Электрическая стимуляция – одна из разновидностей физиотерапии, дающая хороший эффект при лечении многих заболеваний, в том числе и патологий опорно-двигательного аппарата. Электрическое воздействие способствует улучшению проводимости нервных импульсов, у
Основную работу по электростимуляции выполняет импульсный ток, который подводится через накожные электроды к двигательным точкам – проекциям нервных центров, которые отвечают за работу тех или иных групп мышц.
Ток вызывает возбуждение нервов, которое запускает точечные мышечные сокращения. В результате в пораженных участках улучшается крово- и лимфоток, нормализуется функциональность нервов, ускоряется обмен веществ.
Показания к проведению электростимуляции:
- нарушения двигательной активности (паралич, парез) по причине травм или заболеваний центральной или периферической нервных систем;
- стимулирование мышц для улучшения периферического артериального и венозного кровотока, лимфотока;
- нарушения моторики ЖКТ, функций желчевыводящих путей, мочеполовой системы (в том числе и импотенции);
- гипотрофия мышц по причине длительной иммобилизации;
- укрепление и увеличение мышечной массы у спортсменов;
- лечение сколиоза и других патологий позвоночника.
Противопоказания к проведению электростимуляции:
- сердечно-сосудистые патологии (полная поперечная блокада сердца, мерцательная аритмия), частые сосудистые кризы;
- инфаркт или инсульт в остром периоде;
- высокое артериальное давление;
- ревматизм в стадии обострения;
- склонность к кровотечениям, нарушения свертываемости крови;
- склонность к образованию тромбов;
- эпилепсия;
- онкологические заболевания;
- острые воспалительные процессы в организме, лихорадка;
- значительные по площади раны и трофические язвы;
- в анамнезе за последний месяц оперативные вмешательства на нервах, мышцах, сухожилиях;
- переломы костей до их полного сращения;
- общие противопоказания к проведению физиотерапии;
- наличие электрокардиостимулятора.
Электрическая стимуляция показана при таких заболеваниях позвоночника: остеохондроз и грыжа межпозвонковых дисков, которые сопровождаются болевыми синдромами, первичные и вторичные атрофии мышц, невралгии, болевые синдромы как последствия спортивных травм и т.п.
Проводится электростимуляция специальным аппаратом – электронейростимулятором, который работает на импульсном низкочастотном токе. Время одного сеанса не должно превышать 30 минут при максимальном количестве 15 минут воздействия на одну группу мышц.
К.М.Н., академик РАМТН М.А. Бобырь
-
Кремы-бальзамы доктор Бобырь Ортопедические матрасы Бобыря
Выражаю огромную благодарность Александру Сергеевичу Бабий, за его профессионализм и отличное понимание своей работы. Был запущенный кифоз, за 8 сеансов Александр Сергеевич практически устранил этот недуг. Очень большое значение в лечении подобных болезней играет не только профессионализм врача,… Читать дальше- Халили Рамазан Нусретович – Врач с большой буквы, врач от Бога! Я очень счастлива, что встретила его. Он не только верно поставил диагноз с первого приёма и разъяснил это доступным языком, но и вылечил полностью. Как хорошо, что есть такие врачи. Он не только хороший врач, но и человек. Очень… Читать дальше
- Огромное спасибо Халили Рамазану Нусретовичу .Сразу поставил диагноз и начал лечение не откладывая. За пару приемов я вылечила все ,что болело. Очень грамотный врач. Профессионал своего дела. Хочу чтобы вся семья лечилась у него. Читать дальше
- Уважаемый Михаил Анатольевич! Если Вы нас помните — нашу историю девочки скрипачки из Центральной музыкальной школы, которую исключили из-за болезни, а врачи запрещали играть на скрипке, то Вам наверное будет приятно разделить с нами нашу радость — красный диплом по режиссуре во ВГИК! Вспоминаем… Читать дальше
Электротон и стимул. Стимуляция и раздражение. Электротон в случае равномерного распределения тока
Оглавление темы «Рефрактерные периоды. Токи через потенциалзависимые мембранные каналы. Электротон и стимул.»: 1. Рефрактерные периоды. Относительный рефрактерный период. Абсолютный рефрактерный период. 2. Ионные токи во время следовых потенциалов 3.
«Стабилизирующее» влияние ионов кальция (Ca) на потенциал покоя. 4. Токи через потенциалзависимые мембранные каналы. Локальная фиксация потенциала мембраны. 5. Токи через одиночные натриевые (Na) — каналы. 6. Токи через одиночные калиевые (К) — каналы. 7.
Токи через одиночные кальциевые (Ca) каналы.я. 8. Молекулы натриевого (Na)-канала. Воротные токи. Избирательность натриевых каналов. 9. Электротон и стимул. Стимуляция и раздражение. Электротон в случае равномерного распределения тока. 10. Электротон в клетках вытянутой формы.
