA的活性，从而起到调节突触可塑性的作用；6、更多……

当前第15页\共有56页\编于星期五\11点早期的动物和临床研究发现，直流电的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并不诱导产生动作电位，它有神经调节效应(neuromodulation)tDCS

对皮质兴奋性调节的基本机制是依据刺激的极性不同引起静息膜电位超极化或者去极化的改变。NitscheM,CohenLG,WassermannEM,PrioriA,LangN,AntalA,etal.Transcranialdirectcurrentstimulation:stateoftheart2008.BrainStimulation2008;1:206–23.tDCS的作用机制当前第16页\共有56页\编于星期五\11点Anodalstimulationinducedalargeincrease(17.1%)inrCBFduringstimulation,whichreturnedtobaselineafterthecurrentwasturnedoff,butexhibitedanincreaseinrCBFagaininthepost-stimulationperiod.阳极的刺激诱导区域性脑血流大量增加(17.1%)，当停止刺激后回到基线，但下一次刺激又表现出区域性脑血流的增加。Cathodalstimulationinducedasmallerincrease(5.6%)duringstimulation,asignificantdecreasecomparedtobaseline(−6.5%)aftercessation,andacontinueddecreaseinthepost-stimulationperiod.阴极的刺激在刺激期间诱导一个较小的增加(5.6%)，但停止刺激后相对于基线明显降低(−6.5%)，并在下一次刺激时持续减少。tDCS的作用机制——对脑血流的影响当前第17页\共有56页\编于星期五\11点tDCS的作用机制——对脑电的影响Schestatsky,P.,Morales-Quezada,L.,Fregni,F.SimultaneousEEGMonitoringDuringTranscranialDirectCurrentStimulation.J.Vis.Exp.(76),e50426,doi:10.3791/50426(2013).当前第18页\共有56页\编于星期五\11点

阴极刺激后

任务相关脑区激活的减弱BaselineAfter-tDCSBaudewigetal.(2003)Confirmedusingimaging:e.g.oneseeslesstaskrelatedactivationfollowingcathodalstimulation(Baudewigetal.,2001)tDCS的作用机制——脑区激活/减弱当前第19页\共有56页\编于星期五\11点tDCS的后效应是由于突触效能改变，与长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)类似；在大鼠实验中，可以发现阳极tDCS刺激可以诱导与NMDA受体有关的LTP产生；能够影响NMDA受体的药物可以改变神经调节效能。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的作用机制——后续效应当前第20页\共有56页\编于星期五\11点9min7min5minDurationNitscheetal.(2003)tDCS后续效应的维持刺激时间越长，后续效应更明显tDCS的作用机制——后续效应当前第21页\共有56页\编于星期五\11点二、tDCS的临床应用当前第22页\共有56页\编于星期五\11点tDCS的应用——文献资料当前第23页\共有56页\编于星期五\11点适应症——各种神经、精神类疾病当前第24页\共有56页\编于星期五\11点外侧沟中央沟额叶颞叶顶叶枕前切迹顶枕沟岛叶枕叶当前第25页\共有56页\编于星期五\11点额叶：与精神、语言、随意运动有关。颞叶：病变主要引起听觉、语言、记忆及精神活动障碍。顶叶：病变主要产生皮质性感觉障碍、失用和失认症。枕叶：病变主要引起视觉障碍。岛叶：病变引起内脏运动和感觉的障碍。边缘叶：是边缘系统的一部分，病变时可出现情绪及记忆障碍、行为异常、幻觉、反应迟钝等精神障碍及内脏活动障碍。大脑各叶分工感觉皮层S1前额叶背外侧DLPFC当前第26页\共有56页\编于星期五\11点aITS:颞下回前部aMTG:颞中回前部pIFG:额叶后下部PM:前额叶皮层言语听加工的最早阶段涉及了双侧颞平面进行频谱分析（绿色）。语音水平加工涉

