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Efeito da estimulação transcraniana com corrente DC na excitabilidade cortical: estudo experimental e simulações numéricas

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Summary:	O estudo e desenvolvimento de métodos de estimulação neuronal não invasivos constitui uma área de crescente interesse no âmbito das neurociências. A TMS consiste num método de estimulação cerebral baseado na indução electromagnética. Através de uma bobina colocada sobre a região a estimular, são produzidas correntes eléctricas no interior do crânio que provocam a modificação do potencial membranar dos neurónios. A TMS repetitiva, uma das variantes da técnica mencionada, permite recorrer à neuromodulação para tratamento de pacientes que sofrem de depressão. A tDCS, uma outra técnica de neuroestimulação não invasiva, recorre à utilização de correntes de baixa intensidade para modificação da excitabilidade cortical. Esta técnica, apesar de ser conhecida desde a década de 60, tem sido alvo de maior interesse científico apenas a partir do ano de 2000, altura em que foi demonstrado que, dependendo da polaridade aplicada, a tDCS provoca uma alteração da excitabilidade cortical. De um modo geral, os dois modos de polarização, a tDCS anódica ou catódica, conduzem a um aumento ou inibição da excitabilidade dos neurónios pertencentes ao córtex cerebral, respectivamente. A tendência do aumento ou inibição da excitabilidade cortical é constatada após aplicação prolongada da estimulação eléctrica (10 a 20 minutos), originando efeitos pós-estimulação, os after effects. O principal objectivo do projecto residiu numa fase experimental baseada nos resultados publicados em 2000 pelo grupo de investigação de Nitsche. No artigo, numa amostra populacional de 12 candidatos de idades médias de aproximadamente 25 anos (24.9 ±4.0,3.7→ ± ã) uma sessão de tDCS anódica com uma intensidade de corrente de 1mA e duração de 5 minutos, originou um aumento da excitabilidade cortical que durou sensivelmente 5 minutos. Utilizando aproximadamente o mesmo protocolo, registou-se as amplitudes de resposta provenientes de 13 sujeitos, num primeiro protocolo, e 21 sujeitos, de um segundo protocolo. Foram desenvolvidos, como já referido, dois protocolos experimentais uma vez que o primeiro não se traduziu em valores satisfatórios. A principal diferença que os distingue é a introdução de uma primeira parte sham tDCS no protocolo 2, de modo a aumentar o tempo de espera para a estimulação activa, aumento o estado de relaxamento do indivíduo. A contracção de cada sujeito no momento de iniciação da experiência foi um parâmetro visível na maioria dos candidatos, visto se tratar de uma estimulação desconhecida e provocar um certo receio de ser algo doloroso ou estranho para o corpo. Deste modo, o estado de relaxamento constituiu um factor exterior tanto ao candidato como aos responsáveis pela experiencia e capaz de modificar significativamente os valores registados, justificando-se assim o progresso do primeiro para o segundo protocolo. No entanto, na fase de análise dos dados, não foi possível provar a evidência do aumento da excitabilidade cortical com qualquer um dos protocolos. Utilizando o teste t para o primeiro protocolo, obteve-se um valor para p de 0.904. Para este teste, a hipótese nula foi definida pela nulidade da diferença das médias dos dois grupos de valores obtidos (antes e após estimulação). Uma vez que o nível de significância do teste de 0.05 é inferior ao valor obtido para p, não se torna possível rejeitar a hipótese nula. Para os dados do protocolo 2, o resultado da aplicação da ANOVA de medidas repetidas também não permitiu a rejeição da hipótese nula, formulada de modo a traduzir a igualdade dos valores médios constituintes da baseline, medidos 1 minuto e 11 minutos após final de estimulação (μ,μ1 μ11, respectivamente). A não rejeição da hipótese nula encontra-se relacionada com o valor F obtido de 0.4688, inferior ao valor do nível de significância do teste de 0.05. Num estudo paralelo, foi utilizado o software COMSOL Multiphysics 4.3b para a construção de três modelos esféricos representativos de três montagens diferentes quanto à posição e número de eléctrodos para a execução da tDCS. O primeiro modelo corresponde a uma montagem idêntica à utilizada na parte experimental, uma montagem bipolar de eléctrodos de 25 cm2, localizados nas posições C3 (eléctrodo de estimulação) e Fp2 (eléctrodo de referência), de acordo com o Sistema Internacional 10-20 da Electroencefalografia. A utilização de eléctrodos menores de π cm2 de área constitui a diferença entre o primeiro e segundo modelos, sendo que o terceiro modelo corresponde a uma montagem de múltiplos eléctrodos (5 eléctrodos) de área de π cm2. Neste último modelo, os eléctrodos são colocados nas posições C3 (eléctrodo de estimulação) e F7, F8, PO7 e PO8 (eléctrodos de retorno), de acordo com o Sistema Internacional 10-10 da Electroencefalografia.