Обсудив молекулярные основы возбуждения, вернемся к макроскопическому поведению нервных клеток.
Возбуждение возникает при деполяризации мембраны до или выше порогового уровня; этот процесс называется также стимуляцией, или раздражением.
Как правило, стимулом служит приложенный извне электрический ток, во время протекания которого происходит деполяризация мембраны.
Поэтому прежде чем рассмотреть, каким образом стимул вызывает возбуждение, обратимся к процессу деполяризации мембраны электрическим током, начиная с таких небольших сдвигов потенциала, которые не изменяют проводимость мембраны.
Рис. 2.16. А, Б. Электротонический потенциал в клетке сферической формы. А. Внутриклеточные электроды служат для регистрации мембранного потенциала Е и пропускания тока I, распределение которого показано красными стрелками. Б. Временной ход импульса тока и одновременно регистрируемого электротонического потенциала в клетке. Постоянная времени т электротонического потенциала определяется временем, в течение которого потенциал доходит до уровня, достигающего 37% (1/е) его конечной амплитуды
Электротон в случае равномерного распределения тока
Простейшую модель для изучения ответов мембраны на прохождение тока представляет собой сферическая клетка; для приложения тока и регистрации мембранного потенциала служат внутриклеточные электроды (рис. 2.16, А). При включении постоянного тока положительного направления (рис. 2.
16,Б) входящие в клетку положительные заряды постепенно разряжают мембранную емкость и таким образом деполяризуют мембрану. Соответственно отводящий электрод регистрирует быструю деполяризацию в начале импульса тока.
Однако очень скоро деполяризация замедляется, поскольку при смещении мембранного потенциала от уровня потенциала покоя нарушается равновесие ионных потоков, и во время деполяризации больше ионов К+ покидает клетку.
Этот противоположный поток положительных ионов через мембрану удаляет какую-то долю заряда, внесенного электрическим током, и разряд мембранной емкости замедляется.
В конце концов деполяризация при постепенном уменьшении ее скорости достигает конечного уровня, при котором ионный ток через мембрану равен электрическому току, приложенному с помощью электрода, и тогда дальнейший разряд мембранной емкости прекращается (рис. 2.16).
Сдвиг потенциала, вызываемый импульсом тока, называется электротоническим потенциалом, или электротоном. Конечный уровень, или амплитуда электротонического потенциала, пропорционален сопротивлению мембраны (величине, обратной проводимости мембраны) ионным токам. Скорость нарастания электротонического потенциала в самом начале определяется только емкостью мембраны; в это время протекает только емкостной ток. Когда возникает противоположно направленный поток ионов через мембрану, потенциал начинает экспоненциально меняться с показателем-t/x, где t—время, а х-постоянная времени, равная произведению сопротивления и емкостимембраны. В разных клетках т составляет от 5 до 50 мс.
Такая экспоненциальная кривая, как график электротона (или, например, спад радиоактивности изотопа), описывается выражением e (в множителе t/T), т называется постоянной времени, поскольку при t, равном т, показатель степени равен — 1. Следовательно, с помощью такой кривой можно определить х, найдя на оси абсцисс время, за которое амплитуда падает до 1/е = 1/е = 37% начальной величины.
— Также рекомендуем «Электротон в клетках вытянутой формы.»
Электростимуляция мышц: показания и противопоказания, влияние на организм. Лечение и реабилитация электростимуляцией в клинике Москвы
Электростимуляция мышц – один из способов физиотерапевтического воздействия, который направлен на восстановление функции мышечной и нервной ткани после повреждения. При электростимуляции мышц используют импульсные токи различной силы и частоты.
При помощи электростимуляции физиотерапевты Юсуповской больницы восстанавливают или улучшают трофические функции нервных волокон, улучшают процесс иннервации мышц, их сократимость.
Транскраниальная электростимуляция представляет собой воздействие на головной мозг токов определённых частотных характеристик. Они активируют опиоидные структуры головного мозга и способствуют высвобождению бета-эндорфина.
Это позволяет купировать различные болевые синдромы, снизить дозу препаратов для наркоза при хирургическом вмешательстве.
В Юсуповской больнице электростимуляцию мышц ног, лица выполняют с помощью новейших приборов для электростимуляции ведущих европейских фирм.
Электростимуляцию мочевого пузыря проводится при расстройствах мочеиспускания, связанных с воспалением, дисфункцией или нарушением иннервации мочевого пузыря, вызванных заболеваниями спинного или головного мозга. Электростимуляция мозга успешно применяется в клинике реабилитации для восстановления после инсульта, лечения хронической боли и депрессивного синдрома. Она улучшает креативность мышления.
Влияние на организм
Электростимуляция влияет на организм за счёт импульсов разной продолжительности – от 0,5 до 300 мс, при силе тока до 5 мА (на лице), до 100 мА (на теле) и частоте 10-150 Гц, которая действуют с перерывами.
