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Elektrische Hirnstimulation verbessert das Arbeitsgedächtnis
Wissenschaftler haben möglicherweise einen Weg gefunden, die Konnektivität des Gehirns zu verbessern. Die Ergebnisse können das Kurzzeitarbeitsgedächtnis stärken und in der Zukunft helfen, Hirnschäden bei Patienten mit traumatischen Hirnverletzungen, Schlaganfällen oder Epilepsie zu reparieren.Verschiedene Gehirnscans aus der Studie zeigen, dass die synchrone Stimulation die Gehirnaktivität in den Regionen steigert, die an der Aufgabenleistung beteiligt sind, während die "nicht synchronisierte" Stimulation die Gehirnbereiche aktiviert, die mit der Ruhe verbunden sind.
Bildnachweis: Ines Violante
Unsere Gehirne sind komplexe Maschinen, die eine beeindruckende Menge an Informationen verarbeiten können. Damit das Gehirn richtig funktioniert, muss es alle seine vielen Komponenten in einer koordinierten Anstrengung verbinden.
Wissenschaftlich wurde das Gehirn in vier Hauptregionen unterteilt, jede mit eigenen Unterabschnitten und spezialisierten Funktionen. Einige Bereiche des Gehirns befassen sich mit Sprache, einige mit Gedächtnis und andere mit räumlichem Denken oder Bewegung.
Einige kognitive Funktionen sind das Ergebnis der Kommunikation zwischen verschiedenen Bereichen. Das so genannte Arbeitsgedächtnis entsteht aus der Interaktion verschiedener Netzwerke, und neue Forschung untersucht die Rolle von Gehirnwellen bei der Synchronisierung und Rationalisierung dieser Kommunikation.
Wissenschaftler des Imperial College London (ICL) im Vereinigten Königreich verwendeten Elektrizität, um das Gehirn zur Synchronisierung seiner elektrischen Aktivität zu stimulieren. Wie die Forscher - angeführt von Dr. Ines Ribeiro Violante, Neurowissenschaftlerin der Medizinischen Fakultät am ICL - erklären, entstehen Gehirnwellen, wenn verschiedene Neuronen gleichzeitig Signale senden. Der genaue Rhythmus, in dem diese Zellen synchronisieren, kann den Schlüssel für die Durchführung komplizierterer Aufgaben enthalten.
Die neue Studie, in der Zeitschrift veröffentlicht eLife, zeigt, dass das Anwenden einer schwachen elektrischen Stimulation auf das Gehirn dazu beiträgt, verschiedene Teile des Gehirns zu harmonisieren, wodurch das Gedächtnis der Teilnehmer verbessert wird.
Die Auswirkungen der elektrischen Hirnstimulation untersuchen
Violante und sein Team verwendeten eine nichtinvasive Technik, die transkranielle Wechselstromstimulation (TACS) genannt wird, um den Rhythmus des Gehirns zu beeinflussen. In TACS wird alternierender elektrischer Strom durch den Schädel angelegt, um die kortikalen Oszillationen des Gehirns zu modifizieren.
Die Forscher nutzten TACS, um zwei Gehirnregionen anzusprechen, die am Arbeitsgedächtnis beteiligt sind: der mittlere Gyrus frontalis und der untere Parietallappen.
Während ihre Gehirne elektrisch stimuliert wurden, wurden 10 Teilnehmer gebeten, eine Reihe von Gedächtnisaufgaben auszuführen, die in Schwierigkeitsgrad allmählich zunahmen. Die elektrische Stimulation wurde abwechselnd in einer unsynchronisierten Weise, in einer synchronisierten Weise oder in schnellen Bursts angewendet.
Die Teilnehmer führten Gedächtnisaufgaben aus, bei denen sie sich daran erinnerten, dass Zahlen auf dem Bildschirm blinkten oder Zahlen mit vorherigen übereinstimmten. Bei komplexeren Aufgaben mussten zwei Zahlenfolgen im Auge behalten werden, da die neue Nummer mit der von zwei Zahlen übereinstimmen musste.
Synchronisierte Stimulation verbessert das Arbeitsgedächtnis
Insgesamt stellten die Wissenschaftler fest, dass die Teilnehmer bei einer synchronen Stimulierung des Gehirns eine bessere Reaktionszeit bei den Gedächtnisaufgaben hatten. Ihre Leistung verbesserte sich besonders bei komplexeren Aufgaben, bei denen sich die Teilnehmer zwei Zahlengruppen merken mussten, um sie mit der aktuellen Zahl abzugleichen.
Die synchronisierten Gehirnwellen schienen die Leistung des Arbeitsgedächtnisses zu verbessern - die Fähigkeit des Gehirns, kleine Informationsbits in einer Form zu behalten, die leicht zugänglich ist, wenn bestimmte Aufgaben ausgeführt werden. Der Arbeitsspeicher ist dafür verantwortlich, sich an tägliche Informationen wie Einkaufslisten oder Telefonnummern zu erinnern.
"Was wir beobachtet haben, ist, dass die Menschen besser abschnitten, wenn die beiden Wellen den gleichen Rhythmus hatten und gleichzeitig [...] Das klassische Verhalten ist langsamer bei der härteren kognitiven Aufgabe, aber die Menschen liefen schneller mit synchronisierter Stimulation und so schnell wie weiter die einfachere Aufgabe [...] Die Ergebnisse zeigen, dass bei synchronisierter Stimulation die Aktivität in den an der Aufgabe beteiligten Regionen anstieg. Wenn sie nicht synchron war, wurde der gegenteilige Effekt beobachtet. "
Dr. Ines Ribeiro Violante
Hirnstimulation könnte in Zukunft zur Behandlung von Hirnverletzungen eingesetzt werden
In Zukunft wollen die Wissenschaftler diese Form der Hirnstimulation zur Behandlung von Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma einsetzen.
Dr. Violante erklärt, dass eine solche Technik sehr billig ist, daher wäre es in diesem Sinne vorteilhaft, sie in Kliniken zu verwenden. Die Besonderheiten des Gehirns jedes Individuums können jedoch ein Hindernis bei der Verwendung dieser Form der elektrischen Stimulation als eine allgemein zugängliche Therapie sein.
"Der nächste Schritt ist zu sehen, ob die Hirnstimulation bei Patienten mit Hirnverletzungen funktioniert, in Kombination mit der Bildgebung des Gehirns, wo Patienten Läsionen haben, die die Kommunikation in ihrem Gehirn behindern", sagt Dr. Violante.
"Die Hoffnung ist, dass es schließlich für diese Patienten verwendet werden könnte, oder sogar für diejenigen, die einen Schlaganfall erlitten haben oder Epilepsie haben", fügt Dr. Violante hinzu.
David Sharp, Professor für Neurologie an der Medizinischen Fakultät von ICL und leitender Autor des Artikels, trägt ebenfalls zu den Ergebnissen bei:
"Wir sind sehr erfreut über das Potenzial der Hirnstimulation bei der Behandlung von Patienten. Ich arbeite mit Patienten, die oft große Probleme mit dem Arbeitsgedächtnis nach ihren Kopfverletzungen haben, also wäre es gut, eine Möglichkeit zu haben, unsere derzeitigen Behandlungen zu verbessern arbeiten wir immer für sie. Unser nächster Schritt ist es, den Ansatz bei unseren Patienten auszuprobieren und wir werden sehen, ob die Kombination mit kognitivem Training verlorene Fähigkeiten wiederherstellen kann. "
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