Non-invasiv Temporal Interferens Stimulering: Modulering af associativ hukommelse ved at målrette deep-brain targets (Deep-HiPs)

Alzheimers sygdom og dens prækliniske stadier er kendetegnet ved progressive neurodegenerative ændringer i hippocampi og default mode netværket [1], hvilket resulterer i dysfunktioner i den episodiske hukommelse og dens centrale del den associative hukommelse [1,2]. Kodning af associativ information forekommer i de distribuerede hjernenetværk, der involverer den inferior frontale cortex, fusiform cortex, mediale temporallap, præmotorisk og posterior parietal cortex inklusive precuneus [3,4]. Tidligere undersøgelser har vist, at ved at målrette mod specifikke knuder i cortico-hippocampale kredsløb via værktøjerne til ikke-invasiv hjernestimulering kan den associative hukommelse (AM) ydeevne manipuleres [5-8], men kun relativt overfladeområder af dette kredsløb blev tilgængelig med nuværende ikke-invasive stimuleringsteknikker. Nye modaliteter af ikke-invasiv transkraniel elektrisk stimulering, såsom temporal interferensstimulering (TIS), har et løfte om at stimulere dybere hjernestrukturer uden at kompromittere fokaliteten [9].

TIS er afhængig af høje frekvenser, som kan trænge igennem med relativt lavt tab. Højfrekvente bærere (>1 kHz) udsendt af to (eller flere) par kutane elektroder kan interferere midlertidigt ved dybe perifere nervemål. Den effektive stimuleringsfrekvens er lig med offsetfrekvensen mellem bærebølgerne. Ved at kontrollere feltorientering og frekvensforskydning kan hotspottet for konstruktiv interferens målrettes præcist. Nøgleaspektet ved denne metode er brugen af ​​bærebølger ved frekvenser højere end 1 kHz. Frekvenser over dette interval betragtes som ikke-stimulerende og pass-through væv med relativt lavt tab. Selvom disse højere frekvenser ikke stimulerer neuralt væv, kan interferensindhylningen af ​​to faseforskydne frekvenser fremkalde aktionspotentialer, fordi offset-frekvensen (alias "beat") kan indstilles tilsvarende til < 100 Hz. De seneste undersøgelser viste positive adfærdsmæssige effekter af TIS anvendt over den primære motoriske cortex [10] eller motoriske striatum [11] hos raske unge voksne. Til dato har ingen undersøgelser undersøgt effekten af ​​TIS på AM.

De specifikke mål inkluderer: 1) Implementere en ny tidsbestemt interferensstimuleringsteknik (TIS) i et proof-of-concept-studie rettet mod dybe strukturer i cortico-hippocampus-kredsløbet, som indtil denne dato var uopnåelige pålideligt ved hjælp af ikke-invasive stimuleringsteknikker, med målet om at modulere associativ hukommelse hos raske ældre. 2) Udforsk neurale underbygninger af TIS-effekter og find biomarkører forbundet med bedre tidsmæssige interferensstimuleringsresultater og med optimal kandidatudvælgelse ved at bruge EEG/fMRI-teknikker

1. Salami, Alireza, et al. "Forhøjet hippocampus hviletilstandsforbindelse ligger til grund for mangelfuld neurokognitiv funktion i aldring." Proceedings of the National Academy of Sciences 111.49 (2014): 17654-17659.
2. Preston, A. R. og Eichenbaum, H. (2013). Samspil mellem hippocampus og præfrontal cortex i hukommelsen. Curr. Biol. 23, R764-R773. doi: 10.1016/j.cub. 2013.05.041
3. Eichenbaum, H. Præfrontale-hippocampale interaktioner i episodisk hukommelse. Nat. Rev. Neurosci. 18, 547-558 (2017).
4. Wagner, A.D., et al. Parietallappens bidrag til episodisk hukommelseshentning. Trends Cogn. Sci. 9, 445-453 (2005).
5. Koch, Giacomo, et al. "Transkraniel magnetisk stimulering af precuneus forbedrer hukommelsen og neural aktivitet ved prodromal Alzheimers sygdom." Neurobillede 169 (2018): 302-311.
6. Lang, Stefan, et al. "Theta band high-definition transkraniel vekselstrømsstimulering, men ikke transkraniel jævnstrømsstimulering, forbedrer den associative hukommelses ydeevne." Videnskabelige rapporter 9.1 (2019): 1-11.
7. Wang, Jane X., et al. "Målrettet forbedring af cortical-hipocampus hjernenetværk og associativ hukommelse." Science 345.6200 (2014): 1054-1057.
8. Wang, He, et al. "Cortico-hippocampus hjerneforbindelses-guidet gentagne transkraniel magnetisk stimulering forbedrer face-cued ord-baseret associativ hukommelse på kort sigt." Frontiers in Human Neuroscience 14 (2020).
9. Grossman, Nir, et al. "Ikke-invasiv dyb hjernestimulering via tidsmæssigt forstyrrende elektriske felter." Celle 169,6 (2017): 1029-1041.
10. Ma, Ru, et al. "Høj gamma- og beta-temporal interferensstimulering i den menneskelige motoriske cortex forbedrer motoriske funktioner." bioRxiv (2021).
11. Wessel, Maximilian Jonas, et al. "Beviser for tidsbestemt interferens (TI) stimuleringseffekter på motorisk striatum." Hjernestimulation: Grundlæggende, translationel og klinisk forskning i neuromodulation 14.6 (2021): 1684.