Modulation des Arbeitsgedächtnisses durch transkranielle Gleichstromstimulation - eine Untersuchung mittels funktioneller Nah-Infrarot-Spektroskopie

• Main Author: Rietzler [geb. Mathies], Antonia Theresa
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: 2017
• Subjects: Arbeitsgedächtnis; NIR-Spektroskopie; ddc:610
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/15194; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151948; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151948; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/15194/Riezler_Antonia_Arbeitsgedaechtnis.pdf

Die Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) stellt ein Verfahren zur nicht-invasiven und schmerzfreien Stimulation des Gehirns dar. Ziel dabei ist es die kortikale Erregbarkeit zu modulieren, indem das Ruhemembranpotenzial der Nervenzellen verschoben wird. Anodale tDCS führt dabei zu einer Depolarisierung des Membranpotenzials und somit zur Zunahme der neuronalen Aktivität. Kathodale tDCS hat durch die Hyperpolarisierung des Membranpotenzials eine Abnahme der neuronalen Aktivität zur Folge. Durch den exzitatorischen Effekt nach anodaler Stimulation und den inhibitorischen Effekt nach kathodaler Stimulation stellt die tDCS eine vielversprechende Option in der Therapie neurologischer oder neuropsychiatrischer Erkrankungen dar. In vorliegender Studie sollten die Auswirkungen der transkraniellen Gleichstromstimulation über dem linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) auf Arbeitsgedächtnisprozesse untersucht werden. Die Effekte der tDCS wurden an 56 gesunden Versuchspersonen getestet, die randomisiert drei Stimulationsgruppen zugeordnet wurden (anodale, kathodale und Sham-Stimulation). Stimuliert wurde mit 2 mA bei einer Elektrodengröße von 35 cm². Stimulationsort war dabei der linke DLPFC, die Referenzelektrode wurde über dem linken Mastoid platziert. Während der Stimulation führten die Versuchspersonen eine modifizierte N-Back-Aufgabe mit drei Bedingungen (0-Back, 1-Back und 2-Back) aus, um die Funktion des Arbeitsgedächtnisses hinsichtlich des Verhaltens erfassen zu können. Die Auswirkungen der tDCS auf die neuronale Aktivität wurden mittels funktioneller Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) gemessen. Auf neuronaler Ebene erwarteten wir eine Zunahme der kortikalen Aktivität nach anodaler Stimulation innerhalb des linken DLPFC und gegenteilige Effekte nach kathodaler Stimulation. In vorliegender Untersuchung konnte lediglich eine Tendenz zu dieser Annahme beobachtet werden, eindeutige Signifikanzen blieben jedoch aus. Bei Betrachtung verschiedener Regions of Interest (ROIs) konnten nur signifikante Unterschiede zwischen der anodal und der kathodal stimulierten Gruppe nachgewiesen werden, was dafür spricht, dass die Auswirkungen der tDCS zwar in die intendierte Richtung gehen, die Effekte aber nicht stark genug sind, um auch signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe nachweisen zu können. Somit müssen wir davon ausgehen, dass sich die Neurone des DLPFC nur schwach durch die transkranielle Stimulation beeinflussen lassen. Desweiteren wurden die Verhaltensdaten während der N-Back-Aufgabe untersucht. Angenommen wurde eine Verbesserung der Arbeitsgedächtnisleistung durch anodale Stimulation und eine Verschlechterung durch kathodale Stimulation. Hier zeigte sich allerdings, dass sich unsere drei Stimulationsgruppen weder in der Anzahl der Fehler, noch in der Anzahl der richtigen Antworten, der Anzahl der verpassten Antworten oder in der mittleren Reaktionszeit signifikant voneinander unterscheiden. Dies lässt darauf schließen, dass die Stimulation des linken DLPFC keinen Einfluss auf das Verhalten während der Durchführung der Arbeitsgedächtnisaufgabe hat und somit auch die Arbeitsgedächtnisleistung nicht beeinflusst wird. Obwohl die Ergebnisse unserer Studie durch fehlende Signifikanzen nicht hypothesenkonform sind, konnten wir zusammenfassend dennoch eine Tendenz zur anodal-exzitatorischen und kathodal-inhibitorischen Wirkung der tDCS beobachten. Die weitere Erforschung der Auswirkungen der tDCS auf das Arbeitsgedächtnis scheint also sehr vernünftig, vor allem in Anbetracht der möglichen Etablierung der tDCS als Therapieoption neuropsychiatrischer Erkrankungen. Weiterführende Studien sollten die Wirksamkeit der tDCS weiter untersuchen und eine Optimierung der tDCS-induzierten Effekte überprüfen. Ansatzpunkte hierfür wären beispielsweise die Durchführung umfangreicherer Studien mit einem größeren Probandenkollektiv und veränderten Stimulationsparametern oder Studien, die die Auswirkungen der tDCS auf das Arbeitsgedächtnis auch bei psychiatrischen Patienten untersuchen. === Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive method to modulate cortical excitability. Anodal tDCS results in the depolarization of the neuronal membrane potential and has an increasing effect on neuronal activity whereas cathodal stimulation causes contrary effects by hyperpolarizing the neuronal membrane potential. Because of these effects tDCS is a promising tool in the therapy of mental disorders. In this study the effects of tDCS over the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) on working memory were investigated. We tested 56 healthy volunteers which were randomly related to three different stimulation groups (anodal, cathodal and sham stimulation). The electric field was generated with a current of 2 mA and an electrode size of 35 cm². The stimulation electrode was placed over the left DLPFC whereas the reference electrode was located over the left mastoid. While stimulation the subjects had to perform a modified n-back-task with three conditions (1-back, 2-back and 3-back) to determine the effects of tDCS on working memory performance. The impact of tDCS on neuronal activity was measured using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). Regarding neuronal activity, an increasing effect after anodal stimulation and an inhibiting effect after cathodal stimulation was expected. This study only revealed a tendency to this assumption, but statistical significance could not be proved. These findings demonstrate that tDCS only causes weak effects in cortical neurons of the DLPFC. Furthermore, working memory performance during the n-back-task was not influenced by tDCS since no significant difference between the three stimulation groups could be revealed. As tDCS is a promising option in the therapy of mental disorders, further studies with optimized parameters are necessary to examine the influence of tDCS on working memory. Extended sample sizes as well as changing the stimulation parameters should be considered in future studies. Moreover the impacts of tDCS can be investigated in patients suffering from mental disorders in purpose of proving more extinct results.