Synchronized neuronal activity in the cortex generates weak electric fields that are routinely measured in humans and animal models by electroencephalography and local field potential recordings. Traditionally, these endogenous electric fields have been considered to be an epiphenomenon of brain activity. Recent work has demonstrated that active cortical networks are surprisingly susceptible to weak perturbations of the membrane voltage of a large number of neurons by electric fields. Simultaneously, noninvasive brain stimulation with weak, exogenous electric fields (transcranial current stimulation, TCS) has undergone a renaissance due to the broad scope of its possible applications in modulating brain activity for cognitive enhancement and treatment of brain disorders. This review aims to interface the recent developments in the study of both endogenous and exogenous electric fields, with a particular focus on rhythmic stimulation for the modulation of cortical oscillations. The main goal is to provide a starting point for the use of rational design for the development of novel mechanism-based TCS therapeutics based on transcranial alternating current stimulation, for the treatment of psychiatric illnesses.
La actividad sincronizada de las neuronas corticales genera campos eléctricos débiles que se miden rutinariamente en humanos y en modelos animales mediante la electroencefalografía y los potenciales de campo locales. Tradicíonalmente, estos campos eléctricos endógenos se han considerado un epifenómeno de la actividad cerebral. Trabajos recientes han demostrado con sorpresa que las redes corticales activas son sensibles a pequeños cambios del voltaje de la membrana de un gran número de neuronas mediante campos eléctricos. Al mismo tiempo, la estimulación cerebral no invasora con campos eléctricos exógenos débiles (estimulación transcraneal con corriente, ETC) ha experimentado un renacimíento debído al amplio alcance de sus posibles aplicaciones en la modulación de la actividad cerebral para el mejoramiento cognitivo y el tratamiento de los trastornos cerebrales. Esta revisión tiene como objetivo relacionar los desarrollos recientes en el estudio de los campos eléctricos endógenos y exógenos con especial atención a la estimulación rítmica para la modulación de las oscilaciones corticales. El propósito principal es proporcionar el punto de partida para el empleo de un diseño racional para el desarrollo de nuevas terapias basadas en el mecanismo de la ETC mediante la estimulación transcraneal con corriente alterna para el tratamiento de enfermedades psiquiátricas.
L'activité neuronale synchronisée dans le cortex génère de faibles champs électriques mesurés couramment dans des modèles humains et animaux sous forme d'électroencéphalographie et de potentiels de champs locaux. Traditionnellement, ces champs électriques endogènes sont considérés comme un épiphénomène de l'activité cérébrale. D'après des travaux récents, des réseaux corticaux actifs sont étonnamment sensibles à de petites perturbations du voltage de la membrane d'un grand nombre de neurones par des champs électriques. Simultanément, la stimulation cérébrale non invasive avec de faibles champs électriques exogènes (stimulation transcrânienne par un courant, TCS) a pu renaître grâce à l'importance de ses applications possibles pour moduler l'activité cérébrale dans la stimulation cognitive et le traitement des troubles cérébraux. Cet article a pour but de relier les avancées récentes de l'étude des champs électriques endogènes et exogènes avec un regard particulier sur la stimulation rythmique pour la modulation des oscillations corticales. Le but principal est de fournir le point de départ d'une procédure rationnelle de développement de traitements nouveaux, dont les mécanismes sont élucidés, fondés sur la stimulation transcrânienne par courant alternatif, pour le traitement des maladies psychiatriques.
Keywords: feedback electric field; magnetic resonance imaging; neuronal network; transcranial alternating current stimulation.