Inhaltszusammenfassung:
Diese Arbeit untersucht die Wirkung von netzwerkbasierter transkranieller Gleichstromstimulation (net-tDCS) auf die kognitive Leistungsfähigkeit und die Integrität weißer Substanz bei Probanden mit Übergewicht. Übergewicht und Adipositas sind nicht nur mit einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre und metabolische Erkrankungen, sondern auch mit cerebralen und kognitiven Veränderungen assoziiert. Die tDCS stellt eine vielversprechende Methode zur Modulation der kortikalen Exzitabilität und kognitiven Leistungsfähigkeit dar.
Eine Weiterentwicklung der konventionellen tDCS umfasst die net-tDCS, die eine spezifischere Stimulation cerebraler Areale und Netzwerke verspricht. Ziel der Arbeit war es, die Wirkung von net-tDCS des Hypothalamus Netzwerkes auf die strukturelle Integrität der weißen Substanz und kognitiven Leistungsfähigkeit zu untersuchen.
Hierzu wurden Daten von 36 Probanden im Rahmen der randomisierten-kontrollierten BRAINSTIM-Studie (ClinicalTrials.gov ID - NCT04420650) am Institut für Diabetesforschung und metabolische Erkrankungen des Helmholtz Zentrums München an der Universität Tübingen ausgewertet. Es erfolgte zweimalig eine Diffusion-Tensor-Bildgebungen des Gehirns. Mit Hilfe eines „Region-of-Interest“-Ansatzes (ROI-Ansatz) wurden die DTI-Parameter der fraktionellen Anisotropie (FA) und mittleren Diffusivität (MD) extrahiert und analysiert. Die kognitive Leistungsfähigkeit der Teilnehmer wurde mittels der CANTAB-Testbatterie (Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery) vor und 24 Stunden nach dreimaliger net-tDCS-Anwendung evaluiert. Die Kontrollgruppe (n = 7) erhielt verblindet eine etablierte, wirkungslose Scheinstimulation, in den anderen zwei Gruppen erfolgte die Anwendung eines anodalen (n = 15) oder kathodalen (n = 14) Stimulationsprotokolls. Die gesammelten Teilnehmerdaten beinhalteten zudem das Alter, das Geschlecht, den BMI und zeitliche Angaben zu den Messungen.
Signifikante Gruppenunterschiede (padj. <0,05) zeigten sich zwischen der Placebogruppe und der Verum-Stimulationsgruppen in der Entwicklung der Gedächtnisleistung. Die anodale und kathodale Stimulationsgruppen wiesen im Vergleich zur Placebogruppe eine relativ stabilere Entwicklung im Delayed Matching To Sample-Test auf. Weitere Analysen mit Within-Subject-Vergleichen zeigten signifikante poststimulatorische Verbesserungen in den Domänen des Arbeitsgedächtnisses und der Konzentrationsfähigkeit bei anodaler und kathodaler Stimulation.
Die Auswertung der DTI-Parameter ergaben keine statistisch signifikanten Gruppenunterschiede (anodal, kathodal, Placebo) in den Veränderungen der FA oder MD zwischen den Messzeitpunkten. Es zeigten sich jedoch Trends für die Bereiche des Stratums (STL) und des Cingulums mit Hippocampus (CHL). Darüber hinaus konnten aufgrund der beobachteten Entwicklungen innerhalb der Verum-Gruppen Hinweise auf einen plastizitätsmodulierenden Effekt von net-tDCS gesammelt werden.
Weitere Analysen zeigten, dass der globale Mittelwert der Fraktionellen Anisotropie in der kathodalen Stimulationsgruppe eine Vorhersage für tDCS-assoziierte Veränderungen der Reaktionszeit bei einer aufmerksamkeitsfordernden Testung ermöglichte. Eine Rolle als Prädiktor für tDCS-Wirkungen scheint somit in diesen spezifischen Bereich möglich, auftretende Sättigungseffekte bieten jedoch eine alternative Erklärungsbasis.
Diese Arbeit trägt zum weiteren Verständnis von net-tDCS-assoziierten Wirkungen auf Kognition und strukturelle Integrität weißer Substanz bei. Eine Modulation kognitiver Leistungsfähigkeit durch tDCS gilt als vielversprechender Ansatz, variable Studienprotokolle erschweren jedoch eine abschließende Bewertung der Daten.
Diese Arbeit erweitert die Erkenntnisse in diesem Feld unter anderem durch die Verwendung einer kathodalen Stimulation und diskutiert bedeutende Einflussfaktoren auf tDCS-Ergebnisse, hierunter fallen die state dependency, die Stimulationshäufigkeit, der Messzeitpunktes und die Kognitionserfassung. Zudem unterscheidet sich der experimentelle Ansatz der hier vorliegenden Arbeit von anderen Untersuchungen durch die verwendete Stimulationsart. Studien, die methodisch die net-tDCS anwenden, kommen zunehmend erst auf.
Die Beziehung von tDCS und Markern struktureller Integrität weißer Substanz (DTI-Parametern) scheint insgesamt komplex zu sein und benötigt weitere gezielte Untersuchung. Die Literatur liefert hier erste Hinweise und deutet auf eine Wechselseitigkeit hin. Hierbei könnte die strukturelle Integrität der weißen Substanz die Wirkung von tDCS modulieren und andererseits gleichzeitig tDCS die Faserkohärenz beeinflussen.
