Ikke-invasiv temporal interferensstimulering: Modulering av assosiativt minne ved å målrette mot dype hjernemål (Deep-HiPs)

Alzheimers sykdom og dens prekliniske stadier er preget av progressive nevrodegenerative endringer i hippocampi og standardmodusnettverket [1] som resulterer i dysfunksjoner i episodisk hukommelse og dens sentrale del det assosiative minnet [1,2]. Koding av assosiativ informasjon skjer i de distribuerte hjernenettverkene som involverer inferior frontal cortex, fusiform cortex, medial temporal lobe, premotor og posterior parietal cortex inkludert precuneus [3,4]. Tidligere studier har vist at ved å målrette mot spesifikke noder i cortico-hippocampus-kretsene via verktøyene for ikke-invasiv hjernestimulering, kan assosiativt minne (AM)-ytelsen manipuleres [5-8], men bare relativt overflateområder av denne kretsen ble tilgjengelig med gjeldende ikke-invasive stimuleringsteknikker. Nye modaliteter for ikke-invasiv transkraniell elektrisk stimulering som temporal interferensstimulering (TIS) har et løfte om å stimulere dypere hjernestrukturer uten å kompromittere fokaliteten [9].

TIS er avhengig av høye frekvenser som kan trenge gjennom med relativt lavt tap. Høyfrekvente bærere (>1 kHz) som sendes ut av to (eller flere) par kutane elektroder kan interferere midlertidig ved dype perifere nervemål. Den effektive stimuleringsfrekvensen er lik offsetfrekvensen mellom bærebølgene. Ved å kontrollere feltorientering og frekvensforskyvning kan hot spot for konstruktiv interferens målrettes nøyaktig. Nøkkelaspektet ved denne metoden er bruken av bærebølger ved frekvenser høyere enn 1 kHz. Frekvenser over dette området betraktes som ikke-stimulerende og gjennomgående vev med relativt lavt tap. Selv om disse høyere frekvensene ikke stimulerer nevralt vev, kan interferensomhyllingen til to faseforskyvede frekvenser fremkalle aksjonspotensialer fordi offset-frekvensen (også kjent som "slag") kan justeres tilsvarende til < 100 Hz. De siste studiene viste positive atferdseffekter av TIS brukt over den primære motoriske cortex [10] eller motoriske striatum [11] hos friske unge voksne. Til dags dato har ingen studier undersøkt effekten av TIS på AM.

De spesifikke målene inkluderer: 1) Implementere en ny teknikk for temporal interferensstimulering (TIS) i en proof-of-concept-studie rettet mot dype strukturer i cortico-hippocampus-kretsen, som inntil denne datoen var uoppnåelige på en pålitelig måte med ikke-invasive stimuleringsteknikker, med målet om å modulere assosiativ hukommelse hos friske eldre. 2) Utforsk nevrale grunnlag for TIS-effekter og finn biomarkører assosiert med bedre tidsinterferensstimuleringsresultater og med optimal kandidatvalg ved å bruke EEG/fMRI-teknikker

1. Salami, Alireza, et al. "Forhøyet tilkobling til hippocampus hviletilstand ligger til grunn for mangelfull nevrokognitiv funksjon i aldring." Proceedings of the National Academy of Sciences 111.49 (2014): 17654-17659.
2. Preston, A. R. og Eichenbaum, H. (2013). Samspill mellom hippocampus og prefrontal cortex i minnet. Curr. Biol. 23, R764-R773. doi: 10.1016/j.cub. 2013.05.041
3. Eichenbaum, H. Prefrontale-hippocampale interaksjoner i episodisk minne. Nat. Rev. Neurosci. 18, 547-558 (2017).
4. Wagner, A.D., et al. Parietallappens bidrag til episodisk minneinnhenting. Trender Cogn. Sci. 9, 445-453 (2005).
5. Koch, Giacomo, et al. "Transkraniell magnetisk stimulering av precuneus forbedrer hukommelse og nevrale aktivitet ved prodromal Alzheimers sykdom." Neuroimage 169 (2018): 302-311.
6. Lang, Stefan, et al. "Theta band høyoppløselig transkraniell vekselstrømstimulering, men ikke transkraniell likestrømstimulering, forbedrer assosiativ minneytelse." Vitenskapelige rapporter 9.1 (2019): 1-11.
7. Wang, Jane X., et al. "Målrettet forbedring av kortikale-hippocampale hjernenettverk og assosiativt minne." Science 345.6200 (2014): 1054-1057.
8. Wang, He, et al. "Cortico-hippocampal hjernetilkoblingsveiledet repeterende transkraniell magnetisk stimulering forbedrer ansiktsrettet ordbasert assosiativt minne på kort sikt." Frontiers in Human Neuroscience 14 (2020).
9. Grossman, Nir, et al. "Ikke-invasiv dyp hjernestimulering via tidsmessig forstyrrende elektriske felt." Celle 169.6 (2017): 1029-1041.
10. Ma, Ru, et al. "Høy gamma- og beta-temporal interferensstimulering i den menneskelige motoriske cortex forbedrer motoriske funksjoner." bioRxiv (2021).
11. Wessel, Maximilian Jonas, et al. "Bevis for tidsmessig interferens (TI) stimuleringseffekter på motorisk striatum." Hjernestimulering: grunnleggende, translasjons- og klinisk forskning i nevromodulering 14.6 (2021): 1684.