تاثير تحريك الكتريكي جريان مستقيم فراجمجمه‌اي بر اساس نحوه‌ي توزيع ميدان الكتريكي و تغيير در فعاليت مغزي

Effects of Transcranial Direct Current Stimulation based on Electric Field Distribution Patterns and Changes in Brain Activity

تحريك الكتريكي جريان مستقيم فراجمجمه ­اي (tDCS) پركاربردترين روش تحريك غيرتهاجمي مغز بوده كه چالش اساسي آن تفاوت­هاي بين فردي گزارش شده در پاسخ به اين تحريك مي ­باشد. يكي از منابع ايجاد اين اختلاف‌ها تفاوت در توزيع ميدان الكتريكي بوده كه به دليل تفاوت در ساختارهاي مغزي ايجاد مي­شود. شواهد نشان مي­دهد كه ميدان ناشي از tDCS مي­تواند فعاليت‌هاي مغزي را تحت تاثير قرار داده و باعث ايجاد تغيير در رفتار گردد اما ارتباط بين توزيع ميدان و فعاليت­هاي مغزي هنوز مورد بررسي قرار نگرفته است. از اين رو در اين مطالعه‌ي متقاطع دوسو كور، tDCS با شدت 2 ميلي­آمپر به قشر پيش­پيشاني 14 فرد وابسته به مت­آمفتامين اعمال شده و براي تعيين توزيع ميدان و مشاهده‌ي فعاليت مغزي در پاسخ به نشانه­هاي مواد، تصوير تشديد مغناطيسي ساختاري و عمل‌كردي قبل و بعد از تحريك ثبت شده است. تحريك الكتريكي براي هر فرد يك مرتبه به صورت واقعي و يك مرتبه به صورت غيرواقعي (با فاصله‌ي حداقل يك هفته) انجام شده است. با استفاده از مدل­هاي سر مبتني بر روش­هاي المان محدود براي نمايش توزيع ميدان شبيه­سازي شده و آناليز گروهي نشان داده شده كه بيش‌ترين ميدان در ناحيه‌ي پيش­پيشاني ايجاد شده (0/07±0/342) و توزيع مكاني ميدان در بين افراد متفاوت بوده است. داده­­هاي كاركردي حاكي از آن بوده كه در تفاوت بين پاسخ به نشانه­هاي مواد و تصاويري كه مربوط به مواد نيستند، تحريك واقعي در مقايسه با تحريك غيرواقعي فعاليت مغزي را در چين گيج‌گاهي فوقاني و قشر كمربندي خلفي كاهش داده (P<0.001) اما همبستگي معناداري بين شدت ميدان و تغييرات فعاليت مغزي به دست نيامده است. در اين مطالعه يك روش كار براي تركيب مدل­هاي سر با اطلاعات مربوط به عمل‌كرد مغز ارائه شده كه تاكنون مورد بررسي قرار نگرفته و مي­ تواند دريچه­ اي رو به درك بهتر مكانيسم اثر tDCS به شمار آيد.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is the most-used non-invasive brain stimulation method. However, the main challenge in tDCS studies is its heterogeneity and large inter-individual variability in response. Brain anatomy, that varies from person to person, can change electric field distribution patterns in the brain and should be considered as a source of variation. Previous findings support that tDCS-induced EFs affect brain activity and ultimately change behavioral outcomes. Nonetheless, the exact relationship between EFs and brain activity alterations has not yet been investigated. In this randomized double-blinded sham-controlled crossover study, 14 subjects with methamphetamine use disorders were recruited and tDCS with 2 mA current intensity was applied over the dorsolateral prefrontal cortex. Each subject participated in two sessions for sham or real stimulation with at least a 1-week washout period. In each session, structural and functional MRI during a cue-induced craving task were collected immediately before and after tDCS. Individualized computational head models were simulated based on structural MR images and finite element methods. Group-level analysis of the models showed inter-individual variability across the subjects with maximum electric field intensity in frontal pole (0.3424±0.07). Furthermore, functional data, based on a drug minus neutral contrast, showed that real versus sham stimulation decreased brain activity in superior temporal gyrus and posterior cingulate cortex (P<0.001). However, we did not find a significant correlation between induced EFs and brain activity alterations. In sum, in this study, we suggested a pipeline for integrating electric fields with functional neuroimaging data to bring new insights into the tDCS mechanism of action and future studies are required to establish, or to refute, this conclusion.