Elektrische Hirnstimulation kann das Arbeitsgedächtnis verbessern

Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass das Anlegen eines Niederspannungsstroms an das Gehirn Gehirnwellen synchronisiert und das Kurzzeitarbeitsgedächtnis verbessert.

Forscher am Imperial College London stellten fest, dass das Anlegen eines Niederspannungsstroms verschiedene Bereiche des Gehirns miteinander synchronisieren kann, sodass Menschen bei Aufgaben mit Arbeitsgedächtnis bessere Leistungen erbringen können.

Die Hoffnung ist, dass der Ansatz eines Tages verwendet werden könnte, um beschädigte Bereiche des Gehirns zu umgehen und Signale bei Menschen mit traumatischer Hirnverletzung, Schlaganfall oder Epilepsie weiterzuleiten.

Das Gehirn ist in ständigem Geschwätz, wobei diese Aktivität als Gehirnwellen angesehen wird, die mit unterschiedlichen Frequenzen und Regionen schwingen und einen stetigen „Schlag“ halten.

In der Studie stellte das imperiale Team fest, dass das Anlegen eines schwachen elektrischen Stroms durch die Kopfhaut dazu beitrug, verschiedene Teile des Gehirns auszurichten, Gehirnwellen zu synchronisieren und ihnen zu ermöglichen, den gleichen Takt zu halten.

Die Ergebnisse werden im Journal veröffentlichteLife.

"Was wir beobachtet haben, ist, dass Menschen besser abschnitten, wenn die beiden Wellen den gleichen Rhythmus und zur gleichen Zeit hatten", sagte Dr. Ines Ribeiro Violante, Neurowissenschaftlerin an der medizinischen Abteilung von Imperial, die die Forschung leitete.

In der Studie, die in Zusammenarbeit mit dem University College London durchgeführt wurde, verwendete das Team eine Technik namens transkranielle Wechselstromstimulation (TACS), um den regulären Rhythmus des Gehirns zu manipulieren.

Sie fanden heraus, dass das Summen des Gehirns mit Elektrizität die gleichen Gedächtnisprozesse verbessern kann, die verwendet werden, wenn Menschen versuchen, sich Namen auf einer Party, Telefonnummern oder sogar eine kurze Einkaufsliste zu merken.

Violante und sein Team verwendeten TCAS, um zwei Gehirnregionen anzusprechen - den mittleren Frontalgyrus und den unteren parietalen Läppchen - die bekanntermaßen am Arbeitsgedächtnis beteiligt sind.

Zehn Freiwillige wurden gebeten, eine Reihe von Gedächtnisaufgaben mit zunehmendem Schwierigkeitsgrad auszuführen, während sie eine Theta-Frequenzstimulation für die beiden Gehirnregionen erhielten. Die Stimulation wurde zu leicht unterschiedlichen Zeiten (nicht synchronisiert), zur gleichen Zeit (synchron) oder nur mit einem schnellen Ausbruch (Schein) durchgeführt, um den Eindruck einer vollständigen Behandlung zu erwecken.

In den Arbeitsgedächtnisexperimenten schauten die Teilnehmer auf einen Bildschirm, auf dem Zahlen aufblitzten, und mussten sich daran erinnern, ob eine Zahl mit der vorherigen identisch war oder ob im Fall des härteren Versuchs die aktuelle Zahl mit der von zwei Zahlen übereinstimmte Bisherige.

Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Reaktionszeiten bei den Gedächtnisaufgaben verbesserten, wenn die Gehirnregionen synchron stimuliert wurden, insbesondere bei den schwierigeren Aufgaben, bei denen Freiwillige zwei Zahlenfolgen im Kopf behalten mussten.

"Das klassische Verhalten besteht darin, bei der schwierigeren kognitiven Aufgabe langsamer zu arbeiten, aber die Menschen haben bei synchronisierter Stimulation schneller und bei der einfacheren Aufgabe schneller gearbeitet", sagte Violante.

Frühere Studien haben gezeigt, dass eine Hirnstimulation mit elektromagnetischen Wellen oder elektrischem Strom die Gehirnaktivität beeinflussen kann. Das Feld ist aufgrund mangelnder Reproduzierbarkeit umstritten geblieben.

Die Verwendung der funktionellen MRT zur Abbildung des Gehirns ermöglichte es dem Team jedoch, Änderungen der Aktivität während der Stimulation zu zeigen, wobei der elektrische Strom möglicherweise den Informationsfluss moduliert.

"Wir können TACS verwenden, um die Aktivität wichtiger Gehirnnetzwerke zu manipulieren, und wir können sehen, was mit fMRI passiert", erklärte Violante.

"Die Ergebnisse zeigen, dass bei synchroner Stimulation die Aktivität in den an der Aufgabe beteiligten Regionen zunahm", sagte sie. "Wenn es nicht synchron war, wurde der gegenteilige Effekt gesehen."

Eine der größten Hürden für die Verbreitung einer solchen Behandlung ist jedoch die individuelle Natur des Gehirns der Menschen. Die Elektroden müssen nicht nur die richtige Frequenz haben, sondern sie müssen auch auf den richtigen Teil des Gehirns gerichtet sein und den Takt rechtzeitig erreichen.

Violante fügte hinzu: "Wir verwenden eine sehr billige Technik, und das ist einer der Vorteile, die wir hoffen, wenn sie in die Klinik übersetzbar ist.

„Der nächste Schritt besteht darin, zu prüfen, ob die Hirnstimulation bei Patienten mit Hirnverletzungen in Kombination mit der Bildgebung des Gehirns funktioniert, bei denen Patienten Läsionen haben, die die Fernkommunikation in ihrem Gehirn beeinträchtigen.

"Die Hoffnung ist, dass es irgendwann für diese Patienten oder sogar für diejenigen, die einen Schlaganfall erlitten haben oder an Epilepsie leiden, verwendet werden könnte."

Quelle: Imperial College London / EurekAlert

Foto: