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* 这些作者具有相同的贡献
本研究提出了一种新的经颅直流电刺激 (tDCS) 方案与认知刺激相结合,以解决中风后半空间忽视问题。来自试点患者的初步数据确保了手术的可行性并表明了潜在的疗效,为未来的平行、三盲、对照临床试验奠定了基础。
右半球卒中经常导致半空间忽视,这是一种会严重阻碍恢复过程的致残状况。长期存在的忽视与认知和运动领域的较差结果有关。作为传统神经心理学干预的辅助手段,经颅直流电刺激 (tDCS) - 一种通过低强度电流调节神经兴奋性的无创技术 - 因其增强皮质可塑性和支持受影响个体功能改善的潜力而受到关注。
在这项研究中,我们提出了一种旨在减轻中风后半空间忽视症状的联合干预方案。它由阴极 tDCS 协议和专为半空间忽视康复而设计的计算机化神经心理康复计划组成。
神经调控策略是基于半球间竞争模型减少未受损半球的过度激活。干预包括 2 周、10 次(周一至周五)、每次 45 分钟,同时应用 tDCS 和常规认知刺激。tDCS 由 8 通道高清 tDCS (HD-tDCS) 设备施加 20 分钟,强度为 2 mA。阴极位于左后顶叶皮层上方(P3 遵循 10/20 系统,用于脑电图 [EEG] 电极放置),返回电极放置在 C3、CP5、CP1、Pz、PO3、PO7 和 P7。在基线和干预结束后进行神经心理学和功能评估。
本研究的主要目的是描述平行、随机、三盲实验设计的方案。为确保协议的可行性及其潜在疗效,提供了适用于单个试点参与者的程序的全面描述。
将 tDCS 神经调控策略纳入认知康复过程可能会缩短干预时间并改善患者的功能状态和生活质量。
中风是世界上成人最常见的残疾原因,也是仅次于缺血性心脏病的第二大死亡原因1。大多数中风幸存下来的患者会出现非常异质的临床状况和不同程度的残疾。55% 至 75% 的中风患者在受伤后 6 个月持续存在运动受限2。除了身体后果外,认知改变也非常频繁3.这些缺陷对日常生活活动的表现产生负面影响,限制了患者和亲属的功能独立性和生活质量 4,5。半空间忽视是中风后最常见的注意力障碍之一,发生在大约 25% 到 50% 的病例中 6,7,8,在右半球中风患者中上升到 80% 9,10。
半空间忽视意味着难以将对侧半区连接到受伤区域,这种注意力不集中是以同种异体为中心的(省略位于空间左半部分的物体)或以自我为中心的(患者不注意自己身体的左侧部分)。从功能上讲,忽视会给患者的独立性带来严重困难,无论是在基本活动(例如,梳理衣扮、穿衣、吃饭等)还是在日常生活的工具性活动(例如,资金管理、公共交通或独立行走)方面。此外,这种改变的存在与更长的住院和康复时间、更高的跌倒风险、较差的运动恢复以及出院后回家的可能性较低有关11,12。
已经实施了几种策略来治疗半空间忽视。在传统的康复方法中,我们可以区分自上而下和自下而上的方法。它们之间的主要区别在于该人在任务中的积极参与程度和意识水平。在这些方法中,迄今为止使用最广泛的程序分别是视觉扫描训练和棱镜适应13。广泛使用的半空间忽视的其他康复技术中心位置、视动、热量和前庭刺激、颈部振动和药物治疗 13,14,15,16。然而,这些治疗有一些局限性:它们的结果持续时间非常有限,并且在急性或亚急性期的适用性很低,因为这些阶段患者的严重程度会干扰他们在将要进行的活动中的合作17。
经颅直流电刺激 (tDCS) 是一种无创安全的神经调控技术,能够通过向大脑诱导微弱电流来改变皮质活动,从而改变皮质活动,可用于补充半空间忽视的神经心理康复。tDCS 调节自发神经元激活以响应来自其他大脑区域的输入。此外,tDCS 会诱导类似于长期增强 (LTP) 或长期抑制 (LTD) 的塑性突触变化,甚至持续到刺激持续时间之外18。
通过 tDCS,可以通过施加从阳极流向阴极的极低强度电流来调节皮质活动。tDCS 通过影响动作电位的阈值、增加或减少动作电位来调节大脑活动,但不引起动作电位18。一般来说,阳极会诱导它所在的大脑区域的兴奋性增加,而阴极会诱导皮质抑制。这种技术没有很高的空间分辨率,但称为多站点或高清 (HD-tDCS) 的新型 tDCS 设备的出现已经克服了这一限制。这些设备允许不同的电极配置,例如在阳极周围形成阴极环(反之亦然),以增加或减少特定大脑区域的皮质兴奋性。阴极环的作用与返回电极类似,限制了刺激区域;通过这种方式,实现了更集中的刺激。tDCS 已被证明是中风后运动恢复的有效治疗方法19,并且有一些科学文献在半空间忽视的康复方面取得了可喜的结果20。
