Wyliczeniowe spojrzenie na modulację tACS w zdowych i epileptycznych sieciach mózgowych
Computational Insights into the tACS Modulation in Healthy and Epileptic Brain Networks
W skrócie
[Preprint - wstępne wyniki] Badacze używając komputerowych modeli mózgu badali, jak stymulacja elektryczna (tACS i tDCS) wpływa na aktywność neuronów zarówno w zdowym, jak i chorym na epilepsję mózgu. Wyniki pokazały, że u osób zdowych stymulacja tACS zsynchronizowała aktywność mózgu z rytmami naturalnymi, natomiast stymulacja katodowa tDCS wykazała potencjał w zmniejszaniu nadmiernej aktywności w epilepsji. Badanie dostarcza nowych informacji o tym, jak elektryczna stymulacja mózgu wpływa na funkcjonowanie sieci neuronów na poziomie mikroskopowym, co może być ważne dla przyszłego leczenia epilepsji opornej na leki.
Oryginalny abstract (angielski)
Transcranial Electric stimulation (tES) is a safe and noninvasive technique increasingly used in treating brain disorders. Despite many studies on tES, there is still a lack of understanding of its mechanisms at the microscale network level. This is crucial for optimized parameter selection in therapy approaches such as the treatment of pharmacoresistant epilepsy. In this study, we made use of a recently published neuroinspired microscale model of the neocortex, known as NeoCoMM, and integrated a “Lambda E”-based model of tES. This updated version was used to investigate the acute effects of tES (tDCS and tACS), on the neural activity of various neuron types in both healthy and epileptic brain states. Results showed that in the case of healthy alpha and gamma rhythms, tACS induced electric field entrainment at the peak power frequency of the network oscillations as measured by the Local field Potentials (LFPs). This resonance-like entrainment was independent from the individual firing rate of cell types. For epileptic activity, tACS did not provide consistent results. Cathodal tDCS resulted in a promising decrease in hyperexcitable activity throughout simulations. These results advance our understanding of the impact of tES on network dynamics at both the extracellular and intracellular activity levels. Author summary