青光眼的脑刺激:tDCS、TMS 和视觉皮层调节
引言
青光眼是一种损害视神经的眼部疾病,导致周边视力丧失。一旦发生损害,传统治疗(如降低眼压)无法恢复已丧失的视力。因此,研究人员探索了非侵入性脑刺激是否能帮助改善剩余视力。两种常用方法是经颅直流电刺激 (tDCS) 和经颅磁刺激 (TMS),它们通过向头皮施加微弱的电脉冲或磁脉冲来调节大脑活动。小规模研究已在青光眼患者身上测试了这些技术,以观察视觉处理能力(对比敏感度、视野缺损等)是否能得到增强。我们回顾了这些初步和对照试验,记录了电极或线圈的放置位置、刺激设置、测得的视力改善情况以及这些改善持续的时间。我们还讨论了可能的机制(如增强大脑可塑性或减少神经“噪声”)以及良好假刺激对照研究设计的重要性(因为练习效应或安慰剂效应可能模仿改善)。
脑刺激技术
tDCS 使用通过头皮电极施加的微弱恒定电流。根据极性,它可以增加(阳极)或减少(阴极)皮层兴奋性。通常,一个电极放置在目标脑区(通常是枕叶视觉皮层),另一个电极(参考电极)放置在其他位置(例如脸颊或前额)。治疗疗程通常持续 10–20 分钟,电流强度为 1–2 mA。TMS 通过线圈使用短暂的磁脉冲,在下方的皮层中感应出电流。这两种方法都已用于许多脑部疾病;对于视力,它们旨在通过募集视觉通路中的可塑性来“增强”残余视觉功能。
青光眼中的 tDCS
在青光眼研究中,研究人员通常以视觉皮层(枕叶)为目标。一项最近的随机试验让患者接受了一次 2 mA 持续 20 分钟的阳极 tDCS (a-tDCS) 治疗。阳极放置在 Oz(枕骨中线),阴极放置在脸颊。与假刺激相比,单次疗程适度改善了视野检测准确性(高分辨率视野检查约有 3–5% 的增益)(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。多焦视觉诱发电位 (mfVEP) 在 a-tDCS 后也显示出略高的信噪比和更快的响应。这些改善与假刺激相比具有统计学意义,但幅度非常小,大致在测试重测变异性的范围内 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。换句话说,在某些测试中视力有所改善,但仅改善了几个百分点,这在日常生活中可能并不明显。
疗程参数: 典型的初步研究使用一次 20 分钟、1–2 mA 的 a-tDCS 刺激枕骨 (Oz)。一项研究还尝试了其他波形(10 Hz 交流电 tACS 和随机噪声 tRNS)与假刺激对比,但只有 a-tDCS 显示出任何明显效果 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。目前没有研究使用超过 20–30 分钟的超高强度或超长时间刺激。
视力结果: 测量结果包括视野指数(例如视野检查中的检测准确性或平均缺损),有时还包括对比敏感度或视力。在上述试验中,a-tDCS 在高分辨率视野检查中使检测准确性略有提高 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。标准自动视野检查(平均缺损)或视力均未显示出显著变化。青光眼试验中并非总是测量对比敏感度,尽管在其他眼部疾病中 tDCS 可以暂时提高对比阈值。至关重要的是,青光眼随机对照试验指出,这些微小的改善“可能不具有临床意义” (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。
效果持续时间: 在这些研究中,刺激效果在刺激疗程前后立即进行测试。该试验没有报告持续数小时以上的随访结果,因此不清楚单次疗程的益处能持续多久。其他研究(通常针对视神经损伤)表明,一旦刺激停止,任何改善通常会在几天或几周内消退 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。
TMS 和其他模式
TMS: 迄今为止,专门针对青光眼的重复经颅磁刺激 (rTMS) 已发表的试验很少。TMS 可以兴奋视觉皮层神经元,并已在实验中用于在盲人中诱导光幻视(闪光)。理论上,rTMS 可以通过多次疗程应用于枕叶,以增强皮层兴奋性并可能揭示残余视力。然而,青光眼方面尚未有良好对照研究显示 TMS 能带来明确的视力改善。(大多数使用 TMS 的视野研究是针对中风相关的视力丧失,而非青光眼。)
替代电刺激: 一些试验使用了经眼眶交流电刺激 (rtACS),其中电极放置在闭合的眼睑上,以刺激视网膜/视神经。尽管这主要针对眼睛而非大脑,但它已与脑部监测结合使用。在一项针对视神经损伤(包括许多青光眼患者)的 rtACS 大型随机试验中,受试者每天接受 10 次每次 50 分钟的治疗。真实刺激组和假刺激组在常规测试中均改善了视野,rtACS 组的平均增益略大(中位数约 41.3% vs 29.3% 检测增加 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov))。主要结果的差异未达到统计学意义 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。有趣的是,在 2 个月的随访中,rtACS 在一项指标(静态视野敏感度)上表现出适度的组间优势 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。换句话说,这表明一些持续的益处,但大部分改善也出现在假刺激组中,这表明存在学习效应或安慰剂效应。作者得出结论,rtACS 似乎通过促进大脑可塑性“部分恢复视力” (pmc.ncbi.nlm.nih.gov),但总体临床影响轻微。
研究结果——增益与局限
在所有研究中,视力的任何改善通常都是适度且短暂的。例如,在上述经颅试验中,对比敏感度没有发生显著变化,视野改善也仅比基线高出几个百分点。患者很少会注意到如此微小的变化。大多数报告描述的是刺激后的即时改善,关于长期持久性的证据很少。在 rtACS 试验中,一项指标上的微小视野改善在 2 个月时仍持续存在 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov),但许多其他指标出现倒退。单次 tDCS 疗程的效果预计在没有重复疗程的情况下也会消退。