Несмотря на то, что во время процедуры пациент не двигается, это влияние идентично обычной работе мышц во время их активности.
Ток проходит сквозь ткани, возбуждает клетки и стимулирует активную работу мышцы, а в период пауз она расслабляется.
Ток, благодаря такому ритму работы, не раздражает кожу под электродами и эпидермис не повреждается. При воздействии электрического тока на мышцы или нервы изменяется их биоактивность. Импульсы провоцируют сокращение мышечных волокон, что их укрепляет и приводит в действие. Если мышца перенапряжена, электростимуляция хорошо снимает такое напряжение.
Электростимуляция мышц спины в клинике неврологии проводится пациентам с неподвижным больным или искривлённым позвоночником. Она уменьшает болевые ощущения, восстанавливает чувствительность, укрепляет мышцы. Процедуры на этапе реабилитации после операции на позвоночнике помогают укрепить мышцы спины.
Электростимуляция мышц нижних конечностей позволяет восстановить работу следующих мышц:
- двуглавой мышцы бедра – восстанавливает сгибание коленного сустава;
- икроножной мышцы – помогает восстановить функцию сгибания стопы;
- перональной мышцы – усиливает тыльное сгибание и отведение стопы;
- прямой мышцы бедра – улучшает разгибание ноги в коленном суставе.
Электростимуляция мышц бедра помогает активно бороться с остеоартритом, помогает восстановиться после операции по замене сустава. Электростимуляция мышц лица ускоряет утилизацию кислорода и уменьшает затраты энергии на сокращение. После физических нагрузок накапливается молочная кислота, а ток выводит её с мышц, избавляя от болевых ощущений.
Электростимуляция мышц рук восстанавливает функцию следующих мышц:
- дельтовидной – помогает возобновить отведение плеча в сторону, назад и вперёд;
- разгибателей кисти и пальцев – восстанавливает функцию разгибания;
- трехглавой – улучшает разгибание руки в локтевом суставе;
- двуглавой – поможет сгибать руку в локтевом суставе;
- сгибателей кисти и пальцев – улучшает их сгибание.
Показания и противопоказания
Электростимуляцию реабилитологи Юсуповской больницы проводят при всех состояниях, которые сопровождаются параличом или парезом мышц, травматических повреждениях нервов. Показаниями к электростимуляции являются:
- спастические параличи при рассеянном склерозе, боковом амиотрофическом склерозе, полинейропатиях и синдроме Гийена-Барре;
- нарушения чувствительности при корешковых синдромах и различных травматических повреждениях;
- центральные парезы и параличи вследствие перенесенных острых нарушений мозгового кровообращения;
- длительная адинамия мышц, сопровождающаяся их гипотрофией.
Электростимуляция не применяется в качестве средства монотерапии и является дополняющим реабилитационным мероприятием. Она эффективна для мышц спины у пациентов, которые длительно находятся на постельном режиме. Мышцы спины во время процедур восстанавливают устойчивость к нагрузке, бывшую силу.
Существует немало противопоказаний к проведению электростимуляции мышц:
- острый период ишемических поражений тканей мозга, сердца (инсульт, инфаркт миокарда);
- злокачественные новообразования;
- тяжелые заболевания сердечно-сосудистой системы;
- лихорадочные состояния, в том числе сепсис;
- заболевания кожи в месте проведения стимуляции.
Противопоказано проведение электростимуляции пациента, страдающим эпилепсией, в силу того, что процедура может спровоцировать судорожный приступ. При травматических повреждениях нервов, мышц и сухожилий проводить электростимуляцию можно через месяц со времени наложения швов.
В противном случае ввиду резко увеличивающейся механической нагрузке при мышечном сокращении во время проведения процедуры может развиться несостоятельность шва.
Категорически противопоказана электростимуляция при беременности, ведь электрический стимул может приводить к повышению тонуса матки и вызвать преждевременное прерывание беременности.
Длительность лечения
Продолжительность терапии электростимуляцией в Юсуповской больнице определяет лечащий врач в зависимости от выраженности симптомов, давности поражения, характера патологического процесса. Длительность одной процедуры о не превышает 40 минут, при этом одна мышца или нерв стимулируется максимум 2-3 минуты. После этого необходима пауза около 10 минут.
Электростимуляцию проводят ежедневно или несколько раз в день. Курс лечения составляет от 10 дней до месяца. Перерыв между кусами делают 30 дней, после чего проводят повторное лечение с использованием этого метода.
Что входит в процедуру
Перед электростимуляцией неврологи Юсуповской больницы и находят спазмированные мышцы, устанавливают степень повышения их тонуса и распознают наличие фиброзных изменений. Если процедура проводится на лице, пациентке рекомендуют снять макияж и обезжирить кожу. Затем физиотерапевт наносит на кожу и электроды токопроводящий гель.
