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Neuroscience

用于增强内存的颅外直接电流刺激 （tDCS）

Published: September 18, 2021 doi: 10.3791/62681
Automatic Translation
1, 2, 1
1Institute for Medical Research, Human Neuroscience Group, University of Belgrade, 2Faculty of Philosophy, Institute of Psychology, University of Belgrade

Summary

介绍了一个通过使用颅内直接电流刺激 （tDCS） 来增强内存的协议，该协议针对的是背前额和后皮质皮质，作为海马皮质网络中的核心皮质节点。该协议在健康参与者研究中得到了很好的评估，也适用于衰老和痴呆研究。

Abstract

记忆增强是认知神经科学和神经恢复的巨大挑战之一。在用于增强记忆的各种技术中，颅内直流刺激 （tDCS） 正在成为以非侵入性方式改善记忆功能的特别有前途的工具。在这里，我们提出了一个tDCS协议，可用于在健康参与者研究以及衰老和痴呆研究中增强记忆。该协议使用微弱的恒定正流来刺激皮质海马功能网络内从事记忆过程的皮质目标。目标电极被放置在后腹皮层 （PPC） 或背前额皮质 （DLPFC） 上，而返回电极则被放在外侧（即反面颊上）。此外，我们概述了一个更先进的振荡tDCS方法，模仿自然的大脑节奏，以促进海马依赖记忆功能，这可以以个性化和非个性化的方式应用。在单个 tDCS 会话（20 分钟）之后，我们展示了关联和工作内存改进的说明性结果，其中描述的电极蒙太奇用于当前强度在 1.5 mA 和 1.8 mA 之间。最后，我们讨论了在设计关于记忆的 tDCS 研究时必须做出的协议和方法决策中的关键步骤。

Introduction

记忆在日常运作中起着至关重要的作用，因为它使人们能够记住有关人和地点的信息，回忆过去的事件，学习新的事实和技能，以及做出判断和决定。在这里，我们专注于两种类型的内存 - 工作内存 （WM） 和关联内存 （AM）。WM 为我们提供了暂时维护和存储信息以进行认知处理1的能力，而 AM 使我们能够记住将多个经验或信息捆绑在一起。因此，这两种类型的记忆强调几乎所有的日常活动。不幸的是，记忆是最脆弱的功能之一，因为它下降与正常老化，以及由于各种病理状态和条件。WM和AM的下降在轻度认知障碍2，3和痴呆症4，5以及正常老化6，7突出。由于记忆缺陷与高疾病负担水平8、9有关，并严重影响10、11、12、13的生活质量，因此越来越需要新的方法来预防和治疗记忆衰退。

颅外直流刺激（tDCS）是解决记忆衰退14，15，16和更好地了解大脑功能的一个很有前途的工具。tDCS 是一种非侵入性脑刺激技术，它使用微弱的电流（通常在 1 mA 和 2 mA 之间）通过影响神经元膜激发性来调节大脑活动。tDCS 的影响是极性依赖性的，因此，食道刺激增加，而阴极减少神经元兴奋性。也就是说，厌食性tDCS通过神经元膜的去极化增加了行动潜力激发的可能性，从而促进节点18下的自发大脑活动。此外，它表明，增加激活的效果不保持局部化，但往往蔓延到中枢神经系统的其他功能连接区域。因此，厌食性 tDCS 有望促进依赖于目标大脑区域和功能互联大脑区域的认知功能，而阴极 tDCS 预计将产生相反的效果。

tDCS 与其他大脑刺激技术相比有几个优点：（1） tDCS 是安全的，即不构成健康风险，不产生任何负面的短期或长期结构或功能变化19：（2） tDCS的特点是大脑刺激技术中最高的耐受性，因为它在刺激电极20下以轻微刺痛和瘙痒的感觉的形式对参与者造成最小的不适：（3） tDCS 具有成本效益 - tDCS 设备和应用的价格比其他治疗方案低十到一百倍，因此对患者和医疗保健系统具有吸引力：（4） tDCS 易于使用，因此即使在家庭环境中也具有很高的应用潜力，这可能导致患者遵守率提高，医务人员和设施的成本降低。

使用 tDCS 增强内存的主要挑战是找到最佳电极蒙太奇和刺激协议，这将对内存产生可靠的影响。在这里，我们使用 "电极蒙太奇 "一词来指电极的配置和位置（即目标的位置和参考（返回）电极）。由于电场的性质，参考（返回）电极不是中性的 - 它具有与目标电极相反的极性 - 因此也可以对底层神经组织施加生物（神经调节）效应。因此，仔细选择参考电极对于避免刺激的不需要的额外影响至关重要。

在使用术语 刺激协议时， 我们参考 tDCS 参数，如当前应用的持续时间和强度，以及当前强度随时间变化的方式（即，在整个刺激过程中强度是否恒定，或在具有一定振幅和频率的正弦波形之后的变化）。不同的刺激协议可以使用相同的电极蒙太奇应用，相同的协议可用于不同的蒙太奇。

为了优化电极蒙太奇，我们研究与功能相关的大脑区域，以及电极不同位置诱导的电场如何影响这些大脑区域，并由此产生认知功能。几个不同的皮质和皮下结构在记忆功能中起着重要作用 - 包括前额、时间和皮层皮层区域。也就是说，WM由广泛的神经网络支持，其中包括背膜（DLPFC）和腹腔侧前额皮质（VLPFC），运动前和辅助运动皮质，以及后皮质（PPC）21。对于AM和偶发性记忆一般，在中叶内的结构是必不可少的22。然而，与海马的汇合路径的皮质、正面和时间皮质的关联区域也起着重要作用。由于其解剖位置，海马不能直接刺激使用tDCS，因此增强海马依赖记忆功能是使用皮质目标与海马，如后腹皮层的高功能连接完成。由于这些原因，DLPFC 和 PPC 最常用作增强记忆的刺激目标。电极的定位可以进一步完善的基础上，目前的流量建模23和验证的研究，结合tDCS与神经成像技术24。

最常见的 刺激协议 是持续 1-2 mA 的恒定正极电流，持续 10-30 分钟。此协议背后的假定机制是，带正电荷的电极将增加底层皮质组织的兴奋性，这比导致后续记忆性能的提高要高。与恒定的阳极 tDCS 不同，当前强度在整个刺激期间保持不变，在振荡 tDCS 协议中，电流的强度在给定频率下围绕设定值波动。因此，这种类型的协议调节不仅激发，而且还约束相关大脑区域的神经振荡。请务必注意，对于恒定和振荡 tDCS，电极在整个刺激持续时间内保持相同的电流极性。

在这里，我们呈现tDCS蒙太奇，目标节点在前-帕里托-海马网络内，以促进记忆 - WM和AM：具体来说，两个电极蒙太奇与目标电极在左/右DLPFC或左/右PPC。除了恒定的厌食 tDCS 协议外，我们还概述了一个振荡 tDCS 协议。

学习设计
在提供如何使用 tDCS 增强内存的详细指南之前，我们将概述实验设计的一些基本属性，这些属性在规划对内存的 tDCS 研究时需要考虑。

沙姆控制
为了评估tDCS对记忆的影响，这项研究需要被控制。这意味着，在一个实验条件下，协议类似于一个真正的刺激会话，但没有给予治疗。此假或假会话作为参考点，以比较真实 tDCS 之后的性能，并对其有效性做出推论。通常，在虚假协议中，电流只应用一小段时间 - 通常在假刺激的开始和结束时长达 60 秒，作为升级，然后立即下坡（即，逐渐消失/淡出，每次最多 30 秒）时尚。这样可以确保刺激的持续时间不足以产生任何行为或生理影响。由于局部皮肤/头皮感觉通常是最明显的在刺激的开始和结束（由于当前强度的变化），在所有协议中诱导的感觉是可比的，很难区分25。这样，参与者就对刺激是否真实视而不见，这在主题设计中尤为重要。

