Intrakraniel EEG til at teste, hvordan ikke-invasiv stimulation påvirker hippocampus-afhængig hukommelse

Dette eksploratoriske projekt kombinerer ikke-invasiv hjerne-stimulation med invasive/neurokirurgiske elektrofysiologiske optagelser hos mennesker for at identificere mekanismer for, hvordan stimulation rettet mod det hippocampale netværk påvirker episodisk hukommelsespræstation. Dysfunktion i det hippocampale netværk er forbundet med episodiske hukommelsesforstyrrelser i en række neurologiske og psykiatriske lidelser. Kerneregioner i dette netværk, såsom hippocampus, er for dybt placeret i hjernen til at blive direkte påvirket af velvaliderede ikke-invasive neuromoduleringsmetoder. Hippocampal Indirectly Targeted Stimulation ("HITS") adresserer denne begrænsning ved at målrette hippocampus indirekte via stimulerings-tilgængelige neokortikale hippocampale netværksplaceringer, hvorpå mønsteret transkraniel magnetisk stimulation anvendes. HITS forbedrer pålideligt episodisk hukommelsespræstation og øger fMRI-aktiviteten i det hippocampale netværk, inklusive hippocampus. Det er dog ikke klart, hvordan HITS påvirker neural aktivitet for at producere disse effekter. Hukommelsespræstation understøttes af rumtidskoordineret neural aktivitet i det hippocampale netværk, såsom i synkronisering af thetafrekvensbåndets oscillerende aktivitet. Forskerne formoder, at HITS direkte påvirker denne koordinerede aktivitet inden for det hippocampale netværk. Alternativt kunne HITS have en række uspecifikke, indirekte eller neuromodulerende effekter, som ikke nødvendigvis er specifikke for det hippocampale netværk. Intrakraniel EEG (iEEG) optaget fra multikontakt dybde makroelektroder hos patienter, der gennemgår neurokirurgiske procedurer, giver den nødvendige tidsmæssige og rumlige præcision, der kræves for at teste hypotesen om, at HITS direkte påvirker hippocampalt netværksaktivitet. Forskerne vil derfor udføre HITS hos patienter, der gennemgår iEEG. Forskerne vil fastslå HITS' indvirkning på aktiviteten i det hippocampale netværk versus på ikke-målrettede hjerneområder. For at teste, om HITS påvirker koordineringen af theta-båndets oscillerende aktivitet, der er særligt vigtig for hukommelsen, vil forskerne bruge en stimuleringsrytme, der maksimalt bør påvirke denne aktivitet (theta-burst mønsteret stimulation) versus kontrolrytmer og vil administrere HITS under en hukommelsesopgave versus under opgavefri perioder. Dette er et ideelt eksploratorisk projekt, fordi HITS-iEEG har en stærk videnskabelig begrundelse, men involverer mange tekniske og logistiske udfordringer, der endnu ikke er løst. Succes kunne motivere højt indflydelsesrig forskning ved hjælp af HITS-iEEG. For eksempel kunne forståelse af neurale mekanismer for, hvordan HITS forbedrer episodisk hukommelse, belyse, hvordan man opnår hukommelsesforbedring via andre metoder, såsom ved dyb-hjerne-stimulation, ved portable ikke-invasive elektriske stimuleringsmetoder eller ved næste generations ikke-invasive stimuleringsteknologier. Denne fremtidige forskning ville have stærk videnskabelig potentiale i at levere stimulerings-baserede kausale tests af hjerne-adfærdsrelationer for hukommelse. Resultater kunne motivere hjerne-stimulationsterapi for neurologiske og psykiatriske hukommelseslidelser.