تحریک جدار جمجمه ای با جریان مستقیم (tDCS) نوعی درمان غیر تهاجمی است که طی آن جریان مستقیم بسیار ضعیفی (۱ تا ۳ میلی آمپر) را بر پوست سر وارد می‌کنند. از آنجا که این جریان مستقیم بسیار ضعیف است تاثیر آن در حدی نیست که منجر به ایجاد یک پتانسیل عمل در نورون‌ها شود بلکه فقط آستانه‌ی تحریک پذیری آنها را بیشتر یا کمتر (بسته به شرایط جریان الکتریکی عبور داده شده) می‌کند به عبارت دیگر این جریان فقط به قطبی سازی می‌پردازد. این اثرات با تغییر در میزان ساخت پروتئین‌ها و سطوح درون سلولی AMP حلقوی و کلسیم، تا مدتی پا بر جا می‌مانند اما عموما برگشت پذیر و فاقد عوارض در عملکرد و ساختار سلول‌ها می‌باشند.
همچنین این شکل جریان مستقیم (DC) تحریک الکتریکی، وجه تمایز این روش از ابزارهایی است که از جریان‌های متناوب (AC) استفاده می‌کنند و یا تحریک تکانه گسسته ایجاد می‌کنند، مانند CES، ECT، VNS و DBS. همچنین در tDCS بر خلاف روش‌هایی مانند rTMS (تحریک جدارجمجمه ای با امواج الکترومغناطیسی)، تحریک انجام شده در حد ایجاد پتانسیل عمل پاسخ (برای مثال انقباض عضلانی) نمی‌باشد بلکه تغییرات صورت پذیرفته در جهت اصلاح ساختار و عملکرد نورون‌ها در جهت مطلوب و مد نظر (نورومدولاسیون) هدایت می‌گردد، از این رو برخی پژوهشگران عبارت ” قطبی سازی جریان مستقیم جدار جمجمه‌ای” را ترجیح می‌دهند، و این دو عبارت در ادبیات امروز معادل یکدیگرند. دستگاه آن معمولا دارای ابعاد کوچکیست در نتیجه معمولا قابل حمل بوده و معمولا با باطری‌های DC رایج در بازار کار می‌کند.
تاریخچه تحریک الکتریکی مغز
اولین دستگاه های تحریک مغز ، ماهی های زنده بودند . رومی ها و یونانیان باستان از قدرت شوک دهندگی گربه ماهی نیلی (رود نیل) و ماهی دیگری با اشعه الکتریکی (Electric Ray) آگاه بودند (فینگر،۲۰۰۰). گالن و اسکریبونیوس لارگوس در روم از ماهی الکتریکی برای درمان سردرد و اختلالات مختلفی استفاده می کردند. این ماهی ها احتمالأ اولین دستگاه های تحریک مغزی به شمارمی آمدند. این ماهی را رومی ها و یونانی ها برای درمان اختلالات گوناگون مورد استفاده قرار می دادند.
آنها ماهی را روی پیشانی بیمار قرار می دادند یا اینکه از او می خواستند بر روی تعداد زیادی از ماهی زنده مذکور بایستند. این ماهی انرژی خاص خود را تخلیه می کرد که البته در آن زمان و تا قرن ها بعد به عنوان الکتریسیته شناخته شده نبود. متاسفانه این ماهیها به سادگی در دسترس نبودند تا اینکه در قرن هجدهم ماشین هایی ساخته شد که می توانستند الکتریسیته را بر حسب نیاز تولید کنند.
اوایل قرن هجدهم، دانشمندان پیشرو هنوز نمی دانستند که چه ماده ای درون اعصاب جریان دارد (فینگر،۲۰۰۰). اندیشمندان بزرگی در ارتباط با ارواح ، سیالات خاص و حتی نوسانات نظریه پردازی می کردند. این لویجی گالوانی بود که در یک سری از آزمایشات که درسال ۱۷۹۱ منتشر شد، نظریه جاری بودن الکتریسیته در عصب را بنا نهاد. با استفاده از باطری های ابتدایی، او نشان داد که یک عصب تحت آزمایش می تواند به وسیله الکتریسیته فعال شود و ظاهرأ باعث ایجاد انقباض ماهیچه ای طبیعی شود. بعلاوه او اعلام کرد که الکتریسیتۀ موجود در طبیعت (مثلأ رعد و برق) می تواند پاسخ مشابهی را در ماشین های الکتریکی ایجاد کند. روش هایی از این دست تقریبأ بلافاصله بعد از آغاز استفاده کاربردی از الکتریسیته در اواخر دهه هشتاد قرن نوزدهم شروع به رشد کردند. در آن زمان عبور یک جریان مستقیم از ماهیچه یا مغز در اروپا رواج داشت.