除了假控制，为了评估振荡协议的影响的特殊性，建议也有一个主动控制条件。例如，振荡协议的主动控制可以是相同强度的26、27或不同频率的振荡刺激，例如泰塔与伽马28。

主题内或主题之间设计。
在主题内设计中，每个参与者同时经历真实和虚假的 tDCS，而在主题之间设计中，一组参与者接受真实，而另一组参与者接收虚假 tDCS。主体内部设计的主要优点是更好地控制特定主题的混淆。即，当每个参与者与自我进行比较时，解剖学和认知能力的个体差异最能得到控制。但是，由于学科内设计需要交叉应用（即一半的参与者在第一节课中收到真正的 tDCS，在第二节课中接受假的 tDCS，而另一半的参与者在第一期和第二期接受假 tDCS），因此这种设计可能不适合临床和培训研究以及连续几天涉及多个 tDCS 课程的研究， 因为交叉设计可能导致交叉臂之间的基线不平等。因此，在评估单个 tDCS 会话的行为或生理影响时，以及当不兼等的基线不被视为研究假说的问题时，主题内设计最适合。在评估单个 tDCS 会话效果的学科内设计中，在真实和虚假 tDCS 会话之间保持 7 天以避免结转效应（但一些研究表明，更短的洗涤期不会显著影响结果29、30），并采用平行形式的记忆任务进行制衡，以最大限度地减少培训和会话间学习效果，这是一种很好的实践。

使用主体间设计时，应仔细匹配对照组的基线性能，以及已知与 tDCS 有效性相关的其他相关特征。随机组分配可能不是小样本大小（例如，<100）的最佳方法，因为它可能导致不理想的匹配。无论哪种情况，统计分析都应考虑基线绩效。

示例大小。
经常问的问题之一是"需要多少参与者来检测 tDCS 效果"。这个问题的答案取决于研究的几个方面，包括实验设计、预期效果大小、统计分析类型等。大脑刺激实验中的样本量往往太小，据估计，该领域的研究会漏去大约50%的真正阳性结果，因为它们动力不足。功率分析能够根据研究设计和计划统计分析的预期效果大小确定每个特定实验的足够样本量。电源分析可以在 R 环境中执行，也可以使用免费的专用软件（如 G*Power32），并且应始终 先验 执行（即在实验前）。功率应设置为 >.80（理想情况下为 0.95），单个 tDCS 会话后对内存任务的预期效果大小通常在 0.15-20（η2）之间，即 Cohen f 0.42-0.50 之间。因此，人们通常需要总共招收20-30名参与者进行学科内实验，每组30-40名参与者进行学科间研究，以达到令人满意的能力，从而减少II型误差。但是，样本大小取决于其他因素的数量，包括计划分析和所使用的行为量度的敏感性。因此，理想情况下，人们会运行一个初始实验来了解特定设计的效果大小，并将这些数据用作电源分析的输入。但是，需要注意的是，仅对少数参与者进行试点实验将导致对效果大小的错误和不可靠的估计。因此，如果资源有限，最好依靠以前具有可比结果的研究，采取稍微保守一点的方法，即估计效果大小比文献中报告的要小一些。

