Beyin Araştırmalarında Kullanılan Uyarım ve Kayıt Yöntemlerinin Bilişsel

Psikoloji Çalışmalarındaki Yeri; EEG, fMRI, TMS, TES

(Transcranial Electrical Stimulation)

V. Psikoloji Lisansüstü Öğrencileri Kongresi

Ezgi Tuna Erdoğanİstanbul Tıp FakültesiFizyoloji A.D.

-Tıpta elektriksel uyarımın tarihi-

* M.Ö ler,2000 yıllık tarih ;Eski Mısır’da torpido balığı-Nil kedi balığı vs. başağrısı , gut tedavisi* 18.yy Elektrik kaynaklarının bulunması ile tıpta kullanım (elektrik banyoları, ölü diriltme çalışmaları Frankenstein vs.)* 1794 Kafatası geçişli elektriksel uyarım (galvanik uyarım) Aldini kendi üzerinde denedi* 1804’de melankoli hastalarının tedavisinde başarılı olduğunu yazdı!* 1930-EKT (elektrokonvülzif terapi) depresyonda başarılı-tDCS (transcranial direct current stimulation) rafa kalktı* 1950-1970 lerde ilgi AC (alternative current) uyarıma yöneldi. Anksiyete ve uyku bozukluğu hastalarında “electrosleep” yöntemi ve CES* 2000- 1990’larda geliştirilenTMS kullanımı ve motor uyarılmış potansiyel elde edimi ile beyin korteks uyarılabilirliği ölçümü- tDCS ile korteks uyarılabilirliğine etki (Nitsche ve Paulus 2000)* 2007-tDCS ile aksiyon potansiyeli oluşturmadan sinir hücresinin membran poatansiyeli değiştirilerek uyarılabilirliğine etki edilebilir (Miranda et al. 2006, Wagner et al. 2007)

• Transkraniyal (kafatasıgeçişli) elektriksel uyarım girişimsel olmayan yan etkisi yok denecek kadar az, kullanımı kolay, beyin uyarım tekniklerinden biridir.

• Amaç uyarılan bölgedeki nöron ağlarına etki ederek nöromodulasyonu sağlamak, bu tekniği kullanarak beyin fonksiyonlarını araştırmak ve klinik kullanımı geliştirmektir.

Uyarım Tekniği

Sabit akım

tDCS(transcranial direct current stimulasyon) -Galvanik

tACS (transcranial alternative current stimulasyon)-Faradik

CES (Cranial Electrical Stimulation)

Sabit olmayan akım

Cranial Electrical Stimulation (CES)‏(Faradik uyarım)Kulak arkasına yerleştirilen elektrotlarla, hipotalamik bölge hedeflenerek endorfin salgısında yükselme sağlanmaktadır. 1902'de Fransa’da Rouxeau tarafından, ve 1946'da Sovyetler Birliği'nde kaygı ve uykusuzluk sorunlarının tedavisinde elektrik akımlarıyla beyin uyarılması kullanılmıştır. Ama “electrosleep” denilen bu yöntem ABD'de yapılan çalışmalarda başarısız bulunmuştur. Daha sonra yapılan çalışmalar, depresyon, kaygı, ve ağrı gibi sorunların tedavisinde başarılı sonuçlar göstermiştir. [M.F.Gilula. “Cranial Electrotherapy Stimulation Review.” Journal of Neurotherapy, Vol. 9(2) 2005]

CES Yöntemi Üzerine:

CES'in kaygı, ağrı, depresyon ,insomnia vb. tedavisinde kullanılması için FDA onayı verilmiştir.

Kraniyal elektroterapi denince bu uyarım akla gelir.

CES aygıtları genel olarak şiddeti 100uA-1mA arasında ayarlanabilir, 0.5-100Hz arasında sıklığı değiştirilebilir sinüs veya kare dalga akım verebilen aygıtlardır.

Tıbbi aygıt uygunluk belgesini kolaylaştırmak için pille çalışırlar.

Kulağa takılabilen elektrotlar kullanılır. (yakın bölgeler de kullanılabilir)

Her uygulama 20-60 dakika arasında değişir. Birkaç hafta süren tedavi dönemlerinden sonra istek üzerine sürdürülür.

Klinik protokol kesin veri ve yöntemler içermez. Hekimin deneyimleri daha baskındır.

tACS (transcranial Alternative Current Stimulation)

tACS

• 2008 Antal et al. Anod sol motor korteks, katodters taraf orbital bölgede. 2-5dk, 250-400µA. 1-10-25-30-45 Hz. 10Hz de örtük motor öğrenmede iyileşme gözlemlemişler. Kortikal uyarılabilirlikte bir değişiklik yok.

• Uygulanan elektriksel akımın çoğu kafa yüzeyinde ve dokularda kesintiye uğradığından az bir miktarı beyin dokusuna ulaşıyor. Ancak ulaşan bu miktar etki için yeterli. (Talamusa kadar ulaşıyor-1996 Ferdjallah et al.)

Etki mekanizmasıAC uyarının olası etki mekanizmaları:

1. Nörotransmitterlerin salımı,(hayvan deneyleri, seratonin ve norepinefrin salınımı?,kanıt yetersiz, uyarım esnasında kan ve BOS’da endorfin artışı?)2. Süregiden kortikal elektriksel etkinliğin kesilmesi (LPFC uyarımı çalışan bellek ödevinde yanıt vermede bozukluk?)3. Periferik sinir uyarısıyla ikincil etkilerin oluşması (Kafa yüzey duyusunu alan sinirler beyin sapını mı etkiliyor?)4. EEG de değişiklik (senkronizasyonun artışı, alfa/teta bandı genlik artışı, sadece uyarım esnasında)

Noninvasive Brain Stimulation with Low-Intensity Electrical Currents: Putative Mechanisms of Action for Direct and Alternating Current StimulationNeuroscientist OnlineFirst, published on December 29, 2009Soroush Zaghi, Mariana Acar, Brittney Hultgren, Paulo S. Boggio, and Felipe Fregni

TransCranial Direct Current Stimulation (tDCS)‏(Galvanik Uyarım)

TDCS, kafatası üzerinden düşük şiddette (1-2 mA) doğru akım uygulamayı temel alır. Kendiliğinden sinir hücreleri ateşlemesini tetiklemez, ya da dinamik değişmelere, motor etkileşimlerine neden olmaz. Ama, yapılan çalışmalarda, sinir hücreleri ya da dendritlere uygulanan artı (anot) gerilimlerle hücre ateşlemesi sıklıklarının arttığı, tersine yönde (katot) azaldığı gözlenmiştir. [M. A. Nitsche & W. Paulus (September 2000). "Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation". The Journal of Physiology 527 Part 3: 633–639]

ANOD KATOD

depolarizasyon hiperpolarizasyon

tDCS (Transkraniyal Direct Current Stimulation)

tDCS için yaygın olarak kullanılan geometri ve uyarı parametreleri.

Noninvasive Brain Stimulation with Low-Intensity Electrical Currents: Putative Mechanisms of Action for Direct and Alternating Current StimulationNeuroscientist OnlineFirst, published on December 29, 2009Soroush Zaghi, Mariana Acar, Brittney Hultgren, Paulo S. Boggio, and Felipe Fregni

tDCS de transmembran nöronal potansiyeli etkileyecek kadar akım beyine ulaşıyor.(Miranda 2006,Wagner 2007)

Sabit gerilim gradyanı *iyonik kaymalara yol açar *transmembran protein değişimlerine neden olur *hücre membranını etkileyerek kortikal uyarımda değişmelere yol açar.

Noninvasive Brain Stimulation with Low-Intensity Electrical Currents: Putative Mechanisms of Action for Direct and Alternating Current StimulationNeuroscientist OnlineFirst, published on December 29, 2009Soroush Zaghi, Mariana Acar, Brittney Hultgren, Paulo S. Boggio, and Felipe Fregni

Etki Mekanizması

• tDCS nin polarize etme etkisi elektrodların altında sınırlı ancak fonksiyonel etkisi yakın alanlarda da görülmekte. (EEG,fMRI çalışmaları)

• Etki nasıl yayılıyor?

• Klinik etkisi uyarılan alana mı bağlı yoksa ikincil etkilenen bölgeye mi?

Yapılan planlanan çalışmalar

GÜVENLİK•tDCS ile 100den fazla çalışma yapılmıştır.Şimdiye kadar hiçbirinde ciddi bir yan etki görülmemiştir.•Görülen istenmeyen etkiler cilt irritasyonu ,uyarılan yerde ciltte batma hissi, başağrısı ve mide bulantısı az sayıda denekte görülmüştür.•Nöron hasarı yok (MR ve nöron spesifik enolaz çalışmaları)•EEGde patolojik dalga gelişimi yok•Nöropsikolojik ölçümlerde kötüleşme yok•Elektrod altında ısınma yok (20dk. 2 mA MR içinde dahi)

Klinik kullanım

Depresyon, ağrı, inme rehabilitasyonu ,epilepsi, nöropsikiyatrik hastalıklar, alkol ,sigara bağımlılığı

Berenson Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation, ABD -Felipe FregniMackenzie Presbyterian University Brezilya- Paulo BoggioNational Institute of Neurological Disorders and Stroke ABD-Leonardo CohenUniversity of Göttingen Almanya- Michael Nitsche,Walter Paulus

Klinik kullanım-Ağrı

• Literatür çok zengin

• Hem hastalar hem de sağlıklı gönüllülerde çalışılmış (hastaların ağrı skorları ve sağlıklıların ağrı eşikleri araştırılmış)

• Motor korteks ve DLPFC uyarımı

“Treatment of depression with transcranial direct current stimulation tDCS: A Rewiev” 2009 Nitsche , Boggio, Fregni, Pascual-Leone

D.L. Kirsch, “Low Level Brain Stimulation for Anxiety: A Review of 50 years of Research andSupporting Data.”

Sağlıklı Gönüllülerde;

*Örtük motor öğrenme*Karmaşık sözel problem çözme *Planlama Performansı*Çalışma Belleği*Kavrama

*Risk alma davranışında azalma

“Facilitate Insight by Non-Invasive Brain Stimulation “ Richard P. Chi, Alan W.Snyder 2011

• “Thinking Cap”, “Brain Zappig”

• Hipotez: “Tecrübelerimiz bizi körleştirebilir”

• Sol ön temporal lob-tecrübe ettiğimiz olaylar önyargılar beyinde oluşmuş kalıplar

• Sağ ön temporal lob-yeni durum

• L - / R + Uyarım

• Aritmetik Ödev

Kontrol Uyarı alan grupTip2 %20 %60Tip3 %45 %85

• Beyin uyarım çalışmalarında en güçlü bilişsel etki (3 kat iyileşme)

• Kavramayı güçlendiriyor

• Konsept değişikliğine adaptasyon becerisini arttırıyor

• Var olan mental kalıpları bloke ediyor

Alternatifleri görmeni sağlıyor

İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji A.D.

Elektrodlar7×5cmPaslanmaz çelik elekler

UYARIM

The End

*Girişimsel olmayan uyarım tekniklerine ilgi (özellikle nöropsikiyatrik hastalıkların tedavisinde) son yıllarda artmakta

*Elektrod yerleşimi ve uyarı parametreleri gibi teknik özellikler etkin olma anlamında çok önemli.

*Çok az yan etki!

*Etki mekanizmaları açısında DC etkisi elektriksel kutuplaşmaya dayanıyor, etki uzun süre devam edebiliyor. Ac etki mekanizması araştırılıyor.

*DC uyarımı kronik olarak tedavide nasıl kullanırız?

Teşekkürler

Prof.Dr.Sacit Karamürsel Yük.Müh.Adnan Kurt