Wirkungen der Photobiomodulation auf Hirnkonnektivität und kognitive Funktion bei kognitiver Beeinträchtigung (PBM-CogConnect)

Amnestische leichte kognitive Beeinträchtigung (aMCI) ist mit frühen Störungen in großskaligen Hirnnetzwerken verbunden, einschließlich des Default Mode Network (DMN), das bei Personen mit erhöhtem Alzheimer-Risiko oft ineffiziente oder abnorm hohe Konnektivität zeigt. Menschliche Studien, die den Einfluss von transkranieller Photobiomodulation (t-PBM) auf die DMN-Konnektivität und kognitive Leistung bei aMCI untersuchen, bleiben begrenzt, und wenige kontrollierte Studien haben Gruppen × Zeit-Interaktionseffekte bewertet. Diese Studie wurde konzipiert, um diese Lücke zu schließen, indem sie evaluiert, ob t-PBM messbare Veränderungen in der Ruhezustands-funktionellen Konnektivität und kognitiven Ergebnissen bewirkt, wenn sie mit kognitiver Rehabilitation kombiniert wird.

Die Studie verwendet ein randomisiertes, sham-kontrolliertes Prätest-Posttest-Design. Teilnehmer mit aMCI wurden zufällig zugewiesen, entweder aktive t-PBM gepaart mit einem kognitiven Rehabilitationsprogramm oder Sham-t-PBM mit derselben kognitiven Rehabilitation zu erhalten. Die Intervention wurde über acht Sitzungen durchgeführt. Kognitive Bewertungen und Ruhezustands-fMRT-Scans wurden vor der ersten Sitzung und nach der letzten Sitzung durchgeführt, um Veränderungen der kognitiven Leistung und DMN-Konnektivität zu bewerten. Das experimentelle Modell ermöglicht die direkte Bewertung behandlungsbedingter neuronaler Veränderungen unter Berücksichtigung natürlicher Variationen und Übungseffekte.

Um Störfaktoren zu minimieren, wurde die Ernährungskonstanz überwacht. Alle Teilnehmer absolvierten einen Ernährungsberaterbesuch zu Beginn und zur Nachuntersuchung, um Essgewohnheiten zu dokumentieren und den Einfluss ernährungsbedingter Veränderungen auf kognitive oder bildgebende Ergebnisse zu reduzieren. Zusätzlich wurden periphere venöse Blutproben zu Beginn für genetische Analysen entnommen. Die Genotypisierung zielte auf APOE-Allele (rs429358, rs7412) und den COMT Val158Met-Polymorphismus (rs4680) ab. Die DNA-Extraktion folgte silikamembranbasierten Protokollen, und die Alleldiskriminierung wurde mit TaqMan-basierter Echtzeit-PCR durchgeführt. Qualitätssicherung umfasste geblindete Laborverarbeitung, zufällige Duplikate, Call-Rate-Schwellenwerte (>95%) und Hardy-Weinberg-Gleichgewichtskriterien. Diese genetischen Daten wurden in explorative Modelle integriert, um zu untersuchen, ob der Genotyp die Ausgangshirnkonnektivität oder das Ansprechen auf die Intervention moderierte.

Die Neurobildgebung wurde mit einem GE SIGNA Hero 3,0-Tesla-MRT-System durchgeführt. Hochauflösende T1-gewichtete Strukturbilder wurden mit einer axialen MPRAGE-Sequenz erfasst (TR = 2745 ms, TE = 3,01 ms, TI = 1020 ms, Flipwinkel = 8°, 1 mm Schichtdicke, Voxelgröße 0,44 × 0,44 × 1 mm, 225 Schichten). Ruhezustands-funktionelle MRT-Daten wurden mit einer axialen Multiband-Echo-Planar-Bildgebungssequenz gesammelt (TR = 2000 ms, TE = 22 ms, Flipwinkel = 20°, Voxelgröße 3,125 × 3,125 × 3 mm, 45 Schichten, Matrix 64 × 64, 200 Volumina; etwa 6 Minuten 40 Sekunden). Die Teilnehmer wurden angewiesen, während des Scans still zu liegen, die Augen geschlossen zu halten und fokussierte geistige Aktivität zu vermeiden. Diese Daten ermöglichen eine zuverlässige Schätzung der DMN-funktionellen Konnektivität vor und nach der Intervention.

Die Studie integriert Ergebnisse der kognitiven Rehabilitation, funktionelle Neurobildgebung, Ernährungsüberwachung und genetische Profilerstellung, um neurobiologische und verhaltensbezogene Effekte von t-PBM bei aMCI zu untersuchen. Durch die Bewertung netzwerkweiter Veränderungen und potenzieller individueller Unterschiede im Therapieansprechen zielt die Studie darauf ab, das Verständnis zu verbessern, ob t-PBM als netzwerkzielgerichtete adjuvante Intervention für Personen mit früher kognitiver Beeinträchtigung dienen kann.