Non-invasive brain stimulation techniques for chronic pain

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  • Intervention

Authors


Abstract

Background

Non-invasive brain stimulation techniques aim to induce an electrical stimulation of the brain in an attempt to reduce chronic pain by directly altering brain activity. They include repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), cranial electrotherapy stimulation (CES) and transcranial direct current stimulation (tDCS).

Objectives

To evaluate the efficacy of non-invasive brain stimulation techniques in chronic pain.

Search methods

We searched CENTRAL, MEDLINE, EMBASE, CINAHL, PsycINFO, LILACS, the Cochrane PaPaS Group Trials Register and clinical trials registers.

Selection criteria

Randomised and quasi-randomised studies of rTMS, CES or tDCS if they employed a sham stimulation control group, recruited patients over the age of 18 with pain of three months duration or more and measured pain as a primary outcome.

Data collection and analysis

Two authors independently extracted and verified data. Where possible we entered data into meta-analyses. We excluded studies judged as being at high risk of bias from the analysis.

Main results

We included 33 trials in the review (involving 937 people)(19 rTMS, eight CES and six tDCS). Only one study was judged as being at low risk of bias.

Studies of rTMS (involving 368 participants ) demonstrated significant heterogeneity. Pre-specified subgroup analyses suggest that low-frequency stimulation is ineffective. A short-term effect on pain of active high-frequency stimulation of the motor cortex in single-dose studies was suggested (standardised mean difference (SMD) -0.40, 95% confidence interval (CI) -0.26 to -0.54, P < 0.00001). This equates to a 15% (95% CI 10% to 20%) reduction in pain which does not clearly exceed the pre-established criteria for a minimally clinically important difference (> 15%).

For CES (four studies, 133 participants) no statistically significant difference was found between active stimulation and sham. Analysis of tDCS studies (five studies, 83 people) demonstrated significant heterogeneity and did not find a significant difference between active and sham stimulation. Pre-specified subgroup analysis of tDCS applied to the motor cortex suggested superiority of active stimulation over sham (SMD -0.59, 95% CI -1.10 to -0.08).

Non-invasive brain stimulation appears to be associated with minor and transient side effects.

Authors' conclusions

Single doses of high-frequency rTMS of the motor cortex may have small short-term effects on chronic pain. The effects do not clearly exceed the predetermined threshold of minimal clinical significance. Low-frequency rTMS is not effective in the treatment of chronic pain. There is insufficient evidence from which to draw firm conclusions regarding the efficacy of CES or tDCS. The available evidence suggests that tDCS applied to the motor cortex may have short-term effects on chronic pain and that CES may be ineffective. There is a need for further, rigorously designed studies of all types of stimulation.

Resumen

Antecedentes

Técnicas no invasivas de estimulación cerebral para el dolor crónico

Las técnicas no invasivas de estimulación cerebral se dirigen a inducir una estimulación eléctrica del cerebro con el fin de reducir el dolor crónico al alterar directamente la actividad cerebral. Incluyen estimulación magnética transcraneal repetitiva, estimulación craneal con electroterapia y estimulación transcraneal por corriente directa.

Objetivos

Evaluar la eficacia de las técnicas no invasivas de estimulación cerebral para el dolor crónico.

Estrategia de búsqueda

Se realizaron búsquedas en CENTRAL, MEDLINE, EMBASE, CINAHL, PsycINFO, LILACS, el Registro de ensayos del Grupo Cochrane PaPaS y los registros de ensayos clínicos.

Criterios de selección

Estudios con asignación aleatoria y cuasialeatorios de estimulación magnética transcraneal repetitiva, estimulación craneal con electroterapia o estimulación transcraneal por corriente directa si usaron un grupo control de estimulación simulada, incluyeron pacientes mayores de 18 años con dolor de tres meses o más de duración y midieron el dolor como un resultado primario.

Obtención y análisis de los datos

Dos autores, de forma independiente, extrajeron y verificaron los datos. De ser posible, se introdujeron los datos en los metanálisis. Se excluyeron del análisis los estudios considerados de alto riesgo de sesgo.

Resultados principales

Se incluyeron 33 ensayos en la revisión (con 937 participantes) (19 de estimulación magnética transcraneal repetitiva, ocho de estimulación craneal con electroterapia y seis de estimulación transcraneal por corriente directa). Sólo un estudio se consideró con bajo riesgo de sesgo.