结果措施
要评估 tDCS 对内存的有效性，需要选择足够的行为任务。事实上，记忆任务的选择是研究设计的关键方面之一，因为检测tDCS效果的能力直接取决于任务的灵敏度。这里的挑战是，大多数标准化的记忆评估工具或经典的神经心理学任务可能不够敏感，无法检测特定人群的 tDCS 影响。此外，大多数标准化任务不以两种或两种以上并行形式提供，因此不能用于主题内设计。因此，大多数 tDCS 内存研究都使用自定义构建任务。在设计或选择结果量度时，应确保任务为：（1） 焦点/选择性测量感兴趣的内存功能：（2） 敏感（即，该刻度足够精细，足以检测到哪怕是微小的变化）：（3） 对参与者具有挑战性（即任务困难足以避免细胞效应）：（4） 可靠（即尽可能减少测量误差）。因此，人们应该使用经验验证的严格并行形式的内存任务，这些任务具有足够的试验次数 ， 既要确保测量的灵敏度， 又要最大限度地提高其可靠性。理想情况下，任务应与实验参与者从同一人群中抽样的组进行预先测试，以确保无法实现最大性能，并且任务形式具有同等的难度指数。最后，最好尽可能使用计算机化任务，因为它们允许控制持续时间和精确的时间。这样，研究人员可以确保所有参与者同时接受有关刺激时间的记忆评估（无论是在tDCS期间还是之后）。每个任务或任务块的持续时间不应超过10分钟，以避免疲劳和注意力水平波动：认知评估的总时间不应超过 90 分钟（包括 tDCS 期间和之后的任务）。

Protocol

这一程序已得到机构道德委员会的批准，符合《赫尔辛基宣言》和人类研究准则。

1. 材料

注：对于每个 tDCS 会话准备以下材料（图 1）。

  1. 获取 tDCS 设备 - 仅使用电池驱动的 tDCS 设备或连接主线的光学隔离 tDCS 设备。该设备应作为恒定的电流刺激器工作，最大输出限制在几毫安佩雷范围内。该设备必须获得人类使用的监管批准。
  2. 获取橡胶电极 - 使用 5 厘米 x 5 厘米方形或 25 厘米2 圆形电极。这些电极的电流密度分别为 0.06 mA/cm2 和 0.08 mA/cm2， 电流为 1.5 mA-2 mA。
  3. 准备适合橡胶电极的海绵口袋。如果海绵口袋太大，它会增加皮肤接触表面。
  4. 准备盐水溶液（标准 0.9% NaCl）。
  5. 准备酒精（70%）。
  6. 获得可调节的硅胶帽 - 头带也可以使用，但EEG硅胶帽可以更好地调整到参与者头部的大小和形状，因此更舒适的电极放置。
  7. 获取测量胶带（柔性;塑料或丝带）。
  8. 获得皮肤标记 - 皮肤标记铅笔或各种化妆产品（如眼影蜡笔），以后可以更加方便，因为它们是皮肤学测试，易于拆卸。
  9. 获取棉垫。
  10. 获得梳子和一次性迷你硅发带。
  11. 获取注射器或塑料移液器。
  12. 准备协议表 - 填写表格，了解有关会话的基本信息，即参与者 ID、学习 ID、日期、时间、笔记等（请参阅 附录 示例）。
  13. 准备一张带有预先计算的头部测量方法的表，以帮助电极放置。
    注：为了加快流程并减少出错的可能性，建议提前准备好此表。测量基于10-20电磁电极放置系统：用于计算的值是鼻离子/左右尿前距离（见下文）。该表给出一系列距离值的 20% 值。我们发现将表嵌入协议表（附录）是最方便的。
  14. 准备调查问卷。对于每个会话，收集 tDCS 前后的感觉和副作用数据;tDCS 期间的感觉和 （不） 愉快程度;情绪和一般主观状态，即新鲜感/疲倦。

Figure 1
图1：tDCS实验材料（详见文本）。 2） 电极：3） 海绵;4） 盐水溶液;5） 酒精;6） 硅胶帽;7） 测量胶带;8） 皮肤铅笔;9） 棉垫;10） 梳子和硅发带;11） 注射器 请点击这里查看此图的较大版本。

2. 编程刺激协议

注：编程 tDCS 协议的确切步骤因 tDCS 系统/设备而异。但是，所有 tDCS 设备都提供了基本功能 - 能够产生具有所需刺激强度的恒定电流、上下逐渐增强的能力以及设定刺激持续时间的方法。更高级的协议，如振荡tDCS需要设备/系统，允许定制刺激协议。

