Nahe

Das menschliche Gehirn ist ein wichtiger Ort für den Energiestoffwechsel im Körper. Die intrinsische Kontraktion und Entspannung der Gefäßwände, auch „Vasomotion“ genannt, ist für die metabolische und hämodynamische Aktivität im menschlichen Gehirn verantwortlich. Störungen der Vasomotion werden mit neurologischen Erkrankungen wie Arteriosklerose, Alzheimer-Krankheit, Parkinson-Krankheit und Schlaganfall in Verbindung gebracht. Ein besseres Verständnis der Mechanismen, die den hämodynamischen und metabolischen Aktivitäten im menschlichen Gehirnstoffwechsel zugrunde liegen, kann dazu beitragen, die Anwendung der Neuromodulation zur Verbesserung der kognitiven Funktionen bei Menschen mit oder ohne neurologische Störungen voranzutreiben.

Transkranielle Photobiomodulation (tPBM) ist eine neue Form der Lichttherapie, bei der Laser oder LEDs geringer Intensität eingesetzt werden, die Licht im nahen Infrarotbereich aussenden, um das Gehirn zu stimulieren und seine Aktivität zu steigern. tPBM ist ein vielversprechender Ansatz und wird derzeit als potenzielle Therapie für verschiedene neurologische Erkrankungen untersucht. Allerdings befindet es sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und die Forscher arbeiten daran, Faktoren wie Lichtintensität, Wellenlänge und Behandlungsdauer zu optimieren, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.

Professor Hanli Liu und ihre Kollegen von der University of Texas in Arlington, USA, haben die spezifischen Auswirkungen von tPBM auf die Hämodynamik (in Bezug auf den Blutfluss) und die Stoffwechselaktivität des präfrontalen Kortex untersucht, einer Region des Gehirns, die an kognitiven Funktionen beteiligt ist . In ihrer kürzlich in Neurophotonics veröffentlichten Studie gingen sie einen Schritt weiter und zeigten, dass die hämodynamischen und metabolischen Aktivitäten des ruhenden präfrontalen Kortex tatsächlich erheblich durch tPBM moduliert werden.

In dieser Studie nahmen die Forscher 26 gesunde junge Erwachsene an tPBM-Sitzungen teil, bei denen sie fünf verschiedenen Stimulationsbedingungen ausgesetzt wurden. Jeder Teilnehmer erhielt eine 8-minütige Behandlung mit 800-nm- und 850-nm-Licht auf der rechten Stirn (R800, R850) und 800-nm-Licht auf der linken Stirn (L800). Zur Kontrollanalyse erhielten sie außerdem zwei Scheininterventionen (Placebo) an der linken und rechten Stirn. Um die Augen der Teilnehmer während der Behandlung zu schützen, wurde eine Laserschutzbrille bereitgestellt.

Unmittelbar vor und nach der 8-minütigen tPBM-Behandlung wurden 2-Kanal-Breitband-Nahinfrarotspektroskopie-Erkennungssonden (2-bbNIRS) auf jeder Seite der Stirn des Teilnehmers angebracht. Dieser Aufbau half den Forschern, die Auswirkungen der Behandlung und Veränderungen der Gehirnaktivität vor und nach der Stimulation auf der Grundlage der Absorptions- und Streueigenschaften des Gehirngewebes zu erfassen und zu messen. Die gemessenen Daten wurden dann in Signale umgewandelt, um die hämodynamischen und metabolischen Aktivitäten in verschiedenen Gehirnregionen darzustellen.

Die Forscher beobachteten nach der tPBM-Behandlung signifikante Unterschiede in der Reaktion des Gehirns über Bänder der infralangsamen Oszillation (ISO) hinweg – Frequenzbereiche rhythmischer Schwingungen in Blutgefäßen, die unabhängig vom Herzschlag auftreten. Verschiedene Schwingungen des ISO-Bands, kategorisiert als endogene (E), myogene (M) und neurogene (N) Komponenten, repräsentieren die innere Endothelschicht und die äußere glatte Muskelschicht von Blutgefäßen sowie nervenbezogene Elemente innerhalb von Geweben , jeweils.

Im Allgemeinen sind Vasomotionen in verschiedenen Regionen des Gehirns, beispielsweise der beidseitigen Stirn, aufgrund des einheitlichen Herzschlags oder der Herzbewegung synchronisiert. Die Forscher fanden heraus, dass alle drei tPBM-Bedingungen zu einer Verringerung der Synchronisation zwischen dem bilateralen Stoffwechsel im N-Band und den bilateralen hämodynamischen Aktivitäten im M-Band von ISO führten. Allerdings steigerte R800 die bilaterale hämodynamische und metabolische Konnektivität bzw. Synchronisation im E-Band deutlich.

Bei der Untersuchung der Kopplung zwischen hämodynamischen und metabolischen Aktivitäten auf jeder Seite des präfrontalen Kortex stellten sie außerdem fest, dass alle drei Stimulationsbedingungen die hämodynamisch-metabolische Kopplung im E-Band nur auf der tPBM-Seite erhöhten, nicht auf der gegenüberliegenden Seite. Außerdem führten sowohl R800 als auch L800 zu einer verstärkten hämodynamisch-metabolischen Kopplung im M-Band, auch auf der Stimulationsseite.

Insgesamt verdeutlichen diese Ergebnisse, dass die Reaktionen der hämodynamischen und metabolischen Aktivitäten des präfrontalen Kortex auf tPBM von der Lichtwellenlänge sowie dem Ort der Stimulationsanwendung abhängen. Darüber hinaus reagieren die Endothelzellen und glatten Muskelzellen in den Blutgefäßen aufgrund ihres Vasomotionsrhythmus unterschiedlich auf tPBM.

Während weitere Forschung erforderlich ist, um die Anwendung von tPBM bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen zu unterstützen, liefern diese Ergebnisse wichtige wissenschaftliche Beweise dafür, dass tPBM das therapeutische Potenzial hat, die Gehirnkonnektivität über die Stirn und die metabolisch-hämodynamische Kopplung auf der Stimulationsseite zu modulieren

Lesen Sie den Gold Open Access-Artikel von Shahdadian et al., „Site-spezifische Effekte von 800- und 850-nm-Forehead-Transcranial-Photobiomodulation auf präfrontale bilaterale Konnektivität und unilaterale Kopplung bei jungen Erwachsenen“, Neurophotonics 10(2) 025012 (2023), doi 10.1117/1.NPh.10.2.025012.