Intrakraniell EEG for å teste hvordan ikke-invasiv stimulering påvirker hippocampus-avhengig hukommelse

Dette utforskende prosjektet kombinerer ikke-invasiv hjerne-stimulering med invasive/nevrokirurgiske elektrofysiologiske opptak hos mennesker for å identifisere mekanismer for hvordan stimulering rettet mot det hippokampale nettverket påvirker episodisk hukommelsesytelse. Dysfunksjon i det hippokampale nettverket er assosiert med episodiske hukommelsesproblemer i en rekke nevrologiske og psykiatriske lidelser. Kjerneregioner i dette nettverket, som hippocampus, ligger for dypt i hjernen til å bli direkte påvirket av velvaliderte ikke-invasive neuromoduleringsmetoder. Hippocampal Indirectly Targeted Stimulation ("HITS") adresserer denne begrensningen ved å målrette hippocampus indirekte via stimulerings-tilgjengelige neokortikale hippokampale nettverkslokasjoner, hvor mønsteret transkraniell magnetisk stimulering blir brukt. HITS forbedrer pålitelig episodisk hukommelsesytelse og øker fMRI-aktiviteten i det hippokampale nettverket, inkludert hippocampus. Det er imidlertid ikke klart hvordan HITS påvirker nevral aktivitet for å produsere disse effektene. Hukommelsesytelse støttes av romlig-tidsmessig koordinert nevral aktivitet i det hippokampale nettverket, for eksempel i synkronisering av theta-frekvensbånd oscillerende aktivitet. Forskerne antar at HITS direkte påvirker denne koordinerte aktiviteten i det hippokampale nettverket. Alternativt kan HITS ha en rekke uspesifikke, indirekte eller neuromodulerende effekter som ikke nødvendigvis er spesifikke for det hippokampale nettverket. Intrakraniell EEG (iEEG) registrert fra multikontakt dybde makroelektroder hos pasienter som gjennomgår nevrokirurgiske prosedyrer gir den nødvendige tidsmessige og romlige presisjonen som trengs for å teste hypotesen om at HITS direkte påvirker hippokampalt nettverksaktivitet. Forskerne vil derfor utføre HITS hos pasienter som gjennomgår iEEG. Forskerne vil fastslå virkningen av HITS på aktiviteten i det hippokampale nettverket versus på mål-frie hjerneområder. For å teste om HITS påvirker koordineringen av theta-bånd oscillerende aktivitet som er spesielt viktig for hukommelse, vil forskerne bruke en stimuleringsrytme som skal maksimalt påvirke denne aktiviteten (theta-burst mønsterstimulering) versus kontrollrytmer og vil administrere HITS under en hukommelsesoppgave versus under oppgave-frie perioder. Dette er et ideelt utforskende prosjekt fordi HITS-iEEG har en sterk vitenskapelig begrunnelse, men involverer mange tekniske og logistiske utfordringer som ennå ikke er løst. Suksess kan motivere svært innflytelsesrik forskning ved bruk av HITS-iEEG. For eksempel kan forståelsen av nevrale mekanismer for hvordan HITS forbedrer episodisk hukommelse belyse hvordan man kan oppnå hukommelsesforbedring gjennom andre metoder, som ved dyp-hjerne stimulering, ved portable ikke-invasive elektriske stimuleringsmetoder, eller ved neste generasjons ikke-invasive stimuleringsteknologier. Denne fremtidige forskningen vil ha sterk vitenskapelig potensial, ved å gi stimuleringsbaserte årsakstester av hjerne-atferd-relasjoner for hukommelse. Funn kan motivere hjerne-stimuleringsterapi for nevrologiske og psykiatriske hukommelseslidelser.