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Verbessert eine elektrische Stimulation des Gehirns unser Gedächtnis ?

Aktualisiert: vor 1 Tag


Das Erinnerungsvermögen lässt mit dem Alter nach. Gedächtnisdefizite beeinträchtigen allgemeine Fähigkeiten, die wir in unserem täglichen Leben dringend benötigen. Diejenigen neuronalen Netze, die unseren Gedächtnisleistungen zugrunde liegen, wurden in den vergangenen Jahren genauer identifiziert. Mehrere Studien legen nahe, dass die rhythmische Aktivität definierter kognitiver Schaltkreise für die Koordination der Informationsverarbeitung wichtig sind. Dabei gehen wir von einem kapazitätsbegrenzten Arbeitsgedächtnis für die kurzfristige Speicherung von Informationen und von einem unbegrenzten Langzeitgedächtnis für die dauerhafte Speicherung aus.


Auf der Suche nach Technologien zur Verstärkung der rhythmischen Aktivität der neuronalen Schaltkreise, die diesen beiden Gedächtnisspeichern zugrunde liegen, konnten nun Robert Reinhart, Neurowissenschaftler an der Universität Boston in Massachusetts (USA), und seine Kollegen zeigen, dass eine Verbesserung der Gedächtnisleistung genau dann erzielt werden kann, wenn das Gehirn über mehrere Tage hinweg wiederholt mit schwachen elektrischen Strömen behandelt wird. Wie sie in der renommierten Zeitschrift Nature Neuroscience letztes Jahr nachgewiesen haben, hält dieser Effekt sogar bis zu einem Monat an.


Im Rahmen der Studie wurden mittels einer nicht-invasiven Methode zur elektrischen Anregung des Gehirns, der transkraniellen Wechselstromstimulation (transcranial alternating current stimulation), elektrische Ströme über Elektroden auf der Kopfhaut in das Gehirn hinein abgegeben. Über Veränderungen der Amplitude, Frequenz und relativen Phasenverschiebung des Stromflusses wird die rhythmische Aktivität dann direkt modifiziert.


Die 150 Probanden im Alter zwischen 65 und 88 Jahren führten während der 20 Minuten dauernden Stimulation eine Gedächtnisaufgabe durch, bei der sie sich an Listen mit 20 Wörtern erinnern sollten, die laut vorgelesen wurden. Danach mussten so viele Wörter wie möglich aus dem Gedächtnis abgerufen werden.


Frühere Studien hatten gezeigt, dass das Langzeitgedächtnis und das Arbeitsgedächtnis, mit dem das Gehirn Informationen nur vorübergehend speichert, von unterschiedlichen Mechanismen gesteuert werden. Die Stimulation des dorsolateralen, präfrontalen Kortex (an der Vorderseite des Gehirns, s. Abbildung) mit hochfrequenten elektrischen Strömen beeinflusste dabei primär das Langzeitgedächtnis, während die Aktivierung des unteren Scheitellappens, der weiter hinten im Gehirn liegt, über niederfrequente elektrische Ströme das Arbeitsgedächtnis verbesserte.

Blick auf das in der Mittellinie aufgeschnittene Gehirn (Median-Sagittalschnitt links) und von oben (rechts). Die für spezifisch menschliche Eigenschaften relevanten Areale des Neocortex sind umrandet. In der dorsolateral (oben seitlich) gelegenen Region des präfrontalen Cortex befinden sich Areale, die für die Handlungsplanung und Entscheidungsfindung eine wichtige Rolle spielen. Durch den dorsomedialen Cortex hindurch verlaufen diverse neuronale Netze, die unser Sozialverhalten bestimmen. Spezifische Charaktereigenschaften, die Emotionen aus dem limbischen System mit den rational-kognitiven Funktionen des Frontallappens verbinden, werden im orbitofrontalen Cortex kodiert (Abb. 1.7 aus Klimaschewski L.P., Altern und neurodegenerative Erkrankungen – warum gehen Nervenzellen verloren? In: Parkinson und Alzheimer heute. Springer, 2021)


Nach wiederholter Behandlung erinnerten sich diejenigen Teilnehmer, die eine hochfrequente Stimulation des dorsolateralen präfrontalen Kortex erhielten, besser an die am Anfang der Listen gennanten Worte; sie steigerten also ihr Langzeitgedächtnis. Eine niederfrequente Stimulation des unteren Parietallappens verbesserte demgegenüber die Fähigkeit der Teilnehmer, sich an später in den Listen auftauchende Worte zu erinnern, was wir eher als Arbeitsgedächtnis bezeichnen würden. Die Gedächtnisleistung der Probanden verbesserte sich im Laufe von vier Tagen und war auch noch einen Monat später nachweisbar. Diejenigen Teilnehmer, die vor der Studie die geringsten allgemeinen kognitiven Fähigkeiten aufwiesen, steigerten ihr Gedächtnis dabei am meisten.


Ein Wechsel der Frequenzen und der Hirnregionen (z. B. Stimulation des Scheitellappens mit hohen Frequenzen) oder die Verwendung eines "Scheinprotokolls", bei dem die elektrischen Ströme nur kurz zu Beginn und am Ende der Aufgabe angelegt wurden, um das Gefühl einer Hirnstimulation zu imitieren, führten demgegenüber nicht zu einer Verbesserung der Gedächtnisleistung. Das beweist die Spezifität der verwendeten Stimulationsprotokolle.


Die Ergebnisse sind von großem Interesse angesichts einer rasch alternden Weltbevölkerung. Eine Beeinträchtigung grundlegender Gedächtnisfunktionen, die für Aktivitäten des täglichen Lebens wie finanzielle Entscheidungen oder das Verstehen von Sprache unerlässlich sind, belastet auch unsere Gesundheits- und Sozialsysteme massiv. Aufgrund der Coronavirus-Pandemie ist die Wahrscheinlichkeit dafür eher noch gestiegen. Reinhart und Kollegen arbeiten daher intensiv daran, die Vorteile einer Hirnstimulation auf andere Arten von Gedächtnisaufgaben zu übertragen und die Verbesserungen der Gedächtnisleistung über längere Zeit als einen Monat zu stabilisieren.


Referenzen:


Grover S, Wen W, Viswanathan V, Gill CT, Reinhart RMG (2022) Long-lasting, dissociable improvements in working memory and long-term memory in older adults with repetitive neuromodulation. Nature Neuroscience 25:1237


Rogers J (2022) A frequency location to remember. Nature Reviews Neuroscience 23:644


Bildnachweis: iStock/wildpixel

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