tDCS的基本原理:经颅直流电刺激的窦、双侧和阴极蒙太奇对中风患者的影响-一项初步研究

摘要

经颅直流电刺激(tDCS)是一种无创技术，是一种新兴的前瞻性治疗不同的神经系统疾病。以往的研究表明，阴刺激和阴刺激可以提高运动的灵巧性和手力。本研究的目的是确定不同的电极设置(阳极、阴极和同时的双侧tDCS)是否提供不同的马达性能，以及哪种蒙太奇更有效。作为次要结果，我们询问了患者对tDCS的满意度，并确定双侧tDCS是否比单侧tDCS更不舒服。本研究纳入9例亚急性期脑卒中患者，随机分为三组。我们的结果表明，与假刺激相比，tDCS是有效的治疗方法()。特别地，阳极刺激提供在手工灵巧而言更高的改善。阴极刺激似乎在力提高，不与其他设置方面观察到的影响较小。双极刺激似乎是不那么有效。无显著差异已经注意到了不同的设置对患者的判断。这些结果凸显TDCS的潜在功效的患者在亚急性期中风。

1.介绍

中风患者会导致多种神经损伤，欧洲约有100万人受到影响。因此，在工业化社会中，中风是导致长期残疾的主要原因[1,2]。康复的结果往往是不完全的运动恢复和超过60%的病人不能使用他们的麻痹手的功能活动。此外，四周后出现严重麻痹被认为是运动恢复的负预测因素[2]，这表明这些患者在日常生活中对自己的未来活动的严重困难。

为了促进上肢功能的恢复，目前仍有许多不同的康复治疗方案。其中，非侵入性脑刺激(non-invasive brain stimulation, NIBS)已成为全球研究人员关注的焦点。NIBS的工具有重复性经颅磁刺激(rTMS)和经颅直流电刺激(tDCS)。

由于tDCS对认知和运动功能的调节作用，中风患者越来越多地使用tDCS [3.- - - - - -5]。特别是电机领域，TDCS应用皮质的目标已经表明，以提高执行力和技能[6，对改善中风康复过程产生了兴趣。此外，相对于rTMS，它更便宜，更灵活，因此，更舒适，使其在临床环境中更容易使用。

该技术将电流直接施加在头皮上，并根据电极的应用类型调节膜电位。事实上，阳极可以促进神经元去极化，而阴极则使静息膜电位超极化，减少神经元放电[7]。在与卒中个体电机领域的应用已经被证实是有效的增​​强功能任务和肌肉力量[性能4,8,9]。

与此同时，最近的一项荟萃分析强调，在有关中风患者运动恢复的研究中，由于样本量小、设置不同、效应量大，可能会降低这一初步证据的临床意义。

The aim of this study was to evaluate the effects on manual dexterity and pinch and grip force of a tDCS single stimulation, compared to Sham stimulation, and if this improvement was different among the three possible electrodes’ montages (anodal, cathodal, or bipolar). Secondary outcome was to evaluate the satisfaction of patients in using this advanced rehabilitative technology.

2.材料和方法

这是一个单盲，交叉，假对照研究。患者入院与中风的诊断来我院住院康复治疗。选择纳入标准参与到这项研究中，如下所示：第一次中风;皮质或皮质 - 皮质下的病变，由诊断成像（CT或MRI扫描）证实;轻度至中度偏瘫以最小的手的移动的存在（由可能性被证明执行把手或捏检验）。下列排除标准被认为是：上肢慢性致残疾病史的存在;痉挛;起搏器或严重心血管条件的存在;肿瘤，神经外科前脑干预，或严重的心血管病症，包括起搏器的存在的历史;癫痫或严重精神疾病的诊断。 Demographic and clinical characteristics of the nine patients undergone the experimental procedure are summarized in Table1。

该方案经当地独立伦理委员会，所有参与者签署知情同意书。

2.1。经颅直流电刺激

刺激交付15分钟，无论是在现实和假条件，在连续两天，随机深水/ TDCS和阳极/双极/阴极刺激。我n both sessions, the stimulation was preceded by 60 seconds where the current was gradually increased until intensity of 1.5 mA, eliciting transient sensations that disappeared over seconds, consistently with previous reports [9,10]。The stimulator (Eldith DC Stimulator, NeuroConn, Germany) provided the direct current using two gel-sponge electrodes with a surface area of 35 cm²(cm为每个电极)嵌入在盐浸泡溶液中。

根据随机不同的蒙太奇不同的活动电极的位置:对于无嗅刺激，活动电极放置在受检半球初级运动皮质把手区的投影上;对于阴极刺激，电极被放置在未受影响的半球在模拟位置的阴性刺激。电极设置时，参照电极放置在对侧眶上区域的皮肤上。在双边蒙太奇，阴极和阳极定位为活性电极相同的方式上述。在电刺激中，阳极表示电流流入机体的相对正端，而阴极表示电流从机体流出的相对负端[11]。

2.2。测试协议

分别在tdcs前后和Sham前后进行9孔peg试验(9HPT)。这个测试由一个三排三孔的方形板组成。参与者被要求以尽可能快的速度用钉子填满9个洞。研究人员用秒表记录了完成任务所花费的时间，从被试接触第一个木桩开始，到被试填上最后一个洞结束，或者时间超过50秒，正如之前的研究报道的那样。12,13]。

执行速度以每秒填充的孔数(填充的孔数/时间)计算。得到了作为手工灵巧度指标的9HPT-index。为对被试进行数据归一化，计算9HPT-index =速度LS/速度HS100.前和后处理9HPT折射率之间的改善百分比计算如下（9HPT-indexpost - 9HPT-indexpre）/ 9HPT-indexpreOne hundred.

作为其他结果的测量，对于每个参与者，最大夹紧力和最大抓握力是通过特定的测力计测量的。在患者坐位、肘关节90度屈曲和手腕中立位时评估双手。握力按Jamar法确定，手臂尽可能伸长，把手固定在5cm，最合适的距离发展最大的力量[14]。对两次试验之间记录的最大力进行了分析。每个参与者在tdcs或Sham之前和之后都进行了这些测试。

最后，四个问题被问及从患者的角度工具的满意度。通过QUEST（辅助技术满意度的魁北克用户评价）调查问卷的启发[15]，项目而言在使用中尺寸和装置的实用性，应用的模态，舒适性。答案是分级的李克特式的规模，最广泛使用的方法来缩放调查研究中的反应，从以“所有不满意”“很满意”。

2.3。统计分析

所有的测量报告以平均值±标准差的方面。使用如受试者内因素预先对后处理和TDCS与深水，而作为主体间系数设定的类型（A，B，或C）在9HPT指数进行方差的重复测量分析。post hoc分析一直使用图基校正多重比较的膨胀或I型误差执行。同样，相同的分析在记录的科目患肢捏和把握力来执行。For verifying the applicability of analysis of variance, we previously performed the Levene’s test of equality of error variances for verifying the homogeneity of data of the 3 recorded variables (9HPT-index, pinch and grasp forces) for both the stimulations (tDCS versus Sham), before and after-stimulation. SPSS 17.0 was used and significant threshold was set at 0.05.

3.结果

表格2报告所有9名患者的实验数据。

运用方差分析之前，数据均一性，错误的平等的列文的测试方差核实，3个记录变量（9HPT指数，捏和把握力）两个刺激（TDCS与假手术）的，之前和之后的刺激。的12个数据集十一导致同质（)，假性刺激()。根据这些结果，我们采用方差的重复测量分析。

TDCS处理后记录的改进相对于假治疗后观察到的变化是显著更高，如图1和表3.(互动与前中后TDCS与假手术）。尽管高数据变化，阳极和阴极表现出更高的改进，但设置之间的差异有显著只能作为主要因素（)，但不包括前后的交互作用tDCS和虚假的美国广播公司()。事后分析显示，A组在治疗前9hpt指数已经较低(，方差分析，因素组)。

就人工力而言，因素之间的相互作用(前与后)tDCS和虚假的ABC)显著影响患肢的夹紧力(,)。主要因素ABC没有显著影响箍缩力（,)。我们发现+的显著改善在阴极刺激后，-的力减小双极刺激后，阳极刺激或假模拟后无变化(平均0%)。抓力未发生改变，tDCS与Sham相比仅有轻微但不显著的影响ABC交互(,），再次用阴极刺激后更高的改善。

