Noninvasive Brain Stimulation Lab (NBS-Lab)

Die transkranielle Rauschstimulation (tRNS) kann ebenfalls zur nicht-invasiven Stimulation des Gehirns angewendet werden und zeichnet sich durch einen im Hinblick auf die Amplitude und Frequenz randomisierten Stromfluss aus. Mittels dieser Technik können bestimmte Bereiche des Gehirns angeregt werden, wobei die genauen physikalischen Zusammenhänge noch nicht geklärt sind.

Einige Ansätze zur Erklärung der möglichen Wirksamkeit beziehen sich auf die Interferenz mit kortikalen Rhythmen, auf hervorgerufene plastische Veränderungen oder auf die Verbesserung des signal-to-noise Verhältnisses (SNR) des zentralen Nervensystems, was zu einer verbesserten Sensorik führen kann.

Das NBS Lab will die Wirksamkeit dieser Technik in Bezug auf verschiedene kognitive Erkrankungen in zukünftigen Studien untersuchen.

Diese Studie stellt einen neuartigen Versuch dar, das kognitive Altern durch die Integration des aufkommenden Bereichs der Herz-Hirn-Interaktion zu verbessern. Die Herzfrequenzvariabilität (HRV) dient als entscheidender Index für die Herz-Hirn-Interaktion und die Dynamik des autonomen Nervensystems. Frühere Forschungen haben einen positiven Zusammenhang zwischen einer höheren HRV und einer verbesserten funktionellen Konnektivität im medialen präfrontalen Kortex und in der Amygdala festgestellt, der mit einer verbesserten kognitiven Leistung einhergeht. Die nicht-invasive Hirnstimulation, insbesondere die transkranielle Magnetstimulation (TMS), birgt ein erhebliches Potenzial zur Verbesserung der kognitiven Funktion bei Personen mit kognitiven Beeinträchtigungen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Anwendung repetitiver TMS (rTMS) über das frontal-vagale Netzwerk die HRV verbessern kann. Unser Ziel ist es daher, die kognitive Leistung von Probanden mit kognitiven Beeinträchtigungen und normalem Altern durch frontal-vagale rTMS zu verbessern. Darüber hinaus wollen wir die zugrundeliegenden Mechanismen der Herz-Hirn-Interaktion während des Alterns mit Hilfe von bildgebenden Verfahren des Gehirns untersuchen.

• Responsible for the study:
  • Ms. Xue Guo
• Contact for participation:
  • E-mail address: Xue.Guo(at)med.uni-goettingen.de
• Collaborating partners:
  • Prof. Dr. Melanie Wilke, Dept. of Cognitive Neurology, University Medical Center Göttingen

(BMBF: Miteinander durch Innovation 16SV9248)

Basierend auf den Ergebnissen einer früheren Studie (Mittel zur Verbesserung der Kognition bei älteren Erwachsenen mit oder ohne kognitiver Beeinträchtigung - vom Training bis zur nicht-invasiven Hirnstimulation, siehe unten), zielt dieses Projekt darauf ab, tES mit kognitivem Training zu kombinieren, um die kognitiven Fähigkeiten älterer Menschen zu verbessern. Zu diesem Zweck wird in dieser Studie ein kognitives Training in der virtuellen Realität entwickelt, das speziell an die Bedürfnisse älterer Menschen angepasst ist. Zudem wird dieses Training adaptiv an die individuelle kognitive Belastung angepasst, die mittels Eye-Tracking während der VR-Anwendung gemessen wird, um einen optimalen Lerneffekt zu erzielen. Auch der genaue Stimulationsort wird individuell an die Anatomie der Person angepasst (anhand von MRT-Bildern und Simulationen der Ausbreitung der elektrischen Feldstärke). Es werden verschiedene kognitive Parameter (Gedächtnis, exekutive Funktionen) und elektrophysiologische Daten (EEG) untersucht. Ziel ist es, die Kognition älterer Menschen nachhaltig zu verbessern.

