Neuromoduleringens potential för kognitiv förbättring
 |
Klinisk psykiater Forskningsansvarig för translationell forskning på Parasym. |
Sedan Hippokrates har medicinens vetenskap (och konst) alltid varit ägnad åt vård av sjuka och utvecklat sina metoder och kunskapsbas kring begreppet “sjukdom”. Parallellt med denna terapeutiska ansats har tidigare samhällen främjat förebyggande åtgärder genom religiösa hygienregler som i praktiken tjänade syftet att förhindra infektionssjukdomar och näringsbrister; slutligen gjorde den vetenskapliga medicinen ett skifte mot begreppet “hälsa” och internaliserade förebyggande som ett mål i det som idag kallas förebyggande medicin.
Den ultimata paradigmskiftet har gått ännu längre, och om återställandet av hälsa är det nödvändiga målet för all medicinsk behandling, så har det nu blivit förbättring av välbefinnande som blivit det aspirerande målet för all medicinsk praktik. Detta är särskilt sant inom området positiv psykologi, där många strategier för att öka hjärnfunktionen har studerats och föreslagits. Å andra sidan, i ett allt mer komplext informationssamhälle, har kognitiv funktion blivit den mest värdefulla tillgången.
Kognitiv förbättring (såväl som intelligens) är ett mångfacetterat begrepp och kan definieras som “förstärkning eller förlängning av sinnes kärnkapaciteter genom förbättring eller ökning av interna eller externa informationsbearbetningssystem”.
Intressant nog har det visat sig att en stor variation av interventioner – såsom biokemiska (t.ex. nootropics, psykostimulanter), beteendemässiga (t.ex. fysisk träning, meditation) och fysiska (t.ex. elektrisk och magnetisk stimulering) – kan förbättra kognitiva funktioner hos friska individer. Dessa kognitiva förstärkare skiljer sig inte bara i deras verkningssätt och i vilken kognitiv domän de riktar sig mot – vare sig minne, kreativitet, exekutiva funktioner eller motivation – utan också i tidsramen de verkar inom, deras biverkningar och i hur de påverkar olika grupper av individer.
Bland de mest nya strategierna tjänar neuromodulationstekniker målet att förbättra kognitionen genom direkt påverkan på neural plasticitet. Mer generellt är det intressant att rapportera att hjärnstimuleringstekniker har fått en framträdande position inom psykiatrisk forskning, givet det nya paradigmet som ser psykiska sjukdomar som störningar i neuroplasticitet (Tom Insel, NIMH).
Utöver sina terapeutiska tillämpningar har icke-invasiva tekniker, såsom repetitiv transkraniell magnetstimulering (rTMS), transkraniell likströmsstimulering (tDCS) eller transkutan aurikulär vagusnervstimulering (taVNS), blivit särskilt intressanta inom området kognitiv förbättring tack vare deras säkerhetsprofil och genomförbarhet.
En växande mängd forskning tyder på att icke-invasiv transkutan stimulering av den aurikulära grenen av vagusnerven (taVNS), genom att tillämpa lågintensiv elektrisk stimulering på vänstra ytterörat, kan främja neural plasticitet på ett liknande sätt som cervikal vagusnervstimulering (cVNS), vars verkan har kopplats till minne och inlärning.
Nyare evidens visar att icke-invasiv aurikulär vagusnervstimulering (taVNS) förbättrar kognitiv prestation. En nyligen genomförd studie med Nurosym-enheter på en grupp unga vuxna med typisk läsutveckling visade att målinriktad taVNS i kombination med läsning av texter kan förbättra läsförståelsen – en färdighet som kräver både läsförmåga och minne.
Denna effekt drevs i synnerhet av en signifikant förbättring av inlärning och återkallelse, vilket observerades i den aktiva taVNS-gruppen men inte i placebogruppen.
Fig 1. Illustration av vagusnervens projicering till nyckelområden i hjärnan som är involverade i kodning av minnen.
Figur 2. Resultat på testfrågor. (A) Det fanns en signifikant fördel med Nurosym jämfört med placebo över alla testfrågor. (B) Effekten drevs av en signifikant förbättring i minnesfrågor i den aktiva taVNS-gruppen. (C) Det fanns ingen fördel av taVNS på förståelsefrågor. Felstaplar representerar standardfel. * p < .05
Figur 3. Resultat efter träning. (A) Det fanns en tendens till högre andel korrekta svar. (B) Bibehållen kunskap var signifikant bättre med Nurosym jämfört med placebo. Effekten var dessutom större med Nurosyms riktade medelfrekvens.
Figur 4. Nurosym gav färre läsfel per stycke jämfört med placebo.
Vi hypotiserar därför att målinriktad stimulering i kombination med läsning utnyttjar befintliga neurala kretsar för att förbättra minnet av läst innehåll. Eftersom vagusnervstimulering är beroende av exakt tidsinställd frisättning av signalsubstanser som noradrenalin och acetylkolin, föreslår vi att dessa ämnen verkar genom att förstärka redan existerande synapser i den typiskt utvecklade hjärnan snarare än att främja bildandet av nya kopplingar.
Tillsammans tyder dessa data på att minnet, oavsett ålder, spelar en avgörande roll för förståelseförmågan. Om taVNS kan förbättra inlärning och stärka minnet för inlärda objekt, som dessa data antyder, kan tillägg av taVNS ses som en “kognitiv förstärkare” för att påskynda effekterna av traditionella beteendebaserade interventioner som normalt kräver veckor till månader av konsekvent träning.
Vår framtida forskning kommer att undersöka parametrar för stimuleringens strömstyrka i taVNS och systematiskt utforska hur man kan optimera framtida kliniskt relevanta stimulationsprotokoll för olika uppgifter.
Slutligen, även om det finns rikligt med evidens för att stimulering under träning är effektivt för att främja neural plasticitet, bör framtida taVNS-forskning jämföra effekter av stimulering under träning med stimulering under konsolidering.
Andra studier har vidare undersökt om taVNS kan vara en lovande metod för att förbättra inlärning och minne, särskilt vid språkinlärning. Särskilt genom förbättring av selektiv uppmärksamhet och minnesåterkallelse visade sig taVNS kunna förbättra aspekter av läsning, inlärning av nya skriftspråk och kategorisering av tal hos vuxna.
Dessa resultat tyder på att kombinerad taVNS inducerar en tidsmässigt exakt neuromodulatorisk signal som selektivt förstärker perception och konsolidering av perceptuellt framträdande kategorier.
Dessa fynd har potentiellt intressanta implikationer för en mängd olika kognitiva uppgifter.
Slutsats
Att komma ihåg att kognitiv förbättring inte är ett enhetligt fenomen hjälper till att adressera de utmanande och stimulerande teoretiska, etiska och vetenskapliga frågorna kring möjligheterna som nya neurovetenskapliga insikter och tekniker medför.
Referenser:
The Psychonauts’ World of Cognitive Enhancers, Napoletano F, Schifano F, Corkery JM, Guirguis A, Arillotta D, Zangani C, and Vento A (2020)
Hacking the Brain: Dimensions of Cognitive Enhancement; Martin Dresler, Anders Sandberg, Christoph Bublitz, Kathrin Ohla, Carlos Trenado, Aleksandra Mroczko-Wąsowicz, Simone Kühn, and Dimitris Repantis
Improvement of memory-based reading recall using transcutaneous auricular vagus nerve Stimulation; Vishal J. Thakkar, Zoe A. Richardson, Annie Dang, and Tracy M. Centanni
Ana R. S. Martins, Felipe Fregni, Marcel Simis & Jorge Almeida
(2017) Neuromodulation as a cognitive enhancement strategy in healthy older adults: promises and pitfalls, Aging, Neuropsychology, and Cognition
Edith Kaan, Ivette De Aguiar, Christina Clarke, Damon G. Lamb, John B. Williamson, Eric C. Porges, A transcutaneous vagus nerve stimulation study on verbal order memory, Journal of Neurolinguistics, Volume 59, 2021,
Vishal J. Thakkar, Abby S. Engelhart, Navid Khodaparast, Helen Abadzi, Tracy M. Centanni, Transcutaneous auricular vagus nerve stimulation enhances learning of novel letter-sound relationships in adults, Brain Stimulation, Volume 13, Issue 6, 2020,