Neuromoduleringens potential för kognitiv förbättring
 |
Dr Elisabetta Burchi, MD, MBA Klinisk psykiater Ansvarig för translationell forskning på Parasym. |
Sedan Hippokrates har medicinens vetenskap (och konst) alltid ägnats åt att ta hand om sjuka, och utvecklat sina metoder och sin kunskapsbas kring begreppet ”sjukdom”. Vid sidan av detta terapeutiska angreppssätt främjades i äldre samhällen förebyggande åtgärder istället genom religiösa hygienregler, som i praktiken tjänade syftet att förebygga infektionssjukdomar och näringsbrister; slutligen skedde inom den vetenskapliga medicinen ett skifte mot begreppet ”hälsa”, där prevention integrerades som mål i det som idag kallas preventiv medicin.
Det yttersta paradigmskiftet har gått ännu längre och om återställandet av hälsa är det nödvändiga målet för varje medicinsk behandling, så är det förbättringen av välbefinnande som nu blivit det aspirerande målet för all medicinsk praxis. Detta gäller särskilt inom positiv psykologi, där många strategier för att förstärka hjärnans funktion har studerats och föreslagits. Samtidigt har kognitiv funktion i ett allt mer komplext informationssamhälle blivit den mest värdefulla tillgången.
Kognitiv förstärkning (liksom intelligens) är ett mångfacetterat begrepp och kan definieras som ”förstärkning eller utvidgning av hjärnans kärnförmågor genom förbättring eller uppgradering av interna eller externa informationsbehandlingssystem”.
Intressant nog har man funnit att en stor mängd interventioner – såsom biokemiska (t.ex. nootropika, psykostimulantia), beteendemässiga (t.ex. fysisk träning, meditation) och fysiska (t.ex. elektrisk och magnetisk stimulering) – kan förbättra kognitiva funktioner hos friska individer. Dessa kognitiva förstärkare skiljer sig inte bara åt i verkningsmekanism och i vilken kognitiv domän de riktar in sig på – minne, kreativitet, exekutiva funktioner eller motivation – utan också i vilken tidsskala de verkar, deras biverkningar och hur de påverkar olika grupper av personer.
Bland de mest nya strategierna tjänar neuromodulationstekniker syftet att stärka kognitionen genom direkt påverkan på neural plasticitet. I vidare mening är det intressant att notera att hjärnstimuleringstekniker konceptuellt fått en framträdande position inom psykiatrisk forskning, givet det nya paradigmet som ser psykiska störningar som störningar i neuroplasticitet (Tom Insel, NIMH).
Utöver deras terapeutiska användningsområden har icke-invasiva tekniker som repetitiv transkraniell magnetstimulering (rTMS), transkraniell likströmsstimulering (tDSC) eller transkutan aurikulär vagusnervstimulering (taVNS) blivit särskilt intressanta inom kognitiv förstärkning på grund av deras säkerhetsprofil och genomförbarhet.
Ett växande forskningsunderlag tyder på att icke-invasiv transkutan stimulering av den aurikulära grenen av vagusnerven (taVNS), genom att applicera lågintensiv elektrisk stimulering på vänstra ytterörat, kan driva neural plasticitet på liknande sätt som cervikal vagusnervstimulering (cVNS), vars verkan har kopplats till minne och inlärning.
Nyare evidens visar att icke-invasiv aurikulär vagusnervstimulering (taVNS) ökar kognitiv prestation. En färsk studie genomförd med Nurosym-enheter i ett urval av typiskt utvecklade unga vuxna läsare visade att riktad taVNS i kombination med textläsning kan förbättra läsförståelse, en förmåga som kräver både läsfärdighet och minne.
Särskilt drevs denna effekt av en signifikant förstärkning av inlärning och återkallelse som fanns i gruppen med aktiv taVNS, men inte i gruppen med sken-taVNS.
Figur 1. Illustration av vagusnervens projektion till nyckelområden i hjärnan som är involverade i inkodning av minnen.
Figur 2. Prestation på testfrågor. (A) Det fanns en signifikant fördel med Nurosym jämfört med placebo över alla testfrågor. (B) Effekten drevs av en signifikant fördel av aktiv taVNS på minnesfrågor. (C) Det fanns ingen fördel av taVNS på förståelsefrågor. Felstaplar representerar standardfelet för medelvärdet. * p < .05
Figur 3. Prestation efter träning. (A) Det fanns en trend mot högre andel korrekta svar. (B) Retentionen var signifikant större med Nurosym jämfört med placebo. Effekten var också större med Nurosyms riktade medelfrekvens.
Figur 4. Nurosym gav färre läsfel per textavsnitt jämfört med placebo.
Vi hypotheserar således att kombinationen av riktad stimulering och läsning drar nytta av befintliga neurala nätverk för att förstärka minnet av läst innehåll. Eftersom vagusnervstimulering bygger på tidsmässigt exakt frisättning av neurotransmittorer såsom noradrenalin och acetylkolin, föreslår vi att dessa substanser verkar genom att stärka befintliga synapser i den typiskt utvecklade hjärnan snarare än att uppmuntra bildandet av nya kopplingar.
Tillsammans tyder dessa data på att minnet, oavsett ålder, konsekvent spelar en betydande roll för förståelseförmågan. Om taVNS kan öka inlärning och stärka minnet för inlärda element, såsom dessa data antyder, kan tillägg av taVNS betraktas som en ”kognitiv förstärkare” för att påskynda nyttan av traditionella beteendeinterventioner som vanligen kräver veckor till månader av konsekvent träning.
Vår framtida forskning kommer att undersöka parametern för strömstyrka vid taVNS och systematiskt utforska hur kliniskt relevanta framtida stimuleringsprotokoll för olika uppgifter kan optimeras.
Slutligen, även om det finns mycket evidens för att stimulering under träning är effektiv för att driva neural plasticitet, bör vidare taVNS-forskning jämföra stimulering under träning med stimulering under konsolidering.
Andra studier har vidare undersökt om taVNS kan vara en lovande metod för att förbättra inlärning och minne, särskilt språkinlärning. Särskilt genom förstärkning av selektiv uppmärksamhet och återkallelse av minnen har taVNS visats förbättra aspekter av läsning, inlärning av ny ortografi och språklig kategorilärande hos vuxna.
Dessa resultat tyder på att parade taVNS-tillfällen inducerar en tidsmässigt precis neuromodulatorisk signal som selektivt förstärker perception och minneskonsolidering av perceptuellt framträdande kategorier.
Dessa fynd har intressanta potentiella implikationer för ett brett spektrum av kognitiva uppgifter.
Slutsats
Att komma ihåg att kognitiv förstärkning inte är ett monolitiskt fenomen kommer att hjälpa till att adressera alla utmanande och stimulerande teoretiska, etiska och vetenskapliga frågor kring de möjligheter som nya neurovetenskapliga insikter och tekniker medför.
Referenser:
The Psychonauts’ World of Cognitive Enhancers, Napoletano F, Schifano F, Corkery JM, Guirguis A, Arillotta D, Zangani C, och 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, och Dimitris Repantis
Improvement of memory-based reading recall using transcutaneous auricular vagus nerve Stimulation; Vishal J. Thakkar, Zoe A. Richardson, Annie Dang, och 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,