tDCS nedir? Transkraniyal doğru akım uyarımı araştırmada

Transkraniyal doğru akım uyarımı (tDCS), saçlı deriye yerleştirilen iki ya da daha fazla elektrot arasından zayıf ve sabit bir doğru akım geçirerek korteksin uyarılabilirliğini geçici olarak değiştiren, invaziv olmayan bir beyin uyarım yöntemidir. Türkçede “transkraniyal doğru akım stimülasyonu” olarak da geçer. Bu yazı tDCS’yi bir araştırma yöntemi olarak ele alır: nasıl çalıştığını, montajların ve doz parametrelerinin nasıl seçilip raporlandığını, sham kontrolünü, EEG ile birlikte kullanımı ve güvenlik kılavuzlarını. Klinik kullanım hekim değerlendirmesi gerektirir ve bu yazının konusu değildir.

01tDCS nasıl çalışır? Anodal ve katodal uyarım

tDCS nöronları doğrudan ateşlemez. Uygulanan akımın beyinde oluşturduğu zayıf elektrik alanı nöron zarlarının dinlenim potansiyelini hafifçe kaydırır ve böylece nöronların ateşleme olasılığını değiştirir. Bu nedenle tDCS çoğu zaman bir uyarıcıdan çok kortikal uyarılabilirliği modüle eden bir yöntem olarak tanımlanır. Akım, anot adı verilen elektrottan girip katottan çıkar; iki elektrotun altındaki bölgelerde etki farklı yönde olabilir.

Nitsche ve Paulus (2000), motor korteks üzerine uygulanan zayıf doğru akımın etkisini TMS ile ölçtükleri temel çalışmalarında anodal uyarımın uyarılabilirliği artırdığını, katodal uyarımın ise azalttığını gösterdi. Değişim yüzde 40’a varan düzeylere ulaştı, uyarım bittikten sonra birkaç dakika sürdü ve gücü ile süresi akım şiddetine ve uyarım süresine göre değişti. “Anot altında artış, katot altında azalma” biçiminde özetlenen kutupluluk ilkesinin temeli bu bulgudur.

Ancak ilişki her zaman bu kadar basit değildir. Batsikadze ve ark. (2013), motor kortekste 20 dakika boyunca 2 mA ile uygulanan katodal uyarımın uyarılabilirliği azaltmak yerine artırdığını, 1 mA katodal uyarımın ise beklenen azalmayı oluşturduğunu bildirdi. Etki akım şiddetine, süreye, hedef bölgeye ve kişiye göre değişebileceği için kutupluluk etkisi bir varsayım olarak değil, her çalışmada test edilecek bir hipotez olarak ele alınmalıdır.

02Elektrotlar ve montajlar

Klasik tDCS düzeneğinde iki elektrot vardır: anot ve katot. Woods ve ark. (2016) en yaygın elektrot düzeneğini metal ya da iletken kauçuk bir elektrot, onu saran bir sünger ve akımın deriye geçmesini kolaylaştıran bir elektrolit (tuzlu su, jel ya da iletken krem) olarak tanımlar. Süngerin yeterince ama aşırı olmayacak biçimde ıslatılması önemlidir: aşırı ıslak bir süngerden taşan tuzlu su elektrotun dışındaki deriye yayılır, akımın geçtiği alanı büyütür ve uygulamanın tekrarlanabilirliğini bozar. Elektrot yerleri çoğunlukla EEG’nin 10-20 sistemindeki konumlarla tanımlanır; bu, montajın başka laboratuvarlarda tekrarlanabilmesini sağlar.

Literatürde sık karşılaşılan montajlardan bazıları şunlardır:

Motor korteks montajı

Anot birincil motor korteks üzerine (C3 ya da C4 çevresi), katot karşı taraftaki göz çukurunun üstüne (supraorbital bölge) yerleştirilir. Nitsche ve Paulus’un çalışmalarında kullanılan ve tDCS literatürünün en çok incelenen düzenlerinden biridir.

Dorsolateral prefrontal korteks (DLPFC) montajı

Anot F3 ya da F4 çevresine, katot karşı tarafa ya da supraorbital bölgeye yerleştirilir; çalışma belleği gibi bilişsel süreçleri inceleyen çalışmalarda sık kullanılır.

Ekstrasefalik referans

Dönüş elektrotu kafanın dışına, örneğin omza ya da kola yerleştirilir; amaç ikinci elektrotun beyindeki etkisini azaltmaktır. Woods ve ark. (2016) bu düzenin daha yüksek akım şiddeti gerektirebileceğini belirtir.

Yüksek tanımlı (HD) tDCS

Hedefin üzerine küçük bir merkez elektrot, çevresine dört dönüş elektrotu (4×1 halka düzeni) yerleştirilerek akım daha küçük bir bölgede yoğunlaştırılır.

