The Optimized Transcranial Direct Current Stimulation With Simulation Using MRI

Yoon, M. J.; Lim, S. Hoon

Abstract:

Transcranial direct current stimulation (tDCS) has emerged as a valuable neuromodulation technique. Many clinical conditions are associated with brain damage, and in severe cases, structural changes such as skull defects are common. These clinical characteristics result in distinct electrical flow patterns during tDCS application compared to cases without brain damage. Recently, notable advancements have been made in both the medical and engineering fields pertaining to the use of in silico modelling and simulation with the aid of magnetic resonance imaging (MRI). As a result, it is now possible to conduct simulations tailored to the unique structural anatomy of an individual's brain, using their own MRI data, to provide targeted tDCS. We have developed software that performs both segmentation and simulation, and have conducted randomized controlled trials using optimized tDCS for stroke and disorders of consciousness. Additionally, we have carried out simulation-related research on stroke and burr hole surgery. This review examines various articles related to simulation and optimized tDCS, evaluating their clinical implications. We believe that these insights will provide valuable guidance for both current and future applications of tDCS.

Patologie/Applicazioni:

• Stimolazione elettrica transcranica (TES)
• Stroke

Anno:

2024

Tipo di pubblicazione:

Articolo

Parola chiave:

post-stroke; tDCS; stimolazione elettrica transcranica; EEG; MRi

Testata scientifica:

Brain & Neurorehabilitation

Mese:

11

Nota:

L’articolo esplora l'uso ottimizzato della stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS) come tecnica di neuromodulazione, con un focus particolare sulle simulazioni personalizzate basate su dati di risonanza magnetica (MRI). L’approccio descritto tiene conto delle caratteristiche anatomiche individuali, cruciali per massimizzare l'efficacia del trattamento in pazienti con o senza danni strutturali cerebrali. Per soggetti sani, l’ottimizzazione delle posizioni degli elettrodi rispetto al sistema EEG convenzionale (10-20) consente una stimolazione più precisa. Nei pazienti con danni lievi o moderati, come ictus, la modellazione in silico aiuta a calcolare la distribuzione del campo elettrico, ottimizzando il posizionamento degli elettrodi per stimolare le aree target nonostante le alterazioni anatomiche. Nei casi di gravi danni strutturali o chirurgici (es., craniotomia), la simulazione rivela sfide legate alla conduzione elettrica, suggerendo protocolli su misura per evitare effetti indesiderati. L'articolo sottolinea che la tDCS basata su simulazioni personalizzate è più efficace rispetto ai metodi tradizionali, migliorando la riabilitazione motoria post-ictus e trattando disordini di coscienza. Queste innovazioni prospettano l’integrazione sistematica delle simulazioni computazionali nella pratica clinica.

DOI:

10.12786/bn.2024.17.e21