Stymulacja przezczaszkowa rTMSw 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 terapeutyczneW 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.

4 6 8 10 12 14 kHz

Słuch prawidłowyNeurony są ze sobą połączone włuknami nerwowytmi1

Neurony kory słuchowej

Włókna nerwowe

Komórki słuchowe

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 dookreślonych 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 słuchuNeurony 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

4 6 8 10 12 14 kHz

Neurony kory słuchowejHiperaktywne synapsy neuronówjądra ślimakowego (szum uszny)

Szybki spadek aktywności komurek słuchowych wewnętrznych z powodu nagłego ubytku słuchu komórek słuchowych zewnętrznych

Włókna nerwowe

Komórki słuchowe

2

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.

Nagły ubytek słuchuNeurony 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

3

4 6 8 10 12 14 kHz

Szybki spadek aktywności komurek słuchowych wewnętrznych z powodu nagłego ubytku słuchu komórek słuchowych zewnętrznych

Neurony kory słuchowej Neurony i włókna z zakresu nagłego ubytku słuchu zaczyna-ją się łączyć z częstotliwościami nie dotkniętymi ubytkiem słuchu. W ten sposób dochodzi do powstania szumu usznego na tle wzmocnionej synchronizacji (zbyt duża populacja neu-ronów przyłączona do częstotliwości dobrze słyszącej)Włókna nerwowe

Komórki słuchowe

Nagły ubytek słuchuPo 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.

4

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 6 8 10 12 14 kHz

Szybki spadek aktywności komurek słuchowych wewnętrznych z powodu nagłego ubytku słuchu komórek słuchowych zewnętrznych

Neurony kory słuchowej Neurony i włókna z zakresu nagłego ubytku słuchu zaczyna-ją się łączyć z częstotliwościami nie dotkniętymi ubytkiem słuchu. W ten sposób dochodzi do powstania szumu usznego na tle wzmocnionej synchronizacji (zbyt duża populacja neu-ronów przyłączona do częstotliwości dobrze słyszącej)Włókna nerwowe

Komórki słuchowe

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).

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.

-100102030405060708090100110120

-100

102030405060708090

100110120

[dB] [dB]

[Hz][Hz]125 250 500 750 1k 1.5k 2k 3k 4k 6k 8k 9k 10 k 11k 12k 13k 14k 15k 16k 17k 18k 20k

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.

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.

-100

102030405060708090

100110120

-100

102030405060708090

100110120

[dB] [dB]

[Hz][Hz]125 250 500 750 1k 1.5k 2k 3k 4k 6k 8k 9k 10 k 11k 12k 13k 14k 15k 16k 17k 18k 20k

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.

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.

Neurony obecne w tym zakresie kory słuchowej

Nowo dodane neurony z zakresu nagłego ubytku słuchu

Odpowiedni poziom stymulacjiOdpowiedni poziom stymulacji

Neurony kory słuchowej podzielone na średnie częstotliwości i wysokie1

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.

Neurony które nie otrzymu-ją wystarczającego poziomu stymulacji zaczynają zwiększać swoją aktywność w konsekwencji generowany jest szum uszny

2

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.

Neurony obecne w tym zakresie kory słuchowej

Odpowiedni poziom stymulacjiOdpowiedni 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 elektro-magnetycznej 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

Cel terapii rTMSdepolaryzacja dołączonych

neuronów3

Neurony obecne w tym zakresie kory słuchowej

Nowo dodane neurony z zakresu nagłego ubytku słuchu

Odpowiedni poziom stymulacjiOdpowiedni poziom stymulacji

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