  1. 恒定气味 tDCS
    1. 将标准常数 tDCS 协议 （图 2A）定义为：（1） 在 30 秒内逐渐减弱，当前强度逐渐从 0 mA 提升至目标强度（我们通常使用 1.5 mA，但其他强度也可以使用，前提是它们保持在安全范围内）：（2） 在刺激期间，传递目标强度的恒定电流（例如，1.5 mA）;（3） 当当前强度逐渐降低到 0 mA 时，30 秒的淡出期。

Figure 2
图2： tDCS 协议： （A） 恒定食人 tDCS：（B） 振荡 tDCS;（3） 沙姆 tdcs 。 期间褪色标记为橙色：淡出期标记为绿色。 请单击此处查看此图的较大版本。

  1. 塔振荡 tdcs
    1. 振荡 tDCS 提供不同强度的电流，但不会切换极性（图 2B）。因此，将电流的传递波形定义为：（1） 在 30 秒内逐渐减弱，当前强度从 0 mA 逐渐增加到目标强度（例如 1.5 mA）：（2） 在所选频率（我们使用目标强度的 0.5 mA ±振荡）中，电流在预定振幅范围内围绕目标强度振荡的 19 分钟的刺激期（我们通常使用 5 Hz 频率作为目标节律的表示）：和 （3） 淡出期 30 秒，使当前强度达到 0 mA。
      注：此协议可由任何实验控制软件（例如 CED 信号）生成，并通过与要使用的 tDCS 设备兼容的智能接口（例如 CED 1401 设备范围）交付。除了 tDCS 之外，一些更先进的专用颅内电刺激 （tES） 系统还可以提供交替电流 （tACS） 和随机噪声刺激 （tRNS）。它们还可用于生成振荡 tDCS 协议。例如，在 StarStim 中，定向振荡 tDCS 协议被定义为 tDCS （1.5 mA） 和 tACS （± 0.5 mA， 5 Hz） 的线性组合。这种类型的协议可以个性化，在某种意义上，不是所有的参与者都以相同的频率（即 5 Hz）接受振荡刺激，但频率会调整为每个人（例如，人 1：5 Hz、人 2：6 Hz、人 3：4.5 Hz 等）。

   

  1. 沙姆 tdcs
    1. 使用与恒定/振荡 tDCS （图 2C）相同的持续时间的虚假协议。即将其定义为：（1） 在 0 mA 的前 60 秒（2） 18 分钟（0 mA）中，电流逐渐增大到目标强度（例如 1.5 mA），并逐渐降低到 0 mA，第（3） 第二次逐渐减弱为 60 秒。
      注：另一种方法是在整个刺激期（20 分钟）使用非常低的电流强度。这种类型的假协议被编程为相同的阳极刺激（只有目前的强度设置为（0.1 mA），并旨在产生皮肤感觉，但强度太周，产生任何生理效果33。

3. 电极放置 （图3）

  1. DLPFC 电极蒙太奇：为了刺激 DLPFC，将目标（正极）电极放在国际 10-20 EEG 系统的 F3（左）或 F4（右）上。将返回电极（阴极）放在反侧面颊上 - 即 F3 节点的右脸颊和 F4 天极的左脸颊。
  2. PPC 电极蒙太奇：要刺激 PPC，将目标（正极）电极放在国际 10-20 EEG 系统的 P3（左）或 P4（右）上。将返回电极（阴极）放在反面颊上，与 DLPFC 蒙太奇相同。
  3. 目标电极放置
    1. 在参与者的头上定位F3
      1. 使用测量带测量鼻孔（鼻桥最深点）和鼻孔（外部腹腔突起的最明显点）在头顶上的距离。用细线用皮肤标记标记中间距离标记。
      2. 测量耳朵之间的距离（使用前额点作为参考）越过头部顶部，并用细线标记半距离。
      3. 在两个中线的交叉点查找顶点或中线中心位置（称为 Cz）。用皮肤标记清楚地标记它。
      4. 再次测量鼻腔的距离，但这次超过Cz，并注意到距离作为测量A.再次测量耳朵之间的距离，这一次超过Cz，并注意到距离作为测量B。
      5. 计算距离 A 的 20% 和距离 B 的 20%（或查看预计算值的协议表）。
      6. 沿着鼻孔线从 Cz 向前移动 20% 的距离， 到达 Fz （中线正面）， 并标记位置。
      7. 沿着闭界线从Cz向左移动20%的距离，以达到C3（左中），并标记该点。
      8. 移动 20% 前进形式 C3（ 与鼻离子线平行），向左移动 20% 以到达交叉路口的 F3。 用皮肤标记标记 F3，并将电极中心放置在现场。
    2. 要定位 F4，请仅在头部右侧遵循相同的程序。
    3. 在参与者的头上定位P3
      1. 按照上述概述的步骤 3.3.1.1-3.3.1.5（查找 Cz，注释距离 A 和 B，计算 20%）。
      2. 移动 20% 的距离 A 从 Cz 沿鼻孔向后移动， 到达 Pz （中线帕里塔尔）， 并标记该点。
      3. 沿着闭界线从Cz向左移动20%的距离，以达到C3并标记该点。
      4. 从 C3 向后移动 20%（与鼻孔线平行），从 Pz 向左移动 20%（与血管间线平行），在交叉路口达到 P3。 用皮肤标记标记 P3， 并将电极中心放置在现场。
    4. 要定位 P4，请仅在头部右侧遵循相同的程序。
  4. 返回电极放置
    1. 使用可调硅盖固定目标电极（参见分步程序）后，将返回电极插入下巴带下方，以确保电极与反面颊的接触。

