Modulation des episodischen Gedächtnisses mit Theta-Burst-Stimulation (TBS)

Ziele und Hypothesen Der Zweck der Studie ist es, die Wirkung der Theta-Burst-Stimulation (TBS), die ein relativ neues Paradigma der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) ist, auf das episodische Gedächtnis (EM) bei gesunden älteren Erwachsenen (hOA) zu bewerten.

Ziel 1: Bewertung der Wirkung der Theta-Burst-Stimulation (TBS) auf das episodische Gedächtnis (EM) bei gesunden älteren Erwachsenen. Hypothese 1 – Es wird eine signifikante Verbesserung der EM im Vergleich zum Ausgangswert mit einer TBS-Sitzung geben.

Ziel 2: Korrelieren Sie die Integrität der weißen Substanz mit der Verbesserung des Aufgabenabrufs mit TBS. Hypothese 2 – Stärkere Bahnverbindungen der weißen Substanz (WM) korrelieren mit einer stärkeren Verbesserung der Abrufleistung.

HINTERGRUND Die Alzheimer-Krankheit (AD) betrifft 5 Millionen Amerikaner und verursacht Kosten von über 200 Milliarden Dollar. Das erste und am stärksten schwächende Symptom von AD ist ein schwerwiegendes Defizit in der Fähigkeit, sich an persönliche vergangene Ereignisse zu erinnern, oder das episodische Gedächtnis (EM), das die Patienten schließlich von Familie und Freunden isoliert und unfähig macht, unabhängig zu leben. Dieses EM-Defizit spiegelt hauptsächlich die Verschlechterung der medialen Temporallappenregionen wider, insbesondere des Hippocampus (HC). AD-Behandlungen müssen sehr früh im Krankheitsverlauf beginnen, wenn der Hirnschaden noch gering ist, und das früheste Stadium, in dem AD diagnostiziert werden kann, ist als leichte kognitive Beeinträchtigung aufgrund von AD (MCI-AD) bekannt.

Kürzlich wurden verschiedene Formen nichtinvasiver Hirnstimulationstechniken bei gesunden älteren Erwachsenen, AD und MCI-AD angewendet, um Gedächtnisstörungen zu verbessern. Die meisten dieser Studien verwendeten hochfrequente repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS), die auf den linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) angewendet wurde. Obwohl eine kleine Anzahl dieser Studien vorteilhafte Wirkungen gezeigt hat, bleiben erhebliche Fragen offen, ob TMS klinisch relevante Wirkungen bei älteren Bevölkerungsgruppen hat und welche neurowissenschaftlichen Mechanismen diese Wirkungen erklären. Ein Hindernis für die Verwendung von TMS zur Verbesserung von EM besteht darin, dass die Gehirnregion, die für EM am kritischsten und am stärksten von früher AD betroffen ist, der Hippocampus (HC), tief im Gehirn liegt, jenseits der direkten Auswirkungen von TMS (~ 1 "unter dem Schädel). Eine Studie versuchte, den Hippocampus und peri-hippocampale Regionen für die Stimulation über TMS anzusprechen. Sie stimulierten den lateralen parietalen Kortex und nutzten die funktionelle Konnektivität zwischen dieser Region und Hippocampus-/peri-hippocampalen Regionen (hauptsächlich entorhinaler Kortex), um die Leistung bei einer assoziativen Gedächtnisaufgabe zu verbessern. Der untere Längsfaszikulus verbindet den Winkelgyrus mit Hippocampus- und Parahippocampusregionen und könnte Stimulationseffekte von kortikalen zu subkortikalen Strukturen ausbreiten, obwohl Studien zur Wirkung auf TMS auf neuronale Populationen der weißen Substanz begrenzt sind, wie unten detailliert beschrieben. Die Wirkung von TMS auf neuronale Populationen in den Bahnen der weißen Substanz wurde kürzlich mithilfe von Traktographie und E-Feld-Berechnungen modelliert, und diese Ansätze müssen zunehmend berücksichtigen, welcher Prozentsatz der Varianz der motorischen Schwelle (MT) auf die Bahnen der weißen Substanz zurückzuführen wäre .

