Kognitive Verbesserung durch modellbasierte und individualisierte Neurostimulation

Der Zweck dieser Forschung besteht darin, die Auswirkungen verschiedener transkranieller Elektrostimulationsprotokolle (tES) sowohl auf das EEG als auch auf Verhaltensmarker im Zusammenhang mit Aufmerksamkeit und kognitiver Kontrolle zu vergleichen. Beide herkömmlichen tES-Protokolle (tDCS, tACS) werden mit maßgeschneiderten Stimulationswellenformen verglichen, die aus einem individualisierten neuronalen Modell des gesamten Gehirns (MINDy) abgeleitet wurden, und mit Perioden der Schein- oder Nichtstimulation.

Nicht-invasive Hirnstimulationsansätze sind als Intervention zur Verbesserung der kognitiven und Gehirnfunktionen beim Menschen vielversprechend, sowohl bei klinisch beeinträchtigten als auch bei gesunden jungen Erwachsenen. Transkranielle Elektrostimulation, bekannt als tES, bezieht sich auf eine Familie von Methoden, die kostengünstige Technologien nutzen und Ströme geringer Intensität verwenden, die für den Menschen sicher sind und ein minimales Risiko von Nebenwirkungen oder unerwünschten Ereignissen bergen. Herkömmliche Ansätze, die feste Gleichströme (tDCS) oder Wechselströme mit einer festen Oszillationsfrequenz (tACS) verwenden, werden sowohl als Grundlagenforschungsinstrument als auch als klinische Intervention häufig eingesetzt. Die aktuelle Literatur legt jedoch nahe, dass tES möglicherweise effektiver ist, wenn es mit Stimulationsprotokollen eingesetzt wird, die: 1) personalisiert sind (d. h. individuelle Unterschiede in der Anatomie und Funktion des Gehirns berücksichtigen); und 2) informiert durch ein Verständnis der Mechanismen, die die Aktivierungsdynamik und Interaktionen des Gehirnnetzwerks steuern.

Die Forscher werden ein Einzelgruppendesign verwenden, bei dem 60 gesunde junge Erwachsene unterschiedliche Stimulationsprotokolle erhalten (plus weitere 10–12, die während der ersten Pilottestphase rekrutiert wurden), randomisiert innerhalb des Probanden in einem der Ruhezustände (Ziele 1, 2). ) oder kognitive Aufgabenbedingungen (Ziel 3), während die Gehirnaktivität mit Elektroenzephalographie (EEG) überwacht wird. Während der EEG-Aufzeichnungsperioden werden Stimulationsperioden zufällig mit Epochen der Schein- oder Nichtstimulation vermischt, wobei die Teilnehmer für die Erkrankung maskiert werden. Darüber hinaus werden konventionelle Stimulationsprotokolle (tDCS, tACS) mit maßgeschneiderten Stimulationswellenformen verglichen, die aus einem individualisierten neuronalen Modell des gesamten Gehirns abgeleitet wurden.

Die Studie besteht aus zwei EEG+tES-Sitzungen, die jeweils etwa eine Stunde dauern und an verschiedenen Tagen stattfinden.

Die Ergebnisse werden anhand verschiedener EEG-Marker bewertet, einschließlich der spektralen Leistung sowohl am Stimulationsort als auch in Zielhirnnetzwerken, die mit Aufmerksamkeit und kognitiver Kontrolle verbunden sind (frontoparietale [FPN] und Standardmodus-Netzwerke [DMN]). Die Verhaltensleistung wird auch anhand einer etablierten experimentellen Aufgabe (AX-CPT) bewertet, die Aufmerksamkeit und kognitive Kontrollanforderungen im Hinblick auf wichtige Genauigkeits- und Reaktionszeit-Leistungsindizes manipuliert.