Электроды накладывает на области, где расположены двигательные точки: лицо, грудь, спину, живот, конечности и закрепляет. Выбрав необходимую силу тока, частоту и продолжительность, проводит сеанс электрической стимуляции. По окончании процедуры снимает электроды, очищает кожу от геля.
Электростимуляция мышц в ходьбе
Терапия двигательного неврологического дефицита подразумевает использование нескольких схем лечения. Одним из современных способов повышения их эффективности является искусственная коррекция движений.
В рамках этого метода пациенту проводят электростимуляцию при ходьбе.
Это внешняя электростимуляция мышц, параметры которой реабилитологи Юсуповской больницы подбирают индивидуально в соответствии с особенностями пациента, физиологическими нормами и динамикой ходьбы.
Метод электростимуляции мышц позволяет добиться следующих результатов:
- снижение утомляемости;
- рост амплитуды движений при ходьбе;
- повышение темпа ходьбы;
- увеличение максимального расстояния, которое может пройти пациент.
Электростимуляцию мышц в Москве как метод лечения двигательного неврологического дефицита применяют специалисты клиники реабилитации. Пройти курс лечения можно, позвонив по телефону Юсуповской больницы.
Читать онлайн "Нормальная физиология" автора Агаджанян Николай Александрович — RuLit — Страница 6
Исследования зависимости силы-длительности показали, что она имеет гиперболический характер. Ток меньше некоторой минимальной величины не вызывает возбуждение, как бы длительно он не действовал, и чем короче импульсы тока, тем меньшую раздражающую способность они имеют.
Причиной такой зависимости является мембранная емкость. Очень «короткие» токи не успевают разрядить эту емкость до критического уровня деполяризации. Минимальная величина тока, способная вызвать возбуждение при неограниченно длительном его действии, называется реобазой.
Время, в течение которого ток, равный реобазе, вызывает возбуждение, называется полезным временем.
Закон силы-времени: раздражающее действие постоянного тока зависит не только от его величины, но и от времени, в течение которого он действует. Чем больше ток, тем меньше времени он должен действовать на возбудимые ткани, чтобы вызвать возбуждение (рис.3).
Закон полярного действия постоянного тока: при замыкании тока возбуждение возникает под катодом, а при размыкании – под анодом. Прохождение постоянного электрического тока через нервное или мышечное волокно вызывает изменение мембранного потенциала.
Так, в области приложения катода положительный потенциал на наружной стороне мембраны уменьшается, возникает деполяризация, которая быстро достигает критического уровня и вызывает возбуждение.
В области же приложения анода положительный потенциал на наружной стороне мембраны возрастает, происходит гиперполяризация мембраны и возбуждение не возникает. Но при этом под анодом критический уровень деполяризации смещается к уровню потенциала покоя.
Поэтому при размыкании цепи тока гиперполяризация на мембране исчезает, и потенциал покоя, возвращаясь к исходной величине, достигает смещенного критического уровня и возникает возбуждение.
Закон физиологического электротона: действие постоянного тока на ткань сопровождается изменением ее возбудимости. При прохождении постоянного тока через нерв или мышцу порог раздражения под катодом и в соседних с ним участках понижается вследствие деполяризации мембраны (возбудимость повышается).
В области приложения анода происходит повышение порога раздражения, т. е. снижение возбудимости вследствие гипериоляризации мембраны. Эти изменения возбудимости под катодом и анодом получили название электротона (электротоническое изменение возбудимости).
Повышение возбудимости под катодам называется катэлектротоном, а снижение возбудимости иод анодом – анэлектротоном.
При дальнейшем действии постоянного тока первоначальное повышение возбудимости под катодом сменяется ее понижением, развивается так называемая католическая депрессия.
Первоначальное же снижение возбудимости под анодом сменяется ее повышением – анодная экзальтация.
При этом в области приложения катода – инактивация натриевых каналов, а в области действия анода происходит снижение калиевой проницаемости и ослабление исходной инактивации натриевой проницаемости.
Физиология нервов и нервных волокон
Нервные волокна выполняют специализированную функцию – проведение нервных импульсов. По морфологическому признаку волокна делятся на миелиновые (покрытые миелиновой оболочкой) и безмиелиновые. Нерв состоит из большого числа нервных волокон (миелиновых и безмиелиновых), заключенных в общую оболочку.
Нервное волокно обладает следующими свойствами: возбудимостью, проводимостью и лабильностью.
Распространение возбуждения по нервным волокнам осуществляется на основе ионных механизмов генерации потенциала действия.
При распространении возбуждения по безмиелиновому нервному волокну местные электрические токи, которые возникают между его возбужденным участком, заряженным отрицательно, и невозбужденными, Заряженными положительно, деполяризуют мембрану до критического уровня, что приводит к генерации ПД в соседних невозбужденных участках, которые становятся возбужденными, и т. д. Этот процесс происходит в каждой точке мембраны на всем протяжении волокна. Такое проведение возбуждения называется непрерывным. Возбуждение по нервному волокну может распространяться в обе стороны от места его возникновения. Если на нервное волокно наложить регистрирующие электроды на некотором расстоянии друг от друга, а между ними нанести раздражение, то возбуждение зафиксируют электроды по обе стороны от места раздражения.
Наличие у миелиновых волокон оболочки, обладающей высоким электрическим сопротивлением, а также участков волокна, лишенных оболочки (перехватов Ранвье), приводит к тому, что местные электрические токи не могут проходить через миелин, они возникают только между соседними перехватами Ранвье, где деполяризуют мембрану невозбужденного перехвата и генерируют ПД (рис.4). Возбуждение как бы «перепрыгивает» через участки нервного волокна, покрытые миелином. Такой механизм распространения возбуждения называется сальтаторным, или скачкообразным, он позволяет более быстро и экономично передавать информацию по сравнению с непрерывным проведением, поскольку в него вовлекается не вся мембрана, а только ее небольшие участки.
Амплитуда ПД в 5 6 раз превышает пороговую величину, не-обходимую для возбуждения соседнего перехвата, поэтому ПД может «перепрыгивать» не только через один, но и через несколько перехватов. Это явление может наблюдаться при снижении возбудимости соседнего перехвата под действием какого-либо фармакологического вещества, например, новокаина, кокаина и др.
Проведение возбуждения по нервному волокну возможно лишь в том случае, если сохранена его анатомическая и физиологическая целостность. Различные факторы, изменяющие свойства волокон (наркотические вещества, охлаждение, перевязка и т. д.), приводят к нарушению передачи возбуждения.
Возбуждение по нервному волокну, входящему в состав нерва, распространяется изолированно, т. е. не переходя с одного волокна на другое.
Это обусловлено тем, что сопротивление жидкости, заполняющей межклеточные пространства, значительно ниже сопротивления мембраны нервных волокон, и основная часть тока, возникающего между возбужденным и невозбужденным участками, проходит по межклеточной жидкости, не действуя на другие волокна.
Если бы возбуждение передавалось с одного нервного волокна на другое, то нормальное функционирование организма было бы невозможно, так как нервы содержат большое количество чувствительных, двигательных, вегетативных волокон, которые несут информацию как от различных рецепторов к ЦНС, так и от ЦНС к эффекторным органам.
Нервные волокна по скорости проведения возбуждения делятся на три типа: А, В, С. Волокна типа А, в свою очередь, делятся на подтипы: А-а, А-р, А-у, А-5 (рис. 5).
Волокна типа А покрыты миелиновой оболочкой. Наиболее толстые из них А-а имеют диаметр 12 – 22 мкм и скорость проведения возбуждения 70–120 м/с. Эти волокна проводят возбуждение от моторных нервных центров спинного мозга к скелетным мышцам (двигательные волокна) и от рецепторов мышц к соответствующим нервным центрам.
Три другие группы волокон типа А (р, у, 5) имеют меньший диаметр – от 8 до 1 мкм и меньшую скорость проведения возбуждения – от 5 до 70 м/с.
Волокна этих групп преимущественно проводят возбуждение от различных рецепторов (тактильных, температурных, болевых, рецепторов внутренних органов) в ЦНС, за исключением у-волокон, значительная часть которых проводит возбуждение от спинного мозга к интрафузальным мышечным волокнам.
К волокнам типа В относятся миелинизироваыные преганглионарные волокна вегетативной нервной системы. Их диаметр – 1 – 3,5 мкм, а скорость проведения возбуждения – 3–18 м/с.
Транскраниальная стимуляция переменным током
Транскраниальная стимуляция переменным током (tACS) является относительно недавним методом, используемым для неинвазивной модуляции биоэлектрической активности мозга. Технически метод аналогичен, но не идентичен транкраниальной стимуляции постоянным током (tDCS).
В то время как десятилетия исследований на животных и людях выявили основные физиологические механизмы tDCS, известно меньше о физиологических механизмах tACS.
Последние междисциплинарные исследования способствовали пониманию того, как tACS влияет на биоэлектрическую активность и каким образом транскраниальная стимуляция методом случайного шума (tRNS), которая является специальной формой tACS, может модулировать функции коры.
Эксперименты на животных показали, каким образом нейроны реагируют на инвазивные и транскраниально используемые переменные токи. Такие результаты подтверждают эффекты стимуляции нейронных сетей и необходимость знаний в области физики о вовлечении физических осцилляторов в активность мозга человека.
Модели мозга позволяют предсказать точную картину изменений в течение tDCS и tACS. Наконец, недавние исследования физиологии и поведения человека завершают картину эффектов неинвазивной модуляции колебаний мозга.
Прежде чем рассмотреть физиологический механизм, лежащий в основе TES, первоначально необходимо познакомить читателя с некоторыми основными терминами.
Если эффект tES измеряется в течение интервала электрической стимуляции, он считается онлайн-эффектом и, скорее всего, обусловлен изменениями мембранных потенциалов (напряжения), которые облегчают или ингибируют активность нейронов.
