Modulatie van hersenconnectiviteit door stimulatie van het hoofd met twee verschillende zwakke magnetische velden

Hersenconnectiviteit, de anatomische en functionele verbindingen tussen
verschillende hersengebieden, is vaak pathologisch veranderd bij patiënten met
psychiatrische of neurologische aandoeningen, zoals epilepsie. Deze
veranderingen (zowel versterkte als verminderde connectiviteit) worden
regelmatig geassocieerd met zwak cognitief functioneren en gedrag bij
patiënten. Medicatie is niet altijd efficiënt of precies genoeg * het
beïnvloedt het gehele brein en selecteert niet de doelgebieden in de hersenen
of de verbindingen daartussen. Transcraniale magnetische stimulatie (TMS) is
een niet-invasief hulpmiddel om de hersenfunctie te wijzigen. Het is bekend dat
TMS de hersenconnectiviteit kan beïnvloeden, maar het is niet erg selectief
vanwege de sterke magnetische velden die worden gebruikt. Om deze beperking te
ondervangen willen wij een vorm van TMS toepassen met veel zwakkere magnetische
velden, grotendeels binnenshuis ontwikkeld en in praktijk gebracht: microTMS.
Met gebruik van twee identieke stimulaties op verschillende plaatsen op het
hoofd willen wij specifiek de richting van de connectiviteit veranderen tussen
deze hersengebieden.

Wij willen (1) aantonen dat microTMS de hersenconnectiviteit kan beïnvloeden
bij gezonde proefpersonen , (2) de stimulatieparameters optimaliseren. Zodra er
een aanmerkelijk effect is behaald, zal een nieuw project met patiënten volgen.

De onderzoeksopzet is dubbelblind en placebo-gecontroleerd. Er zijn drie
groepen proefpersonen: (1) een groep die de behandeling met vertraging ontvangt
(2) een groep die de behandeling zonder vertraging ontvangt en (3) een
placebogroep. Bij alle proefpersonen zal de tolerantie m.b.t. microTMS worden
onderzocht door hen te instrueren elke ongewone of onaangename gewaarwording te
melden. Ook zal er een debriefing interview worden afgenomen.
Gezonde vrijwilligers zullen het volgende experiment ondergaan. Zij zullen een
EEG/NIRS-muts op hun hoofd dragen. Daarop zullen ook de twee elektromagneetjes
voor de microTMS bevestigd zijn, geplaatst boven de hersengebieden die
gestimuleerd dienen te worden. Allereerst zullen de proefpersonen een *digit
symbol substitution test* (DSST) doen, die de functie van het werkgeheugen
meet. Daarna zullen de proefpersonen een tweede taal test uitvoeren, waarbij
voor en tijdens de test EEG/NIRS zal worden opgenomen (actief en in rust; zie
figuur 1). Bij de taal test moet aangeven worden op welke lettergreep van een
woord de klemtoon ligt. Deze test voor innerlijke spraak meet de fonologische
verwerking van innerlijke spraak [Aleman et al. 2005] (zie paragraaf 4.3) en
van deze test is bekend dat het in de linker hersenhelft het gebied van
Wernicke en het gebied van Broca activeert [Curcic-Blake et al 2011a]. De taal
test zal worden gevolgd door microTMS-behandeling, opnieuw gevolgd door
EEG/NIRS opnames en herhaling van de taal taak, eveneens met EEG/NIRS opnames.
Direct daarna zal de DSST herhaald worden.
De groep proefpersonen die de behandeling met vertraging (groep 1) ontvangt,
krijgt gelijktijdig microTMS van het gebied van Wernicke en het gebied van
Broca, maar de stimulatie op het gebied van Broca is 30 ms vertraagd ten
opzichte van het gebied van Wernicke. De groep proefpersonen die de behandeling
zonder vertraging (groep 2) ontvangt, krijgt microTMS stimulatie van beide
hersengebieden, zonder dat er een vertraging zit in de stimulatie van de twee
gebieden. De placebo groep zal het idee hebben dat ze een behandeling krijgen
(ze zullen dezelfde muts op hebben en zullen dezelfde testen en metingen
ondergaan) maar er wordt geen stimulatie gegeven. De testen en de metingen zijn
voor de drie groepen gelijk.
De microTMS zal bestaan uit witte ruis met een Gaussische amplitudemodulatie;
pulsen van 50 ms worden steeds afgewisseld door periodes van 30 ms zonder
stimulatie.

Twee electromagneetjes worden op de EEG/NIRS-muts aangebracht. Er wordt een flux dichtheid van <5mT toegepast op het hoofd via het magnetisch veld .

Proefpersonen zullen 1 keer de EEG/NIRS kamer bezoeken (afhankelijk van de
eerste outcome, zie onderzoeksopzet). De duur van de sessie zal ongeveer twee
tot twee en half uur zijn, inclusief het passen van de de EEG/NIRS muts, een
kort interview, het uitvoeren van de taak, TMS behandeling en opnieuw een uit
te voeren taak. Het is mogelijk dat de proefpersonen zich gaan vervelen tijdens
de rust taak (duur: 6 minuten), omdat ze gevraagd worden niet in slaap te
vallen terwijl wel van ze gevraagd wordt hun ogen gesloten te houden in de
stoel te zitten. Daarnaast kunnen tijdens de microTMS- stimulatie die 30
minuten duurt, de proefpersonen cartoons zien. We verwachten geen nadelige
zij-effecten van de microTMS-stimulatie. Omdat de EEG/NIRS-muts draden bevat,
kunnen de proefpersonen niet eenvoudig naar een van de rustkamers gaan. Zouden
ze dit wel wensen, dan moet voor een korte tijd de sessie worden afgebroken.