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'Electronic Adderall': Ein Durchbruch in der Hirnforschung könnte neue Möglichkeiten eröffnen

Werden tragbare Geräte es den Verbrauchern bald ermöglichen, ihr eigenes Gehirn zu stimulieren?

Transkranielle Magnetstimulation könnte neuropsychiatrische Behandlungen verbessern. Just_Super/iStock

Erstmals ist es Forschern gelungen, mit schnell schwankenden Magnetfeldern eine Struktur tief im Gehirn zu stimulieren.

Der Zugang zu diesen Strukturen hat sich als enorme Herausforderung erwiesen, da die derzeit verfügbaren Werkzeuge nicht sehr weit unter die Kopfhaut eindringen können. Die Forscher hinter dieser Studie, die am Mittwoch veröffentlicht wurdeim Peer-Review-Journal Wissenschaftliche Fortschritte, verwendeten keine noch nie zuvor gesehene Hardware, um ihre bahnbrechende Entdeckung zu machen. Stattdessen nutzten sie die eigenen Schaltkreise des Gehirns, um indirekt Stimulieren Sie die tiefere Region, indem Sie sich auf ein Netzwerk von Neuronen stützen, die einen Teil des Gehirns in der Nähe des Schädels den ventrolateralen präfrontalen Kortex mit einer kleinen Struktur verbinden, die tief im Gehirn liegt die Amygdala.

Ein ein Artikel, der zusammen mit dem neuen Papier veröffentlicht wurde, Neurowissenschaftler Noah S. Philip und Kevin S.LaBar schreiben Sie, dass die Amygdala „einer der zentralen neuronalen Schaltkreise ist, die mit Depressionen, Angstzuständen und posttraumatischen Belastungsstörungen in Verbindung gebracht werden.“ Medikamente und andere Therapien für diese Erkrankungen zielen oft auf den kleinen, mandelförmigen Teil des Gehirns ab, sagen Philip und LaBarDie neue Studie ist wichtig, weil sie „elegant darstellt, wie wir das Amygdala-Targeting verbessern könnten“, mit Blick auf die Entwicklung von Therapien für Menschen, denen Ärzte mit den derzeit verfügbaren Instrumenten nicht helfen können.

Neurowissenschaftler James Giordano erzählt IEdass er aus zwei Gründen besonders an der Arbeit interessiert ist. Erstens beinhaltet die Technologie „tragbare Formen der Gehirnstimulation im Vergleich zu implantierbaren“. Und zweitens weisen diese Experimente auf eine breite Palette potenzieller Anwendungsfälle hin. „Diese Methode ist oberflächlichStimulation kann bestimmte Formen von Strom leiten und die relative Aktivität tieferer Schichten des Gehirns verändern, wie z. B. derer, die an Aktivierung, Erregung und Passivität beteiligt sind“, sagt er. Das ist eine große Sache, weil einige dieser tieferen Schichten daran beteiligt sind"unsere zugrunde liegenden Emotionen und Verhaltensweisen [und] können auch an bestimmten psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen beteiligt sein."

Interessante Technik | wissenschaft-x.com setzte sich mit Professor Giordano zusammen, um über diese Studie zu sprechen und was sie für die Zukunft der Neurowissenschaften bedeuten könnte.

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Dieses Interview wurde aus Gründen der Länge und Klarheit bearbeitet.

Interessante Technik | wissenschaft-x.com: Was haben diese Wissenschaftler getan?

James Giordano: Diese Wissenschaftler verwenden eine Form der transkraniellen Stimulation, die einen schwachen Magnetimpuls verwendet. Dies wird als transkranielle Magnetstimulation bezeichnet. Charakteristischerweise greift und moduliert diese Form der Stimulation nur die obersten oder äußersten Schichten der Gehirnoberfläche,als kortikaler Mantel bezeichnet.

Was an dieser speziellen Studie so interessant ist, ist, dass die direkte Aktivierung eines Schlüsselbereichs des Cortex des Gehirns, des präfrontalen Cortex, direkt ein Netzwerk zu aktivieren scheint, das eine Änderung der Aktivität einer viel tieferen Gehirnstruktur namens Amygdala verursacht.das Teil des limbischen Systems ist, das an der Regulation von Erregungszuständen, Passivität, Aggressivität, Verhalten, Mangelaktivierung und Konzentration beteiligt ist.

