Durch transkranielle elektrische Stimulation und Gedächtnistraining induzierte Kurzzeitplastizität im menschlichen Gehirn (Plast-Mem): Ein multimodaler Bildgebungsansatz

• Antragstellerin: Dr. Daria Antonenko
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Biologische Psychologie und Kognitive Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497919823

Nicht-invasive Hirnstimulationstechniken wie die transkraniellen Gleichstromstimulation (engl. transcranial direct current stimulation, tDCS) werden zur Modulation kognitiver Funktionen beim Menschen angewendet. Auf neuronaler Ebene führt anodale tDCS über Aufgaben-relevanten Hirnregionen zu erhöhter kortikaler Erregbarkeit und Induktion von Langzeitpotenzierungs-ähnlichen Prozessen, was die behaviorale Leistungsverbesserung vermitteln soll. Mittels bildgebender Verfahren kann die tDCS-induzierte Modulation auf die Hirnaktivität, Hirnkonnektivität und die Konzentration von Metaboliten charakterisiert werden. Die synaptischen und zellulären Prozesse, welche die durch tDCS vermittelte strukturelle Plastizität widerspiegeln, sind bisher im menschlichen Gehirn vorwiegend durch elektrophysiologische Verfahren und durch die Spektroskopie untersucht worden. Die kurzfristige mikrostrukturelle Plastizität, ein für Lernprozesse zentraler Marker, wurde in diesem Zusammenhang noch nicht untersucht. Vor diesem Hintergrund hat das vorliegende Projekt das Ziel, die durch tDCS-unterstütztes Gedächtnistraining induzierte strukturelle Plastizität auf der mikrostrukturellen und Neurotransmitter Ebene im Gehirn mittels multimodaler Bildgebungsverfahren zu untersuchen. Dazu werden wir fokale anodale tDCS über dem temporoparietalen Kortex während einer visuo-räumlichen Gedächtnisaufgabe applizieren und multimodale Magnetresonanz (MR)-Bildgebung vor und direkt im Anschluss nach (Arbeitspaket 1, AP1), sowie nach einem 12-stündigen Intervall (Nachhaltigkeit der induzierten Effekte, AP2) erheben. Mikrostrukturelle Plastizität in zentralen Knotenpunkten und Faserverbindungen des Gedächtnisnetzwerks wird dabei mittels Diffusionsgewichteter Bildgebung erfasst. Die Konzentration vermittelnder Metaboliten im Gehirn wird mittels Magnetresonanzspektroskopie gemessen. Des Weiteren sollen die Korrelation der mikrostrukturellen und metabolischen Veränderungen überprüft werden (AP3). Der Zusammenhang der Verhaltens- und der funktionellen Netzwerkeffekte mit individuell induzierten elektrischen Feldern wird mittels individueller Stromfeldsimulationen getestet (AP4). Die Ergebnisse des Projektes werden zu einem umfassenden Verständnis tDCS-induzierter lernassoziierter Plastizität beitragen und die Entwicklung individuell adjustierter Stimulation kognitiver Systeme unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen