Ei-invasiivinen ajallinen häiriöstimulaatio: assosiatiivisen muistin modulointi kohdistamalla syväaivokohteisiin (Deep-HiPs)

Alzheimerin taudille ja sen prekliinisille vaiheille on ominaista etenevät neurodegeneratiiviset muutokset hippokampuksessa ja oletusmuotoverkostossa [1], jotka johtavat episodimuistin ja sen keskeisen osan assosiatiivisen muistin toimintahäiriöihin [1,2]. Assosiatiivisen informaation koodaus tapahtuu hajautetuissa aivoverkoissa, joihin osallistuu alempi etukuori, fusiforminen aivokuori, mediaalinen ohimolohko, premotorinen ja posteriorinen parietaalikuori, mukaan lukien precuneus [3,4]. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että kohdistamalla tiettyihin solmuihin kortiko-hippokampuksen piireissä non-invasiivisen aivojen stimulaation työkalujen avulla assosiatiivisen muistin (AM) suorituskykyä voidaan manipuloida [5-8], mutta tämän piirin pinta-alat olivat vain suhteellisen pieniä. saatavilla nykyisillä ei-invasiivisilla stimulaatiotekniikoilla. Non-invasiivisen transkraniaalisen sähköstimulaation uudet menetelmät, kuten temporaalinen interferenssistimulaatio (TIS), lupaavat stimuloida syvempiä aivojen rakenteita vaarantamatta fokaliteettia [9].

TIS luottaa korkeisiin taajuuksiin, jotka voivat tunkeutua suhteellisen pienellä häviöllä. Kahden (tai useamman) ihoelektrodiparin lähettämät suurtaajuiset (> 1 kHz) kantajat voivat häiritä väliaikaisesti syviä ääreishermokohteita. Tehokas stimulaatiotaajuus on yhtä suuri kuin kantoaaltojen välinen siirtymätaajuus. Kentän suuntausta ja taajuuden siirtymää ohjaamalla rakentavien häiriöiden kuuma piste voidaan kohdistaa tarkasti. Tämän menetelmän tärkein näkökohta on kantoaaltojen käyttö yli 1 kHz:n taajuuksilla. Tämän alueen yläpuolella olevia taajuuksia pidetään ei-stimuloivina ja läpäisevinä kudoksina, joiden häviö on suhteellisen pieni. Vaikka nämä korkeammat taajuudet eivät stimuloi hermokudosta, kahden vaihesiirretyn taajuuden häiriöverhokäyrä voi saada aikaan toimintapotentiaalia, koska offset-taajuus (alias "lyönti") voidaan virittää vastaavasti < 100 Hz:iin. Viimeisimmät tutkimukset osoittivat TIS:n positiivisia käyttäytymisvaikutuksia primaariseen motoriseen aivokuoreen [10] tai motoriseen striatumiin [11] terveillä nuorilla aikuisilla. Tähän mennessä ei ole tutkittu TIS:n vaikutusta AM:iin.

Erityistavoitteisiin kuuluvat: 1) Toteuttaa uusi temporaalinen interferenssistimulaatio (TIS) -tekniikka konseptitutkimuksessa, joka kohdistuu kortiko-hippokampuksen piirin syviin rakenteisiin, joita ei tähän päivään mennessä ole voitu saavuttaa luotettavasti ei-invasiivisilla stimulaatiotekniikoilla. tavoitteena moduloida assosiatiivista muistia terveillä eläkeläisillä. 2) Tutki TIS-vaikutusten hermostoa ja löydä biomarkkereita, jotka liittyvät parempiin ajallisiin häiriöstimulaatiotuloksiin ja optimaaliseen ehdokkaiden valintaan käyttämällä EEG/fMRI-tekniikoita

1. Salami, Alireza et ai. "Kohonnut hippokampuksen lepotilan yhteys on taustalla puutteellisen neurokognitiivisen toiminnan ikääntyessä." Proceedings of the National Academy of Sciences 111.49 (2014): 17654-17659.
2. Preston, A. R. ja Eichenbaum, H. (2013). Hippokampuksen ja prefrontaalisen aivokuoren vuorovaikutus muistissa. Curr. Biol. 23, R764-R773. doi: 10.1016/j.cub. 2013.05.041
3. Eichenbaum, H. Prefrontal-hippocampal vuorovaikutuksia episodisessa muistissa. Nat. Rev. Neurosci. 18, 547-558 (2017).
4. Wagner, A.D., et ai. Parietaalilohkon panos episodiseen muistin hakuun. Trends Cogn. Sci. 9, 445-453 (2005).
5. Koch, Giacomo et ai. "Precuneuksen transkraniaalinen magneettinen stimulaatio parantaa muistia ja hermotoimintaa prodromaalisessa Alzheimerin taudissa." Neuroimage 169 (2018): 302-311.
6. Lang, Stefan, et ai. "Theta-kaistan teräväpiirtoinen transkraniaalinen vaihtovirtastimulaatio, mutta ei transkraniaalinen tasavirtastimulaatio, parantaa assosiatiivisen muistin suorituskykyä." Tieteelliset raportit 9.1 (2019): 1-11.
7. Wang, Jane X. et ai. "Kotikaalisten ja hippokampuksen aivoverkostojen ja assosiatiivisen muistin kohdennettu parantaminen." Science 345.6200 (2014): 1054-1057.
8. Wang, He et ai. "Kortiko-hippokampuksen aivojen yhteyksien ohjaama toistuva transkraniaalinen magneettistimulaatio parantaa kasvojen vihjailemaan sanapohjaista assosiatiivista muistia lyhyellä aikavälillä." Frontiers in Human Neuroscience 14 (2020).
9. Grossman, Nir, et ai. "Noninvasiivinen syväaivojen stimulaatio ajallisesti häiritsevien sähkökenttien kautta." Cell 169.6 (2017): 1029-1041.
10. Ma, Ru, et ai. "Suuri gamma- ja beeta-ajallinen häiriöstimulaatio ihmisen motorisessa aivokuoressa parantaa motorisia toimintoja." bioRxiv (2021).
11. Wessel, Maximilian Jonas et ai. "Todisteita ajallisen häiriön (TI) stimulaatiovaikutuksista motoriseen aivojuovioon." Aivostimulaatio: Neuromodulaation perus-, translaatio- ja kliininen tutkimus 14.6 (2021): 1684.