Fiz 219 Güncel Konular

Transkript

1 Fiz 219 Güncel Konular Kafatasıgeçişli Elektriksel Uyarma Teknikleri Adnan Kur t Ders Öğretim Üyesi: Prof. Dr. Ü.İ. Alkaç v1: 15 Nisan 2009

2 Motivasyon: Beyin yapılarının elektriksel uyarımıyla davranışsal ve bilişsel değişiklikler oluşturma çabaları eski ve yaygın bir yöntemdir. Güncel görüntüleme ve ölçüm teknikleriyle tümleştirilerek, üstünkörü uygulanan bu yöntemlere yeni bir bakış ve yeniden değerlendirme getirmek anlamlı olabilir. Bu konuda yapılmakta olan çalışmalar değerlendirilerek, bir araştırma programı düzenlenebilir. Amaç: Elektriksel beyin uyarma yöntemlerinin araştırılması ve IÜTF Fizyoloji ABD laboratuvarlarında bir araştırma düzeneği kurulmasının değerlendirilmesidir.

3 Tanımlar: Cranial Electrical Stimulation (CES) Kulak arkasına yerleştirilen elektrotlarla, hipotalamik bölge hedeflenerek endorfin salgısında yükselme sağlanmaktadır. 1902'de Fransa,da Rouxeau, 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. 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] TransCranial Direct Current Stimulation (tdcs) 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 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: ]

4 CES Yöntemi Üzerine: CES'in kaygı, ağrı, depresyon vb. tedavisinde kullanılması için FDA onayı verilmiştir. CES aygıtları genel olarak şiddeti 100uA 1mA arasında ayarlanabilir, arasında sıklığı değiştirilebilir sinus veya kare dalga akım verebilen aygıtlardır. Genellikle %50 görev döngüsüyle çalışırlar. Tıbbi aygıt uygunluk belgesini kolaylaştırmak için pille çalışırlar. Kulağa takılabilen elektrotlar kullanılır. Her uygulama dakika arasında değişir. Birkaç hafta süren tedavi dönemlerinden sonra istek üzerine sürdürülür. Klinik protokol kesin veri ve yöntemler içermez. Hekimin deneyimleri daha baskındır.

5 CES engages the serotonergic (5 HT) raphe nuclei of the brainstem. 5 HT inhibits brainstem cholinergic (ACh) and noradrenergic (NE) systems that project supratentorially. This suppresses thalamo cortical activity, arousal, agitation, alters sensory processing and induces EEG alpha rhythm. As well, 5 HT can act directly to modulate pain sensation in the dorsal horn of the spinal cord, and alter pain perception, cognition and emotionality within the limbic forebrain. İzler: Mavi Oklar: baskılayan etkileşimler Mor Oklar: uyaran etkileşimler X :Baskılanmış yollar/ etkileşimler Kısaltmalar: ACh: actetylcholine; LDT: laterodorsal tegmental nucleus of the brainstem; PPN: pediculo ponitne nucleus of the brainstem; NE: norepinephrine; LC: locus ceruleus, 5 HT: serotonin

6 0.5 Hz. CES kullanımından sonra beyin dalgaları dağılımı. 30 Gönüllüden alınan kayıtların ortalama değerleri haritalanmıştır. Bu fark haritasında, CES sonrasında azalan beyin etkinliği maviyle, artan etkinlik sarıyla ve değişmeyen etkinlik bölgeleri de yeşille boyanmıştır. EEG biofeedback (Neurotherapy) uygulamalarında yaygın olarak C3 üzerindeki 13 15Hz etkinliği artırılmaya eğitilerek gevşeme sağlanır ve epilepsi giderilmeye çalışılır.

7 D.L. Kirsch, Low Level Brain Stimulation for Anxiety: A Review of 50 years of Research and Supporting Data.

8 D. L. Kirsch and M. F. Gilula, CES IN THE TREATMENT OF PAIN RELATED DISORDERS. Practical PAIN MANAGEMENT, April 2008

9 Alpha Stim sayfasından alıntılar [ stim.com/as100.html] CES uyarı aygıtı, ve tipik bir dalga şekli görünüyor. Sol üstte, CES uygulanmadan önce ve 20 dakika CES uygulaması sonrasında alınan EEG spektrumu görünüyor [Kennerly, R. QEEG analysis of cranial electrotherapy: a pilot study. Journal of Neurotherapy (8)2, ]

10 tdcs [M. A. Nitsche and W. Paulus, Journal of Physiology (2000), 527.3, pp , Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation ] 1. Demonstrated in the intact human the possibility of a non invasive modulation of motor cortex excitability by the application of weak direct current through the scalp. 2. Excitability changes of up to 40%, revealed by transcranial magnetic stimulation, were accomplished and lasted for several minutes after the end of current stimulation. 3. Excitation could be achieved selectively by anodal stimulation, and inhibition by cathodal stimulation. 4. By varying the current intensity and duration, the strength and duration of the after effects could be controlled. 5. The effects were probably induced by modification of membrane polarisation. Functional alterations related to post tetanic potentiation, short term potentiation and processes similar to postexcitatory central inhibition are the likely candidates for the excitability changes after the end of stimulation. Transcranial electrical stimulation using weak current may thus be a promising tool to modulate cerebral excitability in a non invasive, painless, reversible, selective and focal way.

11 tdcs Transcranial electrical stimulation is an intraoperative monitoring technique used to ascertain that the corticospinal tract (CST) remains intact during delicate surgeries involving the brain and spinal cord. The electrical signal generated by electrodes placed on the scalp traverses the scalp,skull, CSF, and brain to reach the CST. This signal, sent through the central nervous system (CNS) via alpha motor neurons, achieves a muscle response, which shows neurophysiologists that the CNS is functioning properly. [ MODELING OF TRANSCRANIAL ELECTRICAL STIMULATION BY FINITE ELEMENT ANALYSIS, William Tyler Rath, 2006, M.S.Thesis, PU]

12 Sonuç: Laboratuvarlarımız ve araştırma olanaklarımızı gözönüne aldığımızda, CES uygulamaları için bir aygıt tasarımı ve CES uygulamasıyla EEG değişimlerinin gözlenebilirliği üzerine bir ön araştırma yapılabilir. CES alanında yapılan bilimsel yayınların kaynakları ve yerleri düşünülürse, bilimsel güvenilirlik konusunda şüphe duyabiliriz. Aygıt ve yöntemin kullanılması fazlasıyla ticari bir kaygı çağrıştırmaktadır. Yine de, bilimsel bir bakışla bağımsız olarak bu değerlendirmeyi yapmak olasıdır.