Het cognitieve verbeteringspotentieel van neuromodulatie
 |
Dr Elisabetta Burchi, MD, MBA Klinisch psychiater Hoofd translationeel onderzoek bij Parasym. |
Sinds Hippocrates is de wetenschap (en kunst) van de geneeskunde altijd toegewijd geweest aan de zorg voor zieken, waarbij haar methoden en kennis zijn ontwikkeld rond het concept “ziekte”. Naast deze therapeutische benadering werden in vroegere samenlevingen preventieve maatregelen bevorderd door religieuze hygiëneregels, die in de praktijk het doel dienden om infectieziekten en voedingstekorten te voorkomen; uiteindelijk maakte de wetenschappelijke geneeskunde een verschuiving naar het concept “gezondheid”, waarbij preventie werd geïnternaliseerd als doel in wat tegenwoordig preventieve geneeskunde heet.
De uiteindelijke paradigmaverschuiving is nog verder gegaan en, als herstel van gezondheid het noodzakelijke doel is van elke medische behandeling, dan is het vergroten van welzijn inmiddels het streefdoel geworden van elke medische praktijk. Dit geldt met name binnen de positieve psychologie, waar talrijke strategieën om de hersenfunctie te versterken zijn bestudeerd en voorgesteld. Anderzijds is in een steeds complexere informatiesamenleving het cognitief functioneren de meest waardevolle troef geworden.
Cognitieve verbetering (evenals intelligentie) is een veelzijdig begrip en kan worden gedefinieerd als “de versterking of uitbreiding van kerncapaciteiten van de geest door verbetering of uitbreiding van interne of externe informatieverwerkende systemen”.
Interessant is dat is gebleken dat een grote verscheidenheid aan interventies – zoals biochemische (d.w.z. noötropica, psychostimulantia), gedragsmatige (bijv. lichaamsbeweging, meditatie) en fysieke (bijv. elektrische en magnetische stimulatie) – de cognitieve functies bij gezonde personen kunnen verbeteren. Deze cognitieve versterkers verschillen niet alleen in hun werkingsmechanisme en in het cognitieve domein waarop zij zich richten – geheugen, creativiteit, executieve functies of motivatie –, maar ook in de tijdschaal waarop zij werken, hun bijwerkingen en hoe zij verschillende groepen mensen verschillend beïnvloeden.
Tot de meest vernieuwende strategieën behoren neuromodulatietechnieken, die het doel van cognitieve verbetering dienen via directe invloed op neurale plasticiteit. In bredere zin is het interessant te constateren dat hersenstimulatiemethoden conceptueel een prominente plaats hebben verworven in psychiatrisch onderzoek, gegeven het nieuwe paradigma dat psychische stoornissen ziet als stoornissen van neuroplasticiteit (Tom Insel, NIMH).
Naast hun therapeutische toepassingen zijn niet-invasieve technieken, zoals repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS), transcraniële gelijkstroomstimulatie (tDSC) of transcutane auriculaire vaguszenuwstimulatie (taVNS), bijzonder intrigerend geworden op het gebied van cognitieve verbetering vanwege hun veiligheidsprofiel en haalbaarheid.
Een groeiend aantal onderzoeken suggereert dat niet-invasieve transcutane stimulatie van de auriculaire tak van de nervus vagus (taVNS), door laagdrempelige elektrische stimulatie toe te passen op de linkerbuitenoorschelp, neurale plasticiteit kan aansturen en vergelijkbaar kan werken als cervicale vaguszenuwstimulatie (cVNS), waarvan het effect in verband is gebracht met geheugen en leren.
Recente bevindingen laten zien dat niet-invasieve auriculaire vaguszenuwstimulatie (taVNS) de cognitieve prestaties verhoogt. Een recent onderzoek met Nurosym-apparaten in een steekproef van typisch ontwikkelde jongvolwassen lezers toonde aan dat gerichte taVNS, gekoppeld aan het lezen van tekstpassages, de leesbegripsprestaties kan verbeteren — een vaardigheid die zowel leesvaardigheid als geheugen vereist.
Specifiek werd dit effect gedreven door een significante toename van leren en herinneren die aanwezig was in de actieve taVNS-groep, maar niet in de schijn-taVNS-groep.
Figuur 1. Illustratie van de projectie van de nervus vagus naar sleutelgebieden in de hersenen die betrokken zijn bij de codering van herinneringen.