及了双侧颞上沟的中至后部（黄色），有左半球微弱的优势。

随后分为两支信息流：腹侧流（紫色）将语音表征映射到词汇概念表征，由双侧组织，具有微弱的左

侧优势。背侧流（蓝色）的后部区域，即颞顶叶外侧裂区，它是感觉-运动接口（左侧优

势），将语音表征映射到发音运动表征(感觉运动整合)，而额叶更前部涉及了Broca’s区和岛叶前部（发音网络）。脑网络

—语言功能解剖的双流模型当前第27页\共有56页\编于星期五\11点目前认为的脑功能重组的机制主要有3个方面：1、启用潜在通路——

未损伤时存在的功能静止的传导通路的再利用；2、恢复损伤通路——

残存神经元纤维的生成及新的突触的形成；3、平行通路替代——

中枢神经系统传导通路纵横交错，这有利于旁路途径的形成来完成因神经损伤而失去的机体功能。脑功能重组的机制当前第28页\共有56页\编于星期五\11点交互性半球间抑制理论（经胼胝体抑制）正常状态下，双侧大脑半球皮质存在一种程度相似的经胼胝体的相互抑制，两侧半球通过交互抑制达到并维持功能相互匹配的平衡状态。当前第29页\共有56页\编于星期五\11点交互性半球间抑制理论——正常状态交互性半球抑制是正常存在的神经生理特征，目前研究证实的有一侧初级运动中枢（M1）对另一侧M1的抑制，可能是由发出抑制的M1区通过兴奋性神经元经胼胝体与对侧的抑制性中间神经元形成突触联系而实现。语言、吞咽功能、躯体感觉功能等诸方面也存在交互性半球间抑制，有待进一步研究和阐明。当前第30页\共有56页\编于星期五\11点交互性半球间抑制理论——病理状态单侧半球病变会引起交互性半球间抑制平衡的破坏。患侧半球兴奋性降低，导致健侧半球相关功能释放，健侧对患侧的抑制相对增强，阻碍运动功能的恢复。

由于损伤部位和范围的不同，交互性半球抑制也可能存在差异。例如：运动皮质损伤显示为患侧对健侧抑制不足，而皮质下损伤则显示为抑制增强。当前第31页\共有56页\编于星期五\11点额枕左右患侧脑区兴奋性下降健侧脑区超激活健侧脑区募集不够患侧脑区超激活交互性半球间抑制理论——皮质兴奋性的再平衡当前第32页\共有56页\编于星期五\11点tDCS的操作方法1、刺激效果由刺激部位、电流的强度、电极片的面积和极性来决定；

评估+影像——刺激部位——刺激方式——电流强度——训练2、刺激方式：阳极刺激：阳极电极置于目标脑区位置，兴奋;阴极刺激：阴极电极置于目标脑区位置，抑制;对照假刺激：给予非常短暂的电流刺激

（约30s，使被试者产生与真刺激相同的主观感

觉，

电极放置位置与真刺激一致）3、电流强度安全电流密度：0.057mA/cm2+_当前第33页\共有56页\编于星期五\11点10──20系统电极放置法

国际脑电图学会规定的标准电极放置法tDCS的定位方法当前第34页\共有56页\编于星期五\11点BROCA区（H）：WERNICKE区（J）：前额叶背外侧DLPFC（N）手区（O）口舌区（P）小脑（R）前额叶（S）tDCS的常用刺激部位当前第35页\共有56页\编于星期五\11点适应症阳极阴极抑郁症、自闭症左侧前额叶背外侧DLPFC对侧肩部认知障碍患侧脑区前额视空间障碍非优势半球顶叶运动、脊髓损伤患侧脑区初级运动皮层（M1）上肢痉挛患侧脑区手区吞咽障碍口颜面失用患侧脑区口舌区帕金森（运动）优势半球初级运动皮层耳鸣左颞疼痛优势半球初级运动皮层记忆障碍左侧前额叶背外侧DLPFCtDCS刺激部位的选择当前第36页\共有56页\编于星期五\11点1.使用植入式电子装置（例如心脏起搏器）的患者；2.颅内有金属植入器件的患者；3.发热、电解质紊乱或生命体征不稳定患者；4.孕妇、儿童；5.局部皮肤损伤或炎症患者；6.有出血倾向的患者；7.有颅内压增高的患者；8.存在严重心脏疾病或其他内科疾病的患者；9.急性大面积脑梗塞的患者；10.癫痫患者及服用可以引起癫痫药物者；11.治疗区域有带有金属部件的植入器件患者；12.刺激区域有痛觉过敏的患者。tDCS的禁忌症当前第37页\共有56页\编于星期五\11点康复科运动障碍

