Optimieren von tDCS zur Verbesserung von Dual Task Gait und Balance (OptiStim)

Stehen und Gehen werden fast immer im Einklang mit anderen kognitiven Aufgaben wie Sprechen, Lesen oder Entscheiden erledigt. Die Fähigkeit, diese wichtige Art von „Dual Tasking“ auszuführen, ist entscheidend für die täglichen Aktivitäten und hängt von der eigenen Fähigkeit ab, geeignete Gehirnnetzwerke, einschließlich des linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (dlPFC), effektiv zu aktivieren. Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine sichere, nicht-invasive Technologie, die die Erregbarkeit des Gehirns (d. h. die Wahrscheinlichkeit einer Aktivierung) selektiv modulieren kann, indem schwache Ströme zwischen auf der Kopfhaut platzierten Elektroden geleitet werden. Die Forscher haben durch eine Reihe von Studien gezeigt, dass eine einzelne, 20-minütige Exposition von tDCS, die auf die linke dlPFC abzielt – verabreicht über zwei große Schwammelektroden – die Kosten für doppelte Aufgaben auf Metriken der Haltungskontrolle im Stehen und des Gangs reduziert, wenn sie unmittelbar nach der Stimulation getestet werden. Dennoch haben die Forscher und andere auch eine relativ hohe Variabilität zwischen den Probanden bei den Auswirkungen dieser „traditionellen“ bipolaren Form von tDCS beobachtet. Die Forscher behaupten, dass diese Variabilität in der Wirksamkeit teilweise auf einen relativ diffusen und unspezifischen Stromfluss bei Verwendung großer Schwammelektroden in Kombination mit individueller Variabilität in der Kopf- und Gehirnanatomie zurückzuführen ist, die den Stromfluss und das erzeugte elektrische Feld in der Zielregion des Gehirns erheblich verändert. In diesem Projekt werden die Forscher die jüngsten Fortschritte in der tDCS-Modellierung und -Verwaltung anwenden, um 1) die elektrischen Felder zu modellieren, die von traditionellen tDCS bei älteren Erwachsenen unter Verwendung ihrer individuellen strukturellen Gehirn-MRTs erzeugt werden, und 2) personalisierte tDCS zu entwickeln, die über ein Array von acht kleinen übertragen werden Gelelektroden – durch Verwenden von Optimierungsalgorithmen zum Bestimmen der Elektrodenplatzierung und Stromparameter, die zum Erzeugen des gewünschten elektrischen Felds mit der interessierenden Gehirnregion erforderlich sind.

Das spezifische Ziel besteht darin, die unmittelbaren Nachwirkungen von personalisierter tDCS, traditioneller tDCS und Scheinstimulation auf das Stehen und Gehen mit zwei Aufgaben bei älteren Erwachsenen zu untersuchen. Die Studienpopulation besteht aus älteren Männern und Frauen ohne offenkundige Erkrankung oder Krankheit, jedoch mit einer schlechten Ausgangsleistung bei zwei Aufgaben, definiert als Kosten (d. h. Verringerung) bei zwei Aufgaben für die Gehgeschwindigkeit von mindestens 20 %, die durch gleichzeitiges Ausführen einer seriellen Subtraktionsaufgabe induziert werden, wenn gehen.

Die Forscher gehen davon aus, dass bei allen Teilnehmern die Wirkung der traditionellen tDCS auf die Steh- und Gehleistung bei zwei Aufgaben mit einer bestimmten Komponente des elektrischen Felds korreliert, das über dem linken dlPFC-Ziel erzeugt wird. Die Forscher gehen auch davon aus, dass personalisierte tDCS A) größere Auswirkungen auf die Steh- und Gehleistung mit zwei Aufgaben im Vergleich zu herkömmlicher tDCS und Scheinstimulation hervorrufen und B) diese Effekte im Vergleich zu herkömmlicher tDCS bei den einzelnen Personen konsistenter sein werden. Dieses Projekt wird wichtige Einblicke in die tDCS-"Dosierung" liefern, die es den Forschern und vielen anderen Forschern ermöglichen wird, diese Form der nicht-invasiven Hirnstimulation besser zu verstehen, zu kontrollieren und für die individuelle Kopf- und Gehirnanatomie zu optimieren. Es wird auch erwartet, dass es zeigt, dass die personalisierte tDCS im Vergleich zum traditionellen Ansatz die Größe und Konsistenz der beobachteten Vorteile des Stehens und Gehens mit zwei Aufgaben bei gefährdeten älteren Erwachsenen signifikant verbessert.