Stymulacja przezczaszkowa rTMS - Kinetic

Stymulacja przezczaszkowa rTMS
w redukcji szumu usznego powstałego
na skutek plastyczności
Wzmocnionej synchronizacji
Stymulacja przezczaszkowa rTMS stała się dobrze rozpoznawalną technologią
w środowisku leczenia depresji, schizofrenii i neurorechabilitacji. Powstaje
także coraz więcej badań na temat efektów terapeutycznych tej technologii
w leczeniu szumów usznych. W procesie redukcji szumu usznego w naszej klinice,
przezczaszkowa stymulacja rTMS jest metodą dobieraną do modelu szumu usznego
powstałego na wskutek wzmocnionej synchronizacji, dobrze potwierdzonego
modelu plastyczności w pracach badawaczych (Burger, J., Frank, E., Kreuzer,
P., Kleinjung, T., Vielsmeier, V., Landgrebe, M., Hajak, G., and Langguth,
B. (2011) ).
Wymogi terapeutyczne
W samej stymulacji przezczaszkowej używamy dwóch urządzeń: Neuronawigacji
oraz neurostumulatora.
Neurostymulator przezczaszkowy rTMS - jest to urządzenie wysyłające impuls
elektromagnetyczny do cewki, która jest umiejscowiona nad głową Pacjenta
w okreslonym miejscu które wymaga depolaryzacji (zmniejszenia aktywności
neuronów ).
Neuronawigacja rTMS - jest to urządzenie służące do obrazowania modelu 3D
mózgu Pacjenta, tworzone na podstawie badania obrazowego MRI bądź fMRI.
Samo urządzenie podczas terapii śledzi i jednocześnie weryfikuje pozycję cewki
nad danym ośrodkiem, który wymaga stymulacji.

Niezbędne kroki do rozpoczęcia terapii stymulacją
przezczaszkową rTMS
Diagnostyka audiologiczna
Badanie obrazowe MRI
Rozpoczęcie terapii
Diagnostyka Audiologiczna
Diagnostyka modelu szumu usznego powstałego na skutek wzmocnionej
synchronizacji - niezbędne niezbędne badania:
• Audiometria tonalna wysokoczęstotliwościowa
• Charakterystyka szumu usznego
• Badania zakresu częstotliwości granicznej
Wzmocniona synchronizacja to model szumu usznego, który stanowi około
40% wszystkich szumów usznych. Są różne rodzaje plastyczności związanej
z wzmocnioną synchronizacją, i nie wszystkie muszą dotyczyć zwiększenia
populacji neuronów kory słuchowej. Jednak w większości przypadków na wskutek
dłuższego braku stymulacji akustycznej (w paśmie, gdzie droga słuchowa została
dotknięta szumem usznym ), neurony starają się połączyć ze strukturą, która
dobrze słyszy. Objawia się generowaniem szumu usznego (nie na poziomie synaps
peryferyjnej drogi słuchowej) lecz neuronów pierwszorzędowej kory słuchowej.
1
Słuch prawidłowy
Neurony są ze sobą połączone włuknami nerwowytmi
Neurony kory słuchowej
Włókna nerwowe
Komórki słuchowe
4
6
8
10
12
14 kHz
U każdego Pacjenta z prawidłowym słuchem zachowana jest tonotopowość
drogi słuchowej (każda komórka, włókno i neuron analizuje określoną wysokość
i natężenie dźwięku). Komórka słuchowa, która zamienia określone drgania na
potencjał elektryczny wysyła go zawsze przez przyłączone włókno nerwowego do
określonych neuronów odbierających ten potencjał. W ten sposób dochodzi do
przesyłania informacji w postaci neuroprzekaźnika między uchem wewnętrznym,
a neuronem kory słuchowej. Struktura ta jest zachowana u wszystkich Pacjentów
ze zdiagnozowanym prawidłowym słuchem.
Nagły ubytek słuchu
2
Neurony całej drogi słuchowej nadal są ze sobą połączone jednak w paśmie
gdzie doszło do nagłego ubytku słuchu synapsy są hiperaktywne co objawia
się jako szum uszny
Neurony kory słuchowej
Hiperaktywne synapsy neuronów
jądra ślimakowego (szum uszny)
Włókna nerwowe
Szybki spadek aktywności komurek słuchowych
wewnętrznych z powodu nagłego ubytku słuchu
komórek słuchowych zewnętrznych
Komórki słuchowe
4
6
8
10
12
14 kHz
Kiedy dochodzi do nagłego ubytku słuchu, pierwszym objawem tego zjawiska
jest szum generowany przez zwiększoną aktywność synaps w peryferyjnej części
drogi słuchowej (jądra ślimakowe- pierwsze skupisko neuronów drogi słuchowej).
Synapsy, których masa i objętość nie została zmieniona z powodu braku
procesu adaptacji (na wskutek powolnej redukcji malejącej stymulacji w czasie,
a szybkiego ograniczenia stymulacji) zwiększają swoją czułość i wypuszczają
więcej spontanicznej aktywności w postaci neuroprzekaźnika. Jeżeli synapsy są na
wysokim poziomie pobudzenia (100 Hz) to potencjał elektryczny z hiperaktywnych
synaps dociera częściej do neuronów (niż zazwyczaj) co powoduje generowanie
szumu usznego (hałasu zbyt często wypuszczanej aktywności synaps). W ten
sposób generuje się szum uszny u każdego Pacjenta na samym początku.
Z powodu tego, że układ nerwowy podtrzymuje dalej synapsy w stałym pobudzeniu
(a mimo to nie zauważa stymulacji z komórek gdzie doszło do nagłej śmierci) układ
nerwowy próbuje jeszcze zwiększyć swoją czułość poprzez zwiększenie segmentu
aksonów w neuronach, co generuje jeszcze większą czułość synaps (Axon Initial
Segment).
3
Nagły ubytek słuchu
Neurony całej drogi słuchowej nadal są ze sobą połączone jednak w paśmie
gdzie doszło do nagłego ubytku słuchu synapsy są hiperaktywne co objawia
się jako szum uszny
Neurony kory słuchowej
Neurony i włókna z zakresu nagłego ubytku słuchu zaczynają się łączyć z częstotliwościami nie dotkniętymi ubytkiem
słuchu. W ten sposób dochodzi do powstania szumu usznego
na tle wzmocnionej synchronizacji (zbyt duża populacja neuronów przyłączona do częstotliwości dobrze słyszącej)
Włókna nerwowe
Szybki spadek aktywności komurek słuchowych
wewnętrznych z powodu nagłego ubytku słuchu
komórek słuchowych zewnętrznych
Komórki słuchowe
4
6
8
10
12
14 kHz
Po upływie kilku lat braku odpowiedniej stymulacji, naturalnym krokiem dla kory
słuchowej i ośrodkowego układu nerwowego jest dołączenie neuronów, które nie
mają odpowiedniej stymulacji (z zakresu nagłego ubytku słuchu) do neuronów,
które tą stymulację otrzymują (nie dotknięte ubytkiem słuchu). Układ nerwowy
stopniowo przyłącza coraz więcej neuronów z zakresu nagłego ubytku słuchu
do włókien i neuronów posiadających odpowiedni dostęp do stymulacji. Proces
ten zaczyna się od 3 do 4 lat od wystąpienia szumu usznego, w zależności od tego
ile neuronów z różnych natężeń jest pozbawionych stymulacji- zależy jak długo
proces ten będzie trwał. Stopniowo coraz większa ilość neuronów jest przełączana
z zakresu braku stymulacji do zakresu, gdzie ta stymulacja występuje.
4
Nagły ubytek słuchu
Po kilku latach braku stymulacji neurony z zakresu szumu usznego i nagłego ubytku
słuchu w pełni zakończyły proces przyłączania się do zakresów dobrze słyszących.
Powoduje to stworzenie zbyt aktywnej struktury neuronów i modelu szumu usznego
powstałego na skutek wzmocnionej synchronizacji.
Neurony kory słuchowej
Neurony i włókna z zakresu nagłego ubytku słuchu zaczynają się łączyć z częstotliwościami nie dotkniętymi ubytkiem
słuchu. W ten sposób dochodzi do powstania szumu usznego
na tle wzmocnionej synchronizacji (zbyt duża populacja neuronów przyłączona do częstotliwości dobrze słyszącej)
Włókna nerwowe
Szybki spadek aktywności komurek słuchowych
wewnętrznych z powodu nagłego ubytku słuchu
komórek słuchowych zewnętrznych
Komórki słuchowe
4
6
8
10
12
14 kHz
Pod koniec procesu reorganizacji, większość neuronów z zakresu nagłego ubytku
słuchu na nowo zostają połączone z pasmem włókien i neuronów, które otrzymują
pobudzenie od komórek strojonych na niższe częstotliwości niż pierwotnie.
W zakresie (gdzie doszło do nagłego ubytku słuchu) komórka ma dalej połączenia
z neuronem, z którym była połączona pierwotnie jednak reprezentacja tych
włókien jest bardzo słaba. Kiedy dojdzie do zakończonego procesu przyłączenia
neuronów (do nowej populacji stanowiącej źródło stymulacji) szum u Pacjenta
nie znika, a zmienia źródło generacji. Tak jak w pierwszych etapach były
to synapsy neuronów jądra ślimakowego- tak teraz - zbyt niski poziom stymulacji
(od komórki, do której podłączona jest zbyt duża ilość neuronów) stanowi źródło
generowania szumu usznego na wskutek nowo dodanych neuronów, które
wzbudzają się przy braku odpowiednio dużego poziomu stymulacji, czego efektem
jest słyszany szum uszny. Do procesu wzmocnionej synchronizacji może dojść
podczas urazów akustycznych (początek szumu usznego 4 % przypadków) bądź
długotrwałego posiadania szumu usznego (40 % przypadków powyżej 4-5 lat od
posiadanego szumu usznego). W obu przypadkach Pacjent wymaga diagnostyki.
Charakterystyczną cechą wzmocnionej synchronizacji jest efekt nadwrażliwości
słuchowej, związany z przyłączeniem do danej grupy natężeniowej pozbawionej
stymulacji dodatkowych neuronów.
Kwalifikacje do terapii rTMS
- Nagły ubytek słuchu nie dotyczy zakresu rozumienia mowy od 125 Hz do 10 kHz
co oznacza, że jest powyżej
-Pacjent ma nadwrażliwość słuchową
- Pacjent w teście częstotliwości granicznej wykazuje wpływ stymulacji
akustycznej w granicach niedotyczących ubytku słuchu, a w zakresach z nim
sąsiadujących. Wpływ stymulacji akustycznej w zakresie nagłego ubytku słuchu
nie redukuje szumu usznego, pokrywa się z nim.
- Audiolog potwierdza zgodność wyników z modelem wzmocnionej
synchronizacji (model szumu usznego ) który pacjent posiada.
[dB]
-10
[dB]
-10
0
0
10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
70
70
80
80
90
90
100
100
110
110
120
125
250
500
750 1k
1.5k 2k
3k 4k
6k
120
9k
8k
[Hz]
10 k
11k
12k
13k
14k
15k
16k
17k
18k
20k
[Hz]
Brak kwalifikacji
Osoba, która ma ubytek słuchu wkraczający już w zakres rozumienia mowy
kwalifikuje się na redukcję szumu usznego w tym modelu za pomocą aparatu
słuchowego szerokopasmowego do 14 kHz. Tak szerokie pasmo wzmocnienia
pobudzi komórki słuchowe, a następnie odbuduje neurony zwoju spiralnego,
które uległy deprywacji podczas ubytku słuchu. Dzięki temu procesowi dojdzie
do prawidłowej organizacji całej drogi słuchowej i przyłączenie neuronów
z granicznych częstotliwości do ponownie stymulowanych zakresów. Efektem
tego powinien być lepszy zakres słyszenia, redukcja szumu usznego oraz
nadwrażliwości słuchowej.
[dB]
-10
[dB]
-10
0
0
10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
70
70
80
80
90
90
100
100
110
110
120
125
250
500
750 1k
1.5k 2k
3k 4k
6k
120
9k
8k
[Hz]
10 k
11k
12k
13k
14k
15k
16k
17k
18k
20k
[Hz]
Każdy Pacjent zobowiązany jest przed rozpoczęciem sesji rTMS do podwyższenia
wszystkich poziomów białek neurotropowych BDNF, NT -3 oraz białek
cytoszkieletowych Arc/arg 3.1 dla najlepszych efektów i najkrótszego czasu
trwania terapii.
Diagnostyka obrazowa
Do rozpoczęcia terapii rTMS i redukcji szumu usznego powstałego z powodu
wzmocnionej synchronizacji jest potrzebna diagnostyka MRI w celu stworzenia
mapy 3D mózgu Pacjenta i stworzenia protokołu stymulacyjnego, który będzie
zawierać ośrodki wymagające stymulacji.
Wymogi obrazowania MRI
Aby stworzyć odpowiedni obraz MRI niezbędne są zalecane parametry.
MRI specyfication for Syneika One navigator
Input storage
CD-ROM/USB memory stick
Format
DICOM Standard
Modality
3D anatomical MRI
Signal weighting
T1
Spatial resolution
At least 1mm/voxel
The full patient head should be scanned included:
-scalp
-nose
-ear
Odpowiednie ustawienia MRI są niezbędne aby system neuronawigacji mógł
wykonać odpowiednią mapę 3D mózgu Pacjenta niezbędną do śledzenia
rezultatów i efektów stymulacji rTMS.
Protokół stymulacyjny i zastosowanie rTMS
Stymulacja przezczaszkowa rTMS jest zalecana do szumu usznego, który powstaje
na wskutek wzmocnionej synchronizacji pomiędzy neuronami kory słuchowej
zakresu prawidłowo słyszącego,a tymi które nie mają odpowiedniej stymulacji.
1
Neurony kory słuchowej podzielone na średnie częstotliwości i wysokie
Neurony obecne
w tym zakresie
kory słuchowej
Nowo dodane neurony
z zakresu nagłego ubytku
słuchu
Odpowiedni poziom stymulacji
Odpowiedni poziom stymulacji
Powyżej na obrazku pokazany został schemat neuronów korysłuchowej. Na kolor
zielony zaznaczone zostały neurony analizujące zakresy średnich częstotliwości,
natomiast na kolor niebieski-neurony analizujące zakresu wysokich częstotliwości.
Pewna grupa tych neuronów stanowi pierwotne neurony nastrojone na wysokie
zakresy od początku organizacji kory słuchowej. Jasno niebieski kolor obrazuje
neurony, które zostały dołączone z części kory słuchowej dotkniętej ubytkiem
słuchu i szumem.
Z czasem duża populacja neuronów dotknięta ubytkiem słuchu przyłączyła się do
populacji prawidłowo słyszącej tworząc dużą populację neuronów nastrojonych
na tą samą częstotliwość, większą populację niż inne sektory kory słuchowej.
2
Neurony obecne
w tym zakresie
kory słuchowej
Neurony które nie otrzymują wystarczającego poziomu
stymulacji zaczynają zwiększać
swoją aktywność w konsekwencji
generowany jest szum uszny
Odpowiedni poziom stymulacji
Odpowiedni poziom stymulacji
Na powyższym obrazku możemy zaobserwować co się dzieje, kiedy stymulacja
w zakresie (gdzie występuje zbyt duża ilość neuronów do reprezentacji włókien
i komórek) przestaje otrzymywać odpowiednio duży poziom stymulacji.
Neurony pierwotnie przyłączone mają odpowiedni poziom stymulacji i zajęte
są analizowaniem sygnału. Z kolei dla neuronów nowo dodanych poziom
stymulacji jest za niski. W takiej sytuacji neurony kory słuchowej nie otrzymujące
odpowiedniego poziomu stymulacji, zaczynają zwiększać swoją aktywność co
objawia się wzmocnieniem synchronizacji (wzmocniona rytmika pracy). Pacjent
słyszy to jako szum uszny.
Cel terapii rTMS
depolaryzacja dołączonych
neuronów
3
Neurony obecne
w tym zakresie
kory słuchowej
Nowo dodane neurony
z zakresu nagłego ubytku
słuchu
Odpowiedni poziom stymulacji
Odpowiedni poziom stymulacji
Celem stymulacji jest zmniejszenie aktywności neuronów kory słuchowej za
pomocą depolaryzacji rTMS. Stymulacja neuronów kory słuchowej w zakresie
1 Hz powoduje zmniejszenie i na stałe zahamowanie zbyt dużej spontanicznej
aktywności synaps pomiędzy tymi neuronami, co zmniejsza możliwość
występowania ekscytacji i wzmocnionej synchronizacji w przyszłości. Z powodu
tego, że neurony dołączone do nowej populacji mają słabszą reprezentację
włókien (od komórek słuchowych, z którymi były połączone przed procesem
reorganizacji) stymulacja akustyczna może być mało efektywna w krótkim czasie.