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Die interessante Komponente dieser Studie ist, dass sie durch die Verwendung einer transkraniellen Form der Stimulation in der Lage sind, eine Wirkung in tieferen Gehirnstrukturen auf eine Weise hervorzurufen, die gültig, realisierbar, reproduzierbar, scheinbar zuverlässig und daher wertvoll ist.

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IE: Diese Methode bietet also Zugang zu Strukturen, die bisher für die transkranielle Stimulation unerreichbar waren?

Giordano: Richtig. In der Vergangenheit war eines der Probleme bei transkraniellen Stimulationsformen – ob transkranielle Magnetstimulation oder transkranielle Elektrostimulation – das, was als räumliche Begrenzung bezeichnet wird.

Mit anderen Worten, der verfügbare Strom – entweder elektrisch oder magnetisch – dringt nur tief genug durch die Kopfhaut, die Muskulatur, den Schädel und die Schutzmembranen des Gehirns, um die äußerste Schicht des Gehirns, die kortikale Schicht, zu beeinflussen.Und obwohl diese kortikale Schicht sicherlich an einer Vielzahl höherer kognitiver, verhaltensbezogener und motorischer Funktionen beteiligt ist, ist es wichtig zu verstehen, dass das Gehirn als vernetztes System arbeitet.Der Kortex funktioniert also nicht unabhängig, sondern als System mit anderen Knotenund Netzwerke des Gehirns, die tiefer, tiefer darin liegen.

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Daher bestand die Einschränkung vieler dieser transkraniellen neuromodulatorischen Ansätze in ihrer eingeschränkten Fähigkeit, tiefere Gehirnstrukturen, die Teil dieser funktionellen Netzwerke sind, direkt, reproduzierbar und zuverlässig zu beeinflussen. Mit anderen Worten, der Strom würde sich in einem solchen Ausmaß ausbreiten, dass Sienicht die Besonderheit und Spezifität der Wirkung auf Schlüsselziele tiefer im Gehirn erhalten, die daher die Aktivitäten von Schlüsselknoten und Netzwerken modulieren würden, die an verschiedenen Gedanken, Emotionen, Verhaltensweisen usw. beteiligt sind.

Was diese Studie zeigt, ist, dass wir durch die direkte Stimulation eines Bereichs des präfrontalen Kortex unter Verwendung sehr präziser und bestimmter Parameter einen direkten Weg, eine direkte Netzwerkverbindung zur Amygdala, aktivieren und auf diese Weise die funktionelle Aktivität von modulieren könnendie Amygdala auf direkte und gerichtete Weise.

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IE: Die Amygdala kommt oft in Gesprächen über das Gehirn vor. Wofür ist diese Region des Gehirns verantwortlich?

Giordano: Ich denke, es ist wichtig zu erkennen, dass die Amygdala keine einzelne Struktur ist, sondern ein Mosaik von Unterstrukturen, die sehr unterschiedliche Verbindungen innerhalb der verschiedenen Knoten und Netzwerke des Gehirns haben. Es gibt viele Inputs zu den verschiedenen AmygdalaoidenKerne und verschiedene Ausgänge der Amygdaloidkerne.

Die Amygdala kann also sowohl als Relais als auch als untergeordneter Kontrollknoten in jenen Gehirnnetzwerken angesehen werden, die bei Erregung, Interesse und Verhaltensaktivierung funktionieren und bestimmte Aspekte von Passivität und Aggression modulieren. Also die Fähigkeit, Amygdala zu modulierenAktivität direkt durch transkranielle Stimulation eines sehr oberflächlichen Bereichs des Kortex ermöglicht eine erhöhte Fähigkeit, die Aktivität bestimmter Bereiche der Amygdala auf möglicherweise lenkbare Weise zu modifizieren.

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IE: Wie könnte die Beeinflussbarkeit dieser Prozesse praktisch aussehen?

Giordano: Die direkteste und expliziteste Art, darüber nachzudenken, ist, dass wir durch die Modulation des präfrontalen Kortex durch transkranielle Magnetstimulation jetzt einen direkten Weg identifizieren können, um die Aktivität der Amygdala zu modulieren oder zu modifizieren.

