Hirnstimulation kann Gedächtnislücken wiederherstellen
Obwohl zu Beginn des Forschungszyklus ein Team von Neurowissenschaftlern gezeigt hat, dass eine elektrische Stimulation, die abgegeben wird, wenn ein Gedächtnisversagen vorhergesagt wird, die Gedächtnisfunktion verbessern kann.
Forscher der University of Pennsylvania sagen, dass dies die erste Studie ist, die zeigt, dass elektrische Stimulation die Gedächtnisfunktion im menschlichen Gehirn verbessern kann.
Das Timing scheint jedoch einen großen Unterschied zu machen, da dieselbe Stimulation im Allgemeinen störend wird, wenn elektrische Impulse während Perioden effektiver Speicherfunktion eintreffen.
Das Forschungsteam bestand aus Michael Kahana, Professor für Psychologie und Hauptforscher, Youssef Ezzyat, einem leitenden Datenwissenschaftler in Kahanas Labor; und Daniel Rizzuto, Direktor für kognitive Neuromodulation bei Penn.
Ihre Ergebnisse erscheinen in der ZeitschriftAktuelle Biologie.
Experten sagen, dass die Arbeit ein wichtiger Schritt in Richtung des langfristigen Ziels der Wiederherstellung des aktiven Gedächtnisses ist, eines vierjährigen Projekts des Verteidigungsministeriums, das auf die Entwicklung von Technologien der nächsten Generation abzielt, die die Gedächtnisfunktion bei Menschen mit Gedächtnisverlust verbessern.
Die Studie zeigt einen wichtigen Zusammenhang zwischen einer zeitlich angemessen abgestimmten Tiefenhirnstimulation und ihren potenziellen therapeutischen Vorteilen.
Um an diesen Punkt zu gelangen, musste das Penn-Team zunächst Signalmuster verstehen und dekodieren, die Höhen und Tiefen der Speicherfunktion entsprechen.
"Durch die Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens auf elektrische Signale, die an weit verbreiteten Stellen im gesamten menschlichen Gehirn gemessen werden", sagte Ezzyat, Hauptautor des Papiers, "können wir neuronale Aktivitäten identifizieren, die anzeigen, wann ein bestimmter Patient Gedächtnislücken aufweist."
Anhand dieses Modells untersuchte das Team von Kahana, wie sich die Auswirkungen der Stimulation bei schlechter oder effektiver Gedächtnisfunktion unterscheiden.
Die Studie umfasste neurochirurgische Patienten, die in mehreren Einrichtungen im ganzen Land wegen Epilepsie behandelt wurden. Die Teilnehmer wurden gebeten, Listen gebräuchlicher Wörter zu studieren und abzurufen, während sie ein sicheres Maß an Hirnstimulation erhielten.
Während dieses Prozesses zeichnete das Penn-Team die elektrische Aktivität von Elektroden auf, die im Rahmen der routinemäßigen klinischen Versorgung in das Gehirn der Patienten implantiert wurden. Diese Aufzeichnungen identifizierten die Biomarker für eine erfolgreiche Gedächtnisfunktion, Aktivitätsmuster, die auftreten, wenn das Gehirn effektiv neue Erinnerungen erzeugt.
"Wir haben festgestellt, dass sich das Gedächtnis verschlechtert, wenn die elektrische Stimulation in Zeiten effektiven Gedächtnisses eintrifft", sagte Kahana. "Aber wenn die elektrische Stimulation zu Zeiten schlechter Funktion eintrifft, wird das Gedächtnis erheblich verbessert."
Kahana vergleicht es mit Verkehrsmustern im Gehirn: Durch die Stimulation des Gehirns während eines Backups wird der normale Verkehrsfluss wiederhergestellt.
Ein Einblick in diesen Prozess könnte das Leben vieler Arten von Patienten verbessern, insbesondere von Patienten mit traumatischer Hirnverletzung oder neurologischen Erkrankungen wie Alzheimer.
"Technologie, die auf dieser Art der Stimulation basiert", sagte Rizzuto, "könnte zu bedeutenden Verbesserungen der Gedächtnisleistung führen, aber es ist mehr Arbeit erforderlich, um vom Proof-of-Concept zu einer tatsächlichen therapeutischen Plattform zu gelangen."
Um die laufende Forschung zu fördern, hat das Restoring Active Memory (RAM) öffentlich einen umfangreichen Datensatz zur intrakraniellen Gehirnaufzeichnung und -stimulation veröffentlicht, der mehr als 1.000 Stunden Daten von 150 Patienten enthält, die Gedächtnisaufgaben ausführen.
Quelle: Universität von Pennsylvania / EurekAlert