Если, с другой стороны, эффект измеряется после окончания стимуляции, он считается автономным эффектом или последействием. Такой эффект , скорее всего , индуцирован изменениями в синаптической активности / пластичности.
Что касается измерений, то в исследованиях на животных результаты обычно представляют либо уровни нейронных связей (спайков), либо некоторую форму когерентности между сигналом tES (например, синусоидальной волны в случае tACS) и нейронным сигналом.
Как правило, интенсивность стимуляции, необходимая для модуляции скорости вспышки активности нейронов, выше, чем требуется для модуляции когерентности. В исследованиях на человеке эти эффекты обычно являются либо поведенческими (время реакции, производительность и т. д.
), либо физиологическими, то есть полученными на основе электроэнцефалограммы (ЭЭГ), магнитоэнцефалограммы (МЭГ) или электромиограммы (ЭМГ).
Стандартная процедура количественного определения эффектов tES-метода заключается в измерении величины и времени его воздействия на возбудимость первичной двигательной коры (M1), путем количественного определения одиночных импульсных TMS-вызванных двигательных потенциалов (MEP) в записях ЭМГ.
Это очень простая процедура, основанная на объективной оценке параметра результата, высокий процент исследований tES, включая tACS и tRNS-приложения у здоровых людей, проводится с использованием M1 (в качестве модели).
Общий вопрос TES заключается в том, способен ли слабый экстракраниально действующий ток влиять на активность кортикальных нейронов в мозге человека и , в свою очередь, изменять когнитивные функции.
Многие из результатов tDCS также должны быть соблюдены и для tACS . Конечно, максимальный ток протекает только во время пика переменного тока и изменяет полярность в течение двух полуволн, т. е.
направление тока течет на 180 °.
Компьютерное моделирование текущего потока во время tDCS с использованием моделей головы человека показало, что значительная часть тока шунтируется хорошо проводящей кожей (~ 90%), а гораздо меньше тока действительно достигает мозга . В случае tACS следует учитывать также частотную характеристику каждого типа проводящего элемента между электродами и мозгом.
Miranda et al. продемонстрировал с помощью изотропной сферической модели головы, что 2 мА tDCS приводит к внутричерепной плотности тока на уровн 0,1 А / м 2 (Ампер на квадратный метр).
Используя величину 0,450 S / м (Siemens на метр) для проводимости мозга, авторы утверждали, что это приводит к градиенту электрического поля 0,22 В / м (вольт на метр).
В более поздней статье эти авторы использовали более реалистичную модель головы, полученную из измерений магнитно-резонансной томографии (МРТ), приводящую к максимальному электрическому полю 0,38 В / м с удельной проводимостью серого вещества 0,33 S / м.
Neuling et al. использовала анизотропную модель конечных элементов человеческой головы, чтобы показать, что 1 мА tDCS / tACS, примененный к зрительной коре человека, приводит к плотности внутричерепного тока от 0,05 до 0,15 А / м 2 .
Это означает кортикальное электрическое поле 0,417 В / м при использовании средней плотности тока 0,1 А / м 2,если предполагается проводимость серого вещества 0,24 S / м.
Заметим, что в этой статье предполагается, что проводимость серого вещества находится в диапазоне от 0,333 до 0,352 S / м, в то время как вышеупомянутые статьи использовали значения в более широком диапазоне от 0,24 до 0,45 S / м.
В вышеупомянутых исследованиях использовались два обычных больших электростатических стимулятора с площадью ок. 35 см 2 на электрод. Вообще большую площадь под электродом желательно уменьшить, с целью уменьшения плотности тока в коже.
Использование нескольких меньших электродов дает более сильные внутричерепные плотности тока. Вместе с оптимальным размещением электродов и стимуляции, это может значительно повысить внутричерепную плотность тока и привести к более очаговой стимуляции.
Применение очень слабых электрических полей, направленных на мозгу человек от экстракраниального источника ставит перед исследователем вопрос: какая интенсивность стимуляции требуется для того, чтобы изменить активность нейронов? В исследованиях на животных этот вопрос часто рассматривается; однако до сих пор неясно, как эти данные могут быть приложимы к исследованиям человека. Действительно, протоколы стимуляции, применяемые в исследованиях на животных, часто сильно отличаются от тех, которые используются у людей. Поэтому эти данные следует обрабатывать с осторожностью. Кроме того, знание величины электрического поля внутри мозга, недостаточно для оценки его влияния на нейроны.
Геометрия и ориентация нейронов относительно электрического поля определяют величину поляризации . Нейроны, ориентированные параллельно электрическому полю, поляризуются максимально, в то время как нейроны, ориентированные перпендикулярно не поляризуются вообще. Токи в направлении дендритов к аксону деполяризуют сому, а токи аксонов — дендритов гиперполяризуют ее.
