Nieinwazyjna stymulacja zakłóceń czasowych: modulowanie pamięci asocjacyjnej poprzez celowanie w cele głębokiego mózgu (Deep-HiPs)

Choroba Alzheimera i jej stadia przedkliniczne charakteryzują się postępującymi zmianami neurodegeneracyjnymi w hipokampie i sieci trybu domyślnego [1] skutkującymi dysfunkcjami pamięci epizodycznej i jej centralnej części pamięci asocjacyjnej [1,2]. Kodowanie informacji asocjacyjnych zachodzi w rozproszonych sieciach mózgowych obejmujących dolną korę czołową, korę wrzecionowatą, przyśrodkowy płat skroniowy, przedruchową i tylną korę ciemieniową, w tym przedklinek [3,4]. Wcześniejsze badania wykazały, że poprzez celowanie w określone węzły w obwodach korowo-hipokampowych za pomocą narzędzi nieinwazyjnej stymulacji mózgu można manipulować wydajnością pamięci asocjacyjnej (AM) [5-8], jednak tylko względnie powierzchniowe obszary tego obwodu były dostępnych za pomocą obecnych nieinwazyjnych technik stymulacji. Nowe metody nieinwazyjnej przezczaszkowej stymulacji elektrycznej, takie jak czasowa stymulacja interferencyjna (TIS), dają nadzieję na stymulację głębszych struktur mózgu bez pogorszenia ogniskowości [9].

TIS opiera się na wysokich częstotliwościach, które mogą przenikać ze stosunkowo niskimi stratami. Nośne o wysokiej częstotliwości (> 1 kHz) emitowane przez dwie (lub więcej) pary elektrod skórnych mogą czasowo zakłócać głębokie cele nerwów obwodowych. Efektywna częstotliwość stymulacji jest równa częstotliwości przesunięcia między nośnymi. Kontrolując orientację pola i przesunięcie częstotliwości, można precyzyjnie wycelować w gorący punkt konstruktywnej interferencji. Kluczowym aspektem tej metody jest wykorzystanie fal nośnych o częstotliwościach wyższych niż 1 kHz. Częstotliwości powyżej tego zakresu są uważane za tkanki niestymulujące i przenikające ze stosunkowo małą stratą. Chociaż te wyższe częstotliwości nie stymulują tkanki nerwowej, obwiednia interferencyjna dwóch częstotliwości przesuniętych w fazie może wywołać potencjały czynnościowe, ponieważ częstotliwość przesunięcia (inaczej „dudnienia”) można odpowiednio dostroić do <100 Hz. Najnowsze badania wykazały pozytywne efekty behawioralne TIS zastosowanego na pierwotną korę ruchową [10] lub prążkowie ruchowe [11] u zdrowych młodych dorosłych. Do tej pory żadne badania nie badały wpływu TIS na AM.

Konkretne cele obejmują: 1) Wdrożenie nowatorskiej techniki czasowej stymulacji interferencyjnej (TIS) w badaniu sprawdzającym słuszność koncepcji ukierunkowanym na głębokie struktury obwodu korowo-hipokampowego, które do tej pory były nieosiągalne w niezawodny sposób za pomocą nieinwazyjnych technik stymulacji, z celem modulowania pamięci asocjacyjnej u zdrowych seniorów. 2) Zbadaj neuronowe podstawy efektów TIS i znajdź biomarkery związane z lepszymi wynikami stymulacji interferencji czasowej i optymalnym wyborem kandydatów za pomocą technik EEG/fMRI

1. Salami, Alireza i in. „Podwyższona łączność hipokampa w stanie spoczynku leży u podstaw niedostatecznej funkcji neurokognitywnej w procesie starzenia”. Proceedings of the National Academy of Sciences 111.49 (2014): 17654-17659.
2. Preston, AR i Eichenbaum, H. (2013). Wzajemne oddziaływanie hipokampa i kory przedczołowej w pamięci. bież. Biol. 23, R764-R773. doi: 10.1016/j.cub. 2013.05.041
3. Eichenbaum, H. Interakcje przedczołowo-hipokampowe w pamięci epizodycznej. Nat. Wielebny Neurosci. 18, 547-558 (2017).
4. Wagner, AD, i in. Wkład płata ciemieniowego w odzyskiwanie pamięci epizodycznej. Znajomość trendów nauka 9, 445-453 (2005).
5. Kocha, Giacomo i in. „Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna przedklinka poprawia pamięć i aktywność nerwową w prodromalnej chorobie Alzheimera”. Neuroobraz 169 (2018): 302-311.
6. Lang, Stefan i in. „Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym o wysokiej rozdzielczości w paśmie Theta, ale nie przezczaszkowa stymulacja prądem stałym, poprawia wydajność pamięci asocjacyjnej”. Doniesienia naukowe 9.1 (2019): 1-11.
7. Wang, Jane X. i in. „Ukierunkowane wzmocnienie korowo-hipokampowych sieci mózgowych i pamięci asocjacyjnej”. Nauka 345.6200 (2014): 1054-1057.
8. Wang, On i in. „Powtarzająca się przezczaszkowa stymulacja magnetyczna sterowana łącznością korowo-hipokampową mózgu poprawia pamięć asocjacyjną opartą na wyrazach twarzy w krótkim okresie”. Granice w ludzkiej neuronauce 14 (2020).
9. Grossman, Nir i in. „Nieinwazyjna głęboka stymulacja mózgu poprzez czasowo zakłócające pola elektryczne”. Komórka 169,6 (2017): 1029-1041.
10. Ma, Ru i in. „Stymulacja interferencji czasowej o wysokiej wartości gamma i beta w korze ruchowej człowieka poprawia funkcje motoryczne”. bioRxiv (2021).
11. Wessel, Maksymilian Jonas i in. „Dowody na wpływ stymulacji interferencji czasowej (TI) na prążkowie motoryczne”. Stymulacja mózgu: podstawowe, translacyjne i kliniczne badania neuromodulacji 14,6 (2021): 1684.