Examining transcranial direct current stimulation efficacy on the auditory cortex excitability of healthy individuals and patients with dyslexia

• Applicant: Professor Tino Zaehle, Ph.D.
• Subject Area: Human Cognitive and Systems Neuroscience ; Personality Psychology, Clinical and Medical Psychology, Methodology
• Term: from 2017 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 375301599

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Nicht-invasive Elektrostimulation des menschlichen Gehirnes, auch Neuromodulation genannt, ist ein relativ junges Forschungsinstrument zur Untersuchung der dem menschlichen Denken und Handeln zugrundeliegender neurophysiologischer Prozesse. Nicht-invasive Elektrostimulation erlaubt es, gezielt kausale Zusammenhänge zwischen der Integrität definierter neuronaler Strukturen und spezifischen kognitiven Funktionen bei gesunden Probanden zu untersuchen. Während in den letzten Jahren das Wissen über die Wirkungsweise und die Auswirkung der nicht-invasiven Elektrostimulation im Bereich der Motorik und, zu einem geringeren Ausmaß, über die Modulation der menschlichen Kognitionen, stetig zunimmt, ist der Einfluss dieser Methoden auf das auditorische System und damit einhergehend, auf akustische Wahrnehmungsprozesse, bisher nur sehr unzureichend beschrieben. Das vorliegende Projekt hatte daher zum Ziel, die Modulation des menschlichen auditorischen Systems mittels nicht-invasiver Elektrostimulation systematisch zu untersuchen. Wir konnten in diesem Projekt zeigen, dass sich die akustische Verarbeitung durch nicht-invasive Elektrostimulation beeinflussen lässt. Unsere Daten belegen, dass diese Modulation partiell auf eine Verschiebung des Neurotransmittergleichgewichtes innerhalb des stimulierten kortikalen Areals zurückzuführen ist und der modulatorische Effekt auf die akustische Wahrnehmung durch gezielte Optimierungen der verwendeten Stimulationsarten und –applikationen verbessert werden kann. Schlussendlich haben wir deutliche Hinweise darauf finden können, dass eine nicht-invasive Elektrostimulation des menschlichen auditorischen Kortexes ein hochpotentes Instrument in der Behandlung von Erkrankungen des auditorischen Systems darstellt. Wir konnten zeigen, dass defizitäre akustische Wahrnehmungsprozesse bei Jugendlichen und Erwachsenen mit einer Lese-Rechtschreib-Schwäche positiv auf eine Elektrostimulation reagieren und eine nichtinvasiven Elektrostimulation des menschlichen auditorischen Kortexes gezielt pathologische, maladaptive akustische Perzeptionsprozesse bei diesen Patienten verbessern kann.

Publications

• (2019) Transcranial electrical stimulation improves phoneme processing in developmental dyslexia. Brain Stimul. 12(4):930-937
  Rufener KS, Krauel K, Meyer M, Heinze HJ & Zaehle T
  
• (2020) Inconsistent effects of stochastic resonance on human auditory processing. Sci Rep. 10(1):6419
  Rufener KS, Kauk J, Ruhnau P, Repplinger S, Heil P & Zaehle T
  
• (2020) Pulsed transcranial electric brain stimulation enhances speech comprehension. Brain Stimul. 13(5):1402-1411
  Ruhnau P, Rufener KS, Heinze HJ & Zaehle T
  
• (2020) Transcranial direct current stimulation (tDCS) over the auditory cortex modulates GABA and Glutamate – a 7 Tesla MR-spectroscopy study. Sci Rep. 10(1):20111
  Heimrath K, Brechmann A, Blobel-Lüer R, Stadler J, Budinger E & Zaehle T
  
• (2020) Transcranial Static Magnetic Field Stimulation Over the Temporal Cortex Modulates the Right Ear Advantage in Dichotic Listening. Neuromodulation. 23(3):335-340
  Heimrath K, Spröggel A, Repplinger S, Heinze HJ & Zaehle T