Transkranielle Ultraschall-Neuromodulation des primären visuellen Kortex und des primären auditorischen Kortex beim Menschen

Diese Studie wird die Auswirkungen von niederintensivem transkraniellem fokussiertem Ultraschall (tFUS) auf die Gehirnaktivität bei gesunden erwachsenen Freiwilligen untersuchen. Transkranieller Ultraschall ist eine nicht-invasive Technik, die akustische Energie durch den Schädel in eine kleine, gezielte Region des Gehirns überträgt. Im Gegensatz zu anderen Formen der nicht-invasiven Hirnstimulation kann Ultraschall tiefe und oberflächliche Gehirnstrukturen mit millimetergenauer Präzision erreichen.

Transkranieller Ultraschall wird derzeit als potenzielle Behandlung für neurologische und psychiatrische Erkrankungen erforscht, einschließlich chronischer Schmerzen, Sucht und Depression. Die optimalen Stimulationsparameter zur Steigerung oder Verringerung der Gehirnaktivität beim Menschen sind jedoch noch nicht gut etabliert. Ziel dieser Studie ist es, herauszufinden, welche Ultraschallpulsparameter eine messbare Erregung oder Unterdrückung der Gehirnaktivität im menschlichen Kortex bewirken.

Die Studie konzentriert sich auf zwei Gehirnregionen: den primären visuellen Kortex und den primären auditorischen Kortex. Diese Regionen wurden ausgewählt, weil die Stimulation dieser Bereiche Wahrnehmungserfahrungen hervorrufen kann, wie zum Beispiel das Sehen von Lichtblitzen oder das Hören von Tönen. Diese Wahrnehmungsberichte ermöglichen es den Forschern zusammen mit Hirnaufzeichnungen, direkt zu beurteilen, wie Ultraschall die neuronale Aktivität beeinflusst.

Die Teilnehmer absolvieren drei Besuche.

Während Besuch 1 durchlaufen die Teilnehmer eine informierte Einwilligung, Basisuntersuchungen der visuellen oder auditorischen Funktion und eine Magnetresonanztomographie (MRT). Die MRT-Scans werden verwendet, um die individuelle Gehirnanatomie jedes Teilnehmers zu identifizieren und das Stimulationsziel präzise zu lokalisieren.

Während Besuch 2 erhalten die Teilnehmer eine Ultraschallstimulation, während die Gehirnaktivität mittels Elektroenzephalographie (EEG) aufgezeichnet wird. EEG ist eine nicht-invasive Methode, die elektrische Signale von der Kopfhaut misst. Vor der Stimulation werden die grundlegenden Hirnreaktionen auf visuelle oder auditorische Reize aufgezeichnet. Anschließend wird Ultraschall in kurzen Impulsen abgegeben, während das EEG weiterhin die Gehirnaktivität aufzeichnet. Die Teilnehmer können gebeten werden, über alle während der Stimulation empfundenen Empfindungen zu berichten. Nach der Stimulation werden zusätzliche EEG-Aufzeichnungen und Verhaltenstests durchgeführt, um kurzfristige Effekte zu bewerten.

Drei verschiedene Ultraschallpulsdauern werden in randomisierter Reihenfolge getestet. Jede Stimulationsbedingung besteht aus kurzen Impulsen, die durch Ruhephasen getrennt sind. Die Gesamtstimulationszeit ist begrenzt, und zwischen den Bedingungen werden Ruheintervalle eingefügt.

Während Besuch 3, der mindestens eine Woche später stattfindet, wiederholen die Teilnehmer die Verhaltenstests und unterziehen sich einem Folge-MRT-Scan, um zu bestätigen, dass keine strukturellen Veränderungen aufgetreten sind.

Die in dieser Studie verwendeten Ultraschallintensitäten liegen unter den festgelegten Sicherheitsgrenzen der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) für diagnostischen Ultraschall. Die räumliche Spitzenpuls-Durchschnittsintensität (Isppa) und die räumliche Spitzenzeit-Durchschnittsintensität (Ispta) werden unter den FDA-Expositionsgrenzen gehalten, selbst bevor die Dämpfung des Signals durch den Schädel berücksichtigt wird. Auch die mechanischen Index (MI)-Werte bleiben unter den empfohlenen Sicherheitsschwellen. Basierend auf früheren Humanstudien mit Tausenden von Teilnehmern wird das Risiko schwerwiegender Nebenwirkungen als sehr gering eingeschätzt.

Mögliche Risiken umfassen vorübergehende Kopfhautbeschwerden, leichte Hautreizungen durch Ultraschallgel oder vorübergehende sensorische Effekte wie Lichtblitze oder Geräusche. Obwohl bei Humanstudien mit diesen Parametern keine Krampfanfälle berichtet wurden, moduliert Ultraschall die Gehirnaktivität, und ein theoretisches Risiko ähnlich anderen nicht-invasiven Hirnstimulationsmethoden besteht. Die Teilnehmer werden während aller Verfahren überwacht.

Es gibt keinen direkten medizinischen Nutzen für die Teilnehmer. Die Ergebnisse dieser Studie können jedoch dazu beitragen, die Entwicklung von Ultraschall-basierten Behandlungen für neurologische und psychiatrische Erkrankungen zu leiten und das Verständnis dafür zu verbessern, wie gezielte Hirnstimulation die sensorische Wahrnehmung beeinflusst.

Die gesammelten Daten umfassen MRT-Bilder, EEG-Aufzeichnungen, Verhaltensleistungsmessungen und von den Teilnehmern berichtete Erfahrungen. Alle Daten werden gemäß den institutionellen Richtlinien kodiert und sicher gespeichert.