Wirkmechanismen oszillierender transkranieller Hirnstimulation im Schlaf auf elektrophysiologische Korrelate und Gedächtniskonsolidierung - erfasst durch prächirurgisch implantierte Tiefenelektroden bei Epilepsiepatienten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Agnes Flöel
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie ; Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413459402

Das zentrale Anliegen dieser Arbeit ist es, die zugrundeliegenden Mechanismen der schlafabhängigen Gedächtniskonsolidierung zu erforschen. Hierzu sollen Patienten, die sich einer intrakraniellen Elektroenzephalographie im Rahmen der klinischen Behandlung einer pharmakoresistenten Epilepsie unterziehen, untersucht werden. In einem balancierten Cross-Over-Design wird während eines 90minütigen Nachmittagsschlafs entweder eine langsam oszillierende transkranielle anodale Stimulation (so-tDCS) oder eine Scheinstimulation appliziert. Während des Schlafs werden langsame kortikale Oszillationen (SO), Spindeln und Ripples mittels Oberflächen-EEG und implantierten EEG-Elektroden abgeleitet. Außerdem werden vor dem Schlaf mehrere Aufgaben gelernt und die schlafabhängige Gedächtniskonsolidierung in beiden Stimulationsbedingungen untersucht. Folgende Forschungsfragen sollen mit dieser Studie beantwortet werden: a) Ist die hierarchische Kopplung zwischen SO-zu Spindeln und Spindeln-zu Ripples im Hippocampus mit einer erfolgreichen Gedächtniskonsolidierung assoziiert? b) Welchen Einfluss hat die transkranielle Applikation der so-tDCS auf hippocampo-thalamokortikale Netzwerke und insbesondere hippocampale Ripple-Aktivität? c) Ist eine Modulation der SO-zu Spindel- und Spindel-zu Ripple-Kopplung durch so-tDCS mit einer Veränderung in der Gedächtniskonsolidierung assoziiert? und d) Bestehen die so-tDCS-Effekte auf die SO, Spindeln und Ripples nach Stimulationsende fort, und sind die Nacheffekte auf ein sog. ‚Entrainment‘ zurückzuführen? Die Kombination des Pertubations-Ansatzes mittels so-tDCS und den intrakraniellen Ableitungen bei Epilepsiepatienten bietet die einzigartige Möglichkeit, gedächtnisrelevante subkortikale Oszillationen einschließlich hippocampaler Ripple-Aktivität hinsichtlich ihrer kausalen Relevanz für Gedächtniskonsolidierung zu untersuchen. Neben diesen grundlegenden neurowissenschaftlichen Erkenntnissen kann durch diese Studie auch das therapeutische Potential der so-tDCS im Hinblick auf Verbesserung schlafabhängiger Gedächtniskonsolidierung im Alter und bei beginnender neurodegenerativer Erkrankung untersucht und optimiert werden. Eine nicht-invasive und nebenwirkungsarme Behandlungsmethode, die am Schlaf ansetzt, könnte symptomatisch (Gedächtniskonsolidierung) und möglicherweise sogar kausal (sog. Amyloid-Clearance) wirken, was von hoher klinischer Relevanz wäre. Bevor dies Verfahren aber in ersten klinischen Studien in relevanten Patientenkohorten geprüft wird, ist eine Optimierung der Methode unabdingbar, was nur durch ein besseres Verständnis der Wirkmechanismen, dem Ziel dieser Studie, gelingen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Julia Ladenbauer, Ph.D.