Modulation of brain networks for memory and learning by transcranial electrical brain stimulation:

A systematic, lifespan approach

Transkranielle Gleichstromstimulation (engl. transcranial direct current stimulation, tDCS) erlaubt weitgehend nebenwirkungsfrei, menschliche Hirnfunktionen zu beeinflussen, und wurde bereits erfolgreich in experimenteller und klinischer Forschung angewandt. Allerdings wird zunehmend über hoch variable Stimulationseffekte berichtet, und die Grundlagen dieser inter-individuellen Variabilität wurden bisher nicht systematisch untersucht. Das übergeordnete Ziel der beantragten Forschungsgruppe ist es, erstmals systematisch, umfassend und koordiniert die behavioralen und neuronalen Grundlagen von tDCS-Effekten und ihrer Variabilität zu untersuchen. Dazu wird ein multidisziplinäres und komplementär aufgestelltes Team führender Experten modellhaft die Effekte von tDCS auf menschliche Lernund Gedächtnisfunktionen untersuchen. Diese kognitiven Funktionen wurden aufgrund ihrer besonderen Relevanz für experimentelle und translationale Forschung gewählt. Stimulationseffekte werden in vier Funktionsbereichen (visuell-räumliche, sprachliche, motorische und exekutive Funktionen) und über die Lebensspanne hinweg untersucht. In acht empirische Projekten (P1-8; je 2 pro Funktionsbereich) wird individualisierte und fokale tDCS unter hoch kontrollierten und vergleichbaren experimentellen Bedingungen während simultaner funktioneller Bildgebung angewendet. Dies wird es erlauben, sowohl behaviorale Effekte, als auch neuronale Mechanismen und Prädiktoren des variablen Ansprechens zu untersuchen. Zwei übergeordnete Projekte (P9+10) werden (1) die Ergebnisse individualisierter biophysikalischer Stromflussberechnung mit behavioralen und neuronalen Effekten der empirischen Projekte in Verbindung setzen, und (2) Stromfluss-Simulationen mittels magnetresonanztomographischer Methoden (hier in-vivo magnetic current density imaging) validieren und optimieren. Das Koordinationsprojekt wird die gemeinsamen Aktivitäten der Forschungsgruppe koordinieren und für das zentrale Datenmanagement verantwortlich sein, um höchste Ansprüche an Integrität und Transparenz in der Datenerfassung, -speicherung und -auswertung zu gewährleisten. Die Forschungsgruppe wird fundamentale Erkenntnisse über die neuronalen Mechanismen und Prädiktoren von tDCSEffekten und deren Veränderungen über die Lebensspanne generieren, und grundsätzlich zur Weiterentwicklung theoretischer Modelle der Wirkmechanismen elektrischer Hirnstimulation beitragen. Aus methodologischer Sicht wird es möglich sein, Stromflussmodelle anhand eines extensiven Datensatzes zu optimieren und zu validieren und somit künftige experimentelle und klinische Anwendungen von tDCS maßgeblich verbessern.

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