Los estudios de estimulación magnética transcraneal repetitiva (con 368 participantes) mostraron una heterogeneidad significativa. Los análisis de subgrupos preespecificados indican que la estimulación de baja frecuencia no es efectiva. Se sugirió un efecto a corto plazo en el dolor a partir de la estimulación activa de alta frecuencia de la corteza motora en los estudios de dosis única (diferencia de medias estandarizada [DME] −0,40, intervalo de confianza [IC] del 95%: −0,26 a −0,54; p < 0,00001). Esto equivale a una reducción de 15% (IC del 95%: 10% a 20%) del dolor que claramente no excede los criterios prestablecidos para una diferencia mínima y clínicamente importante (> 15%).

Para la estimulación craneal con electroterapia (cuatro estudios, 133 participantes), no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre la estimulación activa y la simulada. El análisis de los estudios de estimulación transcraneal por corriente directa (cinco estudios, 83 participantes) mostró heterogeneidad significativa y no encontró una diferencia significativa entre la estimulación activa y la simulada. El análisis de subgrupos preespecificado de estimulación transcraneal por corriente directa aplicada a la corteza motora indicó superioridad de la estimulación activa sobre la simulada (DME −0,59; IC del 95%: −1,10 a −0,08).

La estimulación cerebral no invasiva parece asociarse con efectos secundarios menores y transitorios.

Conclusiones de los autores

Las dosis únicas de estimulación magnética transcraneal repetitiva de alta frecuencia de la corteza motora pueden tener efectos a corto plazo pequeños en el dolor crónico. Los efectos no exceden claramente el umbral predeterminado de significación clínica mínima. La estimulación magnética transcraneal repetitiva de baja frecuencia no es efectiva para el tratamiento del dolor crónico. No existen pruebas suficientes para establecer conclusiones sólidas con respecto a la eficacia de la estimulación craneal con electroterapia o la estimulación transcraneal por corriente directa. Las pruebas disponibles indican que la estimulación transcraneal por corriente directa aplicada a la corteza motora puede tener efectos a corto plazo en el dolor crónico y que la estimulación craneal con electroterapia posiblemente no sea efectiva. Se necesitan más estudios rigurosamente diseñados de todos los tipos de estimulación.

Traducción

Traducción realizada por el Centro Cochrane Iberoamericano

摘要

對慢性疼痛施以非侵入性腦部刺激術

研究背景

非侵入性腦部刺激術的目的在於誘發腦部的電流刺激,藉由直接改變腦部活性以降低慢性疼痛。這些技術包括有重複性經顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS)、腦部電療刺激(cranial electrotherapy stimulation, CES)和經顱直接電流刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)。

研究目的

評估非侵入性腦部刺激術對慢性疼痛的療效。

检索方法

我們搜尋了CENTRAL、MEDLINE、EMBASE、CINAHL、PsycINFO、LILACS、Cochrane PaPaS Group Trials Register 以及 clinical trials registers。

纳入标准

rTMS、CES或tDCS的隨機和半隨機試驗,且必須以假刺激為對照組,病患為18歲以上且疼痛症狀持續三個月或以上者,並以測量疼痛為其主要成效指標。

数据收集与分析

兩位作者分別擷取與核對資料,若可行則將資料納入整合分析(metaanalyses)中,分析時並排除了經評定為高風險偏誤(high risk of bias)的研究。

主要结果

本回顧採納了33個試驗,共涉及937人,包括19個rTMS、8個CES和6個tDCS的研究。只有1個研究經評定為低偏誤風險。rTMS的研究(涉及368位受試者)表現出顯著的異質性,prespecified subgroup analyses顯示低頻刺激是無效的。研究顯示對大腦皮質運動區進行單次的主動高頻刺激,對降低疼痛具有短期療效(標準化平均差SMD= −0.40, 95%信賴區間CI: −0.26∼ −0.54, P < 0.00001),這相當於減少了15%的疼痛(95% CI: 10%∼20%),但並沒有超過預設的最小臨床重要差異值(minimally clinically important difference)(> 15%)的標準。就CES而言(4個研究、133位受試者),沒有發現主動刺激和假刺激之間存在統計上的顯著差異。針對tDCS(5個研究、83人)的研究分析顯示,研究間存在顯著的異質性,且沒有發現主動刺激和假刺激之間具有顯著差異。對皮質運動區施以tDCS的研究以Prespecified subgroup analysis分析後,顯示主動刺激優於假刺激(SMD= −0.59, 95% CI: −1.10∼ −0.08)。非侵入性腦部刺激似乎與輕微和短暫的副作用有所相關。