• The project is led by:
  • Irina Shiyanov
    • CEO of the VRalive UG, a start-up company specialized in VR technology.
• Responsible for the study:
  • Dr. Lukas Diedrich (PostDoc)
• Collaborating company:
  • VRalive UG Braunschweig (CEO Irina Shiyanov)
• Link to project:
  • https://www.interaktive-technologien.de/projekte/neurovr-plus

Mit zunehmendem Alter nimmt die Fähigkeit zu Dual-Tasking (DT) ab und ist kognitiv anspruchsvoller als Einzelaufgaben. Es wurde festgestellt, dass Aufmerksamkeits- und Ausführungsfaktoren die wichtigsten Prädiktoren für die DT-Leistung sind, und dass die altersbedingte Abnahme dieser Faktoren eng mit den kognitiven Beeinträchtigungen bei älteren Menschen zusammenhängt. Frühere Studien untersuchten die rasch abnehmende DT-Leistung als Prädiktor für neurodegenerative Erkrankungen, einschließlich der Parkinson-Krankheit und der Alzheimer-Krankheit. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen von Theta tACS und anodaler tDCS auf den Gang und die kognitive Leistung zu untersuchen. Wir setzen eine auf Neuromodulation basierende Methode zur Verbesserung der Dual-Task-Leistung bei gesunden älteren Menschen ein. 

• Responsible for the study:
  • Mr. Yong Jiang
• Contact for interested participants:
  • Tel: 0551- 3968474
• Contact hours: Montag & Mittwoch:
  • 13.00-15.00 Uhr
• E-mail address:
  • neurologie.multitasking(at)med.uni-goettingen.de

Die Methode zur nichtinvasiven Ableitung motorisch evozierter Potenziale des Zwerchfells (diMEPs) mittels TMS haben wir in unserer Einrichtung bereits erfolgreich validiert und etabliert (Chakalov et al., 2022). TMS ermöglicht eine nicht-invasive und nicht-volitionelle Überprüfung der Integrität der kortikospinalen Bahn zur Atemmuskulatur. Daher zielt ein derzeit laufendes Projekt darauf ab, diese Methode zur Diagnose einer Zwerchfelldysfunktion bei beatmeten schwerkranken Patienten auf der Intensivstation der UMG einzusetzen.

• Responsible for the study:
  • Dr. Ivan Chakalov
• Collaborating partners:
  • Dr. Caspar Stephani
    • Dept. of Anesthesiology, University Medical Center Göttingen
• Link to relevant publications:
  • The role of the TMS parameters for activation of the corticospinal pathway to the diaphragm

Das Glaukom ist eine der häufigsten Ursachen für Erblindung und betrifft weltweit mehr als 70 Millionen Menschen. Es ist gekennzeichnet durch den Verlust retinaler Ganglienzellen in Verbindung mit einer fortschreitenden Optikusneuropathie, die zu einer Beeinträchtigung der Sehfunktion, z. B. Gesichtsfeldausfall, führt.

Bislang kann das Glaukom nur durch eine Senkung des Augeninnendrucks behandelt werden, um den fortschreitenden Verlauf der Krankheit zu verlangsamen. Die zugrundeliegenden Mechanismen werden von den derzeitigen Behandlungsstrategien nicht erfasst, und ein einmal eingetretener Sehverlust kann nicht wiederhergestellt werden. Daher sind neue Behandlungsmöglichkeiten erforderlich, um das Sehvermögen zu verbessern, da der einmal eingetretene Nervenfaserverlust weder durch Medikamente noch durch einen chirurgischen Eingriff reversibel ist.

In mehreren kleinen Studien und einer Multicenterstudie wurde täglich tACS durchgeführt, um das Restsehvermögen bei Optikusneuropathie zu reaktivieren. Dabei wurden über Elektroden, die in der Nähe des Auges platziert wurden, Frequenzen im Bereich von Theta bis High Beta verwendet. Die Behandlung steigerte die Lichterkennungsleistung und verringerte die von den Patienten angegebene Beeinträchtigung des täglichen Lebens, die mäßig mit der Verbesserung des Gesichtsfeldes korrelierte.  Die Beweiskraft dieser Methode ist jedoch noch gering, und es sind weitere Studien erforderlich. Nach Ansicht der deutschen ophthalmologischen Fachgesellschaften (DOG und BVA) waren die angewandten Methoden nicht zufriedenstellend (z.B. nicht etablierte Perimetriemethoden, fehlende Messungen der Augenbewegungen, inhomogene Patientenpopulationen und falsch definierte Studienendpunkte (http://www.dog.org).

Unsere multizentrische, doppelblinde, scheinkontrollierte Studie zielt darauf ab, die widersprüchlichen Daten auf diesem Gebiet zu klären und verwendet etablierte und gut definierte Gesichtsfeldparameter. Die neuen Aspekte dieser Studie sind die individuelle Modellierung des Stromflusses auf der Grundlage der Sehbehinderung und die Anwendung eines Stimulationsprotokolls mit vordefinierter Elektrodenmontage und Fixierung eines Ziels während des Experiments.

• Responsible for the study in the Neurology:
  • Prof. Andrea Antal
• Responsible for the study in the Ophthalmology:
  • Prof. M. Schittkowski
  • Dr. J. Pohlner
  • University Medical Center Göttingen

PAINLESS: Heimbasierte transkranielle elektrische Stimulation zur Schmerzlinderung bei Krebspatienten.

(Europa-Horizont: HORIZON-HLTH-2021-DISEASE-04-01; PAINLESS)

In einer multizentrischen klinischen Studie wird ein neuer häuslicher Ansatz zur Schmerzbehandlung bei Krebspatienten mit transkranieller elektrischer Stimulation (tDCS und tACS) untersucht. Ziel der Studie ist es, die therapeutische Wirksamkeit dieser Methoden (15-tägige tägliche tES) im Hinblick auf die Schmerzlinderung und die Verringerung der damit verbundenen Symptome bei Krebspatienten zu testen. Die mechanistische Wirkung der Stimulationsinterventionen wird auch durch quantitative sensorische Tests und EEG bewertet. Darüber hinaus werden wir anhand zentraler Schmerz-Biomarker vergleichen, wie sich Krebspatienten mit und ohne Schmerzen in Bezug auf die Schmerzverarbeitung unterscheiden. Eine häusliche Intervention verbessert die Zugänglichkeit der Studie für Patienten, die weit entfernt wohnen, und verringert die Belastung durch tägliche Fahrten zur Klinik.

Diese Studie ist Teil des EU-Forschungs- und Innovationsförderungsprojekts Europe Horizon. Insgesamt arbeiten zehn verschiedene Länder an dieser Studie mit.

• Link to project:
  • https://palliativeprojects.eu/painless/home/about-painless/
• Responsible for the study:
  • Perianen Ramasawmy
• Collaborating partners:
  • Projected led by Prof. Maria Teresa Carrilla-de-la-Peña, University Santiago de Compostela.
• Contact for interested participants:
  • E-mail address:
    • neurologie.painless@med.uni-goettingen.de
• Tel:
  • 0551- 3968474
• Contact hours:
  • Tuesday & Thursday:
    • 10.00-12.00 Uhr

Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen einer Kombination aus transkranieller Elektrostimulation und computergestütztem kognitivem Training zur Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten bei älteren Erwachsenen mit oder ohne kognitive Beeinträchtigung zu untersuchen. Leichte kognitive Beeinträchtigungen sind mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung einer Demenz verbunden, was die Dringlichkeit einer frühzeitigen Diagnose und der Entwicklung innovativer Behandlungsmethoden unterstreicht.

• Responsible for the study:
  • Dr.Lukas Diedrich
• Collaborating partners:
  • Prof. Michal Lavidor
    • Department of Psychology, Bar Illan University Israel
• Links to publications:
  • Boosting working memory in the elderly: driving prefrontal theta–gamma coupling via repeated neuromodulation
  • Prefrontal theta—gamma transcranial alternating current stimulation improves non-declarative visuomotor learning in older adults
  • New Methods, Old Brains—A Systematic Review on the Effects of tDCS on the Cognition of Elderly People
  • Beyond social engagement: cognitive training leads to greater cognitive improvement in older adults

Ziel der Studie war es, die therapeutischen und mechanistischen Auswirkungen der Kombination von Achtsamkeitsmeditation und transkranieller Gleichstromstimulation bei Fibromyalgie-Patienten zu untersuchen, die ein kurzes 4-wöchiges Achtsamkeitstraining erhielten. Fibromyalgie ist eine chronische Schmerzerkrankung, die durch weit verbreitete und anhaltende Schmerzen des Bewegungsapparats gekennzeichnet ist. Diese Erkrankung geht auch mit Beeinträchtigungen des Schlafs, der kognitiven Fähigkeiten, der Stimmung und der Psychologie sowie mit chronischer Müdigkeit einher. Achtsamkeitsmeditation ist eine kognitive Trainingstechnik, bei der sich der Übende auf die Wahrnehmung von Empfindungen, Gefühlen und Gedanken konzentriert, ohne sie weiter zu verfolgen. Wir untersuchten die unserer neuartigen Kombinationsmethode zugrunde liegenden Mechanismen im Kortex mittels transkranieller Magnetstimulation und EEG.

• Responsible for the study:
  • Dr. Perianen Ramasawmy
• Collaborating partners:
  • Prof. Frank Petzke
    • Department of Anesthesiology, University Medical Center Göttingen
    • Dr. Olga Lucia Gamboa Arana, EQness, Sydney, Australia
• Links to publications: 
  • Pain reduction in fibromyalgia syndrome through pairing transcranial direct current stimulation and mindfulness meditation: A randomized, double-blinded, sham-controlled pilot clinical trial
  • Stimulated brains and meditative minds: A systematic review on combining low intensity transcranial electrical stimulation and meditation in humans

Hintergrund: Nicht-invasive Hirnstimulationsverfahren wie die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) oder die transkranielle Magnetstimulation (TMS) haben in den letzten Jahren in der Forschung und bei der Behandlung psychischer Erkrankungen große Aufmerksamkeit erregt. Darüber hinaus werden sie immer häufiger eingesetzt. Infolgedessen wurden zahlreiche Sicherheitsrichtlinien aufgestellt, um die sichere Anwendung dieser Methoden in der Forschung und der klinischen Behandlung zu gewährleisten. Für Forscher und Praktiker stellen sich in diesem Zusammenhang jedoch ethische Fragen, die nur schwer zu beantworten sind, zum Beispiel:

Wo ist die Grenze zwischen Behandlung und Leistungssteigerung?

Wie sollten gefährdete Gruppen wie ältere Menschen oder Kinder behandelt werden?

Sollte die Hirnstimulation bei Personen eingesetzt werden, die aufgrund von Krankheit nicht einwilligungsfähig sind?

Wie könnten sich Forschungsergebnisse außerhalb der klinischen Forschung und Behandlung auf dem freien Markt auswirken?

Darüber hinaus wurden in jüngster Zeit immer mehr Geräte und Anleitungen für den Einsatz der zugrunde liegenden Technologie entwickelt. Diese sind für nicht-klinische Anwendungszwecke wie z.B. die Steigerung der kognitiven Leistungsfähigkeit gedacht und ihre Wirksamkeit ist oft nicht wissenschaftlich belegt.

Ziel: Ziel des Projekts war es, gemeinsam mit Vertretern aus Gesellschaft, Wissenschaft, Politik und Industrie einen Verhaltenskodex für die Anwendung und Erforschung der nicht-invasiven Hirnstimulation für die Europäische Union zu entwickeln.Dieser Verhaltenskodex soll Forschern die Möglichkeit geben, ihre eigene Forschung unter ethischen Gesichtspunkten zu reflektieren und den Gesetzgeber bei der Entwicklung eines langfristigen rechtlichen Rahmens für die Anwendung und Vermarktung der nicht-invasiven Hirnstimulation unterstützen.

Vorgehen:Nach einer umfassenden Literaturrecherche wurden in partizipativen Workshops mit verschiedenen Stakeholdern die Perspektiven von Alltagsexperten gesammelt, die dann mit Experten aus verschiedenen relevanten Disziplinen diskutiert werden.

Auf der Grundlage dieser partizipativen Ergebnisse wurde ein Verhaltenskodex entwickelt, der die verschiedenen Perspektiven berücksichtigen kann.

• Responsible for the study:
  • Prof. Andrea Antal
  • Dr. Perianen Ramasawmy
• Collaborating partners:
  • Project led by:
    • Dr. Moritz Julian Maier, Fraunhofer IAO
• Link to publications: 
  • STIMCODE 
  • Recommendation for the use and development of non-invasive brain stimulation— insights from a trans-European participatory stakeholder study

Obwohl modulierende Wirkungen der temporalen Interferenzstimulation (TIS) im Gehirn von Tieren und in menschlichen Modellen nachgewiesen wurden, ist die Strategie beim lebenden Menschen noch nicht bewiesen. In dieser Studie versuchen wir, das Konzept zunächst durch einfache Protokolle, die die elementaren Mechanismen im Muskel testen, zu belegen. Nach Abschluss der Analysen an gesunden Personen werden Patienten mit verschiedenen neuromuskulären Erkrankungen einbezogen. Die Compliance bei der Anwendung der Methode bei Patienten mit vorgeschädigter neuromuskulärer Einheit wird bewertet. Darüber hinaus werden die Unterschiede in der Reaktion von Personen mit neuropathischen oder myopathischen Erkrankungen mit gesunden Kontrollen verglichen.

• Responsible for the study:
  • Mr. Simon Gronemann
  • Mr. Krisztian Iszak
• Collaborating partners:
  • Dr. Jana Zschüntzsch
    • Dept. of Neurology, University Medical Center Göttingen.
• Link to publications:
  • Why Temporal Inference Stimulation May Fail in the Human Brain: A Pilot Research Study