La idea de aplicar electricidad al cerebro humano para modular su actividad se ha estudiado desde la antigüedad. De hecho, a partir de los escritos ya en el siglo 11 ^ª se han encontrado que describen el uso del pez torpedo eléctrico en el tratamiento de las crisis epilépticas ^1. Sin embargo, no es hasta hace poco que la estimulación cerebral no invasiva ha recibido un gran interés en la comunidad científica, ya que se demostró que producir efectos moduladores de la función cognitiva y la respuesta del motor ^2. Mientras que la estimulación magnética transcraneal (TMS) ha sido ampliamente estudiado desde principios del 1980 de ^3, el reciente interés en la estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) ha aumentado, ya que ahora se considera una opción de tratamiento viable para una amplia gama de neuropatologías, como un accidente cerebrovascular ^4, adicción al alcohol ^{5, 6} y dolor crónico. tDCS tiene muchas ventajas sobre las técnicas de neuroestimulación como TMS, por ejemplo,ya que es relativamente barato, indolora, bien tolerado por los pacientes, y portátil, por lo que es posible administrar junto a la cama ^7. De hecho, sólo un pequeño porcentaje de los pacientes experimentan una sensación de hormigueo leve durante la estimulación ^8. Sin embargo, esta sensación suele desaparecer al cabo de unos segundos ^9. En consecuencia, tDCS permite estudios doble ciego, controlado por simulación robustas ya que la mayoría de los participantes no pueden diferenciar la estimulación simulada de la estimulación real, ^9,10.

tDCS implica la inducción de una corriente eléctrica de bajo amperaje constante (1-2 mA) aplicada a la corteza a través de electrodos de superficie colocados en el cuero cabelludo del sujeto. Los electrodos se colocan generalmente en esponjas remojados en solución salina o directamente sobre el cuero cabelludo con una pasta de tipo EEG. Para llevar a cabo un estudio tDCS, cuatro parámetros principales necesitan ser controlados por el experimentador: 1) la duración de la estimulación; 2) la intensidad de la estimulación; 3) el tamaño del electrodo; y 4) el montaje del electrodo. En protocolos estándar, el electrodo "activo" se coloca sobre la región de interés, mientras que el electrodo de referencia se coloca generalmente sobre la región supraorbital. La corriente fluye desde el ánodo cargado positivamente hacia la cátodo cargado negativamente. El efecto de tDCS en corteza motora primaria (M1) está determinada por la polaridad de la estimulación, donde la estimulación anódica aumenta la excitabilidad de una población de neuronas y la estimulación catódica reduce ^11. A diferencia de TMS, la corriente inducida es insuficiente para producir potenciales de acción en las neuronas corticales. Los cambios en la excitabilidad cortical se cree que es debida a la modulación del umbral de membrana neuronal que conduce a la hiperpolarización de cualquiera de los potenciales de membrana o una facilitación de la despolarización de las neuronas dependiendo de la dirección del flujo de corriente ^8,11. La duración de los cambios de excitabilidad puede persistir hasta 90 minutos después de la compensaciónde estimulación, en función de la duración estimulación ^11,12.

tDCS y Motor Rehabilitación

El M1 se ha utilizado ampliamente como un objetivo de la estimulación ya que los cambios provocados por la excitabilidad tDCS pueden ser cuantificados a través de los potenciales evocados motores (MEPS) inducidas por TMS solo pulso ^3. Los primeros estudios que muestran la posibilidad de medir los cambios de excitabilidad de polaridad específica inducidos por tDCS han utilizado M1 como un objetivo de la estimulación ^11,12. Desde entonces, M1 ha permanecido como uno de los objetivos principales de tDCS en los estudios que involucran ambas poblaciones clínicas y sujetos sanos debido a su importancia en la función motora, la formación de la memoria, y la consolidación de las habilidades motoras ^12.