Main Authors:	Carvalho, Carolina da Cunha
Subject:	Engenharia biomédica e biofísica Engenharia clínica Instrumentação médica Teses de mestrado - 2014
Year:	2014
Country:	Portugal
Document type:	master thesis
Access type:	open access
Associated institution:	Universidade de Lisboa
Language:	Portuguese
Origin:	Repositório da Universidade de Lisboa

Description
Summary:	O estudo e desenvolvimento de métodos de estimulação neuronal não invasivos constitui uma área de crescente interesse no âmbito das neurociências. A TMS consiste num método de estimulação cerebral baseado na indução electromagnética. Através de uma bobina colocada sobre a região a estimular, são produzidas correntes eléctricas no interior do crânio que provocam a modificação do potencial membranar dos neurónios. A TMS repetitiva, uma das variantes da técnica mencionada, permite recorrer à neuromodulação para tratamento de pacientes que sofrem de depressão. A tDCS, uma outra técnica de neuroestimulação não invasiva, recorre à utilização de correntes de baixa intensidade para modificação da excitabilidade cortical. Esta técnica, apesar de ser conhecida desde a década de 60, tem sido alvo de maior interesse científico apenas a partir do ano de 2000, altura em que foi demonstrado que, dependendo da polaridade aplicada, a tDCS provoca uma alteração da excitabilidade cortical. De um modo geral, os dois modos de polarização, a tDCS anódica ou catódica, conduzem a um aumento ou inibição da excitabilidade dos neurónios pertencentes ao córtex cerebral, respectivamente. A tendência do aumento ou inibição da excitabilidade cortical é constatada após aplicação prolongada da estimulação eléctrica (10 a 20 minutos), originando efeitos pós-estimulação, os after effects. O principal objectivo do projecto residiu numa fase experimental baseada nos resultados publicados em 2000 pelo grupo de investigação de Nitsche. No artigo, numa amostra populacional de 12 candidatos de idades médias de aproximadamente 25 anos (24.9 ±4.0,3.7→ ± ã) uma sessão de tDCS anódica com uma intensidade de corrente de 1mA e duração de 5 minutos, originou um aumento da excitabilidade cortical que durou sensivelmente 5 minutos. Utilizando aproximadamente o mesmo protocolo, registou-se as amplitudes de resposta provenientes de 13 sujeitos, num primeiro protocolo, e 21 sujeitos, de um segundo protocolo. Foram desenvolvidos, como já referido, dois protocolos experimentais uma vez que o primeiro não se traduziu em valores satisfatórios. A principal diferença que os distingue é a introdução de uma primeira parte sham tDCS no protocolo 2, de modo a aumentar o tempo de espera para a estimulação activa, aumento o estado de relaxamento do indivíduo. A contracção de cada sujeito no momento de iniciação da experiência foi um parâmetro visível na maioria dos candidatos, visto se tratar de uma estimulação desconhecida e provocar um certo receio de ser algo doloroso ou estranho para o corpo. Deste modo, o estado de relaxamento constituiu um factor exterior tanto ao candidato como aos responsáveis pela experiencia e capaz de modificar significativamente os valores registados, justificando-se assim o progresso do primeiro para o segundo protocolo. No entanto, na fase de análise dos dados, não foi possível provar a evidência do aumento da excitabilidade cortical com qualquer um dos protocolos. Utilizando o teste t para o primeiro protocolo, obteve-se um valor para p de 0.904. Para este teste, a hipótese nula foi definida pela nulidade da diferença das médias dos dois grupos de valores obtidos (antes e após estimulação). Uma vez que o nível de significância do teste de 0.05 é inferior ao valor obtido para p, não se torna possível rejeitar a hipótese nula. Para os dados do protocolo 2, o resultado da aplicação da ANOVA de medidas repetidas também não permitiu a rejeição da hipótese nula, formulada de modo a traduzir a igualdade dos valores médios constituintes da baseline, medidos 1 minuto e 11 minutos após final de estimulação (μ,μ1 μ11, respectivamente). A não rejeição da hipótese nula encontra-se relacionada com o valor F obtido de 0.4688, inferior ao valor do nível de significância do teste de 0.05. Num estudo paralelo, foi utilizado o software COMSOL Multiphysics 4.3b para a construção de três modelos esféricos representativos de três montagens diferentes quanto à posição e número de eléctrodos para a execução da tDCS. O primeiro modelo corresponde a uma montagem idêntica à utilizada na parte experimental, uma montagem bipolar de eléctrodos de 25 cm2, localizados nas posições C3 (eléctrodo de estimulação) e Fp2 (eléctrodo de referência), de acordo com o Sistema Internacional 10-20 da Electroencefalografia. A utilização de eléctrodos menores de π cm2 de área constitui a diferença entre o primeiro e segundo modelos, sendo que o terceiro modelo corresponde a uma montagem de múltiplos eléctrodos (5 eléctrodos) de área de π cm2. Neste último modelo, os eléctrodos são colocados nas posições C3 (eléctrodo de estimulação) e F7, F8, PO7 e PO8 (eléctrodos de retorno), de acordo com o Sistema Internacional 10-10 da Electroencefalografia.