Dlatego do tego modelu szumu usznego powstałego na wskutek wzmocnionej
synchronizacji powinna być dopasowana stymulacja przezczaszkowa rTMS.
W przypadkach, w których osoba nie może używać stymulacji elektromagnetycznej zaleca się zastosowanie protokołu terapii adaptacji synaptycznej
Arc w pierwszych etapach, aby odbudować włókna i reprezentacje połączeń
między komórką, a odłączonymi neuronami, a następnie dopiero protokół
adaptacyjny mający na celu redukcję szumu usznego.
Kinetic Centrum Nowoczesnej Audiologii 2016 - Leczymy szumy usze
Referencje i spis prac badawczych dotyczących skuteczności leczenia rTMS
w szumach usznych
Brighina 2009 Cortical inhibition and habituation to evoked potentials - relevance
for pathophysiology of migraine
Dornhoffer 2007 Transcranial magnetic stimulation and tinnitus - implications
for theory and practice
Dornhoffer 2010 Using repetitive transcranial magnetic stimulation for the
treatment of tinnitus
Garin 2011 Short and long lasting tinnitus relief induced by transcranial direct
current stimulation
Langguth 2007 Transcranial magnetic stimulation for the treatment of tinnitus effects on cortical excitability
Langguth 2008 Controversy - does repetitive transcranial magnetic stimulation
show efficacy in treating tinnitus patients
Langguth 2012 Efficacy of different protocols of transcranial magnetic stimulation
for the treatment of tinnitus
Laterality, frequency and replication of rTMS treatment for chronic tinnitus - pilot
studies and review of maintenence treatment
Lehner 2012 Predictors for rTMS response in chronic tinnitus
Lehner 2013 Comparing single-site with multisite rTMS for the treatment of
chronic tinnitus
Lehner 2013 Multisite rTMS for the treatment of chronic tinnitus - stimulation of
the cortical tinnitus network
Lehner 2015 Efficacy and safety of repeated courses of rTMS treatment in patients
with chronic subjective tinnitus
Londero 2006 Magnetic stimulation of the auditory cortex for disabling tinnitus
Lorenz 2010 Short-term effects of single repetitive TMS sessions on auditory
evoked activity in patients with chronic tinnitus
Machii 2006 Safety of rTMS to non-motor cortical areas in healthy participants
and patients
Marcondes 2006 Tinnitus and brain activation - insights from transcranial
magnetic stimulation
Meng 2011 Repetitive transcranial magnetic stimulation for tinnitus review
Mennemeier 2008 Maintenance repetitive transcranial magnetic stimulation can
inhibit the return of tinnitus
Mennemeier 2011 Variable changes in PET activity before and after rTMS
treatment for tinnitus
Muller 2013 rTMS induced tinnitus relief is related to an increase in auditory
cortical alpha activity
Phillips 2012 What is the evidence that 1 Hz rtTMS positively affects chronic
tinnitus Plewnia 2003 Transient suppression of tinnitus by transcranial magnetic
stimulation
Plewnia 2007 Moderate therapeutic efficacy of positron emission tomography
navigated repetitive transcranial magnetic stimulation for chronic tinnitus
Pridmore 2006 Transcranial magnetic stimulation - potential treatment for
tinnitus
Rossi 2007 Effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on chronic
tinnitus - a randomised, crossover, double blind, placebo controlled study
Rossini 2007 Transcranial magnetic stimulation, diagnostic, therapeutic and
research potential
Shekhawat 2013 Randomized Trial of Trnascranial Direct Current Stimulation
and hearing aids for tinnitus management
Smith 2007 Repetitive transcranial magnetic stimulation for tinnitus - a pilot
study
Theodoroff 2015 Experimental use of transcranial magnetic stimulation TMS to
treatment tinnitus in a deaf patient
Vanneste 2012 Noninvasive and invasive neuromodulation for the treatment of
tinnitus - an overview
Wang 2011 Repetitive transcranial magnetic stimulation enhances BDNF - TrkB
signaling in both brain and lymphocyte
Yang 2013 The characteristic and changes of the event-related potentials and
brain topographic maps before and after treatment with rTMS in subjective
tinnitus patients