Roman, individualiseret hjernestimulation, netværksbaserede tilgange til at forbedre kognition (NiBS-iCog)

Mild kognitiv svækkelse (MCI) beskriver et mellemstadium fra normal kognitiv funktion til demens og identificerer et spektrum af sygdomme, der omfatter svækkelse i både hukommelse og ikke-hukommelses kognitive domæner. En mangelfuld arbejdshukommelse (WM) spiller en afgørende rolle i normal aldring, MCI og kognitiv tilbagegang forbundet med demens, såsom Alzheimers sygdom (AD). WM refererer til online midlertidig lagring og manipulation af information, der skal anvendes i den løbende behandling, og er central for udførelsen af ​​en række daglige funktioner. Tabet af WM-effektivitet relateret til enten aldring eller neurodegenerativ proces antages at have forskellige neurobiologiske rødder, blandt hvilke ændret funktion af de frontoparietale netværk spiller en vigtig rolle. Behandling, udveksling og lagring af information er afhængig af intra- og interregional forbindelse, der tillader neuronale populationer at synkronisere deres affyring. Baseret på dette er intra- og krydsfrekvensoscillatoriske interaktioner blevet demonstreret som kernegrundlag for arbejdshukommelsesprocesser, udover andre kognitive funktioner. Enhver forringelse, der forhindrer tilpasning og synkronisering af de oscillerende aktiviteter inden for dette netværk, vil uundgåeligt føre til midlertidigt eller permanent funktionstab.

I dette projekt, baseret på de nævnte patofysiologiske koncepter, vil efterforskerne udvikle og teste nye, individualiserede, multifokale, fysiologi-inspirerede ikke-invasiv hjernestimulering (NIBS) tilgange, der sigter på at forbedre interregional behandling i hukommelsesrelaterede fronto-parieto-cerebello netværk med konsekutiv adfærdsmodulation af WM-processer, der påvirker dagliglivets aktiviteter hos ældre raske frivillige (HV) og MCI-patienter.

Efterforskerne nærmer sig disse mål på en trinvis måde: (1) Efterforskerne vil udforske entrainment af oscillerende aktivitet i det frontoparietale netværk med transkraniel alternativ strømstimulering (tACS) ved frekvenser, der er relevante for hukommelseskodning (theta) for at booste WM i sunde ældre. (2) Derefter vil efterforskerne udforske krydsfrekvens-medrivning af interregionale oscillerende interaktioner i det frontale og parietale målnetværk med bifokal tACS for at booste WM hos raske seniorer. (3) Baseret på den nuværende viden om den omfattende involvering af lillehjernen i kognitive processer ved dens modulerende virkninger på de frontoparietale netværk, der er afgørende for kognition, vil efterforskerne udnytte vores erfaring med ikke-invasiv modulering af de cerebellare output vha. gentagen transkraniel magnetisk stimulation (rTMS). rTMS over lillehjernen vil blive påført lige før cortical entrainment for yderligere at forbedre dets fysiologiske og adfærdsmæssige virkninger. (4) Endelig vil efterforskerne vælge den mest effektive tilgang fra de tidligere arbejdspakker, der skal anvendes på MCI-patienter og kvantificere de adfærdsmæssige fordele. Udover de adfærdsmæssige effekter vil efterforskerne anvende multimodale systemer neurovidenskabelige tilgange ved hjælp af neuroimaging (strukturel og funktionel magnetisk resonansbilleddannelse; s/fMRI) og elektrofysiologiske (elektroencefalografi - EEG, transkraniel magnetisk stimulation - TMS) metoder til at bestemme de underliggende netværksmekanismer og mønstre af iboende forbindelsesændringer. Da der er betydelig rumlig heterogenitet i frontoparietal topaktivitet hos raske seniorer og patienter, vil stimulationsmålene blive defineret individuelt baseret på fMRI. Ved at udnytte de mekanistiske aspekter afledt af individualiseret multifokal stimulering, forventer forskerne bedre at forstå de mekanismer, hvorigennem NIBS-teknikker virker på hjernen og forbedrer kognitive funktioner. Efterforskerne vil også teste og kvantificere inden for en virtual reality (VR) opgave, hvor godt den interventionsdrevne kognitive forbedring omsættes til dagligdagen.