Das kognitive Verbesserungspotenzial der Neuromodulation

Dr. Elisabetta Burchi, MD, MBA Klinischer Psychiater Leiter der translationalen Forschung bei Parasym.

Seit Hippokrates widmete sich die Wissenschaft (und Kunst) der Medizin stets der Pflege von Kranken und entwickelte ihre Methoden und ihr Wissen rund um das Konzept der „ Krankheit “. Neben diesem therapeutischen Ansatz wurden in früheren Gesellschaften vorbeugende Maßnahmen stattdessen durch religiöse Hygienevorschriften gefördert, die praktisch dem Ziel dienten, Infektionskrankheiten und Mangelernährung zu verhindern; Schließlich wandte sich die wissenschaftliche Medizin dem Konzept der „ Gesundheit “ zu und verinnerlichte die Prävention als einen Bereich dessen, was wir heute Präventivmedizin nennen.

Der ultimative Paradigmenwechsel ging sogar noch weiter, und wenn die Wiederherstellung der Gesundheit das notwendige Ziel jeder medizinischen Behandlung ist, ist es die Verbesserung des Wohlbefindens , die mittlerweile zum erstrebenswerten Ziel jeder medizinischen Praxis geworden ist. Dies gilt insbesondere für den Bereich der positiven Psychologie, wo zahlreiche Strategien zur Steigerung der Gehirnfunktion untersucht und vorgeschlagen wurden. Andererseits sind in einer immer komplexer werdenden Informationsgesellschaft kognitive Funktionen zum wertvollsten Gut geworden.

Kognitive Verbesserung (wie auch Intelligenz) ist ein vielschichtiges Konzept und kann definiert werden als „die Verstärkung oder Erweiterung der Kernkapazitäten des Geistes durch Verbesserung oder Erweiterung interner oder externer Informationsverarbeitungssysteme“.

Interessanterweise wurde festgestellt, dass eine Vielzahl von Interventionen – wie biochemische (z. B. Nootropika, Psychostimulanzien), verhaltensbezogene (z. B. körperliche Bewegung, Meditation) und körperliche (z. B. elektrische und magnetische Stimulation) – die kognitiven Funktionen bei gesunden Probanden verbessern können. Diese kognitiven Enhancer unterscheiden sich nicht nur in ihrer Wirkungsweise und im kognitiven Bereich, auf den sie abzielen – entweder Gedächtnis, Kreativität, exekutive Funktionen oder Motivation –, sondern auch in der Zeitskala, auf der sie wirken, in ihren nachteiligen Auswirkungen und in der Art und Weise, wie sie sich unterschiedlich auswirken verschiedene Themengruppen.

Zu den neuartigen Strategien gehören Neuromodulationstechniken , die dem Ziel einer kognitiven Verbesserung durch direkte Einwirkung auf die neuronale Plastizität dienen. Im weiteren Sinne ist es interessant zu berichten, dass Hirnstimulationstechniken angesichts des neuen Paradigmas, das psychische Störungen als Störungen der Neuroplastizität betrachtet (Tom Insel, NIMH), konzeptionell eine herausragende Stellung in der psychiatrischen Forschung eingenommen haben.

Neben ihren therapeutischen Anwendungen sind nicht-invasive Techniken wie die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS), die transkranielle Gleichstromstimulation (tDSC) oder die transkutane aurikuläre Vagusnervstimulation ( taVNS) für sie im Bereich der kognitiven Verbesserung besonders interessant geworden Sicherheitsprofil und Machbarkeit.

Eine wachsende Zahl von Forschungsergebnissen legt nahe, dass die nicht-invasive transkutane Stimulation des aurikulären Zweigs des Vagusnervs (taVNS) durch Anwendung schwacher elektrischer Stimulation am linken Außenohr die neuronale Plastizität anregen kann, die ähnlich wie die Stimulation des zervikalen Vagusnervs (cVNS) wirkt ), deren Wirkung mit Gedächtnis und Lernen in Verbindung gebracht wird.

Aktuelle Erkenntnisse zeigen, dass die nicht-invasive aurikuläre Vagusnervstimulation (taVNS) die kognitive Leistungsfähigkeit steigert. Eine aktuelle Studie, die mit Nurosym-Geräten an einer Stichprobe von sich typischerweise entwickelnden jungen erwachsenen Lesern durchgeführt wurde, zeigte, dass gezieltes taVNS in Kombination mit dem Lesen von Passagen die Leseverständnisleistung verbessern kann, eine Fähigkeit, die sowohl Lesefähigkeiten als auch Gedächtnis erfordert.

Dieser Effekt wurde insbesondere durch eine signifikante Verbesserung des Lernens und der Erinnerung hervorgerufen, die in der aktiven taVNS-Gruppe vorhanden war, nicht jedoch in der Schein-taVNS-Gruppe

Abb. 1. Darstellung der Projektion des Vagusnervs auf Schlüsselbereiche des Gehirns, die an der Kodierung von Erinnerungen beteiligt sind.

