Intrakranielle EEG zur Prüfung, wie nicht-invasive Stimulation das Hippocampus-abhängige Gedächtnis beeinflusst

Dieses explorative Projekt kombiniert nicht-invasive Hirnstimulation mit invasiven/neurochirurgischen elektrophysiologischen Aufzeichnungen beim Menschen, um Mechanismen zu identifizieren, wie die Stimulation des hippocampalen Netzwerks die episodische Gedächtnisleistung beeinflusst. Eine Dysfunktion des hippocampalen Netzwerks ist mit episodischen Gedächtnisstörungen bei einer Vielzahl neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen assoziiert. Kernregionen dieses Netzwerks wie der Hippocampus liegen zu tief im Gehirn, um direkt von gut validierten nicht-invasiven Neuromodulationsansätzen beeinflusst zu werden. Die indirekt auf den Hippocampus gerichtete Stimulation („HITS“) adressiert diese Einschränkung, indem sie den Hippocampus indirekt über stimulationszugängliche neokortikale hippocampale Netzwerkstandorte ansteuert, auf die gepulste transkranielle Magnetstimulation angewendet wird. HITS verbessert zuverlässig die episodische Gedächtnisleistung und erhöht die fMRT-Aktivität des hippocampalen Netzwerks, einschließlich des Hippocampus. Es ist jedoch nicht klar, wie HITS die neuronale Aktivität beeinflusst, um diese Effekte zu erzeugen. Die Gedächtnisleistung wird durch räumlich-zeitlich koordinierte neuronale Aktivität des hippocampalen Netzwerks unterstützt, wie beispielsweise in der Synchronisation der oszillatorischen Aktivität im Theta-Frequenzband. Die Forscher vermuten, dass HITS diese koordinierte Aktivität innerhalb des hippocampalen Netzwerks direkt beeinflusst. Alternativ könnte HITS eine Vielzahl unspezifischer, indirekter oder neuromodulatorischer Effekte haben, die nicht unbedingt spezifisch für das hippocampale Netzwerk sind. Intrakranielle EEG (iEEG), das von Multikontakt-Tiefenmakroelektroden bei Patienten während neurochirurgischer Eingriffe aufgezeichnet wird, bietet die erforderliche zeitliche und räumliche Präzision, um die Hypothese zu testen, dass HITS die hippocampale Netzwerkaktivität direkt beeinflusst. Die Forscher werden daher HITS bei Patienten durchführen, die sich iEEG unterziehen. Die Forscher werden die Auswirkungen von HITS auf die Aktivität des hippocampalen Netzwerks im Vergleich zu nicht-zielgerichteten Hirnarealen bestimmen. Um zu testen, ob HITS die Koordination der Theta-Band-Oszillationsaktivität beeinflusst, die besonders wichtig für das Gedächtnis ist, werden die Forscher einen Stimulationsrhythmus verwenden, der diese Aktivität maximal beeinflussen sollte (Theta-Burst-Musterstimulation), gegenüber Kontrollrhythmen und werden HITS während einer Gedächtnisaufgabe gegenüber aufgabenfreien Perioden verabreichen. Dies ist ein ideales exploratives Projekt, weil HITS-iEEG eine starke wissenschaftliche Rationale hat, aber viele technische und logistische Herausforderungen beinhaltet, die noch gelöst werden müssen. Erfolg könnte hochwirksame Forschung mit HITS-iEEG motivieren. Zum Beispiel könnte das Verständnis neuronaler Mechanismen, wie HITS das episodische Gedächtnis verbessert, beleuchten, wie Gedächtnisverbesserung durch andere Methoden erreicht werden kann, wie durch tiefe Hirnstimulation, durch tragbare nicht-invasive elektrische Stimulationsmethoden oder durch nächste Generation nicht-invasiver Stimulationstechnologien. Diese zukünftige Forschung hätte starkes wissenschaftliches Potenzial, indem sie stimulationsbasierte kausale Tests von Gehirn-Verhaltens-Beziehungen für das Gedächtnis liefert. Erkenntnisse könnten Hirnstimulationstherapie für neurologische und psychiatrische Gedächtnisstörungen motivieren.