Aleksander T. Sack

Aleksander T. Sack
Urodzić się	( 09.10.1972 ) 9 października 1972 Frankfurt nad Menem, Niemcy
Narodowość	Niemiecki
zawód (-y)	Neurobiolog , psycholog poznawczy, naukowiec i badacz
Nagrody	Stypendysta Niemieckiej Fundacji Stypendiów Akademickich Stypendysta Alzheimer Research Initiative Stypendysta Fulbrighta VENI-VIDI-VICI Laureat
Wykształcenie
Edukacja	Licencjat w psychologii mgr inż. doktor psychologii w dziedzinie nauk przyrodniczych
Alma Mater	Uniwersytet we Frankfurcie , Niemcy
Praca akademicka
Instytucje	Uniwersytet w Maastricht

Alexander T. Sack (ur. 9 października 1972) to niemiecki neurolog i psycholog poznawczy . Obecnie jest mianowany profesorem zwyczajnym i przewodniczącym stosowanej neuronauki poznawczej na Wydziale Psychologii i Neuronauki Uniwersytetu w Maastricht . Jest także współzałożycielem i członkiem zarządu Holendersko-Flamandzkiej Fundacji Stymulacji Mózgu, dyrektorem Międzynarodowego Kursu Certyfikacji Klinicznej TMS, współdyrektorem Centre for Integrative Neuroscience (CIN) oraz dyrektorem naukowym Polikliniki Przezczaszkowej Stymulacji Mózgu w Centrum Medyczne Uniwersytetu w Maastricht.

Zainteresowania badawcze Sack dotyczą głównie stymulacji mózgu i stosowanej neuronauki poznawczej . Specjalizuje się w nieinwazyjnej stymulacji mózgu, podstawowej i stosowanej neuronauce kognitywnej oraz klinicznych badaniach mózgu .

Sack był członkiem Niemieckiej Akademickiej Fundacji Stypendialnej oraz członkiem Inicjatywy Badawczej nad Alzheimerem. Był członkiem The Young Academy of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (KNAW) oraz The Young Academy of Europe (YAE).

Edukacja

Studiował psychologię i neurologię, a tytuł licencjata z psychologii uzyskał w 1995 roku na Uniwersytecie Johanna Wolfganga Goethego we Frankfurcie nad Menem, gdzie również uzyskał tytuł magistra w 2000 roku. W 2003 roku uzyskał tytuł doktora nauk przyrodniczych.

Kariera

Sack został przyjęty na studia doktoranckie na Uniwersytecie we Frankfurcie w 2000 roku, wspierany przez Studienstiftung des Deutschen Volkes (Niemiecka Akademicka Fundacja Stypendialna). W 2003 roku uzyskał doktorat z neurologii. Od 2005 roku jest głównym badaczem i kierownikiem sekcji badawczej „Stymulacja mózgu i funkcje poznawcze” w Centrum Obrazowania Mózgu w Maastricht (M-BIC). W 2009 roku został mianowany przewodniczącym i dyrektorem programowym międzynarodowego i międzywydziałowego Research Master in Cognitive and Clinical Neuroscience na Maastricht University. W 2015 roku współtworzył i przewodniczył Holendersko-Flamandzkiej Fundacji Stymulacji Mózgu. W latach 2015-2016 pełnił funkcję Kierownika Wydziału Neurologii Kognitywnej na Uniwersytecie w Maastricht, po czym został mianowany Prodziekanem ds. Badań na Wydziale Psychologii i Neuronauk Uniwersytetu w Maastricht w latach 2016-2020. Od 2017 roku jest również współpracownikiem -dyrektor tamtejszego Centrum Integracyjnej Neuronauki (CIN).

Nominacje akademickie Sacka na Uniwersytecie w Maastricht obejmują jego adiunkta na Wydziale Neurologii Poznawczej w latach 2005-2008, po czym został mianowany profesorem nadzwyczajnym poznania i plastyczności mózgu do 2011 r. Od tego czasu jest profesorem zwyczajnym Stymulacja mózgu i Applied Cognitive Neuroscience na Wydziale Psychologii i Neuronauki Uniwersytetu w Maastricht. Oprócz Uniwersytetu w Maastricht, od 2015 roku jest profesorem wizytującym na Wydziale Biomedycyny Eksperymentalnej i Neuronauk Klinicznych w Palermo we Włoszech .

Badania

Sack jest pionierem i wpływowym liderem w badaniach nad stymulacją mózgu i neuronauką poznawczą. Przyczynił się do odkrycia dynamiki mózgu leżącej u podstaw ludzkiego poznania, łącząc i rozwijając nieinwazyjne techniki obrazowania mózgu i stymulacji mózgu. Jako główny badacz „Brain Stimulation and Cognition” w Centrum Obrazowania Mózgu w Maastricht, jego badania koncentrują się głównie na neurobiologicznych i psychologicznych zasadach leżących u podstaw uwagi, uczenia się, pamięci i kontroli poznawczej. Jego podejście naukowe charakteryzuje się łączeniem różnych technik badań mózgu , w tym psychofizyka , eye-tracking , funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), elektroencefalografia (EEG), przezczaszkowa stymulacja mózgu, w szczególności przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) i przezczaszkowa stymulacja elektryczna (TES, w tym TDCS i TACS). Wraz ze swoim zespołem, kierował rozwojem jednocześnie wdrażanych TMS-fMRI-EEG podczas zachowań poznawczych, umożliwiając zastosowanie stymulacji mózgu podczas rejestrowania indywidualnych odpowiedzi sieci mózgowej (fMRI) i oscylacyjnych stanów mózgu (EEG) zaangażowanych poznawczo uczestników.

Multimodalna stymulacja mózgu i obrazowanie mózgu

Sack wykazał, że bezpośrednie i precyzyjne monitorowanie przypadkowych zależności między stanami oscylacyjnymi i propagacją sygnału w sieciach korowo-podkorowych jest możliwe dzięki współbieżnemu TMS-EEG-fMRI, który zapewnia obiecującą nieinwazyjną drogę badań sieciowych specyficznych dla danego podmiotu nad dynamicznymi obwodami poznawczymi i ich dysfunkcjami. Jego innowacyjne podejście umożliwia bezpośrednie i nieinwazyjne badanie propagacji sygnału zależnej od stanu mózgu w określonych sieciach funkcjonalnych obejmujących cały mózg oraz badanie wzajemnych powiązań dynamiki kodowania czasowego (oscylacje) i przestrzennego (sieci obejmujące cały mózg). We wcześniejszym połączonym badaniu TMS-fMRI zastosował przezczaszkową stymulację magnetyczną (TMS) do kory ciemieniowej podczas jednoczesnego obrazowania funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) i podczas wykonywania przez uczestników różnych zadań wzrokowo-przestrzennych. Wyniki potwierdzają pogląd, że deficyty wzrokowo-przestrzenne po uszkodzeniu ciemieniowym są spowodowane zaburzeniem aktywności w określonej sieci czołowo-ciemieniowej z dominacją prawej półkuli. Badania pokazują również, że jednoczesna stymulacja fMRI i magnetyczna stymulacja mózgu podczas wykonywania zadania pozwala na identyfikację i wizualizację sieci obszarów mózgu, które są funkcjonalnie powiązane z określonymi procesami poznawczymi

W powiązanym artykule teoretycznym Sack opisuje różne podejścia do łączenia TMS z funkcjonalnymi technikami neuroobrazowania, a także wady TMS. Po krytycznej analizie wynikających z tego ograniczeń koncepcyjnych i metodologicznych, z którymi wciąż musi się zmierzyć badanie funkcjonalnych relacji zachowania mózgu, argumentował, że niektóre, ale nie wszystkie, metodologiczne ograniczenia TMS można przezwyciężyć przez połączenie z funkcjonalnym neuroobrazowaniem.

Elastyczne poznanie i oscylacje neuronowe

Sack zaproponował, że oscylacje leżą u podstaw komunikacji między kognitywnymi regionami mózgu, umożliwiając elastyczną konfigurację znaczących sieci mózgowych w zależności od wymagań poznawczych. Zrewidował również funkcjonalną rolę grzbietowej sieci uwagi (DAN), proponując, że ta specyficzna sieć obsługuje bardzo podstawowy mechanizm poznawczy, będąc neuronowym źródłem sygnałów zniekształcających uwagę, które wzmacniają, utrzymują i reaktywują reprezentacje w (zwłaszcza percepcyjnych) modułach mózgowych w celu umożliwiają te różne procesy poznawcze. W ten sposób DAN działa jako krytyczne centrum w elastycznych systemach poznawczych mózgu, wskazując na jego nadrzędną rolę w poznaniu.

Wzmocnienie funkcji poznawczych

Sack ujawnił, że selektywną uwagę można zwiększyć u zdrowych ochotników, stosując spersonalizowaną przezczaszkową stymulację mózgu opartą na oscylacjach. Sack i jego zespół połączyli EEG z przezczaszkową stymulacją prądem przemiennym (EEG-tACS), aby wydobyć indywidualną moc (amplitudę) aktywności oscylacyjnej alfa w jednej półkuli mózgu. Co ważne, ta oparta na EEG interwencja tACS nie tylko znacznie zwiększyła zlateralizowane oscylacje alfa, co zostało potwierdzone przez EEG, ale także znacząco poprawiła zdolność zdrowych uczestników do skupiania się, wykrywania i rozróżniania bodźców w jednym określonym półpolu, zwiększając selektywną uwagę przestrzenną. Wydajność poznawcza była znacznie lepsza w porównaniu z brakiem stymulacji mózgu, co pokazuje, że przezczaszkowa elektryczna stymulacja mózgu może prowadzić do poprawy funkcji poznawczych.

W dziedzinie pamięci Sack odkrył, że przechowywanie wielu elementów w pamięci roboczej jest wynikiem grupowania tych różnych elementów w różnych fazach oscylacyjnych. Sack mógłby wykazać, że ten typ oscylacyjnego schematu sortowania w pamięci roboczej jest rzeczywiście funkcjonalnie istotny dla zachowań behawioralnych. Sack ponadto wykazał, że faza theta i alfa odchyla reakcje kategoryzacji elementów bliskie granicy do jednej lub drugiej kategorii i że uczestnicy z silniejszym grupowaniem oscylacyjnym w zakres theta wykazał ostrzejszą dyskryminację między kategoriami przedmiotów. Te odkrycia dotyczące behawioralnie istotnego funkcjonalnego uporządkowania faz stanowiły kamień milowy w odkrywaniu behawioralnego znaczenia dotychczas głównie teoretycznych opisów uporządkowania oscylacyjnego kodowanego fazowo. Powtarzalny charakter oscylacji zapewnia, że ​​każdy element może zostać odświeżony w swojej własnej fazie, a tym samym utrzymany.

Sack zdekodował również rozproszone sygnały EEG potyliczno-ciemieniowe za pomocą liniowego klasyfikatora podczas interwału retencji pamięci roboczej, jednocześnie wykorzystując bodziec impulsu czuciowego do zwiększenia odczytu rozproszonej aktywności nerwowej związanej z treścią przechowywaną w pamięci roboczej. Pozwoliło to Sackowi i jego zespołowi ujawnić, że treść zapamiętanych informacji podczas retencji jest modulowana przez fazę trwających oscylacji w zakresie theta/alfa oraz, co ważne, że wydajność pamięci jest modulowana przez fazę, w której pojawił się bodziec impulsowy . Odkrył, że interwencja polegająca na przedstawieniu bodźca impulsowego podczas faz o dużej zawartości pamięci poprawiła wydajność pamięci roboczej u zdrowych ochotników. Te badania jego laboratorium pokazują, że informacje przechowywane w pamięci są reprezentowane cyklicznie w tylnych obszarach korowych i że modulacja zawartości tej pamięci wpływa na wydajność pamięci. Podsumowując, wyniki te stanowią empiryczne dowody na ludziach, że informacja o pamięci roboczej jest maksymalizowana w ograniczonych zakresach fazowych, a stymulacja selektywna fazowo może poprawić pamięć roboczą, nawet u zdrowych młodych ochotników.

Plastyczność mózgu

W przełomowej publikacji Science Sack przedstawił nowatorską procedurę TMS, która łączy odpowiednie zalety tworzenia tymczasowej wirtualnej zmiany chorobowej za pomocą rTMS z precyzyjnym badaniem chronometrycznym oferowanym przez potrójny impuls TMS związany ze zdarzeniem. Badanie to wykazało, że wirtualne zmiany wywołane przez TMS mogą wywoływać reorganizację czynnościową, podczas której jedna część mózgu natychmiast kompensuje zakłócenia aktywności w innym regionie mózgu, przejmując swoją specyficzną funkcję poznawczą podczas wykonywania zadania, ujawniając wysoce dynamiczne właściwości ludzkiego mózgu . Pokazało to ogromne możliwości, adaptacyjność i elastyczność ludzkiego mózgu w zakresie kompensacji wszelkich awarii i reorganizacji sieci neuronowych w celu utrzymania lub odzyskania funkcjonalności.

Nagrody i wyróżnienia

• Fellow, Niemiecka Akademicka Fundacja Stypendialna
• Stypendysta, Alzheimer Research Initiative
• 2012 – członek, DJ w ramach Królewskiej Holenderskiej Akademii Sztuki i Nauki (KNAW)
• 2013 – Członek, The Young Academy of Europe (YAE)
• Stypendysta Fulbrighta

Bibliografia

• Reithler, J., Peters, JC i Sack, AT (2011). Multimodalna przezczaszkowa stymulacja magnetyczna: wykorzystanie równoczesnego neuroobrazowania do ujawnienia dynamiki sieci neuronowej nieinwazyjnej stymulacji mózgu. Postęp w neurobiologii, 94(2), 149-165.
• Duecker, F., Formisano, E. i Sack, AT (2013). Półkuliste różnice w dobrowolnej kontroli uwagi przestrzennej: bezpośredni dowód na dominację prawej półkuli w korze czołowej. Journal of Cognitive Neuroscience, 25 (8), 1332–1342.
• Lückmann, HC, Jacobs, HI i Sack, AT (2014). Wielofunkcyjna rola regionów czołowo-ciemieniowych w poznaniu: uwaga wewnętrzna jako nadrzędny mechanizm. Postęp w neurobiologii, 116, 66–86.
• Ten Oever, S. i Sack, AT (2015). Faza oscylacyjna kształtuje percepcję sylaby. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112 (52), 15833–15837.
• Schilberg, L., Engelen, T., Ten Oever, S., Schuhmann, T., De Gelder, B., de Graaf, TA i Sack, AT (2018). Faza tACS o częstotliwości beta nad pierwotną korą ruchową moduluje pobudliwość korowo-rdzeniową. Kora, 103, 142–152.
• Ten Oever, S., De Weerd, P. i Sack, AT (2020). Zależne od fazy wzmocnienie zawartości i wydajności pamięci roboczej. Komunikaty przyrodnicze, 11 (1), 1–8.
• Peters, JC, Reithler, J., Graaf, TAD, Schuhmann, T., Goebel, R. i Sack, AT (2020). Jednoczesny ludzki TMS-EEG-fMRI umożliwia monitorowanie zależnego od stanu oscylacyjnego bramkowania aktywności sieci korowo-podkorowej mózgu. Biologia komunikacji, 3 (1), 1–11.
• Gallotto, S., Duecker, F., Ten Oever, S., Schuhmann, T., De Graaf, TA i Sack, AT (2020). Powiązanie modulacji mocy alfa z konkurencyjnymi teoriami uwagi wzrokowo-przestrzennej. Neuroobraz, 207, 116429.
• Ten Oever, S., Sack, AT, Oehrn, CR i Axmacher, N. (2021). Engram celowo zapomnianych informacji. Komunikaty przyrodnicze, 12 (1), 1–14.
• Veniero, D., Gross, J., Morand, S., Duecker, F., Sack, AT i Thut, G. (2021). Odgórna kontrola kory wzrokowej przez przednie pola oka poprzez oscylacyjne wyrównanie. Komunikaty przyrodnicze, 12 (1), 1–13.