Ultraschalltechnik verändert erstmals menschliches Belohnungslernen

Ultraschalltechnik verändert erstmals menschliches Belohnungslernen

Der Nucleus accumbens ist ein winziges Element des menschlichen Gehirns, das aktiviert wird, wenn wir etwas Angenehmes erleben, und uns dabei hilft, Verhaltensweisen zu erlernen, die zu Belohnungen führen.

Eine neue Studie hat erstmals gezeigt, dass sein Einfluss auf das menschliche Verhalten durch transkranielle Ultraschallstimulation (TUS) verändert werden kann.

Durch die Anwendung der Technik jeweils etwas mehr als eine Minute lang konnten die Forscher beeinflussen, wie Menschen die Zusammenhänge zwischen bestimmten Hinweisen und Belohnungen lernten.

Das Ergebnis war, dass sie eher eine Wahl wiederholten, die sich zuvor ausgezahlt hatte, ihre Lernraten nach positiven Ergebnissen stiegen und sie eher schneller positive Entscheidungen trafen.

Bisher wurden solche Ergebnisse nur durch chirurgische Eingriffe wie die tiefe Hirnstimulation (DBS) erzielt, bei der Elektroden direkt an Bereichen im Gehirn einer Person angebracht werden.

Die an der aktuellen Studie Beteiligten sagen jedoch, dass ihre Ergebnisse darauf hindeuten könnten, dass TUS das Potenzial hat, als ebenso vorteilhafte – und nicht-invasive – Alternative eingesetzt zu werden, um Menschen zu helfen, die von neurologischen oder psychiatrischen Störungen wie Suchterkrankungen, Depressionen und Essstörungen betroffen sind.

Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation und wurde von Forschern der University of Plymouth geleitet. Beteiligt waren außerdem die Universität Oxford, das John Radcliffe Hospital, der University Hospitals Plymouth NHS Trust, die Brown University und das VA Providence Healthcare System.

Professorin Elsa Fouragnan, Direktorin des Zentrums für therapeutischen Ultraschall und des Brain Research and Imaging Center (BRIC) an der Universität Plymouth, leitete die Forschung. Sie sagte: „Seit Jahrzehnten steht der Nucleus accumbens im Zentrum der Theorien der Motivation und des verstärkenden Lernens. Er ist der Knotenpunkt, an dem Dopaminsignale und limbische Inputs zusammenlaufen, um zu bestimmen, wie stark Belohnungen unsere Entscheidungen beeinflussen. Wir konnten einen klaren Zusammenhang zwischen einem bestimmten Lernmerkmal, das mit Impulsivität verbunden ist, und einer Struktur feststellen, die bisher ohne Operation nicht erreicht werden konnte. Die Tatsache, dass wir diesen Bereich jetzt nicht-invasiv und auf personalisierte Weise modulieren können, eröffnet außergewöhnliche Möglichkeiten für.“ klinische Übersetzung.“

Die Studie ist Teil der laufenden und bahnbrechenden Forschung an der University of Plymouth zu den Vorteilen von TUS bei Erkrankungen wie Angstzuständen und Depressionen, Sucht und anderen neurologischen oder psychiatrischen Störungen.

In diesem Projekt rekrutierten die Forscher 26 gesunde Teilnehmer, die die BRIC-Einrichtung viermal besuchten – einmal, um ihre TUS-Intervention zu planen, gefolgt von drei Sitzungen, in denen TUS auf verschiedene Teile ihres Gehirns angewendet wurde.

Ungefähr 10 Minuten nach der Ultraschallintervention wurden die Teilnehmer in den Scanner eingesetzt, um innerhalb einer Stunde eine Reihe von Aufgaben auszuführen, während das Forschungsteam Veränderungen in ihrem Verhalten und ihrer Gehirnaktivität überwachte.

Die Leistung der Teilnehmer bei den Aufgaben wurde auch mit der von Patienten verglichen, die im Rahmen von Therapien gegen behandlungsresistente Anorexia nervosa bilaterale Tiefenhirnstimulationselektroden erhielten, die gezielt auf den Nucleus accumbens gerichtet waren.

Die Ergebnisse zeigten, dass DBS häufig belohnungssuchendes Verhalten normalisiert, TUS jedoch einen gegenteiligen und erregenden Effekt hatte – beides führt jedoch dazu, dass das Lernen und die Belohnungsempfindlichkeit der Menschen verändert werden.

Diese Studie ist die bedeutendste, die ich bisher leiten durfte. Wir haben einen klaren Zusammenhang zwischen einem bestimmten kognitiven Prozess und einer Tiefhirnstruktur entdeckt, der bisher ohne Operation unerreichbar war. Es stellt einen Wendepunkt für die Neurotechnologie dar und zeigt, dass ein nicht-invasiver Ultraschallansatz das Verhalten beeinflussen und eines Tages möglicherweise dabei helfen kann, das geistige Gleichgewicht wiederherzustellen.“

Professor Elsa Fouragnan, Direktorin des Zentrums für therapeutischen Ultraschall und des Brain Research and Imaging Center (BRIC), Universität Plymouth

Quellen: