تحریک الکتریکی فرا جمجمه ایی (tDCS)

تحریک فرا جمجمه ایی مغز به دسته ایی بسیار مهم از تکنیک های تحریک الکتریکی مغز گفته می شود. تمامی تحریک های الکتریکی مغز، با استفاده از قرار دادن پد الکترودی بر روی سر انجام می شود و هیچ گونه آسیب پذیری در سطح پوست فرد دیده نمی شود. بهترین و کار آمد ترین نوع تحریک الکتریکی در زمینه های روان شناسی و روان پزشکی، روش tDCS است که مغز را با فرکانس های بسیار خفیف درمان می کند. این گونه فرکانس ها در حد بسیار خفیف و ضعیف انجام می شود و در حد یک میلی آمپر است. تحریک الکتریکی بسیار ساده در این زمینه می تواند در درمان های مختلف انجام شود، مانند کاهش استرس و اضطراب و افزایش سطح آگاهی و تقویت زبان و تکلم فرد. 

تحریک الکتریکی فرا جمجمه ایی چند دسته دارد:

1. tDCS - Transcranial Direct Circular Stimulation

2. tES - Transcranial Electric Stimulation

3. tRNS - Transcranial Random Noise Stimulation

4. tPCS - Transcranial Pulse Current Stimulation

روش تحریک فراجمجمه ایی برای درمان اختلالاتی مانند افسردگی، سو مصرف مواد مخدر و درمان پارکینسون بسیار موثر و کارآمد است. روش تحریک فرا جمجمه ایی  با جریان متناوب (tACS) نام دارد. درمان پارکینسون با استفاده از جریان متناوب صورت می گیرد. تحریک الکتریکی جمجمه ایی با نویز تصادفی (tRNS) - نویز بسیار تصادفی و بدون دقت را وارد امواج الکترومغناطیسی مغز می کند. این روش برای درمان، وز وز گوش و تینیتوس استفاده می شود. تحریک الکتریکی به صورت پالس ، پالس های الکتریکی را به سمت مغز ارسال می کند و در درمان اختلالات مربوط به ریاضیات بسیار موثر است. 

روش های تحریک الکتریکی هیچگونه درد و آسیبی به همراه ندارند و نیاز به بیهوشی ندارد. روش های تحریک الکتریکی مغز در درمان بسیاری از اختلالات روانی بسیار موثر هستند و می توانند در کمترین زمان ممکن بهترین نتیجه را بر روی فرد مورد نظر بگذارند. تحریک الکتریکی فرا جمجمه ایی بیشینه ی دویست ساله دارد که با استفاده از برق و تحریک بسیار مختصر مغز می توان بسیاری از اختلالات مربوط به مغز را درمان کرد. البته باید دانست که در یونان باستان نیز از تحریک الکتریکی مغز برای درمان نیز استفاده شده است. برای مثال در سال 43 پس از میلاد، پزشکی از امپراطوری روم، در مورد استفاده از اژدرماهی و انرژی الکتریکی آن برای درمان بسیاری از اختلالات روانی استفاده ی تحقیقات بسیار مفیدی ارائه کرد. شاید بتوان اختراع باطری را یکی از عوامل بسیار موثر در تحریک الکتریکی مغز دانست. بسیاری از محققان، روان پزشکان و روان شناسان معتقد هستند که با استفاده از تحریک الکتریکی مغز می توان بسیاری از افراد را به زندگی عادی باز گرداند. بولگن برای اولین بار به صورت دقیق و منظم از برق برای تشخیص و درمان بیماری استفاده کرد. او توانست زنی را که توسط مونو اکسید کربن دچار مسمومیت شده است را با استفاده از tES نجات دهد. در ایالات متحده امریکا در سال ۱۸۷۱، بیرد و راک ول کتاب خود را درمورد مصارف پزشکی برق، منتشر کردند. آن­ها  استدلال­هایی مبنی بر استفاده از گالوانیزه کردن (معدل با تحریک با جریان مستقیم در آن زمان) برای انواع نشانه­ها ارائه کردند.

در اواخر دهه 1700 و اوایل دهه 1800 میلادی - یک پزشک آلمانی گزارش آزمایشاتی را ارائه کرد که در آنها از گالوانیزه کردن برای درمان روان پریشی و افسردگی استفاده شده بود. در دهه ۱۹۶۰ تحقیقات حیوانی انجام شده با تحریک جریان مستقیم خفیف روی قشر مغز نشان داد که فعالیت­های عصبی می­توانند سریعاً تغییر کنند و این تغییرات برای چند ساعت باقی بمانند. این تحقیقات به­عنوان خاستگاه حقیقی تحریک فراجمجمه­ای با جریان الکتریکی مستقیم محسوب می­گردد (tES).

خصوصیات فنی tES

در تحریک الکتریکی و فراجمجمه ایی مغز - الکترود مثبت آند نامیده می شود.  نظریه مشهوری در این زمینه بیان می­کند که تحریکات مثبت، نورون­های محلی را دِپلاریزه می­کند، به این معنی که با تغییر در ولتاژ آن­ها به میزان ۵ تا ۱۰ میکروولت، نورون­ها را از حالت پتانسیل استراحت با ولتاژ ۶۵ میکروولت به ولتاژ ۵۵ میکروولت می­رساند. در نتیجه نورون­ها به ورودی­های کمتری از طریق دندریت­هایشان برای شروع فعالیت (دِپلاریزاسیون) احتیاج دارند. الکترود منفی که کاتد نامیده می­شود، نورون­ها را کمی هایپرپلاریزه می­کند و درنتیجه نورون به ورودی­های بیشتری از دندریت برای شروع فعالیت احتیاج پیدا می­کند. 

بسیاری از پزشکان و محققان دریافتند که با استفاده از تحریک های مثبت محل نورونی در مغز، نورون های مغز تغییراتی 10 الی 65 میلی ولتی را تجربه می کنند که با استفاده از این تحریک از حالت استحرات خارج شده و وارد حالت عمل می شوند. همچنین نشان داده شده ­است که تحریکات آندی باعث افزایش جریان خون مغز (ژنگ و همکاران، ۲۰۱۱) و امواج مغزی بتا و گاما (کیسر و همکاران، ۲۰۱۱) می­شود. تحریکات کاتدی جریان خون مغزی را کاهش می­دهد درحالی که فعالیت امواج مغزی دلتا و تتا را افزایش می­دهد. به‌صورت تجربی (براساس  اندازه­گیری­هایی که با fMRI یا PET انجام شده ‌است) فعالیت مغز زیر الکترود آند، هنگامی که چگالی جریان (تراکم آمپر تحت الکترود) از ۴۰ میکروآمپر  بر سانتیمتر مربع (۲۶۰ میکروآمپر بر اینچ مربع) تجاوز کند، حدود ۲۰ تا ۴۰ درصد افزایش می­یابد. کاتد فعالیت مغز زیر الکترود را در چگالی جریان ذکر شده، ۱۰ تا ۳۰ درصد کاهش می­دهد.

الکترودِ تحریک کننده، الکترود فعال در مغز نامیده می شود - در حالیکه الکترود غیر فعال - الکترود رفرنس و یا الکترود مرجع نامیده می شود. در بسیاری از تحقیقات الکترود رفرنس - در بالای سر قرار گرفته می شود. با این حال در اکثر مطالعات توجهی به تاثیرات مهاری و یا تقویتی الکترود رفرنس روی نقطه ایی که قرار دارد، اشاره ایی نشده است. در بسیاری از تحقیقات علمی نشان داده شده است که برای عملکرد بسیار مناسب الکترود ها و تغییراتی الکترودی سطح مغز بهتر است که الکترود تحریک پذیر کوچک باشد و الکترود رفرنس بزرگ عمل کند. در این صورت می توان جریانی با چگالی بیشتر تحت الکترود رفرنس داشت. آرایش الکترود ها به این صورت امکان قرار دادن الکترود ها بدون اختلال در عملکرد مغز را فراهم می کنند.  اکثر مطالعات، از تحریکی در حدود ۱ میلی­آمپر در الکترودی با سایز ۷ سانتیمتر در ۷ سانتیمتر (۴۹ سانتیمتر مربع) استفاده می­کنند. در دانشگاه هاروارد به بسیاری از محققین توصیه می شود که الکترود رفرنس را روی شانه ی فرد قرار دهند تا تحریک الکتریکی مغز دچار آسیب پذیری بسیار کمتری شود. قرار دادن الکترود روی شانه ی فرد مقابل می تواند تا حد بسیار زیادی از استرس و افسردگی فرد بکاهد و آن را کاهش دهد. حداقل چگالی جریان ۱۷ میکروآمپر بر مترمربع لازم است تا نورون­های حرکتی تحریک شوند. مطالعاتی که روی دیگر نقاط مغز انجام شده نیز، پیشنهاد می­کند ۲۰ تا ۲۵ میکروآمپر بر مترمربع برای تحریک نورون­های تحت الکترود لازم است. یک مطالعه درمورد افسردگی نشان داد که تحریک آندی روی ۳F با استفاده از ۱ میلی­آمپر در الکترود ۳۵ سانتیمترمربع (۲۸ میکروآمپر بر سانتیمترمربع) کاهش افسردگی را در پی دارد.

تحریک الکتریکی فراجمجمه ای با جریان مستقیم (transcranial direct Current Stimulation-tDCS)

در این نوع از تحریک - جریان ثابتی بین 1.0 تا 2 میلی آمپر ارائه می شود. به جهت کاهش احساس ناخوشایندی از ارائه ی جریان به سر مراجع مقدار ولتاژ 30 ثانیه افزایش پیدا می کند و هنگام اتمام درمان الکتریکی این مقدار نیز سی ثانیه کاهش پیدا می کند.  سپس در کل زمان تحریک جریان ثابت خواهد ماند. در زمان پایان جلسه نیز جریان به تدریج کاهش می یابد تا به صفر برسد.

تنظیمات tes مربوط به دستگاه نیز باید به این صورت تنظیم شود:

تحریک الکتریکی فراجمجمه ای با استفاده از جریان متناوب(transcranial Alternating Current Stimulation-tACS)

در این نوع تحریک، جریان تنظیم شده به صورت موج های سینوسی بسیار ریز، متناوب و براساس فرکانس تعیین شده ارائه می گردد. تحریک tACS همراه با افزایش فعالیت مغزی است. تحریک با فرکانس 10Hz سبب افزایش موج آلفا و تمرکز در مغز می شود. 

تنظیمات پارامتری دستگاه برای تحریک الکتریکی فراجمجمه ای با استفاده از جریان متناوب(transcranial Alternating Current Stimulation-tACS) به شرح زیر است. 

تحریک فراجمجمه ای با جریان پالس (transcranial Pulsed Current Stimulation-tPCS)

در این نوع تحریک، جزیان تنظیم شده به شکل پالس ارائه می گردد. تنظیم فرکانس بر روی 20 هرتز با استفاده از Duty Cycle برابر با 50 درصد، پالسی الکتریکی به مدت زمان 50 میلی ثانیه در پی خواهد داشت که 20 میلی ثانیه ی آن تحریک و 25 میلی ثانیه ی دیگر عدم تحریک است. 

دستور العمل های مربوط به tPCS به این صورت است:

تحریک الکتریکی فراجمجمه ای با جریان مستقیم-نوسانی (Oscillatory transcranial Direct Current Stimulation-OtDCS)

مانی که در تحریک tACS برای جریان خروجی، مقداری offset تنظیم می کنیم (مثلا ۵/۰ میلی آمپر)، جریان خروجی شامل یک جریان مستقیم به مقدار ۵/۰ میلی آمپر و مابقی جریان به صورت سینوسی براساس فرکانس تعیین شده خواهد بود.

تحریک فراجمجمه ای با نویز رندوم (transcranial Random Noise Stimulation)

در این نوع تحریک، جریان تنظیم شده با فرکانسهای رندوم بین ۱ تا ۲۰۰ هرتز و بر اساس توزیع گوسی ارائه می شود.

دستورالعمل استفاده از تحریک فراجمجمه ای با نویز رندوم و ریز به شرح زیر است: