Transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) induzierte Nacheffekte im individuellen Alpha Frequenzband: eine EEG/fNIRS Studie

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Doppelmayr
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398325528

Transkranielle Wechselstrom Stimulation (tACS) ist eine zunehmend an Interesse gewinnende Methode um Gehirnoszillationen auf nicht invasive Weise zu modulieren und damit auch neuronale Prozesse zu beeinflussen. Dabei wird mittels Elektroden minimaler Wechselstrom in einer gewählten Frequenz in das Gehirn geleitet. Dies ist in dieser Form allen Erkenntnissen nach gesundheitlich unbedenklich, führt aber unter anderem zu Veränderungen der rhythmischen Aktivität der betroffenen Nervenzellen. Die bekannteste rhythmische Aktivität des Gehirns ist der sogenannte Alpha-Rhythmus der im Elektroenzephalogramm (EEG) gut als eine etwa 10 Hz Schwingung zu erkennen ist. Die genaue Frequenz ist individuell unterschiedlich und wird daher als individuelle Alpha Frequenz bezeichnet (IAF).Aktuelle Studien haben nun gezeigt, dass a) eine Stimulation im IAF Bereich zu einer Erhöhung der IAF-Amplituden führt (Kasten et al. 2016) die auch nach 90 Minuten nicht ganz abgeklungen ist und dass b) eine solche Stimulation während der gleichzeitigen Durchführung einer impliziten motorischen Lernaufgabe (serial reaction time task, SRTT) bessere Lernergebnisse bringt (Pollok et al. 2015).Im Rahmen dieses Projektes führen wir eine sehr umfangreiche Studie, die eine 20-minütige IAF-tACS beinhaltet, durch. 40 Versuchspersonen werden, doppelblind, in eine Stimulations- und eine Sham-Gruppe unterteilt. Sowohl direkte Veränderungen als auch Nacheffekte über die folgenden 6 Stunden werden mittels EEG und funktioneller Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) erfasst. Zusätzlich führen wir einen SRTT durch. So können drei offene Fragenkomplexe untersucht werden:i) wie lange können Nacheffekte (erhöhte IAF Amplituden) anhalten? Es gibt keine Studien die Zeiträume von mehr als 90 Minuten untersucht haben. Unsere Pilotdaten haben aber gezeigt, dass dies drei Stunden überdauern kann. Daher untersuchen mittels EEG diese Nacheffekte über den Zeitraum von sechs Stunden. ii) Wenn die Nacheffekte der tACS länger andauern, könnten dann auch die verbesserten Lernerfolg noch auftreten, wenn die Übung erst nach der tatsächlichen Stimulation, aber noch bei hohen IAF Amplituden erfolgt? Wir führen daher den SRTT nach der Stimulation wiederholt durch um zu überprüfen, ob die erhöhten Amplituden für diese behavioralen Effekte ausreichen. iii) Auch, wenn sich schon viele Studien mit den Grundlagen der tACS auseinandergesetzt haben so gibt es keine einzige Studie die klar aufzeigt ob durch die induzierte Erhöhung der Amplituden die generelle neuronale Aktivität verändert wird. Diese Frage kann mittels der parallel aufgezeichneten fNIRS Daten beantwortet werden. fNIRS erlaubt es Veränderungen der Sauerstoffkonzentration im Blut (des Gehirns) zu messen und so Rückschlüsse auf die neuronale Aktivität zu ziehen.Die Beantwortung dieser drei Themenkomplexe ist sowohl aus grundlagenwissenschaftlicher als auch aus anwendungsorientierter Sicht besonders spannend und relevant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen