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Rocco Liguori
• IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche di BolognaAUSL di Bologna
• Dipartimento di Scienze Biomediche e NeuroMotorieAlma Mater Studiorum – Università di Bologna
Consultant:
Biogen
Sanofi-Genzyme
Argon Healthcare srl
Lecture grants:
Dynamicom Education Scientific Press
Adnkronos salute unipersonale srl
SIMG Service
DISCLOSURES
Non-Invasive Brain Stimulation (NIBS)
rTMS tDCS
• Tecniche che modulano l’eccitabilità corticale e inducono effetti di neuroplasticità
prolungati.
tDCS
BASE FISIOLOGICA
tDCS tecnica di stimolazione transcranica che utilizza correnti continue dibassa intensità
tDCS induce modificazioni (eccitatorie correnti Anodiche e inibitorie
correnti Catodiche) della eccitabilità corticale che perdurano al termine dellastimolazione
Evidenze scientifiche dimostrano effetti sulla corteccia motoria, sensitiva e visiva
L’effetto neuromodulatorio (+ vs -) dipende da diversi fattori della stimolazione(tipo di stimolazione, posizione degli elettrodi e area target)
IL PERCORSO DELLA CORRENTE: MODELLO SFERICO
Miranda et al, 2006, Clin Neurophysiol
Corrente erogata da stimolatore
tende a disperdersi lungo lo scalpo
Corrente massima
zona sottostante elettrodo stimolante
LA NEUROSTIMOLAZIONE
VARIAZIONE DELLO STATO DI ECCITAZIONE
DELLE CELLULE
VARIAZIONE DELLA RISPOSTA SINCRONA DI
POPOLAZIONI DI NEURONI
Applicazione di una corrente elettrica/campo elettrico al tessuto nervoso
IL PERCORSO DELLA CORRENTE: OSSERVAZIONI
Il percorso della corrente dipende dalla posizione reciproca di anodoe catodo e dalla composizione del tessuto attraversato.
Poichè la resistività dello scalpo è molto minore di quella del cranio,la maggior parte della corrente (circa 80%) è dispersa lungo loscalpo. (Miranda et al, 2006).
La densità di corrente diminuisce rapidamente con la profondità
La distribuzione della densità di corrente e il percorso della correntenella corteccia non sono omogenei dipendono e dall’orientamentodelle fibre (Holdefer et al, 2006).
EFFETTI COLLATERALI SEGNALATI
effetti collaterali riportati Rari e “minori”
Formicolio, prurito o lieve sensazione di bruciore nella zona di applicazione degli elettrodi durante la stimolazione
Arrossamento transitorio della pelle dopo la stimolazione.
Rare le scottature, in genere per intensità di corrente > 3 mA
tDCS
STIMOLAZIONE A CORRENTE COSTANTE
Metodica ampiamente utilizzata nello studio dei processi cognitivi ecomportamentali soggetti sani e pazienti con malattie degenerative opsichiatriche.
Tecnica semplice e priva di effetti collaterali Persistenza degli effetti indotti
interessante prospettiva per il trattamento di diverse patologie neurologiche e psichiatricheDisturbo ossessivo – compulsivoSindrome depressivaMalattia di Alzheimer
Modificato da Pievani et al, 2016
Figure 1. results of a recent meta-analysis (Hsu et al, 2015) reporting a significant positive effect of noninvasive brain
stimulation on cognition in Alzheimer’s disease. The figure represents the forest plot of effect sizes for cognitive outcomes from
20 studies in Alzheimer’s disease. Squares denote individual effect sizes (95% CI), the diamond represents the pooled effect
size.