最被接受的半空间忽视假设认为,它可以根据 Kinsbourne 在 1977 年提出的半球竞争模型来解释21,22。根据这种方法,在基础状态下,两个半球以相互的方式不断相互抑制;半空间忽视是由它们之间的不平衡引起的。受伤后,受损的半球无法有效抑制保存的半球的活动。由于受损半球没有施加的抑制,这导致健康半球的病理性多动,由于对其施加的抑制增加,这进一步降低了受影响半球的神经活动23。因此,导致半空间忽视的功能障碍是由受损半球的低活性和完整半球的多动引起的24。
以该模型为理论背景,提出了旨在改善半空间忽视症状的不同无创脑刺激策略。这些策略旨在减少健康半球的多动症,增加受伤半球的活动,或两者的组合25,26。
几项研究表明,通过在受伤或未受损的半球分别应用阳极 17,27,28,29 和阴极17,29 tDCS,或两者的组合 28,30,31,32,tDCS 在减少半空间忽视症状方面的潜力.尽管结果有希望,但需要更多的实证证据来了解 tDCS 的确切参数以获得最佳结果,这对于了解局灶性 tDCS 是否比传统的 tDCS 蒙太奇更有效至关重要。据我们所知,之前的所有研究都是使用传统的 tDCS 开发的,本研究是第一个使用 HD-tDCS 进行半空间忽视康复的研究。
根据不同的荟萃分析和评论,鉴于最新的结果和有限的不良反应,基于无创脑刺激的干预措施构成了一种非常有前途的临床方法 33,34,35,36,37。此外,tDCS 是一种高度安全、便携且低成本的技术,这就是为什么它在临床和研究环境中的使用越来越重要。此外,其易于组装和便携性使该设备可以与任何其他活动(例如身体、认知康复或功能活动)同时使用。因此,需要更多样本量的对照、盲法、随机研究来验证增强传统干预方法效果的 tDCS 方案。
该项目已获得 12 de Octubre 医院临床研究伦理委员会的批准(参考编号 CEIm:19/180),并在 www.clinicaltrials.gov 注册(ID:NCT04458974)。研究人员同意遵守有关临床研究和数据保护的所有既定现行立法(赫尔辛基 WMA 宣言,2004 年;关于个人数据保护的 (EU) 2016/679 号条例和组织法 3/2018;关于患者自主权的第 41/2002 号法律)。根据有关个人数据保护的 (EU) 2016/679 法规,从参与者那里收集的任何数据都将严格保密。tDCS 协议遵循 tDCS38 的国际安全指南。
注意:本研究的主要目的是描述平行、随机、三盲临床试验的 tDCS 干预方案。为此,本文提供了对程序的全面描述,并显示了试点参与者申请的结果。干预方案包括一个 10 节程序,将阴极 tDCS(20 分钟,2 mA)与旨在改善半空间忽视的计算机化神经心理康复计划相结合。在基线和干预结束后进行神经心理学和功能评估。 图 1 显示了该协议的时间表。该图显示了基线评估、干预的详细说明和研究的干预后评估。在被告知研究目的并签署书面知情同意书后,患者参与是自愿的。参与者可以随时退出研究。本研究的参与者符合 表 1 中概述的所有纳入和排除标准。
图 1:协议时间表。 描述了研究的所有阶段:基线评估、干预的详细说明和干预后评估。 请单击此处查看此图的较大版本。
1. 纳入和排除标准
纳入标准: |
右半球出血性或缺血性中风 |
事件发生后 3 至 12 个月中风(无论他们之前是否接受过康复治疗) |
18 至 89 岁 |
神经影像学检查 |
既往无中风 |
允许患者保持坐姿和活动一小时的功能能力(在椅子和床之间转移项目中,Barthel 指数得分大于 5;该项目可以从 0 到 15 评分,即 0 完全依赖 和 15 完全独立)。 |
右手手动优势 |
在用于评估视觉空间忽视的至少两项测试中,忽视得分 |
患者或其法定监护人签署知情同意书 |
排除标准: |
皮肤病问题(牛皮癣、头皮或面部皮炎) |
头部存在植入物或金属部件,不包括填充物。 |
起搏器、药物泵、刺激器(迷走神经、大脑、经皮)、脑室腹腔分流器或动脉瘤夹。 |
既往中风史 |
纳入标准中描述的除中风以外的神经系统疾病 |