TBS ist ein starkes Paradigma von TMS. Wie in einem wegweisenden Artikel von Huang et al. beschrieben, gibt es zwei Muster für das Paradigma: - kontinuierliche Theta-Burst-Stimulation (cTBS) und intermittierende Theta-Burst-Stimulation (iTBS). Ersteres erzeugt eine Unterdrückung von MEP und letzteres erzeugt eine Zunahme von MEP. iTBS liefert 50-Hz-Stimuli in 10er-Paketen mit einer Dauer von 2 Sekunden. Jeder bei 50 Hz abgegebene Stimulus-Burst wird alle 200 Millisekunden abgegeben, wodurch die Gesamtfrequenz der Stimulusabgabe 5 Hz beträgt. Daher umfasst die Stimulation verschachtelte 50-Hz-Bursts (Gamma-Frequenz), die bei 5 Hz (Theta-Frequenz) gegeben werden. Die meisten Untersuchungsstudien, die keine Behandlungsergebnisse enthielten, verwendeten entweder 40 Sekunden cTBS oder 190 Sekunden iTBS. Es hat sich gezeigt, dass diese beiden Paradigmen 60 Minuten lang Veränderungen bei MEP verursachen. Variationen im Stimulationsmuster waren ebenfalls wirksam, obwohl es nur begrenzte Studien gibt, die ihre Verwendung rechtfertigen. Die Forscher schlagen daher vor, die Funktion der Hippocampusformation bei gesunden älteren Erwachsenen (hOA) zu stimulieren, indem sie auf eine kortikale Region abzielen, die direkt mit der Hippocampusformation verbunden ist: dem Gyrus Angular. Um die indirekten Auswirkungen auf die Bildung des Hippocampus zu verstärken, werden die Forscher die leistungsstärkste verfügbare TMS-Technik verwenden, die intermittierende Theta-Burst-Stimulation (iTBS).

METHODIK Die Studie ist als Pilotstudie zur Bewertung der Wirkung von TBS auf EM bei gesunden älteren Erwachsenen (hOA) konzipiert. Die Ermittler planen, 30 Teilnehmer zu screenen, um 20 Probanden auszuwählen.

Screening Potenzielle Teilnehmer werden in der Altersgruppe von 60-80 Jahren sein und umfassen Probanden, die für frühere Studien im Cabeza Lab (Pro00005021) rekrutiert wurden und daher bereits Bildgebungsdaten des Gehirns gesammelt haben.

Studienablauf Am ersten Tag der Studie wird den Probanden die Toolbox des National Institute of Health (NIH) verabreicht. Die NIH-Toolbox ist ein umfassender Satz neurologischer Verhaltensmessungen, mit denen kognitive Funktionen schnell und bequem von einem iPad aus bewertet werden können. Die für die Verwaltung der NIH-Toolbox vorgesehene Gesamtzeit beträgt 45 Minuten. Anschließend wird bei den Probanden ein motorisch evoziertes Potenzial (MEP) durchgeführt, wonach ihnen eine intermittierende Theta-Burst-Stimulation (iTBS) am motorischen Kortex verabreicht wird. Danach folgt wieder die Messung des motorisch evozierten Potentials (MEP). Probanden, die keine 10 %ige Steigerung des motorisch evozierten Potenzials (MEP) mit iTBS zeigen, werden von weiteren Teilen der Studie ausgeschlossen.

Unsere Studie verwendet eine bestimmte Art von TMS, die als intermittierende Theta-Burst-Stimulation (iTBS) bekannt ist. Am Tag 1 der Studie wird den Probanden entweder linksseitiges iTBS an den motorischen Kortex verabreicht. Das Thema wird auf einem Stuhl sitzen. Elektromyogramm (EMG)-Elektroden werden zur Aufzeichnung des motorisch evozierten Potentials (MEP) an der rechten Hand angebracht. Für iTBS würde die aktive motorische Schwelle 80 % betragen, wie sie in den meisten in diesem Review beschriebenen Theta-Burst-Studien verwendet wird. Die Probanden würden iTBS erhalten, das 50-Hz-Bursts umfasst, die bei 3 bis 5 Hz für fast 3 Minuten gegeben werden, was 19 Züge und 600 Impulse umfasst. Das Thema wird überwacht, bis die Abgeordneten zum Ausgangswert zurückkehren. Zu Beginn und am Ende der experimentellen Sitzung wird eine Checkliste für Nebenwirkungen ausgefüllt. Alle Sitzungen werden von einem der Protokollprüfer oder von einem ausgebildeten und akkreditierten Forschungsassistenten unter Aufsicht der Protokollprüfer durchgeführt.

Wenn beim MEP ein Anstieg von 10 % zu sehen ist, erhalten die Probanden eine Stunde nach der Screening-Sitzung eine zweite iTBS-Sitzung oder eine Scheinstimulation des linken Winkelgyrus. Wenn sie iTBS erhalten, umfasst dies 6 Minuten Stimulation, was 1200 Impulsen und 38 Stimulusfolgen entspricht. Das Thema wird überwacht, bis die Abgeordneten zum Ausgangswert zurückkehren. Zu Beginn und am Ende der experimentellen Sitzung wird eine Checkliste für Nebenwirkungen ausgefüllt. Bei der Scheinstimulation werden oberflächliche Elektroden verwendet, um die Erfahrung einer tatsächlichen Stimulation nachzuahmen. Alle Sitzungen werden von einem der Protokollprüfer oder von einem ausgebildeten und akkreditierten Forschungsassistenten unter Aufsicht der Protokollprüfer durchgeführt. Die Probanden führen Codierungsversuche der episodischen Gedächtnisaufgabe mit Stimulation und Abruf eines Teils der Aufgabe nach der Stimulation durch.