El cerebro depende de una compleja interacción entre las regiones motoras de ambos hemisferios para realizar un movimiento de ^14. Cuando un área está dañado, después de sufrir un derrame cerebral, por ejemplo, inter-interacciones hemisféricas se alteran. Los estudios sobre la plasticidad del cerebro han demostrado que las áreas motoras del cerebro se adaptan a esta modificación de diferentes maneras ^15. En primer lugar, las, regiones circundantes intactos de la zona dañada pueden convertirse overactived, lo que lleva a la inhibición de la zona dañada – un proceso llamado inhibición intra-hemisférico. En segundo lugar, la región homóloga de la zona dañada puede convertirse en overactivated y ejercer inhibición en el hemisferio lesionado – un proceso llamado inhibición interhemisférica. El M1 afectada, por tanto, puede ser penalizado dos veces: primero por la lesión y el segundo por la inhibición que viene tanto de la M1 no afectada y la región circundante de la M1 afectados ^16. Un estudio reciente ha demostrado que el aumento de la excitabilidad en el hemisferio no afectado está vinculado a la rehabilitación más lento ^17, que ha sido descrito como la competencia inter-hemisférica mala adaptación ^18.

La comprensión de la plasticidad que ocurre despuésun accidente cerebrovascular puede conducir al desarrollo de protocolos de neuromodulación que puede restaurar interacciones interhemisféricas ^19. Se han propuesto tres tratamientos principales tDCS en pacientes con déficits motores siguientes ictus ^20,21. El primer tratamiento tiene como objetivo reactivar la corteza motora heridos por la estimulación anódica unilateral (un-tDCS). En este caso, la estimulación tiene por objeto aumentar directamente la actividad en las zonas perilesional, que se cree que es esencial para la recuperación. De hecho, los estudios han mostrado una mejora de la extremidad superior o inferior parética siguiendo este tratamiento ^22-26. El segundo tratamiento se desarrolló con el objetivo de reducir la activación de más del hemisferio contralesional mediante la aplicación de tDCS catódica unilaterales (C-tDCS) sobre el M1 intacta. Aquí, la estimulación tiene por objeto aumentar indirectamente la actividad en las zonas a través de interacciones interhemispehric perilesional. Los resultados de estos estudios han mostrado una mejora de functi motordespués de c-tDCS ^4,27-29. Finalmente, el tercer tratamiento tiene como objetivo la combinación de los efectos excitatorios de un tDCS sobre el M1 lesionada con los efectos inhibidores de c-tDCS más de los no afectados M1 utilizando tDCS bilaterales. Los resultados han demostrado mejoras en la función motora después de tDCS bilaterales ^27,30,31. Por otra parte, un estudio demostró una mayor mejoría siguientes tDCS bilaterales en comparación con ambos métodos unilaterales ^32.

Fisiológicos Mecanismos de tDCS

A pesar de la creciente utilización de tDCS en el tratamiento del accidente cerebrovascular, el mecanismo fisiológico que subyace a sus efectos sigue siendo desconocido ^33. Una mejor comprensión de los efectos fisiológicos podría ayudar a desarrollar mejores opciones de tratamiento y podría dar lugar a protocolos estandarizados. Como se mencionó anteriormente, los efectos de la tDCS puede durar hasta 90 minutos después de la compensación de la estimulación ^11,12. Por lo tanto, la hiperpolarización / despolarizaciónprocesos no pueden explicar completamente efectos nocivos duraderos ^33,34. Se han sugerido diversas hipótesis sobre el mecanismo fisiológico subyacente tDCS secuelas en M1 incluyendo cambios en la liberación de neurotransmisores, la síntesis de proteínas, la función del canal de iones, o la actividad del receptor ^34,35. Insights en esta materia se adquirieron primero a través de estudios farmacológicos que muestran una supresión de los efectos después de la estimulación catódica y anódica en la excitabilidad M1 por el dextrometorfano glutamatérgica N-metil-D-aspartato (NMDA) antagonista del receptor de ^36,37 mientras que el efecto opuesto se muestra el uso de un agonista del receptor NMDA ^38. Los receptores de NMDA se cree que participan en la función de aprendizaje y la memoria a través de la potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LTD), ambos mediados por neuronas glutamatérgicas y GABAérgicas ^39,40. Los estudios en animales están en línea con esta hipótesis, ya que han demostrado que un-tDCS induce LTP ^13.

<p class = "jove_content"> A pesar de los importantes avances en nuestra comprensión de los mecanismos de acción que subyace a efectos tDCS, protocolos farmacológicos presentan limitaciones importantes. En efecto, la acción del fármaco no puede ser tan espacialmente específico como tDCS, especialmente en el contexto de la experimentación humana, y el mecanismo de acción de sus efectos se debe principalmente a los receptores post-sinápticos ^34. Por lo tanto, hay una necesidad de investigar más directamente los efectos de tDCS en el cerebro humano. Espectroscopia de resonancia magnética de protones ⁽¹ H-MRS) es un buen candidato, ya que permite no invasiva pt la detección in vivo de las concentraciones de neurotransmisores en una región específica de interés. Este método se basa en el principio de que cada neuroquímico que contiene protones en el cerebro tiene una estructura molecular específica y, en consecuencia, produce resonancias específicas químicamente que pueden ser detectados por ¹ H-MRS ^41. La señal adquirida desde el volumen del cerebro de eninterés se genera a partir de todos los protones que resuenan entre 1 y 5 ppm. Los neuroquímicos adquiridos están representados en un espectro y se representaron gráficamente como una función de su desplazamiento químico con algunos picos claramente distinguibles, pero donde muchas resonancias de los diferentes neuroquímicos se superponen. La intensidad de señal de cada pico es proporcional a la concentración de la neurometabolite ^41. La cantidad de sustancias neuroquímicas que se pueden cuantificar depende de la fuerza del campo magnético ^42,43. Sin embargo, los metabolitos de baja concentración, que están ocultas por las resonancias muy fuertes, son difíciles de cuantificar en la fuerza del campo inferior, tal como 3 T. Una manera de obtener información sobre este tipo de señales se solapan es eliminar las resonancias fuertes a través de la edición espectral. Una de tales técnicas es una secuencia de MEGA-PRESS, que permite la detección de ácido γ-aminobutírico (GABA) señales ^44,45.

Sólo unos pocos estudios han investigado el efecto de tDCS en elel metabolismo cerebral mediante ^1H-MRS en las regiones motoras ^34,46 y no motores ^47. Stagg y colaboradores ³⁴ evaluaron los efectos de un-tDCS, c-tDCS, y la estimulación simulada sobre el metabolismo de la M1. Se encontró una reducción significativa en la concentración de GABA tras un-tDCS, y una reducción significativa del glutamato + glutamina (Glx) y GABA siguiente c-tDCS. En otro estudio, se informó de que la cantidad de cambios en la concentración de GABA inducidos por una sobre-tDCS M1 estaba relacionada con el aprendizaje motor ^46.

Estos estudios ponen de relieve el potencial de la combinación de ¹ H-MRS con tDCS para aumentar nuestra comprensión del mecanismo fisiológico subyacente al efecto de tDCS en la función motora. Además, el uso de protocolos clínicos, tales como a-tDCS y c-tDCS sobre M1 es útil debido a que sus efectos en el comportamiento son bien estudiadas y pueden estar directamente relacionadas con los resultados fisiológicos. Por lo tanto, un protocolo estándar para la combinación de atDC bilateralS y ¹ H-MRS se demuestra en los participantes sanos utilizando un sistema de 3 T MRI. Bihemisférica tDCS se presenta al contrastar los datos con un estudio MRS anterior donde se aplicaron catódica unilateral o tDCS anodal unilaterales sobre la corteza motora ^34. El protocolo se describe específicamente para la estimulación con un estimulador NeuroConn en un escáner T Siemens 3 realización de MEGA-PRESS ¹ H-MRS.