Nun bleibt abzuwarten, wie spezifisch die Amygdala-Modulation ist. Mit anderen Worten, können wir die Modulation – d. h. die Aktivität der Amygdala – feinabstimmen, indem wir den Input zum Kortex feinabstimmen? AberDies ist ein wichtiger erster Schritt, der, wenn Sie so wollen, einen Vektor und eine Verbindung für den Zugriff auf die Amygdala bietet und auf diese Weise möglicherweise Amygdala-Funktionen beeinflusst, die an verschiedenen kognitiven Zuständen, emotionalen Zuständen und Verhaltensausgaben beteiligt sind oder dazu beitragen.

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IE: Was könnte das für die Zukunft von Therapiegeräten bedeuten?

Giordano: Dies kann die Tür zu bestimmten therapeutischen Interventionen öffnen. Zum Beispiel können wir diese Arten von transkranieller magnetischer – oder vielleicht sogar transkranieller elektrischer Stimulation – verwenden, um wichtige kortikale Bereiche anzusprechen, die wir später verwenden werdeneine direkte Schnittstelle zu tieferen Gehirnstrukturen zu identifizieren, die Teil der größeren Knoten- und Netzwerkkonfigurationen des Gehirns sind, die an einer Vielzahl von pathologischen Zuständen beteiligt sind: Angststörungen, depressive Störungen, vielleicht sogar Formen von Psychosen.Dies bietet ein weiteres Werkzeug, ein potenzielles Werkzeug im therapeutischen Rüstzeug.

Darüber hinaus kann es auch einen weiteren Weg bieten, eine weitere praktikable Methode zur Behandlung von Fällen von Angstzuständen, Depressionen, Traumata, Belastungsstörungen, Manifestationen von Kopfverletzungen und/oder Schlaganfällen, die gegenüber anderen Formen von relativ resistent warenBehandlungen.

Aber hier müssen wir noch einen Schritt weiter gehen: die Fähigkeit, auf den Cortex abzuzielen, um die Funktion der Amygdala und jener „nachgelagerten“ Knoten und Netzwerke zu beeinflussen, die an der Amygdala und dem limbischen System beteiligt sind. Teilnahme an kognitiven, emotionalen undVerhaltensfunktionen und -outputs können auch eher präventiv-therapeutisch oder präventiv-interventionell betrachtet werden.

Mit anderen Worten, es gibt hier einen Aspekt der präventiven Neuropsychiatrie. Die Idee ist: „Können wir auf Bereiche des Cortex abzielen, um die Amygdala und vielleicht anschließend andere tiefere zerebrale Strukturen zu beeinflussen, um dann Muster kognitiver Reaktionen, emotionaler Reaktionen und zu modifizierenReaktionen, Entscheidungen und Verhaltensweisen?"

IE: Wenn diese Technologie als eine Form der Präventivmedizin eingesetzt werden kann, könnte sie dann auch zur Verbesserung der Fähigkeiten einer Person eingesetzt werden?

Giordano: Natürlich könnte dies nicht nur in bestimmten Formen der Präventivmedizin einen Wert haben, sondern dieses Konstrukt der Prävention auch erweitern, um Dinge wie die Optimierung bestimmter Denk-, Gefühls- oder Verhaltensmuster durch Erhöhen oder Verringern des relativen funktionellen Beitrags einzubeziehendieser Gehirnknoten und Netzwerke auf eine Weise, die unser Denken, Fühlen und Handeln verändern kann.

In dieser Situation sehen wir den möglichen Nutzen in der beruflichen Optimierung und Befähigung für eine Reihe von Berufen. Außerdem können wir bestimmte Wellness- und Lifestyle-Anwendungen sehen.

Und ich denke, es ist auch wichtig zu erkennen, dass, obwohl diese spezielle Studie auf Parameter der transkraniellen Magnetstimulation ausgerichtet ist, die am wahrscheinlichsten in klinischen Umgebungen verwendet werden, die nachgewiesene Fähigkeit, den Kortex auf spezifische Weise anzusprechen, die dann tiefer modulieren kannGehirnstrukturen könnten auch ein Wert sein, um den Verbraucher direkt anzusprechen, und sogar Do-it-yourself-Ansätze für transkranielle oder elektrische Stimulation, die dann verwendet werden können.Gelegenheit' diese identifizierten Parameter und Wege zur besten Wirkung.