最后，在用户评价方面，设备总体满意度非常好。短期调查的结果见表4。

通过用户满意度量表对患者在各维度(，秩和检验分析），感知实用程序（），感知到易于使用（)，以及治疗期间的舒适程度()(图2)。观察只是有点令人惊讶的趋势指示，即双极蒙太奇被感知为侵入性较小的，尽管两个电极的头部上的存在和更加舒适。

4。讨论

The purpose of this study was to determine the effects of a single transcranial direct current stimulation (real versus sham) on dexterity and manual force in patients with stroke, performing the stimulation through three different electrodes’ setups, and determining if the montage was perceived by the patients as satisfactory. Our results suggest that tDCS treatment was more effective than Sham treatment on manual dexterity, while no significant differences were recorded in terms of manual force, even if a slight improvement was noted after the cathodal stimulation. Furthermore, no difficulties in performing treatment were complained by the patients.

最近，许多研究集中在促进运动恢复的设备上。tDCS正在成为一种最有趣的设备，用于中风康复，包括认知和运动障碍。tDCS治疗可以提供长达30分钟的治疗时间，类似于康复疗程的时间，可以在治疗前或与治疗同步，增强康复效果[9,10]。此外，相对于其他形式的NIBS的，TDCS是更舒适，更移动，更便宜，并没有大的不利影响已有报道。常见的副作用包括轻微头痛，瘙痒，红斑和在电极部位[16]。

尽管有这些优势，在恢复使用此技术由于抵消仍然过于初步证据。事实上，研究中的行程，功能障碍的相位变化很大，结果，刺激调校，和康复一体化的目标。因此，在最近的一项荟萃​​分析，Bastani和Jaberzadeh得出结论，TDCS（在这种情况下，作为阳极刺激）似乎产生受试者中风，但任何结论应该谨慎考虑显著的影响[3.]。同时，他们也指出其潜在的作用，作为附加的技术来提高运动机能和corticomotor兴奋。

在我们的研究中，我们把注意力集中在不同电极的蒙太奇上，对刺激的类型越来越感兴趣。我们的结果表明，作为无音刺激提供较高的改善手灵巧。这些研究结果与以往的报告一致[8,17- - - - - -19]。在这种情况下，效果在治疗后持续长达2周[17]。这些研究大多是关于中风的慢性阶段，而只有Kim和他的同事显示了对亚急性期患者的刺激作用。值得注意的是，最近的一份报告观察到tDCS似乎在急性期无效[20]。

手工灵巧度测试包括Jebsen-Taylor测试、Box - Block测试和9HPT测试，这些测试需要复杂的感觉信息和感觉运动的集成，才能获得准确的表现。此外，成功的表演需要复杂的肌肉和关节的激活模式，以及目标和工具的使用[9,21]。因此，运动康复增强剂的作用应该是比较合适的TDCS的阳极刺激。

事实上，用未受影响半球的阴极刺激似乎也能有效改善运动功能，但报道并不总是一致[17,19]。相反，我们的结果表明，阴极TDCS似乎是在动力方面影响不大，不同的其它设置。

在我们的研究中，双极刺激似乎是不那么有效。在先前的研究中，报告了作为诱导皮质兴奋增加阳极TDCS在运动皮层和阴极TDCS在对侧运动皮层的同时应用[22]。我们的研究在灵巧方面支持这些发现，表明基于电刺激的治疗比虚假条件的整体效果，也对电极的双极蒙太奇。

最后，在一个简短的治疗方案中，患者的总体满意度得到了维持，证实了使用该设备的设施[10]。

我们研究的主要限制是减少的样本量。虽然参与这项研究的受试者人数为符合其他研究的TDCS [4,8- - - - - -10,17- - - - - -19，它建议在数据解释方面要谨慎。另一方面，从统计的角度来看，我们在研究中发现的显著影响(前后的交互作用TDCS与深水为9HPT指数和前后的交互作用tDCS和虚假的在小样本上获得的握力ABC)可能比在大样本上获得的等效结果更大，这支持了我们结果的重要性。无论如何，更广泛的样本还需要进一步的研究。此外，接受无音刺激的那组人通常手的灵活性较低(但不用力)，这可能会限制我们对结果的解释。因此需要对更大样本进行进一步研究。

总之，目前的研究有利于证据的面板加强TDCS的康复行程的过程中的作用，特别是对日常生活的更复杂的活动，作为附加技术。需要更多的研究来定义更好的蒙太奇调校，针对性更强的成果的措施。

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