Учитывая наличиек извилин коры, предполагается, что течения тока, протекающие в извилину, поляризуют нейроны с одной стороны с заданной полярностью, но нейроны другой стороны извилины могут реагировать на это противоположным образом.
Поэтому на уровне одного нейрона определение «анодальной» и «катодной» стимуляции недостаточно, если ориентация относительно электрического поля и геометрии нейрона не указана.
Аномальная / катодная стимуляция обычно увеличивает / уменьшает возбудимость, коры , что вероятно, обусловлено увеличением числа деполяризованных / гиперполяризованных нейронов.
Francis et al.
продемонстрировал , что электрические импульсы 140 μ V / мм среднеквадратичных или 295 μ / мм пиковой амплитуды V (0,295 мВ / мм) достаточно , чтобы увеличить скорость вспышек отдельных нейронов в гиппокампе крыс , Однако эти импульсы не похожи ни на tDCS (постоянный ток, как правило, идет в течение нескольких минут), ни на tACS (синусоидальная волна в течение нескольких минут). Reato et al. провели эксперименты по электростимуляции гиппокампа крыс и сетевом моделировании. Оба эксперимента показали наличие порога 0,2 мВ / мм для того, чтобы электрический AC был способен модулировать текущую нейронную активность.
Более прямое сравнение результатов исследований на животных стимуляцией tACS возможно покажет механизмы использвания электрических полей переменного тока (AC) на кору. Исследователи применяли такие поля переменного тока к корковым срезам хорьков.
Оказалось, что поля переменного тока до 0,5 мВ / мм были достаточны для модуляции текущей активности нейронов. В симуляционном исследовании с пиковой нейронной сетью авторы показали, что при низких интенсивностях стимуляции модулируется только импульс спайка, но скорость спайка при этом не изменялась.
В этом случае пики будут соответствовать некоторым фазам внешней синусоидальной волны. При более высоких интенсивностях также модулировалась скорость спайка.
Последний шаг, который требуется сделать передопределением интенсивности воздействия tES, можно сравнить с пороговыми значениями нейронной обмотки или фазовой синхронизации Для того, чтобы определить удельное сопротивление серого вещества или проводимость, являющуюся обратной величиной удельного сопротивления. Интенсивность tES определяется силой тока в единицах A (Ампер) или мА (миллиампер, т. Е. 1/1000 Ампер). Моделирующие исследования могут прогнозировать внутричерепные плотности тока из этих над черепных его мощностей. Плотность тока здесь приведена в А / м 2 (Ампер на квадратный метр). Исследования на животных применяют для изучения напряжения в коре, чтобы определить порог для модуляции нейронной активности. Для этого требуются два электрода; поэтому результирующий блок представляет собой градиент напряжения, указанный в В / м (вольт на метр); то есть 500 мкмV может быть применена на двух электродов на расстоянии 1 мм друг от друга , что приводит к 500 μ В / мм , который преобразует в 0,5 мВ / мм или 0,5 В / м. Чтобы преобразовать плотность тока в градиенты напряжения, сопротивление мозга требуется по закону Ом: U = R * I, где U — напряжение, R — сопротивление, I — ток..
Представляет интерес ответ на вопрос, какая часть экстракраниального электрического тока фактически поступает в кору. Ozen et al. прикрепляли провода из нержавеющей стали к черепу анестезированных крыс, стимулировали их электрически с помощью АС и одновременно регистрировали внутричерепную нейронную активность.
Они смогли продемонстрировать увлечение текущей нейронной активностью на частотах, имитирующих частоту кортикальных медленных колебаний (0,8-1,7 Гц) в нескольких областях коры. Авторы сообщили, что мембранные потенциалы, а также удельная активность модулируются стимуляцией AC.
Эксперименты показали, что градиенты напряжения 1 мВ / мм во внеклеточном пространстве были достаточными, чтобы влиять на разряды нейронов.
По сравнению с tDCS при tACS работает другой механизм, требующий другого обоснования .
Сначала необходимо идентифицировать когнитивный процесс, который характеризуется особыми мозговым колебаниями биоэлектрической активности мозга или комбинацией колебаний.
Затем, выяснить , какой параметр этого колебания активности мозга отвечает за тот или иной апспект когнитивного процесса.
В принципе, можно учитывать три ключевых параметра, а также взаимодействия более высокого порядка.
(1) Показано, что амплитуда колебаний мозга коррелирует с когнитивными функциями. Например, альфа-колебания ЭЭГ тесно связаны с визуальным восприятием, а разные амплитуды этого колебания определяют, будет ли сознательный процесс восприятие человеком подпорогового зрительного восприятия или нет.
(2) Частота колебаний мозга также имеет решающее значение для когнитивных функций.
