文章导读 | 无创性脑刺激tDCS为治疗幻肢痛带来希望

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近期，Psychoradiology 发表了一篇题目为“transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for the treatment and investigation of Phantom Limb Pain (PLP)”的综述文章，概述了经颅直流电刺激（tDCS）在治疗幻肢痛（PLP）中的应用及其潜在作用机理，并结合tDCS治疗手段和脑电图（EEG）、磁共振成像（MRI）等脑成像技术揭示幻肢痛的潜在神经机制。

引用本文

Shahrzad Damercheli, Malin Ramne, Max Ortiz-Catalan. transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for the treatment and investigation of Phantom Limb Pain (PLP). Psychoradiology, Volume 2, Issue 1, March 2022, Pages 23-31, https://doi.org/10.1093/psyrad/kkac004 

在《错把妻子当帽子》一书中，作者奥利弗·萨克斯谈到了“幻影”。所谓的“幻影”是与失去的肢体部位非常相仿或形状扭曲的幻觉，且有的幻觉可能带来剧烈的疼痛。一位水手在不小心切掉无名指后长达四十年的时间里，一直觉得他的手指仍然存在，他将手伸向脸部时会担心自己的幻肢戳到眼睛。虽然他知道这不可能发生，但他却控制不住地产生这样的担忧。
很多失去部分肢体的患者都会体验到幻肢痛，一种病因不明的神经病理性疼痛，简单来说，就是截肢后感觉肢体仍然存在且伴有疼痛感。这是一种复杂的医疗状况，目前还不存在标准化的临床治疗方法。
无创性脑刺激（NIBS）是一项无需通过皮肤进行物理侵入就可以刺激或调节大脑活动的技术。有研究表明，NIBS 中的 tDCS 可以有效缓解疼痛，将它和肢体运动、感觉训练等可塑性引导疗法相结合，可以促进受损的感觉运动神经网络修复（Bolognini et al., 2013, 2015；Ortiz-Catalan, 2018）。此外，tDCS 不仅可以作为 PLP 的治疗手段，还可用于研究疼痛背后的神经机制（Bocci et al., 2015, 2018, 2019）。
用 tDCS 治疗 PLP 起效的神经机制目前尚不明确，本文概述了两种可能的假设：一种是 tDCS 会影响受刺激神经元的激活阈值，通过调节大脑改变皮层的兴奋性，从而影响神经病理性疼痛的程度。tDCS 不同极性的作用可以使静止膜电位发生去极化或超极化（图1），并且 tDCS 调节大脑活动的效果也会随着电场和神经元的位置发生改变（图2）。
另一种假设是持续的 tDCS 刺激对大脑神经化学物质产生影响，从而使大脑产生可塑性变化。例如，研究中使用了 NMDA 受体拮抗剂后，tDCS 阳极和阴极的刺激效果都会被消除，说明 tDCS 刺激引起的神经可塑性变化与 NMDA 受体作用有关（Liebetanz et al., 2002）。

图1 正常的神经元活动、阴极 tDCS 导致的超极化和阳极 tDCS 导致的去极化神经元活动（Stimberg et al., 2019）。

图 2 该图显示了受 tDCS 产生的电场影响的单个神经元。根据轴突方向的相对位置和电场方向，神经元超极化（左图）或去极化（右图）（Kabakov et al., 2012; Kandel, 2021）。

PLP 可能由多方面原因引起，运动感觉系统和疼痛处理相关的脑网络系统紊乱被认为是 PLP 的潜在原因（Ortiz-Catalan, 2018），而旨在通过激活运动感觉网络来消除这种系统紊乱的治疗方法已初见疗效（Ortiz-Catalan, 2016），使用 tDCS 等大脑调节手段则可进一步增强此类治疗方法的效果。
更重要的是，tDCS 不仅是缓解 PLP 的一种治疗方法，还能用来研究 PLP 的神经机制。研究结果显示 PLP 可能与运动感觉皮层的重构相关（Andoh et al., 2020）。本文还列举了 PLP 与运动感觉皮层相关联的研究成果，为研究 PLP 的神经机制提供更多理论依据。
最后，作者建议未来采用更大样本量且更严格的临床试验，并结合高分辨率的 EEG、fMRI 等大脑成像技术来验证 tDCS 对 PLP 的缓解效果，且进一步研究其背后的神经机制。

参考文献（上下滑动）

Andoh J, Milde C, Diers M et al. (2020) Assessment of cortical reorganization and preserved function in phantom limb pain: a methodological perspective. Sci Rep. 10: 1–15.
Bocci T, Santarcangelo E, Vannini B et al. (2015) Cerebellar direct current stimulation modulates pain perception in humans. Restor Neurol Neurosci. 33: 597–609.
Bocci T, De Carolis G, Federica M et al. (2018) Platform session – NIBS: cerebellar direct current stimulation (tDCS) for the treatment of phantom limb pain (PLP). Clin Neurophysiol. 129: e227.
Bocci T, De Carolis G, Ferrucci R et al. (2019) Cerebellar transcranial direct current stimulation (ctDCS) ameliorates phantom limb pain and non-painful phantom limb sensations. Cerebellum. 18: 527–35.
Bolognini N, Olgiati E, Maravita A et al. (2013) Motor and parietal cortex stimulation for phantom limb pain and sensations. Pain. 154: 1274–80.
Bolognini N, Spandri V, Ferraro F et al. (2015) Immediate and sustained effects of 5-day transcranial direct current stimulation of the motor cortex in phantom limb pain. J Pain. 16: 657–65.
Kabakov AY, Muller PA, Pascual-Leone A et al. (2012) Contribution of axonal orientation to pathway-dependent modulation of excitatory transmission by direct current stimulation in isolated rat hippocampus. J Neurophysiol. 107: 1881–9.
Kandel ER et al. (eds) (2021) Principles of Neural Science. Sixth edn. McGraw Hill, 57–73.
Liebetanz D (2002) Pharmacological approach to the mechanisms of transcranial DC-stimulation-induced after-effects of human motor cortex excitability. Brain. 125: 2238-47.

Ortiz-Catalan M, Guðmundsdóttir RA, Kristoffersen MB et al. (2016) Phantom motor execution facilitated by machine learning and augmented reality as treatment for phantom limb pain: a single group, clinical trial in patients with chronic intractable phantom limb pain. Lancet North AmEd. 388: 2885–94.
Ortiz-Catalan M (2018) The stochastic entanglement and phantom motor execution hypotheses: a theoretical framework for the origin and treatment of phantom limb pain. Front Neurol. 9: 1–16.
Stimberg M, Brette R, Goodman D (2019) Brian 2, an intuitive and efficient neural simulator. eLife. 8: e47314.

封面图源: Alex Grigg

https://www.youtube.com/watch?v=W4O5KaiA9Nc

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 •  作者介绍本文通讯作者是瑞典查尔莫斯理工大学电气工程系仿生学专业的Max Ortiz-Catalan教授，同时也是仿生学和疼痛研究中心的创始人和负责人。Ortiz-Catalan教授主要研究仿生学和运动感知障碍引起的疼痛，涉及到神经工程、骨整合植入物、神经肌肉接口、神经刺激、生物电信号采集和处理以及应用于运动意志解码的机器学习方法等。

 •  引用本文

Shahrzad Damercheli, Malin Ramne, Max Ortiz-Catalan. transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for the treatment and investigation of Phantom Limb Pain (PLP). Psychoradiology, Volume 2, Issue 1, March 2022, Pages 23-31, https://doi.org/10.1093/psyrad/kkac004 

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