Niet-invasieve temporele interferentiestimulatie: associatief geheugen moduleren door zich te richten op doelen in de diepe hersenen (Deep-HiPs)

De ziekte van Alzheimer en zijn preklinische stadia worden gekenmerkt door progressieve neurodegeneratieve veranderingen in de hippocampi en het default mode netwerk [1] resulterend in disfuncties in het episodisch geheugen en het centrale deel ervan, het associatieve geheugen [1,2]. Codering van associatieve informatie vindt plaats in de gedistribueerde hersennetwerken waarbij de inferieure frontale cortex, fusiforme cortex, mediale temporale kwab, premotorische en posterieure pariëtale cortex inclusief de precuneus betrokken zijn [3,4]. Eerdere studies hebben aangetoond dat door zich te richten op specifieke knooppunten binnen de cortico-hippocampale circuits via niet-invasieve hersenstimulatie, de associatieve geheugen (AM)-prestaties kunnen worden gemanipuleerd [5-8], maar alleen relatief oppervlaktegebieden van dit circuit waren toegankelijk door de huidige niet-invasieve stimulatietechnieken. Nieuwe modaliteiten van niet-invasieve transcraniële elektrische stimulatie, zoals temporale interferentiestimulatie (TIS), houden de belofte in om diepere hersenstructuren te stimuleren zonder de focus in gevaar te brengen [9].

TIS vertrouwt op hoge frequenties die met relatief weinig verlies kunnen doordringen. Hoogfrequente dragers (> 1 kHz) die worden uitgezonden door twee (of meer) paar huidelektroden kunnen tijdelijk interfereren met diepe perifere zenuwdoelen. De effectieve stimulatiefrequentie is gelijk aan de offsetfrequentie tussen de draaggolven. Door veldoriëntatie en frequentie-offset te regelen, kan de hotspot van constructieve interferentie precies worden gericht. Het belangrijkste aspect van deze methode is het gebruik van draaggolven bij frequenties hoger dan 1 kHz. Frequenties boven dit bereik worden beschouwd als niet-stimulerend en passerend weefsel met relatief weinig verlies. Hoewel deze hogere frequenties neuraal weefsel niet stimuleren, kan de interferentie-omhulling van twee in fase verschoven frequenties actiepotentialen opwekken omdat de offset-frequentie (ook wel "beat") kan worden afgestemd op <100 Hz. De meest recente onderzoeken toonden positieve gedragseffecten aan van TIS toegepast op de primaire motorische cortex [10] of het motorische striatum [11] bij gezonde jonge volwassenen. Tot op heden hebben geen studies het effect van TIS op AM onderzocht.

De specifieke doelstellingen omvatten: 1) Implementeren van een nieuwe temporale interferentiestimulatie (TIS)-techniek in een proof-of-concept-studie gericht op diepe structuren van het cortico-hippocampale circuit, die tot op heden onbetrouwbaar onbereikbaar waren met niet-invasieve stimulatietechnieken, met het doel om associatief geheugen te moduleren bij gezonde senioren. 2) Onderzoek de neurale onderbouwing van TIS-effecten en vind biomarkers die verband houden met betere resultaten van temporele interferentiestimulatie en met de selectie van optimale kandidaten door gebruik te maken van EEG/fMRI-technieken

1. Salami, Alireza, et al. "Verhoogde connectiviteit in de rusttoestand van de hippocampus ligt ten grondslag aan een gebrekkige neurocognitieve functie bij veroudering." Proceedings van de National Academy of Sciences 111.49 (2014): 17654-17659.
2. Preston, AR, en Eichenbaum, H. (2013). Samenspel van hippocampus en prefrontale cortex in het geheugen. Curr. Biol. 23, R764-R773. doi: 10.1016/j.kub. 2013.05.041
3. Eichenbaum, H. Prefrontale-hippocampale interacties in episodisch geheugen. Nat. Ds. Neurosci. 18, 547-558 (2017).
4. Wagner, A.D., et al. Bijdragen van de pariëtale kwab aan het ophalen van episodisch geheugen. Trends Cogn. Wetenschap. 9, 445-453 (2005).
5. Koch, Giacomo, et al. "Transcraniële magnetische stimulatie van de precuneus verbetert het geheugen en de neurale activiteit bij de prodromale ziekte van Alzheimer." Neuroimage 169 (2018): 302-311.
6. Lang, Stefan, et al. "Theta-band high-definition transcraniële wisselstroomstimulatie, maar geen transcraniale gelijkstroomstimulatie, verbetert de associatieve geheugenprestaties." Wetenschappelijke rapporten 9.1 (2019): 1-11.
7. Wang, Jane X., et al. "Gerichte verbetering van corticale hippocampale hersennetwerken en associatief geheugen." Wetenschap 345.6200 (2014): 1054-1057.
8. Wang, He, et al. "Cortico-hippocampale hersenconnectiviteit-geleide repetitieve transcraniale magnetische stimulatie verbetert op korte termijn op woord gebaseerd associatief geheugen op basis van gezichtsherkenning." Grenzen in de menselijke neurowetenschappen 14 (2020).
9. Grossman, Nir, et al. "Niet-invasieve diepe hersenstimulatie via tijdelijk storende elektrische velden." Cel 169,6 (2017): 1029-1041.
10. Ma, Ru, et al. "Hoge Gamma en Beta Temporele Interferentie Stimulatie in de Human Motor Cortex verbetert motorische functies." bioRxiv (2021).
11. Wessel, Maximiliaan Jonas, et al. "Bewijs voor temporele interferentie (TI) stimulatie-effecten op motor striatum." Hersenstimulatie: fundamenteel, translationeel en klinisch onderzoek naar neuromodulatie 14.6 (2021): 1684.