使用简易精神状态检查 (MMSE) 评估的严重认知障碍 (Folstein, 1975),不包括评分低于 24 分的患者(MMSE 评分在 0 到 30 之间,严重认知障碍为 0,无认知障碍为 30) |
严重的语言困难,无法正确理解活动或严重限制表达 |
酗酒或吸毒史 |
中度或重度活动性抑郁症 |
不受控制的医疗问题(急性期病症,没有经证实的疗效或药物治疗或具有迫在眉睫的生命风险的病症) |
怀孕或疑似怀孕,将在研究开始时对育龄患者进行妊娠试验检查,并建议使用避孕方法直至干预结束 |
表 1:纳入和排除标准。本研究的试点参与者符合本表中描述的所有纳入和排除标准。
2. 材料
注意:研究所有阶段使用的所有材料都进行了详细描述。
图 2:tDCS 设备套件。 (1) 氯丁橡胶帽,(2) tDCS 设备,(3) 电极,(4) 电缆,(5) 耳夹,(6) 导电凝胶;(7) 注射器,用于在电极下施用导电凝胶。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 3:神经康复平台会议安排。 通过单击每个会话,将显示任务,包括每个任务的持续时间和会话的总持续时间。 请单击此处查看此图的较大版本。
3. 评估方案说明:干预前神经心理学和功能评估:
注意:一旦参与者签署知情同意书,就会进行神经心理学和功能评估。评估在刺激计划开始前的星期五进行,持续 50 分钟。在此会议期间,评估一般认知表现,并进行侧重于评估注意力过程和半空间忽视的神经心理学测试以及功能量表。在第一次评估之前的信息会议上,向参与者提供有关研究目标、程序、会议持续时间和潜在不利影响的所有必要详细信息。在进行评估和干预之前获得签署的同意书。参与者还被告知可以随时退出研究的选项。
4. 干预方案的描述
图 4:代表性的 HD-tDCS 蒙太奇。 蓝色表示电极的位置,遵循国际 10-20 系统进行电极放置。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 5:应用的 HD-tDCS 的计算模型。 电流的分布集中在中心(有源)电极 (P3) 中,将返回电极(C3、CP5、CP1、Pz、PO3、PO7、P7)的刺激限制在特定区域。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 6:用于 HD-tDCS 刺激的氯丁橡胶帽。 盖子上有孔,可以按照 EEG 的 10/20 分类系统放置电极。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 7:调度任务。 在 Computerized Neurorehabilitation 平台中对每项任务进行编程时要选择的参数。 请单击此处查看此图的较大版本。
块 | 会期 | 神经康复平台任务 | 期间 |
我 | 1、3、6 和 8 | · 隐藏的字母 | 每个任务 7 分钟。 |
· 数字总和 | |||
· 信汤 | |||
· 查找匹配的形状 | |||
第二 | 2、4、7 和 9 | · 复制字母矩阵 | |
· 小金刚狼 | |||
· 查找缺失的数字 | |||
· 比较文本 | |||
第三 | 5 和 10 | · 文本比较 | |
· 数字总和 | |||
· 小贪吃者 | |||
· 搜索连续刺激 |
表 2:10 次干预会议中每一次都包含的任务。 所有任务都包含在 Computerized Neurorehabilitation 平台中。
您是否有以下任何感觉或症状? | 严重程度分级 (1-4) | 如果存在:与 tDCS 的关系? |
1-缺席 | 1-无 | |
2-轻度 | 2 远程 | |
3-中等 | 3 可能 | |
4-重度 | 4 - 可能 | |
5-确定 | ||
头痛 | ||
颈部或颈椎疼痛 | ||
头皮疼痛 | ||
头皮灼伤 | ||
电极下的感觉(刺痛、瘙痒、灼热、疼痛) | ||
皮肤发红 | ||
麻木 | ||
集中问题 | ||
情绪剧烈波动 | ||
其他 (请注明) | ||
其他注释 |
表 3:tDCS 副作用问卷。提供了应用刺激后可能出现的不良反应列表。在施加刺激后立即记录这些效果的存在与否。改编经颅电刺激相关感觉问卷39.
