非侵襲的時間干渉刺激: 脳深部のターゲットを標的とする連想記憶の調節 (Deep-HiPs)
非侵襲的時間干渉刺激: 脳深部ターゲットを標的とすることによる連想記憶調節のアプローチ
調査の概要
状態
詳細な説明
アルツハイマー病とその前臨床段階は、海馬とデフォルト モード ネットワーク [1] の進行性の神経変性変化によって特徴付けられ、その結果、エピソード記憶とその中心部分である連想記憶 [1,2] の機能障害が生じます。 連想情報の符号化は、下前頭皮質、紡錘状皮質、内側側頭葉、運動前野、および楔前部を含む後頭頂皮質を含む分散型脳ネットワークで発生します[3,4]。 以前の研究では、非侵襲的な脳刺激のツールを介して皮質海馬回路内の特定のノードを標的とすることにより、連想記憶 (AM) のパフォーマンスを操作できることが示されています [5-8]。現在の非侵襲的刺激技術によってアクセス可能。 一時的干渉刺激 (TIS) などの非侵襲的な経頭蓋電気刺激の新しいモダリティは、焦点を損なうことなく、より深い脳構造を刺激する見込みがあります [9]。
TIS は、比較的低い損失で透過できる高周波に依存しています。 皮膚電極の 2 つ (またはそれ以上) のペアによって放出される高周波キャリア (>1 kHz) は、深部末梢神経ターゲットに一時的に干渉する可能性があります。 有効な刺激周波数は、キャリア間のオフセット周波数に等しくなります。 フィールド方向と周波数オフセットを制御することにより、建設的干渉のホット スポットを正確にターゲットにすることができます。 この方法の重要な点は、1 kHz を超える周波数の搬送波を使用することです。 この範囲を超える周波数は、刺激がなく、損失が比較的少ないパススルー組織と見なされます。 これらのより高い周波数は神経組織を刺激しませんが、2 つの位相シフト周波数の干渉エンベロープは、オフセット (別名「ビート」) 周波数を 100 Hz 未満に調整できるため、活動電位を誘発する可能性があります。 最新の研究では、健康な若年成人の一次運動皮質 [10] または運動線条体 [11] に TIS を適用すると、行動にプラスの効果があることが示されました。 今日まで、TIS が AM に及ぼす影響を調査した研究はありません。
具体的な目的は次のとおりです。1) 皮質海馬回路の深部構造を対象とする概念実証研究で、新しい一時的干渉刺激 (TIS) 技術を実装します。健康な高齢者の連想記憶を調節することを目的としています。 2) TIS 効果の神経基盤を調査し、EEG/fMRI 技術を使用して、より良い時間干渉刺激結果と最適な候補者の選択に関連するバイオマーカーを見つける
- サラミ、アリレザ 他「上昇した海馬の静止状態の接続性は、老化における神経認知機能の欠如の根底にあります。」 全米科学アカデミー議事録 111.49 (2014): 17654-17659。
- Preston、A. R.、および Eichenbaum、H. (2013)。 記憶における海馬と前頭前皮質の相互作用。 現在。 生物。 23、R764-R773。 ドイ: 10.1016/j.cub. 2013.05.041
- Eichenbaum、H. エピソード記憶における前頭前野と海馬の相互作用。 ナット。 Rev.Neurosci. 18、547-558(2017)。
- ワーグナー、AD、他。 エピソード記憶検索への頭頂葉の寄与。 トレンド社 科学。 9、445-453(2005)。
- コッホ、ジャコモ 他「楔前部の経頭蓋磁気刺激は、前駆期アルツハイマー病の記憶と神経活動を強化します。」 ニューロイメージ 169 (2018): 302-311.
- ラング、ステファン、他。 「シータバンド高解像度経頭蓋交流刺激は、経頭蓋直流刺激ではなく、連想記憶のパフォーマンスを向上させます。」 科学レポート 9.1 (2019): 1-11.
- 王、ジェーン X.、他。 「皮質と海馬の脳のネットワークと連想記憶の標的を絞った強化。」 サイエンス 345.6200 (2014): 1054-1057.
- 王、彼、他。 「皮質と海馬の脳の接続性に基づく反復的な経頭蓋磁気刺激は、顔を手がかりにした単語ベースの連想記憶を短期的に強化します。」 ヒューマンニューロサイエンスの最前線 14 (2020)。
- グロスマン、ニル、他。 「一時的に干渉する電場による非侵襲的な脳深部刺激」。 セル 169.6 (2017): 1029-1041.
- マ・ルウ 他「人間の運動皮質における高ガンマおよびベータ時間干渉刺激は、運動機能を改善します。」 bioRxiv (2021)。
- ウェッセル、マクシミリアン・ジョナス 他「運動線条体に対する一時的干渉 (TI) 刺激効果の証拠。」 Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation 14.6 (2021): 1684.
研究の種類
入学 (推定)
段階
- 適用できない
連絡先と場所
研究場所
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Brno、チェコ、62500
- CEITEC Masaryk University
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コンタクト:
- Patrik Simko, PhD.
- 電話番号:+420 54949 7643
- メール:patrik.simko@ceitec.muni.cz
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コンタクト:
- Monika Pupikova, PhD.
- 電話番号:+420 54949 8313
- メール:monika.pupikova@ceitec.muni.cz
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参加基準
適格基準
就学可能な年齢
健康ボランティアの受け入れ
説明
包含基準:
- 無傷の認知
- 実験課題を理解する能力を持つ
- 右利き
除外基準:
- 左利き
- 重度の内臓疾患、がん
- 脳腫瘍、頭蓋内手術、精神疾患
- 重度の神経性脳疾患;例:てんかん、脳卒中など
- ペースメーカー/除細動器、体内の磁気共鳴と互換性のない金属の存在
- 運動不能な筋骨格障害
- スクリーニング検査に基づく認知障害
- 重度の視力障害
研究計画
研究はどのように設計されていますか?
デザインの詳細
- 主な目的:処理
- 割り当て:ランダム化
- 介入モデル:クロスオーバー割り当て
- マスキング:ダブル
武器と介入
参加者グループ / アーム |
介入・治療 |
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実験的:海馬のアクティブ TIS
参加者は、ランダム化された順序で、試験内の 3 つの条件の 1 つとして海馬のアクティブ TIS を受けます。
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TIS は、比較的低い損失で透過できる高周波に依存しています。
皮膚電極の 2 つ (またはそれ以上) のペアによって放出される高周波キャリア (>1 kHz) は、深部末梢神経ターゲットに一時的に干渉する可能性があります。
有効な刺激周波数は、キャリア間のオフセット周波数に等しくなります。
フィールド方向と周波数オフセットを制御することにより、建設的干渉のホット スポットを正確にターゲットにすることができます。
この方法の重要な点は、1 kHz を超える周波数の搬送波を使用することです。
この範囲を超える周波数は、刺激がなく、損失が比較的少ないパススルー組織と見なされます。
これらのより高い周波数は神経組織を刺激しませんが、2 つの位相シフト周波数の干渉エンベロープは、オフセット (別名「ビート」) 周波数を 100 Hz 未満に調整できるため、活動電位を誘発する可能性があります。
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実験的:楔前部のアクティブ TIS
参加者は、ランダム化された順序で試験内の 3 つの条件の 1 つとして、楔前部のアクティブ TIS を受けます。
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TIS は、比較的低い損失で透過できる高周波に依存しています。
皮膚電極の 2 つ (またはそれ以上) のペアによって放出される高周波キャリア (>1 kHz) は、深部末梢神経ターゲットに一時的に干渉する可能性があります。
有効な刺激周波数は、キャリア間のオフセット周波数に等しくなります。
フィールド方向と周波数オフセットを制御することにより、建設的干渉のホット スポットを正確にターゲットにすることができます。
この方法の重要な点は、1 kHz を超える周波数の搬送波を使用することです。
この範囲を超える周波数は、刺激がなく、損失が比較的少ないパススルー組織と見なされます。
これらのより高い周波数は神経組織を刺激しませんが、2 つの位相シフト周波数の干渉エンベロープは、オフセット (別名「ビート」) 周波数を 100 Hz 未満に調整できるため、活動電位を誘発する可能性があります。
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プラセボコンパレーター:高周波刺激
高周波 >1Khz 刺激;仮定: 神経膜による電気信号の本質的なローパス フィルタリングは、神経の電気活動が非常に高周波の振動 (例: > 1 kHz) 電場に追従するのを防ぎます。
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高周波 (>1 kHz) 刺激;キャリア周波数として標準的に使用されます。ニューロンによるハイパスフィルター効果が期待できる
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この研究は何を測定していますか?
