Untersuchung der Auswirkungen der Hirnstimulation auf die kognitive Kontrolle und das damit verbundene EEG bei menschlichen Probanden.

Die kognitive Kontrolle ist ein zentrales Element der menschlichen Kognition, das bei mehreren psychiatrischen Erkrankungen beeinträchtigt ist. Es steht in engem Zusammenhang mit Gehirnregionen, die bei Erkrankungen deutlich fehlreguliert sind, wie dem dorsalen anterioren cingulären Kortex (dACC), dem dorsolateralen präfrontalen Kortex (dlPFC), dem orbitofrontalen Kortex (OFC) und der Amygdala. Die Verknüpfung kognitiver Kontrolle mit spezifischen neuronalen Substraten und Interaktionen auf Schaltkreisebene ist entscheidend für das Verständnis, wie Kontrollstörungen zu neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen führen. Dies ist eine Arbeit, die am besten am Menschen durchgeführt werden kann, und deshalb werden wir die kognitive Kontrolle mithilfe intrakranieller lokaler Feldpotenzialaufzeichnungen bei menschlichen Epilepsiepatienten untersuchen. Wir werden die kognitive Kontrolle bei Patienten untersuchen, denen Elektroden zur präoperativen Lokalisierung epileptischer Anfälle implantiert werden. Diese Patienten verfügen über Elektroden in vielen Gehirnregionen, die an der kognitiven Kontrolle beteiligt sind. Dies ist eine einzigartige Gelegenheit, Daten vom menschlichen Gehirn auf Netzwerkebene aufzuzeichnen. Die Teilnehmer führen Laboraufgaben durch, bei denen die kognitive Kontrolle gemessen wird, während wir die elektrische Aktivität des Gehirns aufzeichnen. Das Ziel dieses Forschungsvorschlags besteht darin, kortikale Oszillationen zu charakterisieren und zu modellieren, die dem Konfliktlösungsaspekt der kognitiven Kontrolle in gesunden und ängstlichen/depressiven Geisteszuständen zugrunde liegen, um die Gestaltung von Neuromodulationsinterventionen zur Wiederherstellung gesunder Geisteszustände zu unterstützen. Wir werden drei komplementäre Ansätze verfolgen, um dieses Ziel zu erreichen. 1) Mithilfe eines intrakraniellen EEG, das bei Epilepsiepatienten aufgezeichnet wurde, die sich einer invasiven Überwachung zur chirurgischen Beurteilung unterzogen, werden wir kortikale neuronale Oszillationen bestimmen, die der kognitiven Kontrolle im Rahmen einer Konfliktaufgabe zugrunde liegen. Wir werden dies auch nutzen, um zwischen normalen und depressiven oder ängstlichen Probanden zu unterscheiden. 2) Wir werden ein neuronales Populationskortikalismodell verwenden, um mögliche neuronale Mechanismen zu simulieren und zu charakterisieren, die dlPFC zugrunde liegen, und zeitliche kortikale Oszillationen, die während der Konfliktverarbeitung beobachtet werden. Wir werden einen datengesteuerten Ansatz zur Schätzung relevanter Modellparameter verwenden. 3) Wir werden das auf einzelne Probanden kalibrierte Modell verwenden, um ein kortikales elektrisches Stimulationsparadigma zu entwerfen, um die simulierten Schwingungen in Richtung eines gewünschten gesunden Zustands zu modulieren. Anschließend werden wir unser Modell validieren, indem wir Modellvorhersagen an vier menschlichen Probanden testen und feststellen, ob wir sowohl neuronale Signale als auch das damit verbundene Verhalten erfolgreich ändern können.

Dies ist keine randomisierte kontrollierte Studie. Alle Teilnehmer erhalten eine Gehirnaufzeichnung und alle erhalten eine Stimulation, sobald die Stimulationsmethoden festgelegt sind. Die Randomisierung erfolgt innerhalb des Themas: Einige Blöcke der Aufgabe werden unter unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt, die unterschiedliche Aspekte der Kontrollberechnung hervorheben. Einige Blöcke verfügen über eine Gehirnstimulation, andere nicht.