Figuur 2. Prestaties op testvragen. (A) Er was een significant voordeel van Nurosym vergeleken met placebo over alle testvragen. (B) Dit effect werd gedreven door een significant voordeel van actieve taVNS bij geheugenvragen. (C) Er was geen voordeel van taVNS bij begripsvragen. Foutbalken geven de standaardfout van het gemiddelde weer. * p < .05
Figuur 3. Prestaties na training. (A) Er was een trend richting een hoger percentage correcte antwoorden. (B) Retentie was significant groter met Nurosym vergeleken met placebo. Het effect was ook groter bij de gerichte middenfrequentie van Nurosym.
Figuur 4. Nurosym gaf minder leesfouten per passage in vergelijking met placebo.
Wij veronderstellen daarom dat het koppelen van gerichte stimulatie aan lezen gebruikmaakt van bestaande neurale circuits om het geheugen voor gelezen inhoud te versterken. Aangezien vaguszenuwstimulatie berust op nauwkeurig getimede afgifte van neurotransmitters zoals noradrenaline en acetylcholine, suggereren wij dat deze stoffen werken door bestaande synapsen in het typisch ontwikkelde brein te versterken in plaats van de vorming van nieuwe verbindingen te stimuleren.
Gezamenlijk suggereren deze gegevens dat geheugen, ongeacht de leeftijd, consequent een belangrijke rol speelt in het begripsvermogen. Als taVNS het leren kan vergroten en het geheugen voor geleerde items kan versterken, zoals deze gegevens aangeven, kan toevoeging van taVNS worden beschouwd als een “cognitieve versterker” om de voordelen van traditionele gedragsinterventies te versnellen, die doorgaans weken tot maanden consistente training vergen.
Ons toekomstige onderzoek zal de stroomintensiteitsparameter van taVNS nader bestuderen en systematisch verkennen om toekomstige klinisch relevante stimulatieprotocollen voor verschillende taken te optimaliseren.
Ten slotte, hoewel er ruime evidentie is dat stimulatie tijdens training effectief is in het aansturen van neurale plasticiteit, zou verder taVNS-onderzoek stimulatie tijdens training moeten vergelijken met stimulatie tijdens consolidatie.
Andere studies hebben verder onderzocht of taVNS een veelbelovende methode kan zijn om leren en geheugen te verbeteren, met name taalverwerving. Met name via versterking van selectieve aandacht en herinnering bleek taVNS aspecten van lezen, verwerving van nieuwe orthografie en het leren van spraakcategorieën bij volwassenen te verbeteren.
Deze resultaten suggereren dat gekoppelde taVNS een temporeel precies neuromodulerend signaal opwekt dat de perceptie en geheugenconsolidatie van perceptueel opvallende categorieën selectief versterkt.
Deze bevindingen hebben interessante potentiële implicaties voor een breed scala aan cognitieve taken.
Conclusie
Voor ogen houden dat cognitieve verbetering geen monolithisch fenomeen is, zal helpen alle uitdagende en prikkelende theoretische, ethische en wetenschappelijke vragen te adresseren rond de mogelijkheden die nieuwe neurowetenschappelijke inzichten en technieken bieden.
Referenties:
The Psychonauts’ World of Cognitive Enhancers, Napoletano F, Schifano F, Corkery JM, Guirguis A, Arillotta D, Zangani C, and Vento A (2020)
Hacking the Brain: Dimensions of Cognitive Enhancement; Martin Dresler, Anders Sandberg, Christoph Bublitz, Kathrin Ohla, Carlos Trenado, Aleksandra Mroczko-Wąsowicz, Simone Kühn, and Dimitris Repantis
Improvement of memory-based reading recall using transcutaneous auricular vagus nerve Stimulation; Vishal J. Thakkar, Zoe A. Richardson, Annie Dang, and Tracy M. Centanni
Ana R. S. Martins, Felipe Fregni, Marcel Simis & Jorge Almeida
(2017) Neuromodulation as a cognitive enhancement strategy in healthy older adults: promises and pitfalls, Aging, Neuropsychology, and Cognition
Edith Kaan, Ivette De Aguiar, Christina Clarke, Damon G. Lamb, John B. Williamson, Eric C. Porges, A transcutaneous vagus nerve stimulation study on verbal order memory, Journal of Neurolinguistics, Volume 59, 2021,
Vishal J. Thakkar, Abby S. Engelhart, Navid Khodaparast, Helen Abadzi, Tracy M. Centanni, Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation enhances learning of novel letter-sound relationships in adults, Brain Stimulation, Volume 13, Issue 6, 2020,