Stimulation des Gehirns mit 40 Hz zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit

Was wäre, wenn die Exposition gegenüber 40 Hz Licht und Ton ein gesünderes Gehirn fördern könnte?

Das ist die Hypothese der Wissenschaftler bei Das Picower Institut für Lernen und Gedächtnis am MIT.

Gammaband-Gehirnrhythmen, insbesondere solche bei 40 Hz, wurden mit groß angelegter Gehirnnetzwerkaktivität, Arbeitsgedächtnis, sensorischer Verarbeitung, räumlicher Navigation, Aufmerksamkeit und mehr in Verbindung gebracht. Die Forschung habe auch veränderte 40-Hz-Rhythmen bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit, Epilepsie und Schizophrenie gezeigt, heißt es Li-Huei Tsai, Professor am MIT und Direktor des Picower Institute.

In den späten 2000er Jahren demonstrierte eine Zusammenarbeit, an der auch Tsais Labor beteiligt war, einen Weg, eine größere 40-Hz-Rhythmusleistung im Mausgehirn zu stimulieren. Tsais Forschungsgruppe postulierte dann, dass sie die 40-Hz-Stimulation nutzen könnten, um den Verlauf der Alzheimer-Krankheit zu beeinflussen.

Ihre anfänglichen Experimente waren erfolgreich – die 40-Hz-Stimulation verbesserte die Gammarhythmus-Leistung und -Synchronität und reduzierte die Amyloid- und Tau-Spiegel (Markenzeichen von Alzheimer-Proteinen) – aber die Experimente hatten eine invasive Technologie, die Optogenetik, verwendet, um die 40-Hz-Leistung und -Synchronität zu fördern.

„Die MIT-Kollegin und Mitarbeiterin Emery N Brown schlug vor, dass wir, um eine Therapie voranzutreiben, eine weniger invasive Methode zur Erhöhung der 40-Hz-Rhythmen finden müssten“, sagt Tsai. „Unser Team hat sensorische Stimulation bei Mäusen ausprobiert, und es hat funktioniert.“

Nachfolgende Experimente mit 40-Hz-Licht- und Schallbelastung reduzierten nicht nur die Alzheimer-bedingte Pathologie, sondern bewahrten auch Neuronen, synaptische Verbindungen sowie Lernen und Gedächtnis bei Mäusen.

Sensorische Stimulation basiert auf dem Konzept der neuralen Entrainment, dem Prozess, bei dem die Phase der neuralen Aktivität an sensorische Rhythmen gekoppelt ist und verschiedene Aspekte der kognitiven Verarbeitung verbessert. Die ersten sensorischen 40-Hz-Stimulationsstudien der Forscher an Mäusen wurden Mitte bis Ende der 2010er Jahre veröffentlicht. Ermutigt durch die Ergebnisse dieser Arbeit gingen sie zu frühen klinischen Studien über, in denen die Sicherheit, Durchführbarkeit und Wirksamkeit der sensorischen 40-Hz-Stimulation beim Menschen getestet wurden.

Sensorische 40-Hz-Stimulation tritt in klinische Studien ein

Die neueste Arbeit der Forscher, veröffentlicht in PLoS ONE, teilt Ergebnisse aus den klinischen Studien der Phase I und IIA der Gruppe, die von geleitet wurden Diana Chan, ein Neurologe am Massachusetts General Hospital (CBM) und Postdoktorand in Tsais Labor.

Die Studienteilnehmer wurden mindestens drei Monate lang täglich eine Stunde lang einer 40-Hz-Stimulation ausgesetzt, wobei ein mit einem Lautsprecher synchronisiertes Lichtpanel zu Hause verwendet wurde. Elektroenzephalogramm (EEG)-Elektroden maßen den 40-Hz-Rhythmus und die Synchronität nach der Exposition. Die Phase-IIA-Studie (an der 15 Personen mit Alzheimer-Krankheit im Frühstadium teilnahmen) umfasste auch Nachsorgeuntersuchungen, MRT-Scans des Gehirnvolumens, kognitive Tests und Schlafüberwachung. Behandlungs- und Kontrollgruppen in der Phase-IIA-Studie wurden nach Alter, Geschlecht, APOE-Status und kognitiven Werten abgeglichen.

Die Teilnehmer berichteten von keinen schwerwiegenden Nebenwirkungen durch die 40-Hz-Stimulation und waren zu über 90 % regelkonform bei der Verwendung der Heimgeräte. EEG-Kopfhautelektrodenmessungen zeigten bei kognitiv normalen Teilnehmern und Freiwilligen mit leichter Alzheimer-Krankheit signifikante Anstiege der 40-Hz-Rhythmusleistung an frontalen und okzipitalen Stellen. Die acht Phase-IIA-Teilnehmer, die die Behandlung erhielten, erlebten keine signifikante Verringerung des Hippocampusvolumens oder Zunahmen des Ventrikelvolumens, während die Kontrollen dies taten. Behandelte Patienten zeigten auch eine bessere Konnektivität zwischen Gehirnregionen, die an kognitiven und visuellen Verarbeitungsnetzwerken beteiligt sind.

Tsai sagt, dass die Ergebnisse dieser frühen Studien am Menschen mit vorsichtigem Optimismus interpretiert werden sollten. Nach drei Monaten zeigten weder die Behandlungs- noch die Kontrollgruppe Unterschiede bei den meisten kognitiven Tests (die Behandlungsgruppe verbesserte sich nur bei der Zuordnung von Namen und Gesichtern), aber die Phase-I- und Phase-IIA-Studien wurden in kleinen Kohorten und mit begrenztem Follow-up durchgeführt zur COVID-19-Pandemie. Die Studien der Gruppe an Mäusen hatten gezeigt, dass eine sensorische 40-Hz-Stimulation chronisch (konsistent über einen langen Zeitraum) verabreicht werden sollte, damit die kognitiven und positiven Wirkungen langanhaltend sind.

„[Unsere] Ergebnisse sind kein ausreichender Beweis für die Wirksamkeit, aber wir glauben, dass sie eindeutig die Fortsetzung einer umfassenderen Untersuchung der sensorischen 40-Hz-Stimulation als potenzielles nicht-invasives Therapeutikum für die Alzheimer-Krankheit unterstützen“, sagt Tsai in einer Pressemitteilung des MIT.

Kognito-Therapeutika, ein Start-up-Unternehmen, das von Tsai und Ed Boyden, einem Neurotechnologie-Professor am MIT, gegründet wurde, treibt nun klinische Phase-III-Studien zur sensorischen 40-Hz-Stimulation voran.

In einem anderen Forschungsbereich starten die Gruppe des Picower Institute und MGH eine Studie, um zu testen, ob die sensorische 40-Hz-Stimulation eine wirksame vorbeugende Maßnahme bei Menschen mit einem Risiko für die Entwicklung der Alzheimer-Krankheit sein könnte. Eine weitere Studie wird den Nutzen bei Personen mit Down-Syndrom testen. Sie planen auch, die Verwendung von sensorischer 40-Hz-Stimulation bei Menschen mit Parkinson-Krankheit zu untersuchen, und führen laufende Zellkulturexperimente durch, um die zellulären und molekularen Grundlagen der 40-Hz-Stimulationseffekte besser zu verstehen.

Eine hyperbare Sauerstofftherapie könnte die Pathologie der Alzheimer-Krankheit verlangsamen oder sogar umkehren

Tsai sagt, dass diese Forschung ein Beweis für die von Neugier getriebene Wissenschaft ist, und sie ist ermutigt, andere Forscher zu sehen, die die nicht-invasive 40-Hz-Stimulation als potenzielle Therapie für die Alzheimer-Krankheit testen und die Ergebnisse ihrer eigenen Studien veröffentlichen.

„Unsere ursprünglichen Experimente im Jahr 2009 zur Verbesserung von 40-Hz-Rhythmen waren rein aus Neugier getrieben und wurden nicht mit Blick auf einen klinischen Endpunkt durchgeführt“, erklärt Tsai. „Die Geschichte all dessen, was sich seitdem in diesem Forschungsprogramm ereignet hat, könnte einmal mehr zeigen, dass grundlegende, von Neugier getriebene wissenschaftliche Forschung wichtige, gesellschaftlich vorteilhafte und praktische Ergebnisse hervorbringen kann.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/stimulating-the-brain-at-40-hz-to-treat-alzheimers-disease/