IE: Wie könnte eine Direct-to-Consumer-Version dieser Technologie aussehen?

Giordano: Es geht weniger um was würden wir erwarten. Es gibt bereits einen lebensfähigen internationalen Markt für neuronale Modulation direkt an den Verbraucher. Die überwiegende Mehrheit dieser Geräte verwendet transkranielle elektrische Stimulation mit geringer Ausgangsleistung. Derzeit bleibt die transkranielle Magnetstimulation eine Domäne der Klinik und ForschungInterventionen sind diese magnetischen Geräte noch nicht als Direct-to-Consumer erhältlich.

Aber eine Studie wie diese zeigt ein brauchbares kortikales Ziel und die Parameter für die Stimulation dieses Ziels, um dann in der Lage zu sein, eine tiefere zerebrale Struktur, die Amygdala, zu erreichen. Und obwohl die verwendete Methode transkranielle Magnetstimulation war, denke ich, dass es sicher wärevon Interesse, um dann auch zu bewerten, ob und unter welchen Bedingungen und durch welche Parameter die transkranielle elektrische Stimulation ebenfalls einen ähnlichen, wenn nicht identischen mechanistischen Effekt auslösen könnte.

IE: Reden Sie von einem elektronischen Adderall?

Giordano: Ja. Ein Großteil dieser Arbeit wurde bereits geleistet. Es gab bereits umfangreiche Arbeiten, die sich mit den Fähigkeiten und Einschränkungen verschiedener Formen und Muster der transkraniellen elektrischen Stimulation befassten und sich auf diese konzentrierten, um die Knoten-Netzwerk-Aktivität des Gehirns zu modifizierenbeeinflussen in gewisser Weise Denkmuster, Emotionen und auch die Verhaltensleistung, d.h. die Fähigkeit zur Aufmerksamkeit, Wachsamkeit, Vermeidung von Müdigkeit, gesteigerte Leistung bei einer Vielzahl von mentalen Aufgaben oder körperlichen Aufgaben, Steigerung der Koordination, Verkürzung der Reaktionszeit usw.

Wir wissen bereits, dass verschiedene Arten transkranieller elektrischer und natürlich auch magnetischer Stimulation zumindest eine potenzielle Fähigkeit dazu haben. Daher wäre es eine logische Erweiterung, dass diese Ansätze verwendet werdenDirect-to-Consumer, die eine transkranielle elektrische Stimulation mit niedriger Ausgangsleistung verwenden, könnten versuchen, auf dieselben Ziele zuzugreifen, aber mit viel niedrigeren Strömen, die klinisch verwendet werden, um zumindest ähnliche, wenn nicht identische Wirkungen zu erzeugen.

IE: Was sagt uns diese neue Forschung über den Stand der Neurowissenschaften und die Zukunft von Technologien, die direkt mit dem Gehirn interagieren?

Giordano: Ich denke, es spiegelt den Impuls und die Flugbahn des Feldes im Allgemeinen wider. Für mindestens das letzte Jahrzehnt war die identifizierte Einschränkung – wenn nicht Einschränkung – der transkraniellen magnetischen und transkraniellen elektrischen Stimulation die relative Oberflächlichkeit des modulierenden Effekts.Mit anderen Worten, wir wissen, dass die direkten Wirkungen bisher offensichtlich auf die äußersten Schichten des Gehirns beschränkt waren.

Unsere Hoffnung war, dass Sie durch die Beeinflussung dieser Schichten einen „Welleneffekt“ stromabwärts oder stromaufwärts in anderen Gehirnbereichen haben könnten, der daher für bestimmte Arten von Interventionen und Therapeutika von Wert wäre. Hier haben wir eine Studie, die das zeigtEs zeigt nicht nur, dass es möglich ist, sondern liefert auch Parameter und Muster, mit denen diese Stimulation solche Effekte reproduzierbar hervorrufen kann.

Was sie getan haben, ist, dass sie die Tür für die nächste Reihe von Experimenten und potenziellen Übersetzungen in den klinischen und vielleicht paraklinischen Bereich geöffnet haben.

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