此外,安慰剂效应也很重要。一些研究发现,即使是假刺激(非活动)也能改善视力测试结果 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。这就是为什么在更大的试验中,假刺激响应者也获得了 29% 的改善。最近一项关于各种眼病中非侵入性刺激的综述得出结论,小幅度的平均益处(对视力、视野检测等)可能部分反映了安慰剂或练习效应 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。换句话说,“主动”刺激通常仅以微弱优势优于假刺激,有时假刺激的改善幅度也很大。这种不确定性意味着我们必须谨慎解释早期的初步研究结果。
可能的机制
如果脑刺激确实能增强视力,它是如何作用的呢?一个想法是皮层可塑性:视觉皮层可能会在眼部损伤后加强微弱通路并揭示“备用”回路。刺激可能会增加生长因子水平或改变神经递质,使大脑更容易适应 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。例如,阳极 tDCS 被认为会轻微去极化神经元,从而可能增强视觉区域的突触可塑性。另一个想法是噪声降低:在退化的视力中,眼睛剩余的信号可能被“神经噪声”掩盖。一些研究(在其他视网膜疾病中)表明,降低噪声可以快速改善感知。例如,一项针对增殖性糖尿病视网膜病变的试验发现,施加阴极 tDCS(可以抑制过度活跃的神经元)改善了视觉任务。作者提出,tDCS 可能降低了随机神经活动的水平,从而澄清了实际的视觉信号 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。类比而言,如果青光眼中存活的视网膜神经节细胞存在噪声,tDCS 可能有助于“消除”这种噪声,并增强对比度或视野敏感度。
另一方面,有些效果可能根本不是生理性的。刺激可以增加警觉性或“正在发生某种事情”的安慰剂感觉,这可以提高测试表现。事实上,视神经刺激试验指出,大部分电流实际上通过视网膜和视神经,而不是深层皮层 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。这些作者仍然声称治疗后脑同步性(视觉区域的脑电图节律)发生了变化,但很难排除非特异性效应。为了区分这些可能性,未来的研究必须将脑部测量(如脑电图或功能磁共振成像)与视力测试结合起来。
未来试验——提高严谨性
鉴于迄今为止结果的适度和混杂性,未来的试验必须精心设计。关键要素包括:
- 随机假刺激对照设计: 每个真实刺激组都必须有一个模拟刺激感觉的假刺激治疗(例如,短暂的电流上升但没有持续刺激)。患者和检查者都应该被蒙蔽。这对于解释学习效应和安慰剂效应至关重要。
- 多次疗程: 单次疗程仅产生短暂效果。试验应测试重复疗程(例如,每天进行 1–2 周),因为神经可塑性变化通常需要重复。VIRON 试验正在为青光眼患者进行 10 次每次 25 分钟的疗程 (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)。
- 客观结果: 使用标准化视力测试,如自动视野检查(平均缺损、总偏差)、对比敏感度图表,甚至电生理学(VEP 或 EEG)作为次要测量指标。高分辨率视野检查可以检测微小变化,但结果必须超过正常的测试变异性。纳入患者报告的视力问卷可以衡量现实世界的影响。
- 随访测量: 为了评估持久性,应在最后一次刺激后数周重新测试视力。如果益处持续,则随访时的视野(或视力)应优于基线水平。
- 神经影像/生理学: 结合功能磁共振成像或脑电图可以显示刺激后大脑的视觉网络是否发生变化。例如,可以在治疗前后呈现视觉刺激时进行功能磁共振成像,或测量视觉区域的静息态连接。这有助于验证任何知觉变化是否具有神经相关性,并能区分可塑性变化与单纯的测试练习。
如此严谨的试验将阐明脑刺激是否真正有助于青光眼,或者仅仅是类似安慰剂的效应。在此之前,tDCS 和 TMS 仍然是有前景的研究工具,但对患者而言尚未被证实为有效疗法。
结论
总而言之,青光眼脑刺激的初步研究报告称,视野测试或对比任务有小幅改善,但这些改善通常与假刺激观察到的改善相似 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。一项最近的随机试验发现,单次枕叶 a-tDCS 疗程的检测准确性仅比假刺激高出几个百分点 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。一项针对视神经的更大规模研究显示,经过多日经眼眶电流刺激后,视野有所改善,但治疗后立即与假刺激的差异不显著 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。报告的“持久性”这些改善各不相同;一项试验发现,在 2 个月时,真实刺激在一项测量指标上具有小幅优势 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov),但大多数效果并未持续。
从机制上讲,改善可能反映了真实的神经可塑性变化——大脑重新布线以更好地利用剩余的视网膜信号 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)——或仅仅是异常神经噪声的减少 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)。或者,动机或安慰剂因素可能解释了部分改善。现有证据仍是初步的。未来的研究需要进行良好对照的重复疗程试验,并结合客观测量和脑成像,以明确证实 tDCS 或 TMS 是否能帮助青光眼患者。