- 4,50 4,50- 2,25 0 2,25
Risultati della stimolazione non-invasiva
Modificato da Pievani et al, 2016
References Stimulation
toolStimulation target
Reported cognitive
outcomeDetails on cognitive outcome
Ahmed et al, 2012 rTMS DLPFC Global cognition Mini mental state examination
Boggio et al, 2009 tDCS DLPFC & temporal Memory Visual recognition test
Boggio et al, 2012 tDCS Temporal Memory Visual recognition test
Cotelli et al, 2008 rTMS DLPFC Language Picture naming test
Cotelli et al, 2011 rTMS DLPFC Language Auditory comprehension test
Eliasova et al, 2014 rTMS IFG Attention Trail making test
Ferrucci et al, 2008 tDCS Temporo-parietal Memory Ward recognition test
Khedr et al, 2014 tDCS DLPFC Global cognition Mini mental state examination
Meinzer et al, 2015 tDCS IFG Language Semantic word retrieval test
Table 1. Example of the variability between non invasive brain stimulation studies in Alzheimer’s disease
DLPFC, dorsolateral prefrontal cortex; IFG, inferior frontal gyrus; rTMS, repetitive transcranial magnetic stimulation; tDCS, transcranial direct current stimulation
Risultati della stimolazione non-invasiva
stimolazione trans-cranica (tDCS)
Trattamento con tDCS di pazienti con MCI e
valutazione mediante somministrazione di test
neuropsicologici specifici degli effetti a breve
e lungo termine sulle prestazioni cognitive
Reclutati 34 soggetti con disturbo cognitivo lieve (MCI).
Effettuata una batteria di tests neuropsicologici (MMSE, Parole di Rey, Barrage, memoria visiva immediata, anologie semplici, copia di disegni, fluenza verbale, test di Stroop, Beck) prima di iniziare le sedute di tDCS (T0) e dopo l’ultima stimolazione (T1).
Target di stimolazione area della corteccia prefrontale dorsolaterale di sinistra, con elettrodo di riferimento posizionato sul muscolo deltoide di destra (stimolazione monopolare).
La sedute di stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS) sono state effettuate nel corso di 20 giorni (5 a settimana), in doppio cieco.
Il campione è stato diviso in due gruppi: un gruppo di 17 soggetti (età media di 71.5 aa, scolarità 10.4 aa) è stato sottoposto ad una stimolazione anodica, 2 mA per 20 minuti, l’altro (69.7 aa e scolarità 11.5 aa) è stato sottoposto a stimolazione sham, 2 mA per 30 sec, poi 0 mA per 20 minuti.
Compared to their baseline results, patients belonging to the anodal group showed at follow-up significantly better performances in Brief
Mental Deterioration Battery (p < 0.0001), Rey’s 15 Words-immediate recall (p<0.001), figure naming (p < 0.01) and Beck Depression
Inventory (p < 0.01) (significant interaction between time, pre-post, and intervention in the repeated measures ANOVA). Number under
columns express mean results (rounded to first decimal). SD= standard deviation.
stimolazione trans-cranica (tDCS)
0
0,5
1
1,5
2
tDCS Sham
BaselineAfter stimulationp<0.0001
0
10
20
30
40
tDCS Sham
BaselineAfter stimulationp<0.001
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tDCS Sham
BaselineAfter stimulationp<0.01
BE
CK
Non-Invasive Brain Stimulation (NIBS) – tDCS
Cognitive rehabilitation and transcranial direct current
stimulation in a patient with Posterior Cortical Atrophy: an fMRI
study.
Gramegna LL et al. American Journal of Case Reports 2018 in press
• per aumentare le conoscenze sui meccanismi
patogenetici che sottendono le malattie
neurodegenerative e sui network neuronali
primariamente coinvolti.
• per comprendere i meccanismi d’azione della
NIBS
• per stabilire i paradigmi di stimolazione e la
scelta dei target di stimolazione
• per monitorare l’efficacia del trattamento NIBS
Applicazione combinata NIBS e fMRI
Approccio multitasking:
• tDCS
• Riabilitazione neurocognitiva
• Farmaci
• fMRI
Episodic Verbal Memory Anodal Baseline Sham Baseline Anodal Follow-up Sham Follow-up
Rey’s 15 Words: immediate recall (cut-off:
<28.53)25,8 (SD 8,4) 27,5 (SD 10,6) 33,8 (SD 13,7) p< 0,001 28,9 (SD 11,2)
Rey’s 15 Words: delayed recall (cut-off:<4.69) 3,5 (SD 3,5) 3 (SD 2,7) 5,6 (SD 5) 3,8 (SD 3,1)
Episodic Visual Memory Anodal Baseline Sham Baseline Anodal Follow-up Sham Follow-up
Immediate Visual Memory
(range: 0–22; cut-off: <13.85) 17,58 (SD 3) 16,44 (SD 4,8) 19,41 (SD 2,2) 16,82 (SD 4,2)
Attention Anodal Baseline Sham Baseline Anodal Follow-up Sham Follow-up
Barrage Test Time (cut-off: ≥90) 65,8 (SD 37,6) 62,6 (SD 41,9) 50,9 (SD 21,9) 74,6 (SD 55,7)
Barrage Test Score (cut-off: ≤9) 10,7 (SD 2,2) 9,47 (SD 3,2) 9,9 (SD 1,9) 9,6 (SD 2,9)
Barrage Test Errors (cut-off: ≥2) 0,8 (SD 1,8) 2,5 (SD 3,3) 0,6 (SD 2,4) 1,8 (SD 2,6)
Barrage Test result (cut-off: >2.5) 1 (SD 2,4) 3,2 (SD 4,3) 0,5 (SD 2,6) 2,8 (SD 4,2)
Constructional Praxis Anodal Baseline Sham Baseline Anodal Follow-up Sham Follow-up
Rey-Osterrieth Complex Figure Test: direct copy
(range: 0–36; cut-off: <28)10 (SD 2,1) 10 (SD 2,6) 10,5 (SD 1,7) 10,2 (SD 2,4)
Executive Functions Anodal Baseline Sham Baseline Anodal Follow-up Sham Follow-up
Analogies (cut-off: <15.1) 14,8 (SD 3,9) 13,1 (SD 6) 16,4 (SD 3,1) 13,4 (SD 5,3)
Stroop Test Time (cut-off: >27.5) § 33,1 (SD 22) 41,9 (SD 30,8) 32,2 (SD 19,6) 37,4 (SD 36,8)
Stroop Test Errors (cut-off: >7.5) § 3,5 (SD 8,9) 5,2 (SD 9,2) 1,2 (SD 2,8) 7,4 (SD 12,8)
Language Anodal Baseline Sham Baseline Anodal Follow-up Sham Follow-up
Verbal Fluency: phonemic (cut-off: <17.35)° 25,3 (SD 10,1) 20,3 (SD 9,8) 28,6 (SD 11) 20,3 (SD 10,9)
Verbal Fluency: semantic (cut-off: <25) * 29,2 (SD 10,6) 23,6 (SD 12,3) 34,2 (SD 12,7) 23,4 (SD 13)
Verbal Naming (cut-off< 15) 12,8 (SD 3,3) 12,1 (SD 3,6) 13,1 (SD 3,3) 12 (SD 3,5)
Figure Naming 60,7 (SD 14,5) 61,5 ( SD 16,8) 64,8 (SD 11,13) p< 0,01 60,3 (SD 16,5)
Social cognition Anodal Baseline Sham Baseline Anodal Follow-up Sham Follow-up
State Anxiety Inventory (cut-off: >50 points) 38,9 (SD 8,9) 38,6 (SD 6,7) 39 (SD 6,2) 41,5 (SD 7,1)
Trait Anxiety Inventory (cut-off: >50 points) 41,1 (SD 10,2) 42,5 (SD 9,3) 41 (SD 9) 39 (SD 6,2)
Beck Depression Inventory (cut-off: >9) 11,5 (SD 8,8) 6,5 (SD 5,6) 6,7 (SD 6,8) p< 0,01 7,4 (SD 5)
Mean results of Neuropsychological
evaluation at baseline and follow-up
(rounded to first decimal) in Anodal
and Sham group.
The two groups did not differ in
baseline neuropsychological
evaluation.Compared to their baseline
results, patients belonging to the
anodal group showed at follow-up
significantly better performances in
Brief Mental Deterioration Battery (p
< 0.0001), Rey’s 15 Words-
immediate recall (p<0.001), figure
naming (p < 0.01) and Beck
Depression Inventory (p < 0.01)
(significant interaction between time,
pre-post, and intervention in the
repeated measures ANOVA).
Furthermore, MMSE, Immediate
Visual Memory, Barrage test (time
employed to perform), Rey’s 15
Words-delayed recall showed a clear
trend of improvement in the tDCS
group (uncorrected p = 0.02, p = 0.02,
p = 0.03 and p = 0.03 respectively),
but non surviving after false discovery
rate correction. SD= Standard
Deviation.
*Semantic Fluency and Figure naming tests relates also with Semantic Memory; ° Phonemic fluency test relates also with Executive Functions.; § Stroop test depends also on
Selective Attention.
Risultati test Neuropsicologici
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