Hangi montaj seçilirse seçilsin akım iki elektrot arasında beynin geniş bir bölümünden geçer; hedef bölge yalnızca anotun altındaki alan değildir. Woods ve ark. (2016), fizyolojik ölçümlerin ve akım akışını tahmin eden bilgisayar modellerinin elektrotların göreli konumunun akımın nereye ve ne kadar ulaştığını belirgin biçimde değiştirdiğini gösterdiğini vurgular. Bu yüzden montajı planlarken elektrik alanı modellerle tahmin etmek ve elektrot konumlarını, boyutlarını ve dönüş elektrotunun yerini yöntem bölümünde ayrıntılı olarak raporlamak iyi bir uygulamadır.

03Akım, akım yoğunluğu ve süre

tDCS dozunu tanımlayan başlıca parametreler akım şiddeti, elektrot boyutu, uyarım süresi ve montajdır. Woods ve ark. (2016) tipik akımı 1–2 mA olarak verir. Motor korteks çalışmalarında sık kullanılan bir düzen, 35 cm²’lik (5×7 cm) elektrotlarla uygulanan 1 mA’dir (Batsikadze ve ark., 2013); bu düzende katot altında 9, anot altında 13 dakikalık uyarımların ardından etkilerin yaklaşık bir saat sürdüğü bildirilmiştir (Woods ve ark., 2016). Bunlar literatürden tipik değerlerdir, öneri değildir: her çalışmanın protokolü etik kurul onayıyla ve yayımlanmış kılavuzlara dayanarak belirlenir.

Basit bir hesap dozun karşılaştırılmasını kolaylaştırır: 35 cm²’lik bir elektrottan geçen 1 mA akımın ortalama yoğunluğu yaklaşık 0,029 mA/cm²’dir; 2 mA ile yapılan 20 dakikalık bir oturumun toplam yükü 2,4 coulombdur. Akımın birkaç saniyelik rampalarla açılıp kapatılması yaygındır; Woods ve ark. (2016), ani açma ve kapamanın yol açabileceği fosfen (ışık çakması) algısının bu rampalarla önlendiğini belirtir.

04Sham uyarım ve körleme

tDCS çalışmalarının çoğunda etkinin plasebo ve beklenti etkisinden ayrılması için sham (yalancı) uyarım kullanılır. Woods ve ark. (2016) yaygın yöntemi şöyle tanımlar: akım gerçek uyarımdaki gibi rampayla yükseltilip indirilir, ama hedef şiddette yalnızca birkaç saniye uygulanır. Katılımcı başlangıçtaki kaşıntı ya da karıncalanma hissini yaşar, ama oturumun geri kalanında akım verilmez. Gandiga ve ark. (2006), motor korteks üzerine uygulanan tDCS ile sham uyarımın benzer düzeyde hafif rahatsızlık yarattığını ve ne katılımcıların ne de soruları soran araştırmacıların iki koşulu ayırt edebildiğini bildirdi.

Yine de körlemenin başarısı her çalışmada varsayılmamalı, ölçülmelidir. Daha yüksek akımlarda deri duyumları belirginleşebilir ve daha önce uyarım almış katılımcılar koşulları tahmin edebilir. Bu nedenle pek çok protokol oturum sonunda katılımcılara hangi koşulda olduklarını düşündüklerini sorar ve uygulayıcının da koşulu bilmediği çift kör düzenleri tercih eder; bazı araştırma cihazları bu amaçla kodlu bir çalışma modu sunar. Antal ve ark. (2017), yan etkilerin plasebo uyarım alan katılımcılarda da sık bildirildiğini not eder; bu, sham grubunun yan etki kaydının da en az gerçek uyarım grubu kadar dikkatle tutulması gerektiği anlamına gelir.

05tDCS ve EEG birlikte

tDCS’nin beyin etkinliğini nasıl değiştirdiğini görmek için EEG ile birleştirilmesi giderek yaygınlaşıyor. İki düzen vardır: uyarımdan önce ve sonra ayrı EEG kayıtları almak ya da uyarım sürerken EEG kaydetmek. Eş zamanlı kayıtta uygulanan doğru akım ve özellikle rampalar sırasındaki değişimler EEG’de büyük kaymalar ve artefaktlar yaratabilir. Bu yüzden geniş giriş aralığına sahip, DC kuplajlı ve uyarım akımıyla doyuma gitmeyen bir amplifikatör ile bu artefaktları ayıklayan analiz araçları gerekir. Antal ve ark. (2017), elektrofizyolojik ölçümler gibi eşlik eden uygulamaların ek güvenlik sorunlarıyla ilişkilendirilmediğini bildirir.

Katalogdaki g.USBamp Research, DC kuplajlı mimarisi ve ±250 mV giriş aralığıyla EEG-tDCS kayıtları için uygun olarak tanımlanır; g.HIamp ve g.Nautilus Pro Flexible da TMS ve tDCS ile eş zamanlı EEG kaydını destekler. Üreticiye göre g.BSanalyze, TMS ve tDCS uyarım artefaktlarını gidermeye yönelik özel algoritmalar içerir. Elektrot yerleşimi de birlikte planlanmalıdır: tDCS elektrotları EEG başlığındaki konumlarla çakışacağı için hangi EEG kanallarının kaydedileceği montajla birlikte tasarlanır. Katalogdaki Unicorn tDCS Core-2 ise bir katot ve bir anot ile 0–2 mA aralığında ayarlanabilir akım sunan, akıllı telefondan kontrol edilen giyilebilir bir tDCS cihazıdır.

06Güvenlik ve etik

Düşük yoğunluklu transkraniyal elektrik uyarımı için en kapsamlı uzlaşı metni, Antal ve ark. (2017) tarafından Clinical Neurophysiology’de yayımlanan güvenlik, etik, yasal düzenleme ve uygulama kılavuzudur. Kılavuz, sağlıklı katılımcılar ile nörolojik ve psikiyatrik hastalarda uygulanan 18.000’i aşkın oturumda ciddi bir yan etki bildirilmediğini özetler. Orta düzeyde yan etkiler nadirdir; tDCS’de bunların başında elektrot ile deri arasındaki temasın yetersiz olmasına bağlı deri yanıkları gelir. Hafif yan etkiler arasında uyarım sonrası baş ağrısı ve yorgunluk ile uyarım sırasında karıncalanma ve yanma hissi bulunur. Kılavuz güvenliğin 4 mA’in altındaki ve günde en fazla 60 dakika süren “konvansiyonel” uygulamalar için ortaya konduğunu belirtir; depresyon hastalarında çok nadiren mani ya da hipomani görüldüğünü (11 belgelenmiş vaka), ancak nedensel bir ilişkinin kanıtlanmasının güç olduğunu da not eder.

Bikson ve ark. (2016) da konvansiyonel protokollerle (en fazla 40 dakika, en fazla 4 mA, en fazla 7,2 coulomb) yapılan insan çalışmalarında 33.200’ü aşkın oturumda ciddi bir yan etki ya da kalıcı hasar bildirilmediğini raporlar. Hayvan çalışmalarında beyin hasarı, konvansiyonel tDCS’nin oluşturduğu tahmini akım yoğunluklarının on katından fazla olan düzeylerde görülmüştür. Bu rakamlar bir güvenlik garantisi değil, literatürün bugüne kadarki özetidir. Pratikte araştırma protokolleri şu ilkelere dayanır:

• Çalışma etik kurul onayıyla ve bilgilendirilmiş onamla yürütülür; dışlama ölçütleri (örneğin kafa içi metal implant, nöbet öyküsü, elektrot bölgesinde deri lezyonu) protokolde tanımlanır.
• Elektrot ile deri arasındaki temas her oturumda kontrol edilir; deri hasarı olan bölgelere elektrot yerleştirilmez.
• Yan etkiler her oturumda yapılandırılmış bir anketle kaydedilir; Antal ve ark. (2017) bu amaçla yapılandırılmış görüşme formları önerir.
• Cihaz yalnızca eğitimli araştırmacılar tarafından ve protokoldeki parametrelerle kullanılır.

Elektrotların altında görülen kızarıklık çoğunlukla damar genişlemesine bağlıdır ve Woods ve ark. (2016) bunu tek başına bir güvenlik sorunu olarak görmez; yine de kaydedilmeli ve yanıktan ayırt edilmelidir. Klinik amaçlı kullanım ise ayrı bir konudur: hekim değerlendirmesi, uygun endikasyon ve bu amaç için onaylanmış cihazlar gerektirir. Bu yazı tanı ya da tedavi önerisi içermez.

07tDCS ile TMS arasındaki farklar

tDCS ve transkraniyal manyetik uyarım (TMS) aynı “invaziv olmayan beyin uyarımı” başlığı altında anılsa da fiziksel ilkeleri, donanımları ve araştırmadaki rolleri farklıdır:

Kısaca TMS bir uyarı verir ve korteksin yanıtını ölçmeye olanak tanır; tDCS ise bir süre boyunca korteksin uyarılabilirliğini kaydırır. Bu yüzden iki yöntem sık sık birlikte kullanılır: Nitsche ve Paulus’un (2000) çalışmasında olduğu gibi tDCS’nin etkisi, TMS ile ölçülen motor uyarılmış potansiyellerdeki değişimle değerlendirilir. TMS’yi ayrıntılı olarak bilgi bankasındaki TMS yazısında bulabilirsiniz. Katalogdaki tDCS ve stimülasyon cihazları ile EEG amplifikatörleri hakkında bilgi ve teklif için teklif formunu kullanabilirsiniz.