Auswirkungen gepulster elektromagnetischer Felder (PEMFS) auf die zerebrale Hämodynamik (EPOCH)

Human- und Tierstudien haben über den positiven Einfluss von Bewegung auf die kognitiven und Gehirnfunktionen berichtet. Dementsprechend zieht Bewegung als möglicher Lebensstilfaktor zur Verbesserung neurokognitiver Funktionen zunehmend die Aufmerksamkeit der Forschung auf sich.

Gepulste elektromagnetische Felder (PEMFs) mit niedriger Frequenz und niedriger Amplitude rekapitulieren viele der Vorteile des Trainings, indem sie viele der gleichen zellulären Second-Messenger-Kaskaden aktivieren, die durch mechanischen Input (Übung) aktiviert werden, jedoch ohne eine physische Belastung der Zellen auszuüben. Durch eine Reihe von In-vitro- und In-vivo-Experimenten haben die Forscher gezeigt, dass das PEMF-System bei Feldstärken von 1–2 mT die Muskeln stimuliert, ohne das Gewebe körperlich zu belasten, und die folgenden Vorteile bietet: 1) verlangsamt den Muskelabbau, 2) verbessert sich Muskelkraft und 3) setzt wichtige regenerative und stoffwechselanregende Wirkstoffe frei.

Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ist eine relativ neue optische Bildgebungstechnologie, die Licht im Nahinfrarotspektrum verwendet, um die durch neurale Aktivität hervorgerufenen hämodynamischen Reaktionen nicht-invasiv zu überwachen, indem die Veränderungen von Oxyhämoglobin (HbO) und Desoxyhämoglobin (HbR) gemessen werden. Konzentrationen in der Großhirnrinde. Die erhöhte Blutversorgung des Bereichs der neuralen Aktivierung führt typischerweise zu einem Anstieg der HbO-Konzentration, während aufgrund des Auswascheffekts des Blutes ein Abfall des HbR beobachtet wird. Es wurde gezeigt, dass die HbO- und HbR-Antworten von fNIRS-Messungen räumlich und zeitlich mit dem durch fMRT erhaltenen, vom Blutsauerstoffgehalt abhängigen Signal korrelieren. Der Vorteil von fNIRS gegenüber anderen Bildgebungsverfahren besteht darin, dass es kostengünstig, nicht-invasiv, nicht ionisierend und tragbar ist, was es zu einer sehr beliebten Modalität für die Implementierung von Gehirn-Computer-Schnittstellen macht. OBELAB NIRSIT ist ein kommerziell erhältliches fNIRS-Gerät mit hoher Dichte, das hämodynamische Variationen im präfrontalen Kortex (PFC) optisch misst.

Gepulste elektromagnetische Felder mit niedriger Frequenz und niedriger Amplitude (PEMFs) rekapitulieren viele der gesundheitlichen Vorteile von Bewegung, indem sie viele der gleichen zellulären Second-Messenger-Kaskaden aktivieren, die durch mechanischen Input (Übung) aktiviert werden, jedoch ohne die Zellen körperlich zu belasten. Reaktionsfenster sind eine weitgehend unerkannte Regel in mechanobiologischen Systemen, wobei Zellen am besten auf eine gegebene Belastung, Dauer und Frequenz der Stimulation reagieren; eine größere Belastung durch eine höhere Frequenz und Dauer der Stimulation ist ein zu großer Stress für die Zellen und führt zu Nullreaktionen.

Die Forscher haben gezeigt, dass PEMFs ebenfalls einem elektromagnetischen Wirkungsfenster gehorchen, mit zeitlichen und Frequenzabhängigkeiten von ähnlichem Ausmaß wie denen, die für mechanische Stimulation erforderlich sind, was die Schlussfolgerung weiter unterstützt, dass PEMFs zelluläre Mechanotransduktionswege aktivieren. Bei Feldstärken von 1–2 mT Amplitude stimuliert das PEMF-System die Muskeln, ohne das Gewebe körperlich zu belasten, und zielt darauf ab, die folgenden Vorteile zu erzielen: 1) verlangsamt den Muskelabbau; 2) verbessert die Muskelkraft und; 3) setzt wichtige regenerative und stoffwechselanregende Wirkstoffe frei. Dementsprechend wird diese Studie die übungsmimetischen Wirkungen von PEMFs auf die zerebrale Hämodynamik und die kognitive Leistungsfähigkeit über das Targeting von Muskeln untersuchen. Die Ergebnisse dieser Studie werden die zukünftige Arbeit mit Patienten mit Gedächtnisdefiziten, wie z. B. leichten kognitiven Beeinträchtigungen, unterstützen, um möglicherweise das Fortschreiten der Krankheit abzuschwächen.