Verständnis der Auswirkungen der nicht-invasiven transsaurikulären Vagusnervstimulation auf EEG und HRV

Die transsaurikuläre Vagusnervstimulation (taVNS) ist eine neue Neuromodulationstechnik, die keine Operation erfordert und ein nicht-invasives Stimulationsgerät verwendet, das an der Concha oder am Tragus des Ohrs platziert wird. Folglich ist es für Patienten zugänglicher und sicherer¹. In den letzten Jahren hat sich das taVNS-Feld schnell erweitert und konzentriert sich in erster Linie auf klinische Studien, die potenzielle therapeutische Vorteile für verschiedene pathologische Zustände wie Epilepsie, Depressionen, Tinnitus, Parkinson, gestörte Glukosetoleranz, Schizophrenie und Vorhofflimmern belegen². Es gibt viel zu diskutieren über taVNS und seine Auswirkungen auf biologische Prozesse im zentralen und peripheren System. Im Idealfall könnte ein biologischer Marker zeigen, dass der aurikuläre Ast des Vagus stimuliert wurde, was die intrakraniellen Strukturen beeinflusst und es den Forschern ermöglicht, zu analysieren, wie taVNS die physiologische Funktion beeinflusst. Ohne einen vertrauenswürdigen Biomarker ist es jedoch nicht einfach zu verstehen, was die taVNS-Daten bedeuten und wie man sie effektiv interpretiert.

Die Elektroenzephalographie (EEG) ist ein ermutigendes Bildgebungsinstrument, um Biomarker für taVNS zu liefern. Es handelt sich um einen nicht-invasiven, zuverlässigen und kostengünstigen Ansatz zur Messung und Quantifizierung der kortikalen Aktivität ^3,4. Im Anschluss an diesen Prozess führte unsere Gruppe eine systematische Übersichtsarbeit durch, die elementare Details zeigte, dass taVNS die kortikale Aktivität beeinflussen könnte, hauptsächlich die Erhöhung der EEG-Leistungsspektrumaktivität in niedrigeren Frequenzen (Delta und Theta). Es wurden jedoch auch unterschiedliche Ergebnisse in höheren Frequenzen (Alpha) und Veränderungen in frühen ERP-Komponenten im Zusammenhang mit hemmenden Aufgaben festgestellt. Es zeigte sich eine hohe Heterogenität zwischen den Studien; Daher sind homogenere, aussagekräftigere und gut geplante Studien unerlässlich, um robustere Schlussfolgerungen über die Auswirkungen von taVNS auf die mit EEG^gemessene Gehirnaktivität zu ziehen 3. Die Bewertung des EEG während taVNS könnte die zukünftige Forschung zur Integration der beiden Techniken für ein mobiles, geschlossenes Überwachungs- und nicht-invasives Stimulationsinstrument zur Beeinflussung der oszillatorischen Aktivität des Gehirns vorantreiben⁴.

Die Alpha-Asymmetrie, die die relative Alpha-Bandenaktivität zwischen den Gehirnhälften, insbesondere an den Frontalelektroden, bewertet, ist ein häufig erforschter EEG-Biomarker. In der bisherigen Literatur wurde dieser Biomarker verwendet, um die Annäherungs-Rückzugshypothese ^5,6 zu analysieren, die besagt, dass die rechte vordere Seite des Gehirns mit dem Rückzugsverhalten assoziiert ist. Im Gegensatz dazu ist die linke Stirnseite mit Annäherungsverhalten assoziiert. Da Alpha mit einer geringen Gehirnaktivität verbunden ist, deutet eine Zunahme von Alpha auf der linken Seite des Gehirns auf eine geringere Aktivität hin und kann auf ein mangelndes Annäherungsverhalten hindeuten. Dieses Konzept hilft, einige Ergebnisse in der Alpha-Bande an der linken Seitenhemisphäre bei depressiven Patienten zu erklären⁷. Darüber hinaus erfassen EEG-Elektroden die Aktivität neuronaler Populationen und untersuchen die funktionelle Konnektivität (FC) oder Veränderungen in großen Gehirnnetzwerken, wie z. B. dem Default Mode Network (DMN)^7,8.

Auf dieser Grundlage kann die quantitative Elektroenzephalographie eingesetzt werden, um die Auswirkungen von taVNS auf die Gehirnaktivität zu beurteilen; Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um systematisch die spezifischen Metriken und Effekte zu demonstrieren, die die nicht-invasive Stimulation durch den Ohrast des Vagusnervs hervorheben würden.

Peripher vermitteln der Vagusnerv und der Sympathikus die kontraktile und elektrische Funktion des Herzens⁹. Diese Regulation fördert die Herzschrittmacherfähigkeit des Herzens und steuert sie durch physiologische Manifestationen des Körpers, die als Sinusdepolarisationen bekannt sind. Die Herzratenvariabilität (HRV) erfasst die Veränderungen pro Schlag der Sinusdepolarisation und beschreibt damit nicht-invasiv vagale Einflüsse auf den Sinusknoten¹⁰. Angesichts dieser Funktion wurde die HRV als prominenter Biomarker für die neurokardiale Funktion angesehen und untersucht, der mit dem Wohlbefinden einer Person und der Wahrscheinlichkeit von Morbidität, Mortalität und Stress verbunden ist^11,12.

Im Zusammenhang mit taVNS wurde die HRV in vielen Studien aufgezeichnet, und es wurde angenommen, dass die Stimulation die HRV^{moduliert 9,11,12}. In Anbetracht der Tatsache, dass eine verminderte HRV durch Mechanismen wie Überaktivität des sympathischen Nervensystems, Entzündungsreaktion und oxidativen Stress mit der Morbidität und Mortalität verschiedener Krankheiten in Verbindung gebracht wurde, wird angenommen, dass die vagusse Nervenmodulation von taVNS einen direkten Einfluss auf die HRV und ihre Sinusregulation hat^13,14. Tatsächlich haben einige Studien bereits gezeigt, dass taVNS die HRV bei gesunden Probanden erhöhen kann, was diese Hypothese stützt ^15,16. Es besteht jedoch immer noch die Notwendigkeit, besser zu verstehen, ob verschiedene taVNS-Parameter die HRV unterschiedlich beeinflussen können.

Derzeit gibt es keine mechanistischen Studien, die das neuronale Netzwerk taVNS und die Auswirkungen dieser Technik auf das autonome Nervensystem zusammen untersucht haben. Daher zielt dieses Protokoll darauf ab, zu bewerten, wie taVNS EEG-Metriken und HRV beeinflussen kann, und seine Sicherheit zu bewerten. Darüber hinaus sollen Prädiktoren identifiziert werden, die die Reaktion auf taVNS beeinflussen können. Das Verständnis der Variablen, die mit dem Ansprechen auf taVNS verbunden sind, kann dazu beitragen, zukünftige klinische Studien zu konzipieren, um die Wirkung dieser Intervention zu maximieren.