Transkraniel jævnstrømsstimulering (tDCS) over den intraparietale sulcus påvirker ikke arbejdshukommelsens ydeevne Del 1

ABSTRAKT

Blandede resultater af virkningen af ​​transkraniel jævnstrømsstimulering (tDCS) på arbejdshukommelsen er blevet rapporteret.

I de senere år, med den fortsatte udvikling af medicinsk teknologi, er transkraniel jævnstrømsstimulering efterhånden blevet en lovende behandlingsmetode. Dens anvendelser dækker mange områder, såsom depression, angst, Parkinsons sygdom osv. Hvad denne artikel vil udforske, er dets forhold til hukommelsen.

For det første kan transkraniel jævnstrømsstimulering fremme hukommelsesforbedring. Nogle forskningsresultater tyder på, at transkraniel jævnstrømsstimulering kan påvirke hukommelsen positivt ved at øge aktiviteten i hippocampus. I eksperimentet forbedredes forsøgspersonernes hukommelse betydeligt efter flere stimulationer. Dette resultat har en vis referencebetydning for klinisk behandling.

For det andet kan transkraniel jævnstrømsstimulering anvendes til hukommelsesrehabilitering. For nogle patienter, der har lidt traumer, såsom hjernetraumer, slagtilfælde osv., kan det forårsage hukommelsestab og påvirke normalt liv og arbejde. Behandling med transkraniel jævnstrømsstimulering kan fremme regenereringen af ​​beskadigede neuroner og derved forbedre funktionen af ​​det beskadigede område og forbedre patientens hukommelsesevne.

Endelig kan transkraniel jævnstrømsstimulering udvide reservekapaciteten af ​​hukommelsesevner. Selvom alles hukommelsesreserve er forskellig, kan transkraniel jævnstrømsstimulering aktivere neuroner i hjernen og øge hukommelsesreservekapaciteten. Dette gør os i stand til at have større bearbejdningsevne og kapacitet til velkendte og nye informationer i efterfølgende læring og liv.

Sammenfattende har forholdet mellem transkraniel jævnstrømsstimulering og hukommelse vigtige implikationer. Uanset om det er i hukommelsesforbedring, rehabilitering eller kapacitetsudvidelse, har det brede anvendelsesmuligheder og gennemførlighed og har en positiv rolle i at fremme folks liv og arbejde. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale, der har mange unikke effekter, hvoraf en er at forbedre hukommelsen. Virkningen af ​​Cistanche deserticola kommer fra de mange aktive ingredienser, den indeholder, herunder garvesyre, polysaccharider, flavonoidglykosider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed gennem en række forskellige veje.

Klik på kender 10 måder at forbedre hukommelsen

I modsætning til tidligere undersøgelser, der hovedsageligt fokuserede på stimulering af den dorsolaterale præfrontale cortex, modulerede vi det venstre intraparietalsulcus (IPS) område, som anses for at understøtte opmærksomhedskontrolaspekter af arbejdshukommelse.

Ved at bruge et eksperimentelt design inden for deltagerne gennemførte deltagerne tre forskellige tilstande: anodal stimulering af IPS, katodisk stimulering af IPS og simuleret stimulering af IPS. Både visuelle og verbale arbejdshukommelsesopgaver blev administreret.

I den visuelle opgave skulle deltagerne huske et tilfældigt sæt farvede figurer. I den verbale opgave skulle deltagerne huske en række bogstaver. Arbejdshukommelsesbelastningen blev manipuleret i begge opgaver (seks tal/bogstaver vs. to tal/bogstaver).

Der blev ikke fundet nogen signifikante forskelle i nøjagtighed eller reaktionstid mellem de anodale, katodale og sham-betingelser. Bayesiansk analyse understøtter bevis for fravær af effekt.

Resultaterne af præsendte undersøgelse tilføjer til den voksende mængde af modstridende beviser vedrørende de modulerende virkninger af single-sessiontDCS på arbejdshukommelsens ydeevne.

INTRODUKTION

Arbejdshukommelse (WM) involverer adskillige kognitive processer, der giver os mulighed for at holde en begrænset mængde information aktive i en kort periode. Det er en afgørende for beslutningstagning og ræsonnement (Diamond, 2013).

WM-kapaciteten begynder at falde relativt tidligt i voksenalderen (Park et al, 2002) og er ofte svækket efter hjerneskade (Dunning, Westage, & Adam, 2016), i forbindelse med udviklingsmæssige og psykiatriske lidelser (Kofler et al, 2018; Barch & Ceaser, 2012) ) eller som et resultat af stress (Kim, Woo, & Woo, 2017).

Mange undersøgelser har derfor forsøgt at bestemme, om WM-kapacitet kunne trænes eller forbedres, med meget varierende grader af succes med hensyn til både adfærdsmæssige og neurale stimuleringsteknikker (Melby-Lervag & Hulme, 2013; Soveri et al, 2016).

En af de neurale stimuleringsteknikker, der almindeligvis anvendes, er transkraniel jævnstrømsstimulering (tDCS). tDCS består af påføring af to svampeelektroder gennemblødt i saltvand til hovedet, hvorigennem en svag strøm (0.5–2 mA) sendes.

Efter et par minutters stimulering er den spontane neuronale aktivitet i cortex-områderne, der ligger til grund for stimulationszonerne, enten forstærket (anodal stimulation) eller hæmmet (katodisk stimulation) (Nitsche & Paulus, 2000).

Anodalstimulering er for det meste blevet brugt til at øge adfærdspræstationen, mens katodisk stimulering er blevet brugt til at svække den. Stimuleringseffekter har vist sig at vedvare i kort tid, selv efter at stimuleringen er stoppet (Kuo et al, 2013).

tDCS OG WM

I løbet af de sidste femten år har mange undersøgelser forsøgt at bruge DCS til at forbedre WM. En række af disse undersøgelser rapporterede positive effekter.

Den første undersøgelse af Marshall, Mölle, Siebner og Born (2005) anvendte anodal og katodisk tDCS bilateralt på den dorsolaterale præfrontale cortex (DLPFC), mens deltagerne udførte en modificeret Sternbergtaske.

Stimuleringen blev udført intermitterende (15 sek on/15 sek off) i 15 minutter ved en lav strømstyrke på 260 µA. Forfatterne fandt en stigning i reaktionstid for både anodisk og katodisk stimulering sammenlignet med tosham, hvilket tyder på, at tDCS påvirker neural behandling af responsvalg og forberedelse.

Kort efter fortalte Fregniet al. (2005) viste, at anodal stimulering af venstre DLPFC under en tre-back opgave førte til en øget ydeevne med hensyn til nøjagtighed sammenlignet med shamstimulering, mens katodisk stimulering af DLPFC og anodal stimulering af den primære motoriske cortex ikke viste nogen forskelle.

Siden da har nogle undersøgelser gentaget disse resultater (Katsoulaki, Kastrinis, & Tsekoura, 2017 for en gennemgang), mens andre undlod at rapportere nogen signifikant effekt af tDCS onWM-ydeevne (Robison, McGuirk, & Unsworth, 2017; Wang, Wen, & Li, 2018 ). Mere specifikt viste Ruf, Fallgatter og Plewnia (2017) i en undersøgelse bestående af fire træningssessioner kombineret med anodaltDCS over DLPFC en signifikant forbedring i WM-ydeevne på en N-back opgave.

Desuden så denne forbedring ud til at kunne overføres til lignende, utrænede opgaver og at være langvarig, da en effekt stadig kunne objektificeres ni måneder efter træningen.

Lignende resultater er også opnået af Au og kolleger (2016), der viser, at DCS-relaterede gevinster varede i flere måneder efter syv træningssessioner.

Derudover viste Bogdanov og Schwabe (2016), at anodal tDCS over DLPFC også signifikant kunne reducere den forstyrrende effekt af stress på WM, og Brunyé, Moran, Holmes, Mahoney og Taylor (2017) viste, at anodal tDCS af den højrefusiforme gyrus kunne øge WM ydeevne til ansigtsgenkendelse, men ikke til ikke-ansigtsobjekter (huse).

På den anden side afslørede en hel del undersøgelser ingen signifikant effekt af tDCS på WM.

For eksempel sammenlignede Nikolin, Martin, Loo og Boonstra (2018) fem grupper på tyve forsøgspersoner stimuleret ved fem forskellige intensiteter (2 mA, 1 mA, 0.034 mA , 0,016 mA og 0 mA) på DLPFC og fandt ingen forskelle i ydeevne mellem grupperne i en visuel 3-back WM-opgave. Tilsvarende rapporterede Robisonand-kolleger (2017), at stimulering af den præfrontale cortex og den bageste parietale cortex ikke inducerede nogen signifikante forskelle i WM-ydeevne.

På samme måde observerede Nilsson, Lebedev, Rydström og Lövdén (2017) ingen signifikante forskelle efter tyve sessioner med adfærdsmæssig WM-træning kombineret med anodalt DCS fra DLPFC. Samlet set indikerer de seneste metaanalyser fraværet af pålidelige beviser for tDCS-relateret forbedring af WM. (Horvath, Forte, & Carter, 2015; Medina & Cason, 2017), eller de indikerer kun meget små effekter (Hill, Fitzgerald, & Hoy, 2016; Mancuso, Ilieva, Hamilton, & Farah, 2016).

Horvath og kolleger (2015) samlede alle kognitive udfaldsmålinger offentliggjort i litteraturen og undersøgte sunde voksenpopulationer af mindst to forskellige forskningsgrupper. De udførte 59 forskellige analyser, og ikke en eneste af dem viste en signifikant effekt af tDCS-stimuleringen.

Mancuso og kollegaer (2016) fokuserede deres meta-analyse på undersøgelser, der vurderede virkningerne af anodal stimulation af højre og venstre DLPFC og højre parietallap, såvel som af venstre DLPFC koblet med WM-træning.

Det eneste signifikante (omend lille) resultat rapporteret af deres meta-analyse var en forbedring af WM-ydeevne efter venstre DLPFC-stimulering koblet med WM-træning. Hill og kolleger (2016) undersøgte virkningerne af anodal tDCS på en række WM-opgaver og fandt en lille, men signifikant effekt på reaktionstiden (såvel som en tendens til nøjagtighed) for offlinetDCS.

Der blev ikke fundet nogen effekter for online tDCS. Medinaand Cason (2017) brugte et meta-analytisk værktøj udviklet af Simonsohn og kolleger (2014) til at undersøge fordelingen af ​​publicerede p-værdier som funktion af forventede fordelinger i henhold til forskellige effektstørrelser i de studier, som Mancuso og kolleger (2016) undersøgte. Ved at udføre denne p-kurveanalyse fandt de ingen beviser for, at tDCS-undersøgelser var forbundet med meningsfulde effekter.

ALTERNATIVE TILGANG TIL tDCS PÅ WM

To konklusioner kan drages i lyset af den hidtil gennemgåede litteratur: Enten er virkningerne af tDCS på WM meget små (eller ikke-eksisterende) og derfor svære at opnå og replikere, eller også har tDCS en effekt, men det afhænger af specifikke stimulerings- og opgaveparametre som i øjeblikket er ukendte.

Denne undersøgelse havde til formål at undersøge den anden mulighed ved at bruge en teoretisk og empirisk informeret stimuleringstilgang af WM, baseret på den seneste udvikling i vores viden om de kognitive og neurale processer, der understøtter både verbal og visuo-spatial WM.

Nuværende teorier om WM lægger stor vægt på den rolle, som opmærksomheden spiller. I hans integrerede rammer for WM og opmærksomhed, mener Cowan (1995), at en væsentlig komponent i WM er fokus og kontrol af opmærksomhed; disse to komponenter gør det muligt at holde hukommelsesindhold i en aktiv tilstand og anses for at definere, i det mindste delvist, WM-kapacitet.

Flere andre WM-modeller er blevet beskrevet, der giver opmærksomhed i WM-ydeevne en central rolle (Barrouillet, Bernardin, & Camos, 2004;Kane & Engle, 2004). Opmærksomhedsprocessernes rolle i WM understøttes af empiriske beviser såsom involvering af to velkendte opmærksomhedsnetværk, når deltagerne udfører WM-opgaver.

Opmærksomhed afhænger af mindst to antagonistiske netværk i hjernen, det dorsale opmærksomhedsnetværk og det ventrale opmærksomhedsnetværk (Corbetta & Shulman, 2002; Vossel, Geng, & Fink, 2014).

Dorsalattention-netværket styrer den frivillige top-down-udbredelse af opmærksomhed på objekter eller steder, mens det ventrale opmærksomhedsnetværk styrer reorienteringen af ​​opmærksomheden til sensorisk stimulation fremkaldt af uovervåget eller uventet stimuli (bottom-up opmærksomhed).

Rygnetværket omfatter intraparietale sulcus (IPS) og frontale øjenfelter (FEF) af hver halvkugle, hvorimod den temporoparietale junction (TPJ) og den ventrale frontalcortex (VFC) er hovedregionerne i det ventrale netværk.

Disse to netværk har vist sig at intervenere også i inWM-opgaver, og dette på en belastningsafhængig og antagonistisk måde for både verbale og visuelle WM-opgaver. Det dorsale opmærksomhedsnetværk viser øget aktivitet inden for stigende WM-belastning, mens det ventrale opmærksomhedsnetværk viser WM-belastningsafhængige fald i aktivitet (Majerus et al., 2010, 2012, 2016; Todd & Marois, 2004; Todd, Fougnie, & Marois., 2005; Xu. & Chun, 2006).

I betragtning af den centrale rolle af det dorsale opmærksomhedsnetværk centreret om venstre IPS i WM-opgaver, fokuserede den nuværende tDCS-studie på de modulerende effekter af venstre IPS-stimulering på verbal og visuel WM-ydeevne.

Nogle tidligere tDCS-undersøgelser har allerede fokuseret på stimuleringen af ​​IPS og har rapporteret positive resultater, dog ikke direkte i en WM-sammenhæng. For eksempel inducerede den bilaterale stimulering af IPS bedre ydeevne på mental addition, men ikke på en Stroop-opgave (Klein et al., 2013; Artemenko, Moeller, Huber, & Klein, 2015), hvorimod stimulering over venstre IPS inducerede bedre efterfølgende genkendelse hukommelse i verbale episodiske hukommelsesopgaver (Jacobson, Goren, Lavidor, & Levy, 2012).

Det er også blevet påvist, at anodal stimulation over den højre IPS forbedrede objektsporingsydeevnen i en tilstand med høj belastning, men ikke i en tilstand med lav belastning, hvilket er i overensstemmelse med hukommelsesbelastningseffekten på IPS-aktiviteten (Blumberg, Peterson, & Parasuraman, 2015).

IDerudover påvirkede stimulation over den rigtige IPS ydeevnen i en visuel opmærksomhedsopgave (Moos, Vossel, Weidner, Sparing, & Fink, 2012). En nylig tDCS-undersøgelse af Nikolin, Lauf, Loo og Martin (2019) viste imidlertid ingen signifikant effekt efter venstre IPS-stimulering på en n-backWM-opgave.

Det skal dog bemærkes, at de observerede moderate effektstørrelser på WM-opgaver (f.eks. 0.38 for 3-bagopgaven), og forfatterne hævdede, at manglen på signifikans kunne have været resultatet af den høje interindividuelle variabilitet i ydeevne.

Denne undersøgelse har til formål at udvide disse nye resultater ved at bestemme, om det er muligt at øge og også reducere ydeevnen i en WM-opgave gennem modulering af IPS-aktivitet forbundet med det dorsale opmærksomhedsnetværk.

I overensstemmelse med tidligere resultater antager vi, at anodalstimulering af venstre IPS ville forbedre det dorsale opmærksomhedsnetværk og føre til en stigning i WM-ydeevne, men kun i tilstanden med høj WM-belastning.

Omvendt antager vi, at katodisk stimulering af venstre IPS ville hæmme det dorsale opmærksomhedsnetværk og føre til nedsat WM-ydeevne for tilstanden med høj WM-belastning. tDCS-effekter forventes ikke i den lave WM-belastning, fordi denne tilstand er forbundet med en høj succesrate og ikke presser WM-kapaciteten til sin grænse.

Vi vil bruge Bayesianstatistik til at kvantificere beviserne både for og imod eksistensen af ​​en effekt.

For more information:1950477648nn@gmail.com