Abbildung 2. Leistung bei Testfragen. (A) Bei allen Testfragen gab es einen signifikanten Vorteil von Nurosym im Vergleich zu Placebo. (B) Dieser Effekt wurde durch einen signifikanten Nutzen von aktivem taVNS bei Gedächtnisfragen verursacht. (C) Es gab keinen Nutzen von taVNS bei Verständnisfragen. Fehlerbalken stellen den Standardfehler des Mittelwerts dar. * p < .05

Abbildung 3. Leistung nach dem Training. (A) Es gab einen Trend zu einem höheren Prozentsatz richtiger Antworten. (B) Die Retention war bei Nurosym im Vergleich zu Placebo signifikant höher. Der Effekt war auch mit der gezielten Mittelfrequenz von Nurosym größer.

Abbildung 4. Nurosym hatte im Vergleich zu Placebo weniger Lesefehler pro Durchgang.

Daher gehen wir davon aus, dass die Kombination gezielter Stimulation mit Lesen die vorhandenen neuronalen Schaltkreise nutzt, um das Gedächtnis für gelesene Inhalte zu verbessern. Angesichts der Tatsache, dass die Stimulation des Vagusnervs auf der zeitlich genau abgestimmten Freisetzung von Neurotransmittern wie Noradrenalin und Acetylcholin beruht, schlagen wir vor, dass diese Chemikalien durch die Stärkung bestehender Synapsen im sich typischerweise entwickelnden Gehirn wirken, anstatt die Bildung neuer Verbindungen zu fördern.

Insgesamt deuten diese Daten darauf hin, dass das Gedächtnis unabhängig vom Alter durchweg eine wichtige Rolle für die Verständnisfähigkeit spielt. Wenn also taVNS das Lernen steigern und das Gedächtnis für gelernte Dinge verbessern kann, wie diese Daten nahelegen, kann die Hinzufügung von taVNS als „kognitiver Verstärker“ in Betracht gezogen werden, um die Vorteile traditioneller Verhaltensinterventionen zu beschleunigen, die normalerweise Wochen bis Monate konsequenten Trainings erfordern.

Unsere zukünftige Forschung wird sich mit dem taVNS-Stromintensitätsparameter befassen und systematisch untersuchen, um zukünftige klinisch relevante Stimulationsprotokolle für verschiedene Aufgaben zu optimieren.

Obwohl es eine Fülle von Belegen dafür gibt, dass die Stimulation während des Trainings die neuronale Plastizität wirksam fördert, sollte die weitere taVNS-Forschung die Stimulation während des Trainings mit der Stimulation während der Konsolidierung vergleichen.

Andere Studien untersuchten weiter, ob taVNS eine vielversprechende Methode zur Verbesserung des Lernens und des Gedächtnisses, insbesondere des Spracherwerbs, sein kann. Es wurde festgestellt, dass taVNS insbesondere durch die Verbesserung der selektiven Aufmerksamkeit und des Gedächtnisabrufs Aspekte des Lesens, des Erwerbs neuer Orthographien und des Erlernens von Sprachkategorien bei Erwachsenen verbessert.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass gepaartes taVNS ein zeitlich präzises neuromodulatorisches Signal induziert, das selektiv die Wahrnehmung und Gedächtniskonsolidierung wahrnehmungsbezogen hervorstechender Kategorien verbessert.

Diese Erkenntnisse haben interessante potenzielle Implikationen für ein breites Spektrum kognitiver Aufgaben.

Abschluss

Wenn man bedenkt, dass es sich bei der kognitiven Verbesserung nicht um ein monolithisches Phänomen handelt, können alle herausfordernden und anregenden theoretischen, ethischen und wissenschaftlichen Fragen rund um die Möglichkeiten, die neue neurowissenschaftliche Erkenntnisse und Techniken bieten, beantwortet werden.

Verweise:

Die Welt der kognitiven Verstärker der Psychonauten, Napoletano F, Schifano F, Corkery JM, Guirguis A, Arillotta D, Zangani C und Vento A (2020)

Hacking the Brain: Dimensionen der kognitiven Verbesserung; Martin Dresler, Anders Sandberg, Christoph Bublitz, Kathrin Ohla, Carlos Trenado, Aleksandra Mroczko-Wąsowicz, Simone Kühn und Dimitris Repantis

Verbesserung der gedächtnisbasierten Leseerinnerung durch transkutane aurikuläre Vagusnervstimulation; Vishal J. Thakkar, Zoe A. Richardson, Annie Dang und Tracy M. Centanni

Ana RS Martins, Felipe Fregni, Marcel Simis und Jorge Almeida
(2017) Neuromodulation als Strategie zur kognitiven Verbesserung bei gesunden älteren Erwachsenen: Versprechen und Fallstricke, Altern, Neuropsychologie und Kognition

Edith Kaan, Ivette De Aguiar, Christina Clarke, Damon G. Lamb, John B. Williamson, Eric C. Porges, Eine transkutane Vagusnervstimulationsstudie zum verbalen Ordnungsgedächtnis, Journal of Neurolinguistics, Band 59, 2021,

Vishal J. Thakkar, Abby S. Engelhart, Navid Khodaparast, Helen Abadzi, Tracy M. Centanni, Transkutane aurikuläre Vagusnervstimulation verbessert das Lernen neuartiger Buchstaben-Laut-Beziehungen bei Erwachsenen, Brain Stimulation, Band 13, Ausgabe 6, 2020,