Intrakraniell EEG för att testa hur icke-invasiv stimulering påverkar hippocampusberoende minne

Detta utforskande projekt kombinerar icke-invasiv hjärnstimulering med invasiva/neurokirurgiska elektrofysiologiska inspelningar hos människor för att identifiera mekanismer för hur stimulering som riktar sig till det hippocampalnätverket påverkar episodiskt minnesprestanda. Dysfunktion i det hippocampalnätverket är associerad med episodiska minnesstörningar vid en rad neurologiska och psykiatriska sjukdomar. Kärnregioner i detta nätverk som hippocampus ligger för djupt i hjärnan för att påverkas direkt av väletablerade icke-invasiva neuromoduleringsmetoder. Hippocampal Indirectly Targeted Stimulation ("HITS") adresserar denna begränsning genom att rikta sig indirekt till hippocampus via stimuleringsbara neokortikala hippocampalnätverkslokaliseringar, där mönstrad transkraniell magnetisk stimulering appliceras. HITS förbättrar tillförlitligt episodiskt minnesprestanda och ökar fMRI-aktiviteten i hippocampalnätverket, inklusive hippocampus. Det är dock inte klart hur HITS påverkar neural aktivitet för att åstadkomma dessa effekter. Minnesprestanda stöds av rumsligt-tidsmässigt koordinerad neural aktivitet i hippocampalnätverket, såsom synkronisering av oscillerande aktivitet i thetafrekvensbandet. Forskarna hypoteserar att HITS direkt påverkar denna koordinerade aktivitet inom hippocampalnätverket. Alternativt skulle HITS kunna ha en rad ospecifika, indirekta eller neuromodulatoriska effekter som inte nödvändigtvis är specifika för hippocampalnätverket. Intrakraniell EEG (iEEG) inspelad från multikontaktsdjupmakroelektroder hos patienter som genomgår neurokirurgiska ingrepp ger den erforderliga tids- och rumsupplösningen som behövs för att testa hypotesen att HITS direkt påverkar hippocampalnätverkets aktivitet. Forskarna kommer därför att utföra HITS hos patienter som genomgår iEEG. Forskarna kommer att fastställa HITS:s inverkan på aktiviteten i hippocampalnätverket jämfört med på icke-målhjärnområden. För att testa om HITS påverkar koordineringen av theta-bandets oscillerande aktivitet som är särskilt viktig för minnet, kommer forskarna att använda en stimuleringsrytm som bör påverka denna aktivitet maximalt (theta-burst-mönstrad stimulering) jämfört med kontrollrytmer och kommer att administrera HITS under ett minnestest jämfört med under uppgiftsfria perioder. Detta är ett idealiskt utforskande projekt eftersom HITS-iEEG har en stark vetenskaplig motivering men innebär många tekniska och logistiska utmaningar som ännu inte är lösta. Framgång skulle kunna motivera mycket inflytelserik forskning med HITS-iEEG. Till exempel kan förståelse av de neurala mekanismerna för hur HITS förbättrar episodiskt minne belysa hur minnesförbättring kan uppnås via andra metoder, såsom genom djup hjärnstimulering, genom bärbara icke-invasiva elektriska stimuleringsmetoder eller genom nästa generations icke-invasiva stimuleringsteknologier. Denna framtida forskning skulle ha stark vetenskaplig potential genom att tillhandahålla stimuleringsbaserade kausala tester av hjärna-beteende-samband för minne. Resultaten skulle kunna motivera hjärnstimuleringsterapi för neurologiska och psykiatriska minnesstörningar.