5. tDCS 去除
6. 干预后神经心理学和功能评估
本研究的主要目的是描述平行、随机、三盲临床试验的 tDCS 干预方案。为了研究干预的可行性,该方案适用于单个参与者;结果在本文中显示。
我们将完整的干预方案应用于一名 57 岁男性,具有高教育水平 (新闻学学位),他在 9 个月前右基底神经节中风,并符合参与研究的所有纳入标准。
显示了所有管理任务的干预前和干预后结果(见 表 4 和 图 8)。在干预后评估中,在 13 个测量变量中观察到 6 个定量变化,其中 4 个与忽视直接相关。
评估 | ||
干预前 | 干预后 | |
MMSE 测试 | 29 | 29 |
铃铛测试 | 21 | 25* |
取消测试 | 24 | 28* |
图纸测试 | 12 | 12 |
二分检验 | 19.95 | 3.47* |
BTA 测试 | 11 | 9 |
面数点击 | 11 | 9 |
面错误 | 3 | 2* |
Direct Digits 测试 | 11 | 10 |
倒数测试 | 9 | 8 |
无电机 | 26 | 29* |
Barthel 试验 | 25 | 30* |
哥伦比亚广播公司 | 20 | 20 |
表 4:干预前和干预后评估的结果。 干预前后的神经心理学和功能评估结果以直接分数显示。*与基线相比,干预后评估表现的定量改善。**距离分数 0 较远的值表示性能较差且被忽视程度较高。
图 8:干预前后评估结果。 较高的值表示正的变化,但在直线等分检验中除外,其中改进由较低的分数表示。结果以直接分数显示。*与基线相比,干预后评估表现的定量改善。 请单击此处查看此图的较大版本。
计算治疗前和治疗后评估之间的改善百分比。在特定的半空间忽视测试中观察到临床改善: Bells 测试、取消测试、线平分、视觉运动自由感知测试和 Barthel 指数量表。另一方面,在其他注意力任务(数字测试、注意力的简短测试、面部测试)中观察到负面变化。最后,MMSE、图纸副本或功能性 Catherine Bergego 量表 (CBS) 中没有出现任何变化(见 图 9)。
图 9:基线和干预后评估之间的变化百分比。 结果以百分比显示。正分表示积极的变化,但在线等分检验中除外,其中改进由负分表示。*比较干预前和干预后评级时积极改善的百分比。 请单击此处查看此图的较大版本。
研究程序在宽敞的房间里进行,房间配备了正确执行评估和干预课程以及遵守安全和卫生措施的设备。
至于患者,他在任何评估前和评估后会议中都没有表现出疲劳,因此没有必要在任何一次评估中休息。患者认为该疗法具有娱乐性和刺激性,从而提高了治疗依从性和整个手术过程中的积极合作。因此,我们认为该方案具有很高的可行性,我们将按照既定程序继续研究。
在不适和副作用方面,参与者没有出现任何与 tDCS 应用相关的中度或重度副作用。
半空间忽视是中风的常见认知后果,当它持续存在时,往往会对康复过程的有效性产生负面影响。通过在神经康复中加入无创脑刺激技术,可以提高现有治疗方法的疗效和效率,以寻求协同效应 40,41。因此,通过经颅直流电刺激,我们可以提高常规干预的有效性,与孤立的常规干预相比,中风患者的康复效果更好,康复时间更短,功能结果更好。在过去十年中,关于 tDCS 在神经和精神疾病中的潜力的研究呈指数级增长 42,43,44,45,46,47,48,49。
此外,tDCS 的成本是负担得起的,而且该设备是便携式的,这使得它具有高度可扩展性,允许其在门诊和医院环境中应用,需要所需的专业培训50。
我们发现在进行的 13 项测试中,有 4 项在治疗后有所改善 (bells test, cancellation test, line bissection, visual motor-free perception test)。我们观察到这些积极变化的测试与与半空间忽视相关的性能有关。另一方面,在一些与一般认知表现、注意力过程和/或工作记忆(MMSE、绘画、CBS)相关的测试的表现中观察到稳定。观察到其他一些任务(BTA、人脸、直接数字和反数字)的性能有所降低。
关于功能量表,有改善的证据,由主要护理人员报告并通过 Barthel 指数量表进行评估。还进行了与忽视对日常生活的影响直接相关的 CBS 功能量表,在这种情况下,没有证据证明有任何变化,与之前的评估保持稳定。在这项研究中,我们发现联合治疗对某些认知领域有益,但对其他领域没有好处。这些发现与治疗可能对某些注意力领域更有益的想法一致 51,52,53,54,55,56,57。一些研究表明,特定的 tDCS 方案如何诱导皮质兴奋性和活动的持久改变58。为了能够分析一周后变化的维护情况,建议在更长的时间 53,54,55,56,57 后进行新的评估。
