Multikanal-transkranielle Gleichstromstimulation (mc-tDCS): ein innovatives Verfahren zur Modulation von langsamen Augenbewegungen bei Gesunden und Patienten mit einer psychotischen Erkrankung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Joachim Gross; Professorin Dr. Rebekka Lencer; Professor Dr. Carsten Hermann Wolters
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Biologische Psychiatrie ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448089231

Neuronale Netzwerke der langsamen Augenfolgebewegungen (LAF) stellen ein ideales Modell dar, um sensorische Informationsverarbeitung und motorische Kontrolle während fortlaufender Bewegungen zu untersuchen. Für psychotische Erkrankungen stellen LAF-Störungen einen der am längsten bekannten neurophysiologischen Biomarker dar, ohne dass die genauen Mechanismen dieser Störungen geklärt sind. Unklar ist, welche Rolle eine beeinträchtigte Verarbeitung von Bewegungsinformationen in occipito-temporo-parietalen Netzwerken, z.B. der visuellen Area V5, und Störungen in präfrontalen Arealen, den frontalen Augenfeldern (FAF), für LAF-Störungen bei Patienten spielen. Alternativ könnte es sein, dass Patienten verstärkt auf präfrontale, z.B. prädiktive, Mechanismen in den FAF zurückgreifen, um Defizite der Verarbeitung von Bewegungsinformationen (V5) zu kompensieren, eine Hypothese, die auf den Ergebnissen eigener Untersuchungen beruht. Unser Hauptziel ist es, ein hoch innovatives individuell-optimiertes Protokoll für Multikanal-Gleichstromstimulationen (mc-tDCS) zu entwickeln, um damit die neuronale Aktivität in V5 und FAF zu modulieren. Unser mc-tDCS Ansatz wird neuartige Finite Elemente Methode (FEM)-basierte Optimierungen des Stromflusses für individualisierte Stimulationsprotokolle basierend auf kalibrierten realistischen Kopfmodellen mit Elektro- (EEG) und Magnetenzephalographie (MEG) Quellenanalyse verwenden, und diese mit strukturellen und funktionellen MRT-Daten kombinieren, um optimierte Stromintensitäten und -flussrichtungen in V5 und FAF für jedem Versuchsteilnehmer individuell zu erreichen. Der Evalution von Effektivität und Effizenz unseres hoch-innovativen Verfahrens gegenüber Standard-tDCS kommt dabei eine besondere Bedeutung zu. Wir erwarten, mit Hilfe inhibitorischer, individueller mc-tDCS von V5 und FEF bei gesunden Probanden Psychose-typische LAF-Störungen kurzzeitig simulieren zu können. Diese Störungen umfassen Beeinträchtigungen der LAF-Initiierung aufgrund einer gestörten Bewegungsinformationsverarbeitung in V5 sowie eine gestörte LAF-Aufrechterhaltung durch eine gestörte Generierung des okulomotorischen Befehls in den FAF. Entsprechend sollte exzitatorische mc-tDCS von V5 und FAF bei Patienten eine Abschwächung dieser Defizite bewirken. Darüber hinaus erwarten wir, dass exzitatorische mc-tDCS der FAF während LAF ohne visuellen Stimulus durch Rekrutierung extraretinaler Mechanismen eine ansonsten reduzierte LAF-Geschwindigkeit erhöht. Unsere Ergebnisse sollen dazu dienen, ein funktionelles Modell nicht nur für Störungen innerhalb neuronaler Netzwerke der sensomotorischen Verarbeitung und motorischen Kontrolle zu entwickeln, sondern auch Möglichkeiten für Kompensationsmechanismen aufzuzeigen. Damit soll der Weg für neuartige mc-tDCS Anwendungsgebiete bereitet werden, um Defizite der sensorischen Integration bei Psychosepatienten, und perspektivisch auch bei anderen neuropsychiatrischen Erkrankungen, besser behandeln zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Andreas Sprenger