主要な結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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顔と名前の関連付けタスクの精度
時間枠:刺激手順中に測定。研究完了までの評価、平均2年
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顔と名前の関連付けタスクは、エンコードとリコールのブロックで構成されます。
各ブロックには、一意の顔と名前のペアが含まれていました。
複数のペアに続いて、遅延とリコール期間が続きます。参加者は、5 つのオプション (つまり、1 つのターゲット名、ブロックに存在するが別の顔に関連付けられている 2 つのフォイル名) から各顔の正しい名前を選択しようとしました。タスク中に存在しなかった 2 つの気を散らす名前)。
名前を選択するたびに、参加者は選択の信頼度を評価するように求められました (1、まったく自信がないから 4、非常に自信がある)。
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刺激手順中に測定。研究完了までの評価、平均2年
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顔と名前の関連付けタスクの速度
時間枠:刺激手順中に測定。研究完了までの評価、平均2年
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顔と名前の関連付けタスクは、エンコードとリコールのブロックで構成されます。
各ブロックには、一意の顔と名前のペアが含まれていました。
複数のペアに続いて、遅延とリコール期間が続きます。参加者は、5 つのオプション (つまり、1 つのターゲット名、ブロックに存在するが別の顔に関連付けられている 2 つのフォイル名) から各顔の正しい名前を選択しようとしました。タスク中に存在しなかった 2 つの気を散らす名前)。
名前を選択するたびに、参加者は選択の信頼度を評価するように求められました (1、まったく自信がないから 4、非常に自信がある)。
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刺激手順中に測定。研究完了までの評価、平均2年
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二次結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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関心領域における静止状態の機能的接続性の変化
時間枠:刺激の約20分前のベースライン測定。刺激プロトコルの直後、最大 30 分
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静止状態の fMRI: 分析は主に、デフォルト モードのネットワーク内のノード内およびネットワーク接続間の変更に焦点を当てます。タスク ポジティブ ネットワークに二次的に焦点を当てます。つまり、中央実行ネットワークと背側注意ネットワークです。
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刺激の約20分前のベースライン測定。刺激プロトコルの直後、最大 30 分
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経頭蓋磁気刺激は、関心領域(Precuneus、前頭前皮質)の活動変化を誘発しました
時間枠:刺激の約 30 分前のベースライン測定。刺激プロトコルの直後、最大 40 分
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経頭蓋磁気刺激 (TMS) 誘発電位;刺激後に活性化される局所皮質回路とネットワークの調査
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刺激の約 30 分前のベースライン測定。刺激プロトコルの直後、最大 40 分
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協力者と研究者
出版物と役立つリンク
一般刊行物
- Koch G, Bonni S, Pellicciari MC, Casula EP, Mancini M, Esposito R, Ponzo V, Picazio S, Di Lorenzo F, Serra L, Motta C, Maiella M, Marra C, Cercignani M, Martorana A, Caltagirone C, Bozzali M. Transcranial magnetic stimulation of the precuneus enhances memory and neural activity in prodromal Alzheimer's disease. Neuroimage. 2018 Apr 1;169:302-311. doi: 10.1016/j.neuroimage.2017.12.048. Epub 2017 Dec 19.
- Wang JX, Rogers LM, Gross EZ, Ryals AJ, Dokucu ME, Brandstatt KL, Hermiller MS, Voss JL. Targeted enhancement of cortical-hippocampal brain networks and associative memory. Science. 2014 Aug 29;345(6200):1054-7. doi: 10.1126/science.1252900.
- Salami A, Pudas S, Nyberg L. Elevated hippocampal resting-state connectivity underlies deficient neurocognitive function in aging. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Dec 9;111(49):17654-9. doi: 10.1073/pnas.1410233111. Epub 2014 Nov 24.
- Preston AR, Eichenbaum H. Interplay of hippocampus and prefrontal cortex in memory. Curr Biol. 2013 Sep 9;23(17):R764-73. doi: 10.1016/j.cub.2013.05.041.
- Eichenbaum H. Prefrontal-hippocampal interactions in episodic memory. Nat Rev Neurosci. 2017 Sep;18(9):547-558. doi: 10.1038/nrn.2017.74. Epub 2017 Jun 29.
- Wagner AD, Shannon BJ, Kahn I, Buckner RL. Parietal lobe contributions to episodic memory retrieval. Trends Cogn Sci. 2005 Sep;9(9):445-53. doi: 10.1016/j.tics.2005.07.001.
- Lang S, Gan LS, Alrazi T, Monchi O. Theta band high definition transcranial alternating current stimulation, but not transcranial direct current stimulation, improves associative memory performance. Sci Rep. 2019 Jun 12;9(1):8562. doi: 10.1038/s41598-019-44680-8.
- Wang H, Jin J, Cui D, Wang X, Li Y, Liu Z, Yin T. Cortico-Hippocampal Brain Connectivity-Guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation Enhances Face-Cued Word-Based Associative Memory in the Short Term. Front Hum Neurosci. 2020 Oct 30;14:541791. doi: 10.3389/fnhum.2020.541791. eCollection 2020.
- Grossman N, Bono D, Dedic N, Kodandaramaiah SB, Rudenko A, Suk HJ, Cassara AM, Neufeld E, Kuster N, Tsai LH, Pascual-Leone A, Boyden ES. Noninvasive Deep Brain Stimulation via Temporally Interfering Electric Fields. Cell. 2017 Jun 1;169(6):1029-1041.e16. doi: 10.1016/j.cell.2017.05.024.
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一次修了 (推定)
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