Inducing Neuroplastic Changes in the Human Cortex using External Transcranial Electrical Stimulation Techniques

Abstract

Externe transkranielle Stimulationswerkzeuge sind vielfach benutzt worden, um Prozesse der neuroplastischen Induktion und ihre zugrunde liegenden Mechanismen im intakten menschlichen Kortex zu untersuchen. Mit der Entwicklung von Techniken wie der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) und transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) ist es nun möglich, kortikale Plastizität in der menschlichen Hirnrinde sicher und reversibel zu induzieren. Diese Arbeit präsentiert Studien zur Bewertung der Rolle der neuartigen transkraniellen elektrischen Stimulationstechniken und ihrer methodischen Ansätze. Die Dissertation untersucht die Anwendung dieser neuartigen Methoden zur Induktion neuroplastischer Nachwirkungen, deren Auswirkungen auf die angezielten neuronalen Netze und wie lange diese Nachwirkungen aufrechterhalten werden können. Ausgewählte Studien untersuchen die angewandten Stimulationsparameter und ihr Potenzial für den therapeutischen Einsatz in einer klinischen Umgebung, sowie wie die Anwendung von transkraniellen oszillierenden Strömen, nämlich transkranieller Random-Noise-Stimulation (tRNS) und transkranieller Wechselstromstimulation (tACS), innerhalb bestimmter Parameter angewendet werden können, um Auswirkungen auf die neuroplastische Induktion zu zeigen. Eine funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) zeigt, dass die Effekt durch angewandte tRNS-Ströme aufgabenbezogenen Modulationen unterworfen sind, und dass die Anwendung der tACS in dem niedrigen kHz-Bereich lang anhaltende Veränderungen in der kortikalen Erregbarkeit induzieren können. Die vorgestellten analytischen Studien verdeutlichen den Einfluss von Geschlecht und genetischer Variabilität auf die neuroplastische Induktion.