（运动、痉挛、平衡）认知障碍

（记忆、注意、执行）言语语言障碍

（失语症、构音障碍）视知觉障碍

（偏侧忽略等）意识障碍脊髓损伤慢性疼痛儿童康复（脑瘫、自闭症等）tDCS的临床应用领域及适应症神经科中枢神经传导帕金森病耳鸣肌张力障碍认知障碍精神科抑郁症焦虑症精神分裂症自闭症躁狂症疼痛科纤维肌痛中枢性疼痛脊髓痛偏头痛科研领域量化研究（电极片大小、电流强度、治疗时间等）机制研究（EEG、MRI等）联合应用：

与药物、传统治疗手段、周围电刺激联合对比TMS当前第38页\共有56页\编于星期五\11点案例分享：痉挛39%的卒中患者以及50%的脑外伤患者会发生肢体痉挛持续痉挛可以导致肌肉挛缩及疼痛，严重影响肢体的功能恢复,导致日常生活活动能力和生活质量下降（尤其是上肢痉挛）常用的抗痉挛措施有的存在明显不良反应，有的属于有创或侵袭性操作当前第39页\共有56页\编于星期五\11点案例分享当前第40页\共有56页\编于星期五\11点fMRI结果在卒中恢复期患侧初级运动感觉区（S1M1）存在着超激活（hyperactivation）LindbergPG,GaverthJ,FagergrenA,etal.Corticalactivityinrelationtovelocitydependentmovementresistanceintheflexormusclesofthehandafterstroke.NeurorehabilNeuralRepair.2009;23:800-10.当前第41页\共有56页\编于星期五\11点提示阴极tDCS是否能降低患侧S1M1超激活，是否能降低卒中后痉挛患者的肌张力？阴极tDCS是否会影响患者的运动功能的恢复？当前第42页\共有56页\编于星期五\11点tDCS部位阴极电极位于C3或者C4（患侧）阳极位于对侧肩部电极面积4.5×5.5cm电流强度0.7毫安当前第43页\共有56页\编于星期五\11点评估方法ModifiedAshworthscale(MAS)Fugl-MeyerAssessment(FMA)BarthelIndex(BI)Aclinicallyimportantdifference(CID)wasdefinedasareductionof≥1intheMASscore当前第44页\共有56页\编于星期五\11点结果与假刺激组相比，tDCS组在治疗后以及随访时有临床意义患者更多；上肢运动功能和日常生活能力也明显改善当前第45页\共有56页\编于星期五\11点可能的机制本研究利用阴极tDCS抑制S1M1超兴奋，导致患者肌张力的降低患者肌张力的降低还带来了上肢运动功能和ADL的改善，说明痉挛是亚急性期后上肢运动功能进一步恢复的阻碍患侧S1M1超兴奋对于运动功能恢复有负面作用tDCS对运动皮层的调节有双向作用，取决于在恰当时间使用恰当的tDCS治疗当前第46页\共有56页\编于星期五\11点需要强调tDCS适合于轻中度脑损伤痉挛患者-早期康复、预防性康复tDCS可以作为补充治疗手段，常规的运动训练不可替代当前第47页\共有56页\编于星期五\11点案例分享：抑郁tDCS治疗效果与帕罗西汀作用相当NitscheMA,BoggioPS,FregniF,etal.Treatmentofdepressionwithtranscranialdirectcurrentstimulation(tDCS):areview.ExpNeurol.2009Sep;219(1):14-9.当前第48页\共有56页\编于星期五\11点案例分享2：tDCS改善抑郁症状40例没有服用抗抑郁药物的抑郁症患者，随机分成三组：假刺激组、枕叶tDCS组（阳极刺激枕叶）和额叶tDCS（阳极刺激左DLPFC）。刺激强度2mA，每次刺激20min，每天一次，共10天。结果显示，治疗前后的汉密尔顿抑郁量表（HDRS）减分率，在额叶tDCS为40.4%，枕叶tDCS组为21.3%，而在假刺激组是10.4%。额叶tDCS组的效果持续到最后一次刺激后的一个月。当前第49页\共有56页\编于星期五\11点可能的机制——tDCS与抑郁前额叶背外侧和前额叶框面皮层控制情绪，兴奋性高则欣快，低则抑郁。严重抑郁乃因左右