Rational Optimization of tACS for Targeting Thalamo-Cortical Oscillations
针对丘脑皮质振荡的 tACS 的合理优化
基本信息
- 批准号:9514245
- 负责人:
- 金额:$ 69.97万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-09-23 至 2020-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Animal ExperimentsAnimalsAutistic DisorderBehaviorBrainCognitionComplexComputer SimulationDataDevelopmentDiseaseDoseElectrodesElectroencephalographyElectrophysiology (science)FerretsFosteringFoundationsFrequenciesGoalsHealthHumanImpairmentImplantIn VitroIndividualInterventionLateralMapsMental DepressionMental disordersMethodsMissionMotivationNational Institute of Mental HealthNeuronsNorth CarolinaOutcomeParietal LobeParticipantPathologicPatientsPhysiologicalPlayPreparationPsychiatric therapeutic procedurePublic HealthPulvinar structureResearchResearch Domain CriteriaRoleSchizophreniaShapesSliceStructureSynapsesSystemTestingThalamic structureTherapeuticTranslatingUnited States National Institutes of HealthUniversitiesWorkautism spectrum disorderbaseclinical research sitecognitive functiondensitydesignfrontal lobeimprovedin vivoinnovationneurosurgerynext generationnoveltherapy developmenttooltreatment strategy
项目摘要
PROJECT SUMMARY - UNIVERSITY OF NORTH CAROLINA-CHAPEL HILL, FROHLICH
The alpha oscillation is a thalamo-cortical rhythm (8-12 Hz) that serves important functional roles in
cognition and behavior. Transcranial alternating current stimulation (tACS) has been shown to alter
cortical alpha oscillations and associated cognitive function in healthy human participants. However, it
remains unclear how tACS engages and modulates thalamo-cortical oscillations as a function of
stimulation dose (frequency, amplitude, and duration). Bridging this gap will enable the development of
tACS paradigms for targeting pathological changes in alpha oscillations in psychiatric illnesses such as
depression, schizophrenia, and autism. The long-term goal of our research is to combine computational
modeling, in vitro and in vivo animal experiments, and human studies to develop and validate tACS
paradigms for the treatment of psychiatric disorders. The objective of this application is to (1)
mechanistically dissect and optimize the modulation of thalamo-cortical network dynamics by tACS as a
function of stimulation parameters, and (2) validate the target engagement by tACS in healthy control
participants and patients. We will test the central hypothesis that tACS modulates alpha oscillations in
the thalamo-cortical system as a function of the stimulation parameters frequency, amplitude, and
duration. The rationale of this work is that mechanism-based dose optimization of tACS will increase its
efficacy and thus provide new scientific and therapeutic opportunities. Based on comprehensive
preliminary data, the three specific aims are: (1) to understand the role of tACS frequency and
amplitude in modulating thalamo-cortical alpha oscillations, (2) to map and mechanistically dissect the
outlasting effects as a function of tACS duration, and (3) to validate tACS for the modulation of alpha
oscillations in human participants. The work is innovative in its interdisciplinary and translational design;
the proposed research overcomes the limitations of individual methods by integrating in vivo and in vitro
animal studies with computational modelling to optimize tACS for targeting thalamo-cortical alpha
oscillations and validates these findings in human participants. This is a critical step forward from
today’s approach to tACS, which does not consider how functional interaction with subcortical
structures such as the thalamus shapes target engagement. The proposed research is significant since
it provides mechanistic understanding how to optimize tACS to target alpha oscillations, which play a
central role in both physiological and pathological states. Ultimately, this work will enable the rational
choice of stimulation dose in the next generation of tACS studies, both for studying the functional role of
thalamo-cortical oscillations in behavior and for treating psychiatric disorders.
项目摘要 - 北卡罗来纳大学教堂山分校,弗罗利希
α 振荡是一种丘脑皮质节律(8-12 Hz),在以下方面发挥着重要的功能作用:
经颅交流电刺激 (tACS) 已被证明可以改变认知和行为。
然而,健康人类参与者的皮质阿尔法振荡和相关的认知功能。
目前尚不清楚 tACS 如何参与和调节丘脑皮质振荡作为
弥合这一差距将有助于发展刺激剂量(频率、幅度和持续时间)。
用于针对精神疾病中α振荡的病理变化的 tACS 范式,例如
我们研究的长期目标是将抑郁症、精神分裂症和自闭症结合起来。
建模、体外和体内动物实验以及人体研究,以开发和验证 tACS
该应用程序的目标是(1)。
通过 tACS 作为一种方法,从机制上剖析和优化丘脑皮质网络动力学的调节
刺激参数的函数,以及 (2) 在健康对照中验证 tACS 的目标参与
我们将测试 tACS 调节 α 振荡的中心假设。
丘脑皮质系统作为刺激参数频率、幅度和的函数
这项工作的基本原理是基于机制的 tACS 剂量优化将增加其持续时间。
从而提供新的科学和基于综合治疗的机会。
初步数据显示,三个具体目标是:(1)了解 tACS 频率和作用
调节丘脑皮质 α 振荡的幅度,(2)绘制和机械剖析
作为 tACS 持续时间的函数,持久效应,以及 (3) 验证 tACS 对 α 的调节
这项工作在跨学科和转化设计方面具有创新性;
该研究通过整合体内和体外克服了个别方法的局限性
使用计算模型优化 tACS 以靶向丘脑皮质 α 的动物研究
振荡并在人类参与者中验证了这些发现,这是向前迈出的关键一步。
今天的 tACS 方法没有考虑与皮质下的功能相互作用
丘脑等结构决定了目标参与度,因此这项研究意义重大。
它提供了如何优化 tACS 以瞄准 α 振荡的机制理解,这发挥了
最终,这项工作将使理性成为可能。
下一代 tACS 研究中刺激剂量的选择,均用于研究
行为中的丘脑皮质振荡和用于治疗精神疾病。
项目成果
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