Lær raskere ved magnetisk hjernestimulering

Bochum forskere undersøke effekten av TMS stimulanse mønstre spesifikt endre aktiviteten av visse nevroner

Hva høres ut som science fiction er faktisk mulig: På grunn av magnetisk stimulering utenfra kan være aktiviteten til visse hjernenerveceller selektivt påvirke. Hva det skjer i hjernen akkurat var fortsatt uklart. Bochum leger ledet av professor dr Klaus Funke (Institutt for nevrofysiologi) har nå vist at ulike tiltaks mønstre opptre i ulike celler og hemme deres aktivitet eller øke. Enkelte tiltaks mønstre ledet slik at rotter lærer lettere.

Funnene kan bidra til at hjernestimulering kan brukes i fremtiden rettet mot brain dysfunction. Forskerne har publisert sine studier i Journal of Neuroscience, og i European Journal of Neuroscience.

Magnetiske pulser stimulerer hjernen

Transkraniell magnetisk stimulering, TMS for kort, er en relativt ny metode for smertefri eksitasjon av hjerne nerveceller. Metoden som ble presentert for første gang av Anthony Barker 1985 er basert på det faktum at man ved hjelp av et magnetfelt kan stimulere hjernebarken, som ligger rett under skallen, cortex. TMS brukes i diagnostikk, grunnleggende forskning og som et potensielt terapeutisk verktøy. Diagnostisk brukt, brukes en enkelt magnetisk puls for å teste aktiverbarhet av nerveceller i et kortikalt område for å vurdere endringer i sykdom eller etter medikamentinntak eller etter en tidligere kunstig stimulering av hjernen. En enkelt magnetisk puls kan også brukes til å teste involveringen av et bestemt kortikalt område i en sensorisk, motorisk eller kognitiv oppgave, ettersom den midlertidig forstyrrer dens naturlige aktivitet og midlertidig stenger den av.

Gjentatte stimuli endrer hjerneaktivitet

Siden midten av 1990-årene har den repeterende TMS blitt brukt til spesifikt å endre aktiveringen av nerveceller i den menneskelige cortex: "Generelt reduseres aktiviteten til cellene med en Hz, dvs. en magnetisk puls i sekundet, på grunn av lavfrekvensstimulering. Ved høyere frekvenser fra fem til 50 pulser per sekund øker aktiviteten til cellene, "forklarer prof. Funke. Forskerne er hovedsakelig opptatt av spesielle stimulansemønstre som den såkalte theta-burst stimululation (TBS). 50 Hz burst (bursts) gjentas med 5 Hz. "Denne rytmen er basert på den naturlige teta-rytmen fra fire til syv Hertz, som kan observeres i EEG," sa Funke. Effekten avhenger først og fremst av om slike stimulusmønstre gis kontinuerlig (cTBS, dempende effekt) eller periodisk (intermitterende, iTBS, potenserende effekt).

Kontaktpunkter mellom celler øker eller svekkes

Hvordan nøyaktig nervecellers aktivitet endres ved gjentatt irritasjon, er i stor grad ukjent. Det antas at kontaktpunktene (synapser) mellom cellene blir forsterket av gjentatt irritasjon (synaptisk potensering) eller svekket (synaptisk depresjon), en prosess som også spiller en viktig rolle i læringen. Det har nylig blitt vist at virkningene av TMS og menneskelig læring samhandler.

Hemmende kortikale celler er spesielt følsomme for stimulering

Bochum-forskerne har nå vært i stand til å vise for første gang at kunstig kortikal stimulering selektivt endrer aktiviteten til visse hemmende nevroner, avhengig av hvilken stimulusprotokoll som er brukt. Samspillet mellom spennende og hemmende nerveceller er en essensiell forutsetning for sunn hjernefunksjon. Nerveceller spesialisert på hemming viser et langt større utvalg av former og strukturer av aktivitet enn deres spennende partnere. Blant annet produserer de forskjellige funksjonelle proteiner i cellekroppen. Prof. Funkes studier fokuserte på studien av proteiner parvalbumin (PV), calbindin-D28k (CB) og calretinin (CR). De dannes av forskjellige hemmende celler aktivitetsavhengige, slik at mengden deres gir informasjon om aktiviteten til de tilsvarende nerveceller.

Stimuleringsmønstre har en spesifikk effekt på spesifikke celler

For eksempel har forskning vist at den stimulerende stimuleringsprotokollen (iTBS stimulus protokoll) nesten bare reduserer PV-dannelse, mens den kortikale stimulerende kontinuerlige dempingen (cTBS) eller dempende 1 Hz-stimuleringen hovedsakelig reduserer CB-produksjonen avta. CR-dannelse endret seg ikke ved noen av stimulusprotokollene som ble testet. Registrering av nervecelleelektrisk aktivitet bekreftet endret hemning av kortikal aktivitet.

Lær raskere etter stimulering

I en andre studie, som nylig ble publisert i European Journal of Neuroscience, kunne også gruppen av prof. Funke vise at rotter lærer raskere hvis de ble behandlet med en aktiverende stimulusprotokoll (iTBS) før hver trening, men ikke hvis den hemmende cTBS Protokoll ble brukt. Det ble funnet at den opprinnelig reduserte dannelsen av proteinparvalbumin (PV) ble økt igjen ved læringsprosedyren, men bare i hjerneområdene som var involvert i læringsprosessen. Hos dyr som ikke var involvert i den spesifikke læringsoppgaven, ble PV-produksjonen redusert etter aktivering av stimulering. "ITBS-behandlingen reduserer derfor i utgangspunktet aktiviteten til visse hemmende nerveceller generelt, slik at de påfølgende læringsaktivitetene lettere kan lagres," avslutter professor Funke. "Denne prosessen kalles 'gating'. I et andre trinn normaliserer læringsaktivitet hemming og PV-dannelse. "

Behandle mer målrettet i fremtiden

TMS har blitt brukt med begrenset suksess for å behandle hjernedysfunksjon, spesielt ved alvorlig depresjon. I tillegg er det vist at funksjonsforstyrrelser i de inhiberende nervecellene spiller en viktig rolle i nevropsykiatriske sykdommer som schizofreni. "Det er absolutt fortsatt for tidlig å hente nye former for hjernedysfunksjonsbehandling fra funnene av vår studie, men funnene gir et viktig bidrag til en muligens mer spesifikk bruk av TMS i fremtiden," håper professor Funke.

bibliografiske poster

Benali, A., Trippe, J., Weiler, E., Mix, A., Petrasch-Parwez, E., Girzalsky, W., Eysel, UT, Erdmann, R. og Funke, K. (2011) Theta sprekke transkraniell magnetisk stimulering alder kortikal hemning. J. Neurosci., I pressen.

Mix, A., Benali, A., Eysel, UT, Funke, K. (2010) Kontinuerlig og intermitterende transkranial magnetisk theta burst-stimulering modifiserer taktil læringsevne og kortikalt proteinuttrykk i rotten på en annen måte. I: Eur. J. Neurosci. 32 (9): 1575-86. doi: 10.1111 / j.1460-9568.2010.07425.x. Epub 2010 okt. 18.

Kilde: Bochum [Ruhr-University]