برای مثال یکی از دانشجویان مقطع تخصص شارکو، به نام جورج دوشان دی بولونیه، به همراه یک تولید کننده کوچک و باتری به نقاط مختلف پاریس سفر می کرد، او الکتریسیته را از ماهیچه های بیماران عبور می داد، و تأثیرات آن را بر روی اختلالات متعددی آزمایش می‌کرد و همچنین از آن برای فهم بهتر مداخلات ماهیچه ای – عصبی و به خصوص دیستروفی مایچه‌ای استفاده می‌کرد (جورج، ۱۹۹۴). دیگران شروع به استفاده از جریان مستقیم در مغز کردند. به این علت که این روش هیچ فایده‌ای نشان نداد، به صورت گسترده‌ای، به عنوان یک روش درمانی، در اروپا و آمریکا از چشم افتاد.
به دلایلی که مشخص نیست، tDCS یک زمینه فعال در روسیه، در دهه ۴۰، باقی ماند. بعضی اوقات با آن “درمان خواب الکتریکی” نیز می‌گفتند، زیرا بیماران گاهی اوقات، در طی ۳۰ دقیقه درمان، چرت می زدند یا به خواب می‌رفتند (گومز و میخاییل، ۱۹۷۸). بیشتر tDCS های انجام شده در روسیه در قالب تحقیقات بالینی انجام نمی‌شد و نقل قول می‌شود که از آن برای درمان الکلیسم، درد، افسردگی ویا ترکیبی از این ها استفاده شده است (فایگنر و همکاران، ۱۹۷۳).
دکتر والتر پولوس و گروهش در گوتینگن در آلمان، اخیرا باعث احیای مجدد این فناوری شدند، هم‌اکنون نیز تحقیقات فعالی بر روی tDCS انجام می‌شود و بیش از ۱۰۰ مقاله در این زمینه در طی ده سال اخیر در مجلات تایید شده منتشر شده است. به روشنی معلوم شده است، tDCS بر مغز تأثیر می‌گذارد و می‌تواند قابلیت تحریک پذیری قشری را تقویت کرده و باعث بهبود حافظه در انسان‌های سالم شود. اینکه آیا از این تأثیرات می‌توان به صورت درمانی نیز استفاده شود، هنوز معلوم نیست.
tDCS در مغز چگونه کار می‌کند؟
اینکه دقیقا در مغز و در حین tDCS چه می‌گذرد نامشخص مانده است. به هر حال، آزمایشات بر روی حیوانات، انسان و حتی شواهد ثبت شده مستقیم از نورون‌های موارد آزمایش شده، یک توضیح کلی را پیش رو می‌گذارد. آند (منفی) مکانی است که الکترون‌ها وارد مغز می‌شوند. کاتد (مثبت) جایی است که الکتریسیته از مغز خارج می‌شود. بنابراین، یک بار منفی در زیر کاتد تحریک کننده، زمانی که الکترون‌ها برای داخل شدن به الکترود تحریک کننده تجمع می‌کنند، ایجاد می‌شود (مانند مسافرانی که منتظر سوار شدن به مترو هستند و در پشت در ازدحام کرده اند).
ابعاد الکترودهای تحریک کننده اهمیت دارند مثلا یک الکترود کاتد با ابعاد کوچک تر می‌تواند بار کانونی‌تری را به ناحیه مورد نظر در مغز برساند. یعنی زمانی‌که بار بیشتری در درب خروجی تجمع کرده است. بنابراین، می توان اندازه‌ی ناحیه ای از مغز، که تحت تاثیر قرار می‌گیرد را، به وسیله تغییر اندازه الکترود کاتدی و یا با تغییر اندازه یا محل الکترود آندی، شکل داد یا کنترل کرد (نیچه و همکاران، ۲۰۰۷) .
