Effect of non-invasive brain stimulation on changes in brain plasticity (rTMS / tDCS - fMRI human study)

Mgr. Monika Pupíková, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Dizertační práce se zaměřuje na ovlivňování kognitivních funkcí pomocí neinvazivní mozkové stimulace (NIBS) u zdravého a patologického stárnutí. Jejím cílem je přispět k lepšímu pochopení neurálních korelátů kognitivních změn a principů plasticity mozku v důsledku stimulace mozku, a to pomocí inovativní kombinace zobrazovacích metod. V úvodu je podán přehled kognitivních trajektorií v pozdní dospělosti, a to jak u zdravého, tak u patologického stárnutí. Oddíl také diskutuje metody mozkové stimulace v kontextu mozkové plasticity. V empirické části práce jsou uvedeny výsledky našeho systematického přehledu týkajícího se NIBS pro kognitivní symptomy u kohort pacientů s neurodegenerativním onemocněním vzhledem k cílům stimulace a srovnání NIBS technik s jinými nefarmakologickými přístupy. Dále jsme v našich třech původních pracích hodnotili účinky vyvolané tDCS u účastníků s přirozeně se vyskytujícími různými úrovněmi plasticity mozku. Naše výsledky ukázaly, že stimulační přístupy je třeba přizpůsobit konkrétní populaci. Zatímco stimulační přístupy podporující mozkovou segregaci mohou být přínosné v rané dospělosti, s vyšším věkem mohou být výhodné jiné přístupy. Naše výsledky dále naznačují, že pokud jde o velikost účinků vyvolaných intervencí, hrají vlivnou roli v rámci jednotlivých populací i interindividuální rozdíly.

Abstract:

This dissertation focuses on the effects of non-invasive brain stimulation (NIBS) on cognitive function in healthy and pathological aging. It aims to contribute to a better understanding of the neural correlates of behavioural changes and the principles of brain plasticity due to brain stimulation. This is done using an innovative combination of imaging methods. The introduction provides an overview of cognitive and brain trajectories in late adulthood, both in healthy and pathological aging. The section also discusses methods of brain stimulation within the context of brain plasticity. The empirical part of the thesis presents the results of our systematic review of NIBS for cognitive symptoms in cohorts of neurodegenerative disease patients with respect to stimulation targets and a comparison of NIBS techniques with other non-pharmacological approaches. Furthermore, in our three original papers, we evaluated tDCS-induced effects in participants with naturally varying levels of brain plasticity. Our results showed that stimulation approaches need to be tailored to specific populations. While stimulation approaches that promote brain segregation may be beneficial during early adulthood, other approaches may be advantageous with increasing age. Our results further suggest that inter-individual differences within populations may play an influential role in the magnitude of the effects induced by interventions.

Keywords

brain stimulation, brain plasticity, aging brain, brain connectivity, tDCS, TMS, cognition, neurodegeneration, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, MCI

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 1. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 25. 4. 2023
• Supervisor: prof. MUDr. Irena Rektorová, Ph.D.
• Reader: prof. MUDr. Bc. Libor Ustohal, Ph.D., MUDr. Igor Riečanský, PhD.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Neurosciences / Neurosciences