Einleitung: Neuromodulatorische Verfahren werden zunehmend hinsichtlich ihres Potentials, kortikale Leistungsfähigkeit zu beeinflussen, evaluiert. Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) hat in ersten Studien positive Effekte auf motorische und höhere kognitive Funktionen zeigen können. Für die Beeinflussung der Sprachdomäne bei gesunden und aphasischen Probanden liegen noch keine belastbaren Ergebnisse aus RCTs vor. Deshalb soll bei gesunden Probanden der Einfluss auf ein mehrtägiges Lernen neuer lexikalischer Inhalte evaluiert werden. In der aphasischen Rehabilitation sollen das Fazilitierungspotential von Sprachlernprozessen sowie zugrundeliegende neuronale Wirkmechanismen evaluiert werden.
Methodik: Studie 1 soll als Machbarkeitsstudie prüfen, ob Sprachlernprozesse durch CPJ-atDCS bei gesunden, jungen Probanden in ihrer Wirksamkeit gesteigert werden können. In einem zweiarmigen Design lernen 40 Probanden über fünf Tage neue lexikalische Einträge unter CPJ-atDCS oder SHAM-tDCS, behaviorale Leistungen werden unmittelbar nach dem Training und nach Ablauf einer Woche erhoben. Studie 2 untersucht den Einfluss von M1-atDCS auf ein hochfrequentes Benenntraining bei chronischer Aphasie sowie die Wirkung auf ungelernte Kontrollitems und alltagsrelevante Sprache mit sechsmonatiger Nachuntersuchung. In einem zweiarmigen Design wurden 26 Probanden während acht Tagen in jeweils zwei 90minütigen Therapiesitzungen simultan atDCS oder sham-tDCS appliziert. Studie 3 identifiziert neuronale Korrelate von M1-atDCS unter simultaner funktioneller Bildgebung und vermeidet durch einen provozierten Deckeneffekt konfundierende Korrelate behavioraler Veränderungen: 14 Patienten mit Restaphasie wurden unter funktioneller Bildgebung und simultan stattfindender M1-atDCS zuvor korrekt und rasch benannte Items präsentiert und resultierende kortikale Aktivierungsmuster mit denen einer gesunden Kontrollgruppe verglichen.
Ergebnisse: In Studie 1 zeigten sich unter TPJ-atDCS umfassendere und schnellere Lernleistungen, die unmittelbar nach der Intervention und nach Ablauf einer Woche nachweisbar waren. In Studie 2 zeigten sich nach M1-atDCS eine bessere Konsolidierung von Therapie- und Transfereffekten sowie eine Generalisierung auf die Alltagskommunikation. In Studie 3 zeigten sich als neuronales Korrelat von M1-atDCS eine Abnahme der kortikalen Aktivierungsintensität im anterioren cingulären Cortex, linken Inselkortex und rechtem Gyrus lingualis bei gesteigerter funktioneller Konnektivität des verbliebenen sprachlichen Netzwerks sowie eine Annäherung an Aktivierungsmuster der gesunden Kontrollen.
Schlussfolgerung: Mit in Quantität und Akzeleration gesteigerter Einspeicherung neuer lexikalischer Einträge bei jungen gesunden Probanden zeigte tDCS das Potential, Sprachlernprozesse in ihrer Wirksamkeit zu steigern. Signifikant bessere Konsolidierungsleistungen unter Verum für trainierte Items, signifikant gesteigerte Transferleistungen und Verbesserungen in alltagsrelevanten Kommunikationsparametern verdeutlichen das Potential dieses neuromodulatorischen Verfahrens in der Rehabiliation aphasischer Beeinträchtigungen. Als zugrundeliegender Wirkmechanismus konnte ein reduzierter kortikaler Prozessierungsaufwand bei gesteigerter funktioneller Konnektivität aufgabenspezifischer Netzwerke identifiziert werden.
Introduction: Recently, growing interest emerged in the enhancement of human potential by means of non-invasive brain stimulation. In particular, atDCS has been shown to exert beneficial effects on motor and higher cognitive functions. High quality studies fulfilling methodically first class criteria assessing the impact of multiple stimulation sessions are scarce and have not yet been conducted in the language domain with healthy individuals and patients with aphasia. Methods: Study 1 aimed to investigate, whether language learning could be facilitated by atDCS in healthy young participants. In this two armed study 40 participants learned new lexical entries over five days with simultaneous CPJatDCS. Study 2 aimed to evaluate the potential benefits of M1-atDCS in a high frequent naming therapy in chronic aphasia. In this two armed study 26 patients were treated over eight days. Behavioral Performance and communicative skills were tested immediately after the training and after a six-months-follow-up. Study 3 aimed to identify the neuronal underpinning of M1-atDCS with fMRI. In a crossover-study 14 patients suffering from residual aphasia namend items during an fMRI scan with 6 simultaneous application M1-atDCS, cortical activation was compared with healthy controls. Results: In study 1 TPJ-atDCS facilitated more and faster learning, results were maintained throughout the one-week-follow-up. In study 2 M1-atDCS evoked better consolidation of facilitated naming results and transfer effects as well as generalization on daily communication skills rated by primary care giver. Consolidation remained stable during six months follow-up in the active group, while participants receiving sham-stimulation dropped down to baseline niveau. In study 3 a significant decrease of cortical activation in the anterior cingulate cortex, left insula and right lingual gyrus accompanied with a significant increase in functional connectivity of the remaining language- and task-related network could be identified as neuronal correlate of M1-atDCS. Compared with healthy controls, atDCS resulted in overall “normalization” of brain function in the patients. Discussion: These results elucidate the potential of tDCS in rehabilitation of language impairment in aphasia. Reduced cortical effort in language processing and increased language- and task-related functional connectivity seem to be the neuronal underpinning of these tDCS effects. The present studies provide direct evidence that atDCS facilitates language learning over repeated sessions in healthy individuals and that these gains are maintained over time. Thereby, these results contribute important novel information about the potential of atDCS to enhance language re-learning in clinical populations.