作者结论

大腦皮質運動區的單次高頻rTMS可能對慢性疼痛具有短期輕微療效,但未明顯超過預設的最小臨床差異性門檻。低頻rTMS在治療慢性疼痛上沒有效果。也沒有充分的證據能夠確定CES或tDCS的療效。現有的證據顯示以tDCS刺激大腦皮質運動區可能對慢性疼痛帶來短期療效,而CES則可能無效。對各種類型的刺激,還需要設計更進一步且嚴謹的研究來了解。

Plain language summary

Stimulating the brain without surgery in the management of chronic pain

Various devices are available that can electrically stimulate the brain without the need for surgery or any invasive treatment. There are three main treatment types: repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) in which the brain is stimulated by a coil applied to the scalp, cranial electrotherapy stimulation (CES) in which electrodes are clipped to the ears or applied to the scalp and transcranial direct current stimulation (tDCS), in which electrodes are applied to the scalp. These have been used to try to reduce pain by aiming to alter the activity of the brain but the efficacy of these treatments is uncertain.

This review included 33 studies, 19 of rTMS, eight of CES and six of tDCS. Only one study was judged as having a low risk of bias. Analysis suggests that low-frequency rTMS is not effective but that a single-dose of high-frequency stimulation of the motor cortex area of the brain provides short-term pain relief. This effect appears to be small. There is limited and conflicting evidence from studies involving multiple doses of rTMS. Most studies of rTMS are small and there is substantial variation between studies in terms of the treatment methods used.

There was insufficient evidence from which to draw strong conclusions regarding CES or tDCS but the available evidence does not suggest that CES is an effective treatment. There is limited evidence that tDCS to the motor cortex may have short-term effects on chronic pain but it is not possible to estimate the size of this effect accurately.

The reporting of side effects varied across the studies. Of the studies that clearly reported side effects only short-lived and minor side effects such as headache, nausea and skin irritation were reported.

More studies of rigorous design and adequate size are required to evaluate all forms of non-invasive brain stimulation for the treatment of chronic pain accurately.

概要

對慢性疼痛施以非侵入性腦部刺激術

不以開刀而以刺激腦部來治療慢性疼痛:不需要藉由開刀或是任何侵入性的治療,仍有各式各樣的儀器能夠以電刺激腦部。這樣的電刺激治療方式主要有三種:重複性經顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS),即在頭皮上藉金屬線圈給予腦部刺激、腦部電療刺激(cranial electrotherapy stimulation, CES),也就是將電極夾在耳朵或經頭皮刺激、以及經顱直接電流刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS),以電極透過頭皮刺激。這幾種方式都是藉由改變腦部活性來降低疼痛,但是這些治療的療效尚待確認。本回顧納入了33個研究,其中有19個針對rTMS、8個針對CES、6個針對tDCS。只有1個研究經評定為低偏誤風險。分析結果顯示,低頻rTMS無效,但對大腦皮質運動區進行單次高頻刺激能提供短期的疼痛緩解,但這樣的緩解程度並不大。至於多次劑量給予rTMS的證據十分有限且相互衝突。大部分針對rTMS的研究規模都比較小,使用的治療方式也有明顯的差異。沒有充分的證據能夠確定CES或tDCS的療效,但現有的證據顯示CES並不是有效的治療方式。有限的證據指出,以tDCS刺激皮質運動區對慢性疼痛具有短期療效,但是並無法準確地估計療效的程度大小。各研究報告的副作用存有差異。在幾個清楚報告副作用的研究中,只有提出短暫且輕微的副作用,例如頭痛、噁心和皮膚不適。若要準確評估所有種類的非侵入性腦部刺激在治療慢性疼痛的效果,還需要更多設計嚴謹且樣本數充足的研究。

翻译注解

Ancillary