Например, количество гамма-циклов (30-80 Гц, длительность цикла 25 мс при 40 Гц), которые вписываются в один тета-цикл (4-8 Гц, длина цикла 125 мс при 8 Гц), как полагают, определяют количество элементов того, что человек может хранить в краткосрочной памяти, то есть 5 элементов (5 * 25 мс) при частотном отношении 40 Гц / 8 Гц.
(3) Фаза колебаний мозга влияет и на когнитивные функции. Например, фаза дельта-колебаний важна для распознавания речи.
Кроме того, предполагается, что фазовая синхронизация или фазовая когерентность между участками коры отражают работу группы нейронов .
В соответствии с этим предположением, например, фазовая синхронизация в диапазоне гамма-частот между полушариями увеличивается при восприятии горизонтального движения и требует межполушарной интеграции.
Кроме того, необходимо принимать во внимание взаимодействия более высокого порядка между tACS и колебаниями мозга.
Если мы хотим модулировать колебания мозга с помощью tACS, это не будет линейный процесс, и эффект не будет ограничен частотой стимуляции. Во-первых, линейное увеличение интенсивности стимуляции может оказывать нелинейное воздействие на пораженную нервную ткань.
Во-вторых, возбуждающие колебания влияют на колебания не только частоты стимуляции, но также на гармонические кратные и субгармоники.
Кроме того, известно, что определенные частоты взаимодействуют друг с другом во время когнитивных процессов( процесс, называемый кросс-частотной связью). Поэтому следует предположить, что тзменение одной частоты может отражаться на других частотах.
Наиболее заметным колебанием в ЭЭГ человека является альфа-ритм с частотой в диапазоне от 8 до 12 Гц. Если задняя часть мозга стимулируется 10 Гц tACS, это приводит к усилению амплитуды ЭЭГ-альфа во время стимуляции. Этот эффект можно наблюдать по меньшей мере через 30 минут после 10 минутной стимуляции.
Подобные увеличения амплитуд колебаний ЭЭГ также имеют значимость для поведения. Например, повышение естественных дельта-колебаний ЭЭГ (0-4 Гц) во время сна с 0,75 Гц tACS привело к усиленному сохранению декларативных воспоминаний с прошлого дня.
В то же время усиление гамма-колебаний (30-80 Гц) с частотой 40 Гц tACS во время сна приводит к индукции ярких сновидений.
Эксперименты с животными показали, что стимулируемая корковая ткань токами переменного тока при частоте стимуляции ниже частоты собственных колебаний может замедлить колебания мозга.
Когда стимуляция применяется на частоте выше частоты собственных колебаний, частота колебаний мозга ускоряется. Это напоминает так называемый «захват осциллятора», известный из физических систем. Подобный эффект наблюдался недавно Хелфрихом и сотрудниками .
Эти авторы обнаружили резкость альфа-пика ЭЭГ в частотном спектре в течение 10 Гц tACS над зрительной корой.
Наряду с аналогичными линиями tACS использовался для замедления частоты тэта-колебаний человека, чтобы улучшить кратковременную емкость памяти, поскольку, согласно модели Lisman и Spruston , более медленные тета-колебания могут содержать больше циклов более быстрых гамма-колебаний.
Поведенчески изменения частоты могут модулировать временное окно для интеграции слухового и визуального ввода в один когерентный перцепт.
Независимо от того, может ли tACS модулировать частоту продолжающегося мозгового колебания, то есть «увлекать» колебание, оно ависит как от частоты, так и от амплитуды стимуляции. Это можно визуализировать так называемым методом Арнольда.
Если частота tACS очень близка к частоте собственных колебаний мозга, даже очень низкие токи могут влиять на амплитуду, фазу и частоту колебаний.
Модуляция альфа-ритма в слуховой коре при 10 Гц показала, что фаза альфа-активности определяет, будет ли восприниматься пороговый слуховой стимул. Модуляции межполушарной фазовой когерентности в гамма-диапазоне свыше 40 Гц tACS приводят к изменению восприятия неоднозначных стимулов движения.
Исследования на животных показали, что увлечение мозговыми колебаниями влияет на колебания не только на частоту стимуляции (например, 10 Гц), но и на гармонические кратные (20 Гц, 30 Гц, 40 Гц и т. Д.
), А также субгармоники (например, 5 Гц) Было показано, что у людей стимуляция мозга с помощью tACS частотой 40 Гц снижает осцилляторную мощность при 10 Гц, что представляет собой межчастотную связь и поддерживает известный антагонизм между гамма и альфой.
При проектировании техники воздействия методом tACS необходимо ответить на следующие вопросы:
- Какой когнитивный или моторный процесс должен быть модулирован?
- Какое колебание мозга связано с этим когнитивным или двигательным процессом?
- Какой параметр колебаний мозга (амплитуда, частота, фазовый угол, когерентность между двумя областями и т. д.) должен быть смодулирован для достижения желаемого изменения в когнитивной или двигательной сфере?
- Какая область мозга должна быть таргетирована и какой монтаж электродов подходит для ее достижения?
Загрузка...
