Background: Object-location memory (OLM) plays an essential role in orientation in the environment and is of high relevance for functioning of daily life. However, this function declines early in the course of aging and is even more accelerated in conditions like amnestic Mild Cognitive Impairment (MCI) and dementia due to Alzheimer’s disease. Therefore, strategies for promoting improvements on cognitive functions like visuospatial memory become increasingly important. Objectives: Evaluate the efficacy of a repeated combined intervention of anodal transcranial direct current stimulation (atDCS) and cognitive training to boost visuospatial memory performance in healthy individuals and in individuals with MCI. Neuronal (study 1) and behavioral (study 1, 2 and 3) effects of atDCS applied during an OLM training task were investigated. Method: Subjects were trained over 3 days to learn the correct object-location pairings on a street map while receiving 20 minutes-atDCS or a sham stimulation. In study 1, effects of the combined approach were tested in a between-subject design in 20 healthy young (HY) and 20 healthy elderly (HE) subjects. Recall performance in trained and untrained memory tasks was assessed immediately after training, 1 day and 1 month later. Resting state functional magnetic resonance imaging was conducted at baseline and at 1-day follow-up to examine the influence of OLM training simultaneously to atDCS on functional coupling in default mode network. In study 2 and 3, the impact of the combined approach was tested using a within-subject design. Training success and delayed memory after 1 month were assessed in 32 HE (study 2) and compared to the performance of 16 MCI patients (study 3). Results: In study 1 HY performed better than HE, but both groups showed beneficial effects of stimulation. Increased functional connectivity of neural networks was positively related to enhanced memory performance 1 day later, and atDCS improved trained and untrained tasks 1 month later. In study 2, atDCS combined with OLM training did not enhance training success, performance in 1-month delayed memory, or transfer tasks. In study 3, MCI patients showed enhanced performance at the end of training, but no positive effect was found regarding delayed memory 1-month. Exploratory analyses suggested positive impact on online performance and negative effect on offline performance in MCI patients. Conclusion: atDCS may modulate behavior and has potential to counteract memory decline, but individual variability and heterogeneity between studies seems to substantially impact performance, calling for the development of individualized protocols in the future.
Hintergrund: Das Objekt-Lokalisierungs-Gedächtnis (kurz OLM) trägt zur Orientierung in der Umwelt und Funktionsfähigkeit im Alltag bei. Im normalen Alterungsprozesses kommt es zur Abnahme der OLM-Leistung, was unter pathologischen Bedingungen, z.B. amnestischer leichter kognitiver Beeinträchtigung (engl. Mild cognitive impairment MCI) und Demenz bedingt durch die Alzheimer Erkrankung, akzeleriert sein kann. Dementsprechend wichtig ist die Entwicklung von Strategien zur Förderung und Aufrechterhaltung kognitiver Funktionen - wie die des visuell-räumlichen Gedächtnisses. Ziele: Auswirkung einer mehrtägigen kombinierten Anwendung aus atDCS und kognitiven (OLM) Training auf die Lesitung des visuell-räumlichen Gedächtnisses bei Gesunden und Personen mit MCI erfasst anhand von neuronalen (Studie 1) Korrelaten und Verhaltenseffekten (Studie 1-3). Methode: Durchführung eines computerbasierten OLM-Trainings an drei aufeinanderfolgenden Tagen zeitgleich mit atDCS (20min) oder einer Scheinstimulation (30s). Das OLM-Training bestand aus dem Erlernen korrekter Zuordnungen von Objekten (Gebäuden) zu Lokalisierungen (Positionen) auf einem fiktiven Stadtplan. Studie 1: In einem Zwischensubjektdesign wurde die Abrufleistung bei trainierten und nicht-trainierten Gedächtnisaufgaben unmittelbar nach dem Training, einen Tag und einen Monat später bei 20 gesunden jungen (HY) und 20 gesunden älteren (HE) Probanden gestestet. Die Ruheaktivität des Gehirns wurde mittels funktioneller Magnetresonanztomographie vor und nach dem mehrtägigen Training aufgenommen und der Einfluss der Intervention auf die funktionelle Kopplung (Konnektivität) im Ruhezustandsnetzwerk (engl. Default Mode Network) analysiert. Studie 2 und 3: In einem Meßwiederholungsansatz (cross-over) wurde die Auswirkung von OLM-Training und atDCS auf den Trainingserfolg (Leistung unmittelbar nach dem Training) und die verzögerte Abrufleistung (nach einem Monat) bei 32 HE (Studie 2) gemessen und mit der Leistung von 16 MCI-Patienten (Studie 3) verglichen. Ergebnisse: Studie 1: Das Leistungsniveau in HY war höher verglichen zu HE, aber beide Gruppen profitierten von atDCS bezogen auf die Gedächtnisleistung. Eine erhöhte funktionale Konnektivität neuronaler Netzwerke ging mit einer verbesserten Gedächtnisleistung einen Tag nach dem Training einher. atDCS hatte einen postiven Einfluss auf trainierte und nicht-trainierte Aufgaben nach einem Monat. Studie 2: In HE hatte atDCS in Kombination mit OLM-Training keinen positiven Einfluss auf den Trainingserfolg, den verzögerten Abruf und trainierte und nicht-trainierte Transferaufgaben. Studie 3: Gemessen am Trainingserfolg profitierten MCI Patienten von atDCS, jedoch nicht in Bezug auf das verzögerte Gedächtnis. In explorativen Analysen deuten auf einen Vorteil von tDCS auf die online, nicht aber die offline-Leistung bei MCI hin. Schlussfolgerung: Verhalten scheint durch atDCS modulierbar wodurch sich potentielle Interventionsstrategieansätze zur Gedächtnisverbesserung ergeben. Die hohe individuelle Variabilität und Heterogenität zwischen den Studien scheint jedoch die Effekte erheblich einzuschränken und macht die Entwicklung von individualisierten Protokollen erforderlich.