本研究中使用的高清或高分辨率 tDCS 是 tDCS 的技术增强版本,它允许通过在阳极或阴极周围使用一圈返回电极来增加刺激的焦点,以更集中的方式分别增加或减少皮质兴奋性59。基于这种高病灶性以及 Borckardt 等人 60 先前对 HD-tDCS 研究的耐受性和效果,近年来 HD-tDCS 的使用有所增加。
建模研究表明,这种电极配置在目标电极下方产生最高的电场 (EF) 强度,脑电流受 4 x 1 环设置半径的限制,因此,与传统电极放置相比,所选目标处的电场更大 60,61,62.返回电极有助于隔离目标区域,允许更集中的脑刺激并产生比传统 tDCS 更持久的效果63。
此外,根据一些研究,HD-tDCS 具有更持久的效果。最近,临床研究一直在关注该协议。据我们所知,只有 6 项 HD-tDCS 在神经系统疾病中进行了研究,3 项随机对照试验,2 项开放标签报告和 1 例病例报告(参见评论49)。
尽管在与半空间忽视相关的解剖区域上没有完全共识,但似乎在某些特定区域上存在一些共识。后顶叶皮层似乎是改变的关键区域 64,65,66,在这个区域内,角回 64,65,67,68,69,顶内沟 64,69,70,颞顶交界处69,71 和边缘上回65,72,73,74。
鉴于与传统 tDCS 相比,HD-tDCS 的好处是提高了刺激目标的精度,并且基于对存在半空间忽视的精确位置的了解,我们可以预期从局灶性刺激中获得更大的好处与更一般或弥漫性刺激相比。同时,神经学研究中最常用的配置是 4 x 1 蒙太奇 75,76,77,78,79。在我们的研究中,我们使用了 7 x 1 配置,目的是进一步增加刺激的焦点,这是第一个在忽视的临床康复中使用这种蒙太奇的研究。因此,必须对这种和其他临床条件进行进一步研究,以确定这种 HD-tDCS 蒙太奇相对于其他 HD 蒙太奇和传统 tDCS 的优越性或有效性。
关于强度,与大多数使用 tDCS 的研究一样,无论使用何种蒙太奇或配置,该协议中都应用 2 mA。在进一步的研究中,将相同方案与较低和较高的强度进行比较,以弄清楚不同应用强度的效果,这将是一件有趣的事情。
当前协议必须考虑一些有关安全和技术故障排除的有用建议。对于每个患者,尤其是中风患者,都应该彻底评估安全问题。尽管中风患者的 tDCS 是安全的并且耐受性良好80,但患者及其家人有时对此有疑问。因此,应提前提供可理解的信息并与患者和亲属讨论,确保他们了解程序并可以随时放弃协议。
另一方面,在该协议中,已经考虑并记录了病变的确切位置,因为我们愿意比较该协议对皮质病变(例如,大脑右中动脉)69 和皮质下病变(例如,基底神经节)81 后半空间忽视的影响。在这种情况下,鉴于病变位置的异质性评估该技术的疗效至关重要。具体来说,我们需要分析皮质与皮质下病变的有效性差异。
关于中风阶段,在应用刺激(急性、亚急性或慢性)时,重要的是要知道干预最有益的时刻。在这项研究中,我们使用损伤后 3 至 12 个月(亚急性期)作为纳入标准。然而,之前的一项系统评价侧重于中风后的运动方面,结果显示慢性期有所改善,但急性期(症状出现后的前 3 天内)没有改善82。有必要进一步研究以探索 tDCS 对中风后认知改变的益处,并确定预测其在各个恢复阶段最佳有效性的因素。
目前关于 HD-tDCS 作为神经系统疾病治疗方法的知识支持其耐受性和临床疗效。此外,需要进一步的随机对照研究来找出每种疾病和每位患者的最佳参数,以确定这种无创脑刺激技术在神经系统疾病及其他疾病中的有效性。
作者没有什么可披露的。
我们感谢 NeuronUp (www.neuronup.com) 在本项目中的支持和无私合作。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 electrode cable | Neuroelectrics | NE017 | |
Barthel Index | N/A | Mahoney, F. I., Barthel, D. W. Functional evaluation: The Barthel Index. Md State Med J. 14, 61–65 (1965). | |
Copy of drawings subtest | N/A | https://test-barcelona.com/es/tienda.html | J. Peña Casanova, Programa integrado de exploración neuropsicológica: test Barcelona revisado?: TBR. Barcelona: Masson. |
Curved Syrenge | Neuroelectrics | NE014 | |
Electrode Gel | Neuroelectrics | NE016a | |
Line bisection test | N/A | Schenkenberg, T., Bradford, D. C., Ajax, E. T. Line bisection and unilateral visual neglect in patients with neurologic impairment. Neurology. 30 (5) 509–517 (1980). | |
Mini-mental state examination (MMSE) | N/A | Folstein, M. F., Folstein, S. E., McHugh, P. R. “Mini-mental state”. A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. J Psychiatr Res. 12 (3) 189–198 (1975). | |
Neoprene headcap | Neuroelectrics | NE019-M | |
Saline Solution | Neuroelectrics | NE033 | |
Satrstim Necbox | Neuroelectrics | NE012 | |
Starstim tES-EEG System | Neuroelectrics | ||
Teastboard Cable | Neuroelectrics | NE039 | |
Testboard Head | Neuroelectrics | NE038 | |
The Bell Test | N/A | https://strokengine.ca/en/assessments/bells-test/ | L. Gauthier, F. Deahault and Y. Joanette, The Bells Test: A quantitative and qualitative test for visual neglect (Vol. 11). |
The Catherine Bergego Scale | N/A | Azouvi, P. et al. Behavioral assessment of unilateral neglect: study of the psychometric properties of the Catherine Bergego Scale. Arch Phys Med Rehabil. 84 (1) 51–57 (2003). | |
The motor-free visual perception test (MVPT) | N/A | https://www.wpspublish.com/mvpt-4-motor-free-visual-perception-test-4 | Colarusso, R. P., Hammill, D.D. The Motor Free Visual Perception Test (MVPT-3). Navato, CA: Academic Therapy Publications (2003). |
USB Bluetooth Dongle | Neuroelectrics | NE031 | |
USB charging Cable | Neuroelectrics | NE043 | |
USB Power Adapter & Power Supply Plug | Neuroelectrics | NE013 & NE013a, NE013b, NE013c | |
USB Stick with Manuals & NIC SW | Neuroelectrics | NE015 |
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