اثرات رفتاری آنچه در زیر کاتد تحریک کننده اتفاق می افتد، الزاما با آن روشنی که انتظار داریم نیست. در بیشتر مطالعات، ناحیه ای که زیر آند قرار گرفته است تحریک و ناحیه ای که زیر کاتد قرار دارد مهار می‌شود. برای مثال، تحریک نواحی مختلف قشر حرکتی، باعث ایجاد چنین اثرات رفتاری می‌شود. این روش به عنوان درمان سکته به کار گرفته می‌شود. به هر حال، مغز بسیار پیچیده است برای مثال مطالعاتی وجود دارد که علی رغم اکثر مطالعات نشان می‌دهد، نواحی مغزی زیر آند، از نظر رفتاری مهار می شوند. در یکی از این مطالعات که محققان در آن نهفتگی پاسخ فراخوان شده دیداری را آزمایش کردند: دیده شد که ۱۰ دقیقه tDCS آندی، باعث کاهش دامنه پتانسیل تحریک شده بصری، در حالی که ۱۰ دقیقه tDCS کاتدی کاتدی، باعث افزایش این دامنه برای چندین دقیقه در پی تحریک می شود (آکورنرو و همکاران، ۲۰۰۷). بنابر این در این مطالعه، مهار رفتاری زیر آند، و برانگیختگی یا تحریک، زیر کاتد داشتیم. به نظر می‌رسد که نواحی مختلف مغزی با مورفولوژی، لایه‌بندی و ساخت سلولی متفاوت، می‌توانند پاسخی متفاوت به تحریک جریان مستقیم از خود نشان دهند.
سر انسان یک هادی ضعیف الکتریسیته است. به علاوه، حداقل ۵۰ درصد جریان در بافت‌های پیرامونی از دست می‌رود. به همین خاطر است که می‌توان از الکتریسیته بسیار کمتری، در زمانی که از جمجمه می‌گذرد و به طول مستقیم نورون‌ها را لمس می‌کند، استفاده کرد (مانند DBS یا TMS که در آنها میدان مغناطیسی از جمجمه عبور داده می‌شود.)
منطق علمی tDCS، عبور جریان الکتریکی از داخل مغز با استفاده از قرار دادن الکترودهای مثبت و منفی روی جمجمه است. بر این اساس می‌توان پیش‌بینی کرد که متغیرهای مهم برای دستیابی به اثرات دلخواه شامل موارد ذیل می‌شوند.
۱- شدت جریان: طبیعی است که هر چه میزان جریان الکتریکی بالاتر باشد اثرات بیشتری مورد انتظار خواهد بود. جریان از الکترود آنود (قطب منفی ) به الکترود کاتد (قطب مثبت) برقرار می‌گردد.
۲- شکل و اندازه الکترود: می‌توان گفت مهم‌تر از شدت جریان، چگالی جریان گذر کرده از مغز می‌باشد. چگالی یا تراکم جریان در واقع معرف میزان جریان عبوری از هر سانتی متر مربع است. در اکثر مطالعات، تراکم ۰،۰۲۹ تا ۰،۰۸ میلی آمپر در هر سانتی متر مربع مورد استفاده قرار می‌گیرد. بر این اساس شکل و اندازه الکترود، شاخصی تعیین کننده خواهد بود. در عموم مطالعات به چاپ رسیده از الکترودهای ۲۵ الی ۳۵ سانتی متر مربعی استفاده شده است. برای برقراری اتصال مناسب بین دو الکترود و جمجمه از خیس کردن الکترود با آب معمولی یا محلول NaCl (غلظت ۱۵ الی ۱۴۰ میلی مول) یا کرم های مخصوص استفاده می‌گردد. البته چند شرکت تولید کننده، الکترودهایی بدون نیاز به مواد اضافی جهت اتصال به جمجمه معرفی نموده‌اند.
| نوع تحریک | اثر روی تحریک پذیری قشر حرکتی مخ |
|---|---|
| tDCSکاتدی | کاهش |
| tDCS آندی | افزایش |
| rTMS با فرکانس پایین (برابر یا کمتر از ۱ هرتز) | کاهش |
| rTMS با فرکانس بالاتر (برابریا بیشتر از ۵ هرتز) | افزایش |
| rTMS با پالس جفت شده با شدت کم | کاهش |
| rTMS با پالس جفت شده با شدت زیاد | افزایش |
| TBS متوالی | کاهش |
| TBS متناوب | افزایش |
| PAS با فرکانس پایین (برابر یا کمتر از ۰.۱ هرتز) | افزایش |
| PAS با فرکانس پایین (۵ هرتز) | افزایش |
| TCES پالسی | شناخته نشده |
| ECS کاتدی | شناخته نشده |
| ECS آندی | شناخته نشده |
۳- محل قرارگیری الکترود: با توجه به اندازه به کار رفته و اصول فنی tDCS نمی‌توان دقت مکانی زیادی از آن انتظار داشت. اما تاثیر گذاری منطقه‌ای، در حد قشر حرکتی راست یا چپ و یا قشر پره فرونتال راست یا چپ امکان پذیر است. اکثر پژوهش‌ها نشان می‌دهد الکترود آند منجر به افزایش و الکترود کاتد منجر به کاهش فعالیت نواحی سطحی قشر مخ می‌گردد. بر این اساس می‌توان گفت در به کار گیری tDCS در واقع یک ناحیه در قشر مخ تحریک و یک ناحیه مهار می‌گردد.
۴- طول برقراری جریان: بدیهی است که با افزایش طول دوره جریان و یا شدت جریان می‌توان انتظار اثرات بیشتری را در tDCS انتظار داشت. اما با توجه به گسترش دامنه نواحی تحت تاثیر در اثر افزایش شدت جریان و تحریک شدن نورون‌های لایه‌های زیرین و ایجاد اثرات غیر قابل کنترل و ارزیابی، ترجیح داده می‌شود برای افزایش اثر، طول دوره آن افزایش یابد.
در برقراری جریان با tDCS درحد چند ثانیه اثرات ایجاد شده بلافاصله بعد از قطع جریان از بین می‌روند. برای مثال در کاربردهایی از tDCS که طول مدت برقراری جریان ۱۰ دقیقه است (عموم مطالعات از بازده حدود ۹ الی ۱۳ دقیقه استفاده می‌کنند) اثرات ایجاد شده فقط تا حدود یک ساعت باقی می‌ماند.
مقایسه tDCS با ECT
در tDCS جریان های کوچک برای بیش از ۲۰ تا ۳۰ دقیقه به کار گرفته می شوند. این جریان ها ثابتند ومغز فرصت دارد که خود را با این جریان ملایم تطبیق دهد. به عکس، در شوک درمانی (ECT) یک جریان کوتاه، قدرتمند و دوسویه که به طور مرسوم، شکل شبیه به موج دارد که آنرا شبیه به جریان متناوب می سازد، استفاده می شود. مغز نمی تواند خود را با تحریک در ECT تطبیق دهد و حمله تشنجی ایجاد می شود. کل مقدار الکتریسیته ای که در هر جلسه از ECT استفاده می شود در مقایسه با یک جلسه tDCS آنچنان هم متفاوت نیست. مشخص است که مغز، بسته به نوع تحریک به کار گرفته شده و همچنین دامنه های زمانی بسیار متفاوت در هر نوع از کاربرد تحریک به صورتی متفاوت واکنش نشان می دهد.
موارد کاربرد tDCSدر درمان افسردگی (معادل یک دوره ۶ هفته‌ای مصرف فلوکستین)، میگرن، درد ناشی از صدمات تروماتیک نخاع و فیبرومیالژیا، سکته های مغزی، آفازی، ولع مصرف (مواد، الکل، سیگار و غذا)، پارکینسون، وزوزگوش و آلزایمر، با موفقیت به کار رفته است. همچنین شواهد بسیاری اثربخشی tDCS را بر بهبود توانمندی‌های شناختی مانند حافظه، یادگیری، توجه، برنامه ریزی و… تأیید می‌کنند.
