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Projekt
Individualisierte transkranielle Wechselstrom-Stimulation mit geschlossenem Regelkreis
Antragsteller
Professor Dr. Christoph Herrmann; Dr. Till Schneider; Professor Dr. Carsten Hermann Wolters
Fachliche Zuordnung
Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
Anatomie und Physiologie
Anatomie und Physiologie
Förderung
Förderung von 2013 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239180637
Hauptziel des vorliegenden Antrags ist es, die transkranielle Wechselstrom-Stimulation (tACS) aus ihrem explorativen Stadium in den Grundlagenwissenschaften zu einem Standardwerkzeug der Neurowissenschaft zu befördern. Ergebnisse aus der letzten Förderperiode haben gezeigt, dass bereits kleine Unterschiede in der individuellen Anatomie oder Physiologie zu signifikanten Veränderungen der Stimulationsergebnisse führen können. Erstens müssen die verschiedenen Gewebe der individuellen Kopfanatomie berücksichtigt werden, um eine Zielregion fokussiert zu stimulieren. Zweitens variiert die individuelle Leitfähigkeit des Schädels deutlich zwischen Versuchspersonen und soll aus den Unterschieden zwischen ereignis-korrelierten Messungen im EEG und MEG geschätzt werden, da das MEG-Signal im Gegensatz zum EEG nicht von der Leitfähigkeit des Schädels anhängt. Drittens muss die Frequenz der zu stimulierenden Hirnoszillation individuell bestimmt werden, um Frequenzmitnahmeeffekte erzielen zu können. Daher wollen wir ein geschlossenes Rückkoppelungssystem entwickeln, das sich an die individuellen Parameter der Versuchspersonen automatisch anpasst. Dazu müssen neuartige finite Elemente Methoden entwickelt werden, die Hexaeder verwenden, um eine automatische Segmentierung ohne manuelle Nachbearbeitung zu erlauben und eine hohe numerische Genauigkeit ohne Modellierungsfehler zu erreichen. Weiterhin werden wir amplitudenmodulierte Signale mit hoher Trägerfrequenz für die tACS-Stimulation (AM-tACS) verwenden, um so den hochfrequenten Artefakt im EEG/MEG von der Hirnaktivität durch einen Tiefpass-Filter trennen zu können. Neue Echtzeit-Algorithmen für die Vorverarbeitung und das Erlernen der Stimulationsparameter müssen entwickelt werden. Das neue Stimulationsverfahren wird zunächst in einem künstlichen neuronalen Netzwerk simuliert, um die optimalen Stimulationsparameter zu finden. Anschließend werden die physiologischen Vorhersagen in EEG- und MEG-Experimenten an gesunden Probanden überprüft. Schließlich wird mit den neuen Verfahren getestet, ob durch AM-tACS modulierte Hirnoszillationen zu Veränderungen kognitiver Funktionen führen. Dies soll am Beispiel räumlicher und zeitlicher Aufmerksamkeitsprozesse untersucht werden. Ein solcher Nachweis würde den kausalen Zusammenhang zwischen Hirnoszillationen und kognitiven Prozessen belegen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
