Mit zunehmendem Alter wird es immer schwieriger, sich zu erinnern, wo sich bestimmte Gegenstände befinden - sei es der Schlüssel oder der Ort, an dem man sein Auto geparkt hat. Dieses räumliche Gedächtnis verschlechtert sich noch weiter, wenn Demenz auftritt, ein Zustand, der laut Alzheimer’s Disease International alle drei Sekunden einen Menschen auf der Welt betrifft.
Wir gehen auf ein wichtiges Anliegen von Menschen mit Demenz ein.
Friedhelm Hummel
Forschungsteams aus zwei EPFL-Laboren haben sich zusammengeschlossen, um dieses räumliche Gedächtnis zu stimulieren. Sie haben eine einzigartige Versuchsanordnung geschaffen, die nicht-invasive tiefe Hirnstimulation, Virtual-Reality-Training und funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) kombiniert - alles vereint auf dem Biotech-Campus in Genf. Die in Science Advances veröffentlichte Studie zeigt, dass gezielte, schmerzlose elektrische Impulse, die im Hippocampus und angrenzenden Strukturen angewendet werden - einer tiefen Hirnregion, die am Gedächtnis und der räumlichen Navigation beteiligt ist - die Fähigkeit des Gehirns verbessern können, sich an Orte zu erinnern und sich zu orientieren.
"Indem wir nach Möglichkeiten suchen, das räumliche Gedächtnis ohne Operation oder Medikamente zu verbessern, sprechen wir ein wichtiges Anliegen einer großen und wachsenden Bevölkerungsgruppe an: ältere Menschen, Patientinnen und Patienten mit Hirnverletzungen oder Menschen mit Demenz", erklärt Friedhelm Hummel, Leiter des Hummel Labs.
Diese Studie ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen dem Hummel Lab und dem Labor für kognitive Neurowissenschaften von Olaf Blanke ( LNCO ), die beide dem Institut Neuro X der EPFL angehören. Durch die Kombination von Friedhelm Hummels Expertise in der nicht-invasiven Hirnstimulation mit Olaf Blankes kognitiver Forschung zur räumlichen Navigation in der virtuellen Realität haben die beiden Forschungsgruppen eine einzigartige neuro-technologische Konfiguration entwickelt.
Eine einzigartige Kombination von Neurotechnologien.
Das Experiment beginnt mit dem Anbringen von vier harmlosen Elektroden am Kopf gesunder Freiwilliger, um den Hippocampus und die angrenzenden Strukturen zu stimulieren. Diese nicht-invasive Technik der transkraniellen temporalen Interferenz-Elektrostimulation sendet gezielte Impulse, ohne bei den Teilnehmerinnen und Teilnehmern Unbehagen zu verursachen.Dies führt zu der Annahme, dass wir durch die Stimulierung des Hippocampus vorübergehend die Plastizität des Gehirns erhöht haben.
Elena Beanato
Anschließend tauchen die Freiwilligen mithilfe einer Virtual-Reality-Brille in eine virtuelle Welt ein. Aufbauend auf früheren Forschungen des ersten Koautors Hyuk-June Moon bitten die Wissenschaftler die Teilnehmer, durch eine Reihe von Orten zu navigieren und sich an Orientierungspunkte zu erinnern. Dieses immersive virtuelle Setting ermöglicht es dem Forschungsteam, die Fähigkeit der Freiwilligen, sich an eine räumliche Umgebung zu erinnern und darin zu navigieren, genau zu messen, während sie die tTIS-Stimulation erhalten.
"Als die Stimulation angewandt wurde, beobachteten wir eine deutliche Verbesserung der Rückrufzeit der Teilnehmer - die Zeit, die sie brauchten, um anzufangen, sich zu der Stelle zu bewegen, an der sie das Objekt vermuteten", erklärt Elena Beanato, die andere erste Mitautorin der Studie. "Das führt uns zu der Annahme, dass wir durch die Stimulation des Hippocampus vorübergehend die Plastizität des Gehirns erhöht haben, was in Kombination mit dem Training in einer virtuellen Umgebung eine effizientere räumliche Navigation fördert."
Das gesamte Experiment wurde in einem fMRT-Scanner durchgeführt. Dadurch erhielt das Forschungsteam Echtzeitbilder der Gehirnaktivität, die es ihnen ermöglichten, die tTIS-Reaktionen des Hippocampus und der umliegenden Regionen während der räumlichen Navigationsaufgaben zu verfolgen. Die fMRT-Daten zeigten Veränderungen der neuronalen Aktivität, die mit den beobachteten Verhaltensänderungen einhergingen, insbesondere in den Bereichen, die für Gedächtnis und Navigation zuständig sind.
Diese Integration von Spitzentechnologien in das Neuro X Institut der EPFL macht den Campus Biotech zu einem der wenigen Orte, an denen diese drei experimentellen Techniken in einer einzigen Studie kombiniert werden können.
Langfristig planen wir, diesen Ansatz zur Entwicklung gezielter Therapien für Menschen mit kognitiven Störungen zu nutzen.
Olaf Blanke
"Die Kombination von tTIS, virtueller Realität und fMRT bietet einen hoch kontrollierten und innovativen Ansatz, um die Reaktion des Gehirns auf Stimulation und ihre Auswirkungen auf die kognitiven Funktionen zu untersuchen", fügt Olaf Blanke hinzu. "Langfristig planen wir, diesen Ansatz zur Entwicklung gezielter Therapien für Menschen mit kognitiven Störungen zu nutzen und damit einen nicht-invasiven Weg zur Verbesserung des Gedächtnisses und der räumlichen Fähigkeiten zu bieten."
