开发有效的工具和策略来缓解慢性疼痛是一项高度优先的科学和临床目标。特别是,与疼痛处理相关的大脑区域已被研究作为通过非侵入性脑刺激 (NIBS) 缓解疼痛的潜在目标。除了阐明疼痛与脑震荡活动之间的关系外,经颅交流电刺激 (tACS) 作为一种控制疼痛的可能技术,引起了科学界的关注,它能够非侵入性地调节脑震荡活动并调节脑震荡通信。本综述重点介绍通过操纵脑震荡活动使用 tACS 缓解疼痛及其潜在的临床应用。几项研究报告称,单个大脑上的 tACS 通过使慢性疼痛患者的异常脑震荡活动正常化来减轻疼痛。基于脑间同步来操纵脑间通信的人际 tACS 方法可能通过亲社会效应缓解疼痛。疼痛由时空神经通信编码,代表疼痛的认知、情绪情感和感觉运动方面的整合。因此,未来的研究应寻求将慢性疼痛中的病理性脑震荡通信确定为 tACS 的治疗目标。总之,tACS 可以有效地重建脑震荡活动并协助社交互动,并且可能有助于开发新的疼痛控制方法。
经颅直流电刺激 (tDCS) 是一种非侵入性脑刺激,可安全地调节大脑兴奋性并具有对许多疾病的治疗潜力。多项研究表明,初级运动皮层 (M1) 的阳极 tDCS 有助于运动学习和可塑性,但有关其潜在机制的信息很少。使用磁共振波谱 (MRS) 已显示 tDCS 可影响成人局部的 γ -氨基丁酸 (GABA) 和 Glx(谷氨酸和谷氨酰胺的总和)水平,这两者都已知与技能习得和可塑性有关;但这尚未在儿童和青少年中进行研究。本研究检测了儿科人群中针对 M1 的常规阳极 tDCS (a-tDCS) 和高清 tDCS (HD-tDCS) 对 GABA 和 Glx 的反应。 24 名正常发育的右利手儿童(年龄 12-18 岁)连续五天参加 tDCS 干预(假干预、a-tDCS 或 HD-tDCS),针对右侧 M1,同时用左手进行精细运动任务(Purdue Pegboard Task)训练。在方案之前和之后(第 5 天和第 6 周),使用 PRESS 和 GABA 编辑的 MEGA-PRESS MRS 序列测量感觉运动皮质中的 Glx 和 GABA。6 周时,HD-tDCS 组左侧感觉运动皮质测得的 Glx 高于 a-tDCS 和假干预组(p = 0.001)。在任何时候均未观察到任何感觉运动皮质中的 GABA 变化。这些结果表明 a-tDCS 或 HD-tDCS 都不会局部影响发育大脑中的 GABA 和 Glx,因此它可能在成人中表现出不同的反应。
跨语言刺激(TS) *有关枕神经痛和头痛的经皮外周神经刺激的信息,请参阅临床政策,标题为枕神经注射和消融(包括枕骨神经痛和头痛)。注意:有关背根神经节(DRG)刺激的信息,请参阅脊髓的临床政策,标题为植入的电刺激器。医疗记录文件用于审查卫生服务的福利覆盖范围由成员特定的福利计划文件和可能需要特定服务覆盖的适用法律确定。可能需要医疗记录文件来评估成员是否符合承保范围的临床标准,但不能保证对所请求的服务的承保范围;请参阅标题为“医疗记录”文档的协议。适用的代码仅供参考,以下程序和/或诊断代码提供了以下列表,并且可能不包含在内。在本策略中列出代码并不意味着代码所描述的服务是涵盖或未覆盖的健康服务。卫生服务的福利覆盖范围由成员特定的福利计划文件和可能需要特定服务覆盖的适用法律确定。纳入代码并不意味着要偿还或保证索赔付款的任何权利。其他政策和准则可能适用。
1 印度班加罗尔国家心理健康和神经科学研究所 (NIMHANS) 神经影像学和介入放射学,2 新加坡南洋理工大学计算机科学与工程学院,3 印度班加罗尔国家心理健康和神经科学研究所神经生理学系,4 新加坡南洋理工大学社会科学学院 (SSS) 心理学,5 印度班加罗尔国家心理健康和神经科学研究所 (NIMHANS) 精神病学系精神分裂症诊所 InSTAR 计划,6 沙特阿拉伯达曼法赫德国王专科医院神经科学中心,7 美国马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯大学医学院,8 新加坡南洋理工大学学习研究与发展中心 (CRADLE),9 新加坡南洋理工大学李光前医学院 (LKC Medicine),10教育背景:新加坡南洋理工大学
背景/目标:将脑机接口 (BCI) 技术与功能性电刺激疗法 (FEST) 相结合是脊髓损伤 (SCI) 后上肢运动康复的一种新兴策略。尽管结果令人鼓舞,但在临床实践中结合使用这些技术 (BCI-FEST) 的情况却很少。为了解决这个问题,我们开发了 KITE-BCI,这是一种专为临床应用和与动态 FEST 集成而设计的 BCI 系统。在本文中,我们报告了它的技术特点和性能。此外,我们讨论了 BCI 和治疗师触发的刺激延迟分布的差异。设计:两项单臂 40 次干预研究,旨在测试 BCI 控制的 FEST 对颈椎 SCI 患者上肢运动康复的可行性 设置:加拿大多伦多康复研究所 - 大学健康网络的大学和林德赫斯特中心内的康复项目 参与者:五名亚急性(受伤后 < 6 个月)C4-C5 级 SCI 患者,AIS BD,三名慢性(受伤后 > 24 个月)C4 级 SCI 患者,AIS BC。 结果测量:我们测量了 BCI 设置持续时间,并记录了 BCI 敏感度以表征 KITE-BCI 的性能,定义为成功 BCI 激活占总提示运动数的百分比。 结果:亚急性组和慢性组的整体 BCI 敏感度分别为 74.46% 和 79.08%。两项研究中 KITE-BCI 的平均设置持续时间分别为 11 分钟和 13 秒。结论:KITE-BCI 展示了一种临床上可行的单通道 BCI 系统,可与 FEST 集成,从而为 SCI 后提供多功能技术增强的上肢运动康复策略。
摘要 目的。电刺激是人工调节神经系统活动的有效方法。然而,目前的刺激模式无法重现自然神经活动的随机性和异步性。在这里,我们介绍了一种克服这些限制的新型仿生刺激 (BioS) 策略。方法。我们假设高频幅度调制刺激脉冲可以通过在脉冲持续时间内分配募集来诱发异步神经放电,而不会牺牲精确控制神经活动的能力。我们使用计算机模拟和离体实验测试了这一假设。主要结果。我们发现 BioS 脉冲会诱发异步、随机但可控的神经活动。我们确定,改变 BioS 脉冲的幅度、持续时间和重复频率可以对募集的纤维数量、它们的放电率及其反应的同步性进行分级调节。意义。这些结果证明了对人工诱导神经活动的控制达到了前所未有的水平,使得设计下一代 BioS 范式成为可能,对神经刺激领域产生深远的影响。
经颅直流电刺激 (tDCS) 是一种非侵入性脑刺激方法,通过在阳极和阴极电极之间短时间(通常每次少于 30 分钟)施加电流(通常小于 2 mA)来调节神经活动 (17)。之前的荟萃分析报告称,向背外侧前额皮质 (DLPFC) 施加 tDCS 可减轻精神分裂症患者的幻觉(阳性症状;Hedges' g = 0.86)和阴性症状(0.41),并改善神经认知功能,特别是工作记忆(0.41)(18-23)。最近,据报道,针对 DLPFC 的 tDCS 还可以提高日常生活技能(功能能力)(24)、对疾病的洞察力(25)和元认知(26)。关于社会认知,我们系统回顾的数据表明,前额皮质上的经颅直流电刺激 (tDCS) 可增强情绪识别 (27),而左侧颞上沟 (STS) 上的刺激可提高这些患者的心理理论得分 (28-30)。因此,尽管存在争议,但经颅直流电刺激 (tDCS) 的电极组合,尤其是阳极刺激部位,可能决定其对精神病患者症状和功能的影响 (31-33)。总之,需要进一步考虑以了解应刺激哪些大脑区域以改善精神分裂症的特定症状 (34)。
围产期中风是一种局部血管性脑损伤,导致数百万人终身残疾( Nelson ,2007; Dunbar 和 Kirton ,2019)。作为偏瘫性脑瘫的主要原因,且无法预防,当前的研究主要致力于了解和改善运动康复。偏瘫的严重程度在不同个体之间差异很大,有些儿童患肢和手的使用极其有限。因此,这些儿童除了参加适合其年龄的娱乐活动外,还可能在梳洗、洗澡和喂食等日常生活活动中遇到困难。遗憾的是,目前的治疗选择有限,但随着对生命初期单侧损伤后大脑发育方式的了解不断加深,治疗选择将越来越丰富。大量的临床前和人脑映射研究正在确定围产期中风后发生的发育可塑性(Kirton,2013b;Hilderley 等人,2019;Craig 等人,2021;Kirton 等人,2021)。在运动系统中,出生时等比例存在的双侧皮质脊髓束通常会在生命最初几年从同侧撤出(Eyre,2007)。然而,早期单侧损伤可能会损害对侧脊髓神经支配,导致同侧连接异常持续存在以及未受损半球对受影响肢体的运动控制异常(Staudt,2007;Kirton,2013a;Kirton 等人,2015)。不同的中风亚型代表了早期脑损伤后发育可塑性的人类模型(Kirton 和 DeVeber,2013 年)。人们对此类模型与现有的康复疗法之间的关系理解得越来越深刻。强制性运动疗法 (CIMT) 和双手疗法对某些人可能有效,但需要高剂量且效果不大(Novak 等人,2013 年)。模型还定义了非侵入性神经调节的目标,即未受损的初级运动皮层,对照临床试验表明该区域具有额外的疗效(Kirton 等人,2015 年;Hilderley 等人,2019 年)。目前尚无明确的围产期中风儿童神经可塑性模型,因为它与皮质运动意象和运动计划的重组有关。由于缺乏对早期受伤后幼小大脑如何重组的理解,在尝试将心理意象和意图作为康复模式的一部分时,带来了独特的挑战。功能性电刺激 (FES) 是一种新兴的康复选择,在偏瘫儿童中尚未得到充分研究。FES 是一种神经肌肉电刺激 (NMES),它将患者的运动尝试与通过低强度电流刺激目标肌肉相结合,以促进受损功能性运动的重复。患者的自愿努力是 FES 的重要组成部分,其中感觉运动区域的皮质激活与功能改善有关(Eraifej 等人,2017 年;Musselman 等人,2020 年)。成人 FES 已证明中风后偏瘫的上肢功能改善和神经可塑性变化,包括日常生活活动 (ADL) 的改善,并被当前最佳中风康复实践指南推荐(Eraifej 等人,2017 年;Musselman 等人,2020 年)。对偏瘫性 CP 儿童进行的小规模研究表明,将 FES 与治疗相结合可改善手部功能,并伴随皮质神经生理学的变化(Wright 和 Granat,2000 年;
经颅电刺激 (tES) 是一种神经调节方法,需要通过头皮电极非侵入性地施加弱电流 [1,2]。在所有其他类型的刺激中,经颅直流电刺激 (tDCS) 和经颅交流电刺激 (tACS) 是研究最多的技术 [3,4]。由于 tDCS 提供特定强度的直流电,而 tACS 施加特定频率的交流电,因此它们对神经细胞和非神经细胞的影响有所不同 [5,6]。事实上,注入电流的时间特征(刺激波形)以及空间特征(电极的大小、形状和蒙太奇)和个人头部解剖结构决定了诱发生物变化并最终导致行为变化的电剂量 [7](有关 tES 效应的系统描述,请参阅 [8,9])。然而,对脑组织中产生的电场 (E 场) 的可接受估计仍然缺乏 [10]。虽然它本身并不能预测刺激效果[11],但这些信息对于以下方面至关重要:(I)填补理论空白[12]和(II)提供优化的刺激方案[12,13]。
大脑网络可以通过在一个区域中提供电流的简短脉冲,同时测量其他区域的电压响应,从而探索大脑网络。我们提出了一个收敛范式来研究脑动力学,重点是单个大脑部位,以观察刺激许多其他大脑部位的平均效果。以这种方式观察,在相邻刺激位点出现了时间响应形状中的视觉图案。这项工作构建并说明了一种数据驱动的方法,以确定这些响应形状中特征时空结构的方法,总结了一组唯一的“基本轮廓曲线”(BPC)。每个BPC可以以自然的方式映射到潜在的解剖结构,并使用简单的指标从每个刺激位点量化投影强度。我们的技术已用于人类患者中的一系列植入脑表面电极。该框架可以直接解释单脉冲脑刺激数据,并可以一定地应用于探索构成连接组的相互作用的多样化环境。