Kalziumabhängige Effekte nikotinerger Modulation LTD-ähnlicher Neuroplastizität im Menschen mittels kathodaler tDCS
Calcium-dependent effects of the nicotinergic modulation of LTD-like neuroplasticity in humans using cathodal tDCS
von Niklas Jürgen Dieter Schade
Datum der mündl. Prüfung:2023-01-10
Erschienen:2022-12-05
Betreuer:Prof. Dr. Michael Nitsche
Gutachter:Prof. Dr. Michael Nitsche
Gutachter:PD Dr. Kirsten Jordan
Zum Verlinken/Zitieren:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9562
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Zusammenfassung
Englisch
Nicotine modulates neuroplasticity and cognitive processes through neurotransmitter systems and changes in neuronal calcium concentrations. Nicotine administration attenuates plasticity changes induced by noninvasive brain stimulation procedures such as transcranial direct current stimulation (tDCS) presumably through excessive intracellular calcium influx. To test this hypothesis, we analyzed the effects of the calcium channel blocker flunarizine on plasticity changes induced by cathodal tDCS in healthy nonsmokers under additional nicotine administration. For this purpose, we applied cathodal tDCS and administered nicotine or placebo in each experiment, as well as flunarizine at three different doses (2.5, 5, and 10 mg) or placebo. Amplitudes of motor evoked potentials (MEP) over the abductor digit minimi muscle were used as measurement parameters of plasticity changes. Under nicotine, LTD-like plasticity changes induced by cathodal tDCS were abolished. Under combined administration of nicotine with 2.5 mg and 10 mg flunarizine, but not under the administration of 5 mg, LTP-like plasticity was induced. Administration of flunarizine alone (without nicotine) abolished the LTD-like plasticity changes under 2.5 mg and 10 mg doses. Administration of 5 mg flunarizine resulted in LTD-like plasticity, at the same level as with placebo administration. The results of this study suggest a central role of the modulation of intracellular calcium concentrations in influencing LTD-like plasticity with nicotine in humans. These results add to the existing knowledge of neuronal plasticity in humans and may contribute to the development of new therapeutic approaches in the treatment of cognitive dysfunction in the future.
Keywords: nicotine; calcium channel; flunarizine; tDCS; neuroplasticity
Deutsch
Nikotin moduliert Neuroplastizität und kognitive Prozesse über multiple Neurotransmittersysteme und Veränderung der neuronalen Kalziumkonzentrationen. Die Gabe von Nikotin schwächt die durch nicht invasive Hirnstimulationsverfahren wie die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) induzierten Plastizitätsveränderungen vermutlich durch einen übermäßigen intrazellulären Kalziumeinstrom. Um diese Hypothese zu testen, analysierten wir die Effekte des Kalziumkanalblockers Flunarizin auf die durch kathodale tDCS induzierten Plastizitätsveränderungen in gesunden Nichtrauchern unter zusätzlicher Nikotingabe. Wir applizierten hierfür jeweils kathodale tDCS und verabreichten Nikotin oder Placebo, sowie Flunarizin in drei verschiedenen Dosierungen (2,5, 5 und 10 mg) oder Placebo. Als Messparameter der Plastizitätsveränderungen wurden Amplituden motorisch evozierter Potentiale (MEP) über dem M. abductor digit minimi verwendet. Unter Nikotin wurden die durch kathodale tDCS bedingten LTD-ähnlichen Plastizitätsveränderungen aufgehoben. Unter kombinierter Gabe von Nikotin mit 2,5 mg und 10 mg Flunarizin, jedoch nicht bei Gabe von 5 mg, konnte neben dieser Aufhebung auch eine LTP-ähnliche Plastizität generiert werden. Unter alleiniger Gabe von Flunarizin (ohne Nikotin) konnten die LTD-ähnlichen Plastizitätsveränderungen unter 2,5 mg und 10 mg Gabe aufgehoben werden. Unter Gabe der mittleren Dosis von 5 mg ergab sich eine LTD-ähnliche Plastizität, auf dem Niveau der Placebogabe. Die Ergebnisse dieser Studie legen eine zentrale Rolle der Modulation intrazellulärer Kalziumkonzentrationen in der Beeinflussung LTD-ähnlicher Plastizität durch Nikotin im Menschen nahe. Diese Ergebnisse ergänzen das bestehende Wissen über neuronale Plastizität im Menschen und tragen möglicherweise in Zukunft zur Entwicklung neuer Therapiemöglichkeiten zur Behandlung kognitiver Dysfunktionen bei.
Schlagwörter: Nikotin; tDCS; Flunarizin; Kalziumkanal; Neuroplastizität