Figure 3
图3：电极放置方案。请点击这里查看此图的较大版本。

4. 循序渐进

  1. 在 tDCS 会话之前
    1. 检查每个参与者是否满足研究道德认可中定义的包含标准（请参阅最常见包含/排除标准的 附录 ）。
    2. 要求参与者填写参与者信息表（包括所有相关信息，如年龄、性别、尼古丁/酒精消费等）。
    3. 遵循机构审查委员会的道德准则，并要求参与者签署知情同意书。利用这个机会解释他们将要经历的程序的基本方面，并回答参与者可能遇到的任何问题。
    4. 根据研究设计，执行基线认知评估（记忆和/或其他认知功能）。
  2. tDCS 设置和刺激
    1. 将参与者舒适地坐在椅子上。
    2. 要求参与者填写 tDCS 前感觉检查表并报告整体状态（即当前情绪;新鲜度/疲劳 - 这些可以评估为单个类似类型项目或使用标准化问卷，如简要情绪反省量表35）。
    3. 使用测量带进行头部测量。
    4. 要定位 DLPFC 或 PPC，请遵循上述程序（电极放置）。在《议定书》表中为每个参与者写下措施。这些可用于在随后的会话中进行测量时检查对。
    5. 为了增加传导性，将参与者的头发从刺激部位移开（使用梳子和发带为长发参与者）。
    6. 检查刺激处是否有皮肤损伤的迹象。避免在受损的皮肤上定位电极。
    7. 清洁皮肤表面，电极将被放置在酒精浸泡棉垫，以去除油脂，污垢等，并让它干燥（使用卸妆产品，如果参与者有沉重的化妆的脸颊）。
    8. 将硅帽放在参与者的头上，用下巴固定。不要使上限紧（稍后将完成）。
    9. 用盐水溶液浸泡海绵口袋，并将电极放入其中。海绵应该是湿润的，但不要滴水：通常每块海绵 10 - 15 ml 的盐水溶液就足够了。如果海绵太干，这将导致高电阻，导致低导电性，甚至失去电路连接。
      注：大多数 tDCS 设备具有阻力指标：然而，海绵应偶尔检查水分。另一方面，如果海绵过湿，它可能导致电流在刺激期间在头部移动。建议海绵中等湿润，如果海绵变得太干，请使用注射器在实验中添加更多的盐水溶液。
    10. 将海绵电极置于硅带下，并将目标电极的中心放置在标记的头部位置。将返回电极设置在反面颊上。使用硅带将盖子调整为参与者的头部尺寸和形状。盖应紧，使电极不能移动，但仍然舒适的参与者。
    11. 打开刺激器，选择并运行预先定义的 tDCS 协议（主动厌食刺激或假）。
    12. 要求参与者放松，让他们报告他们在刺激的前几分钟（1-3分钟）的感受。解释的感觉会慢慢消失，因为他们习惯了它或当他们开始把注意力集中在一些其他活动。
    13. 为了避免可能干扰刺激效果的非结构化活动，请在 tDCS 期间使用轻度认知参与。例如，参与者可以在刺激期间（在刺激3-5分钟后开始）执行认知任务的练习试验或参与简单的记忆游戏。这种类型的认知参与刺激期间有潜力促进tDCS的影响，并将有助于参与者保持头脑远离tDCS诱发的皮肤感觉。
    14. 要求参与者报告他们在刺激期间的多次感受（例如，每 5 分钟刺激 10 分，1 - 完全缺席，10 - 非常密集地报告不愉快程度）。在一些参与者的淡出期，可能会有较高的不愉快程度（>6）。如果在5分钟后不愉快程度仍然很高，则刺激作用会减弱。
    15. 预定义的协议运行结束后，关闭刺激器。
    16. 先取下海绵电极，然后取下硅盖。
    17. 要求参与者填写 tDCS 后感觉检查表，并报告尚未列出的任何副作用。
    18. 清洁标记位置的皮肤，并检查皮肤是否有任何变化。如果有皮肤反应（例如，局部血管异化，即脸颊上的皮肤发红），则监测其逐渐消失，因为它通常是皮肤敏感参与者的短暂反应，应在 10-15 分钟内消失。
  3. 内存评估
    1. 为了标准化参与者的评估，请使用计算机化的评估工具，即自动评分的内存任务。可在此处找到几个 WM 任务（例如，口头和空间三后卫任务）和 AM 任务（口头配对学习;面部字提示回想、对象位置等）： https://osf.io/f28ak/?view_only=f8d5e8dd71d24127b3668ac3d8769408
    2. 要评估 tDCS 对内存的影响的特殊性，建议包括控制任务，即攻动其他认知或运动功能的任务。
  4. 结束实验课/研究
    1. 在研究中（最后一次）实验会议之后，参与者尝试猜测他们接受真实和虚假刺激的会话。注意所有响应，看看获得的比例是否高于概率。如果不是，致盲是成功的。如果参与者能够区分真实和虚假刺激，则分析那些猜对了的人的数据，以及那些没有检查不成功的致盲是否影响 tDCS 效果的数据。
    2. 根据道德准则，在参与者参与完成后详细汇报他们。
  5. 实验结束后
    1. 用自来水和肥皂清洗海绵，使盐水溶液完全冲走。让海绵完全干燥，然后再把它们收起来。
    2. 使用温水和酒精清洁所有可重复使用的材料，包括梳子、硅胶盖和测量胶带。
    3. 记录会议期间可能发生的所有异常、意外或计划外事件 - 包括任何设备故障、参与者的相关评论、中断等。

Representative Results

在我们的实验室的几项研究中，描述的协议已被成功地用于提高记忆性能。然而，类似的协议也用于其他研究实验室（例如，见36，37）。

当涉及到工作记忆时，我们的结果表明，20分钟的右前额tDCS（F4位置;恒流1.8兆A）增强了口头WM，而相同的刺激协议应用于左皮层皮层（P3位置）导致更好的空间WM性能。相比之下，当同样的刺激协议应用于左前额 （F3） 和右面 （P4） 皮质时，没有发现显著效果。 图4 显示了tDCS产生的电场建模的代表性结果，以及根据希瓦诺维奇等人2021年38年报告的数据，在主动和虚假的tDCS之后的性能衡量标准。

Figure 4
图4： （A） 左PPC（P3-反面颊蒙太奇）的恒定正向天体tDCS对空间工作记忆性能的影响（空间三背任务）：（B） 右 DLPFC （F4-反向脸颊蒙太奇） 的恒定正向天体 tDCS 对口头 WM 性能（口头 3 背任务）的影响。 该图显示了 tDCS 诱导的电场的模拟、任务试验的大纲以及在活动和虚假条件下的主体内部性能（值以会话的顺序为中心，以解释反平衡，即正值表示高于平均水平的性能，而负值表示低于会话的平均性能）。设置的电极产生的局部电场的模拟使用彗星2 MATLAB工具箱 41进行。 请单击此处查看此图的较大版本。

平价 tDCS 对关联记忆的影响是一致和强大的。即，在一系列主题内实验中，我们已经表明，在左PPC（P3位置：恒流1.5兆A）上20分钟的tDCS改善了脸部字联想27，39，40的记忆。图 5显示具有代表性的任务和结果。此外，当使用相同的恒定 tDCS 协议40刺激正确的 PPC （P4 位置） 时，在评估对象位置关联的 AM 任务上观察到了类似的效果。

Figure 5
图5：左PPC（P3-反面脸颊蒙太奇）的恒定正向tDCS对关联记忆性能（A）面部字对任务的影响：（B） 左 PPC （P3-反向脸颊蒙太奇） 的恒定正向天体 tDCS 对关联记忆性能的影响（正确记忆单词在提示上的比例）。 请单击此处查看此图的较大版本。

较先进的协议，如ta振荡tDCS的研究较少，但朗和他的同事26 的研究，以及最近在我们的实验室27 进行的研究表明，与假的面字AM相比，在面字AM的改善。动画图显示了左 PPC 上由振荡 tDCS 诱导的电场的模拟。

视频 1.请点击这里下载此视频。

附录。 请点击这里下载这些文件。

Discussion

tDCS 对记忆的研究结果取决于许多因素，其中一些因素，例如样本的同质性/异质性、足够的统计能力、记忆任务的难度和参与者的动机，以前已经讨论过（参见 Berryhill，2014 年）。关于tDCS方法的几篇优秀论文，以及关于tDCS应用研究认知功能的更一般教程，也可用于记忆研究（见17，43，44，45，46，47）。在这里，我们将重点讨论协议的各个方面，根据我们的经验，这些方面是相关的，但在其他地方往往被忽视或讨论得不够详细。

返回电极的放置。请务必记住，返回电极不是被动的，而是负极性终端（即阴极）。因此，它可以诱导与目标电极相反的生理效应。此外，当前流取决于返回的定位，以及它取决于目标电极。此外，由于电流沿着阻力最小的路径流动，如果天名和阴极位于距离太近，电流可能只流过皮肤表面和/或通过电极之间的脑脊液，从而使皮质组织不受影响。出于这些原因，返回电极的仔细选择与目标电极的位置相关。有元分析证据表明，颅外阴极更有可能产生显著的影响48。将返回电极定位在反面颊上以增强记忆是基于当前的流建模，并选择避免在功能无关的大脑区域产生负极性的潜在混淆效应。反面颊上的返回电极定位已成功地用于以前的 WM 研究（见 36、37、38、49，以及 AM 研究27、39、40），并被强调为 tDCS 蒙太奇旨在调节其他认知功能以及45的一个不错的选择。

致盲。 在单个盲实验中，为了确保参与者失明，刺激器和/或监测显示器的位置应不为参与者视线。当使用具有指示装置何时打开和/或送电流的灯的刺激器时，这一点尤其重要。对于双盲设计（当参与者和实验者都不知道所管理的协议时），应使用双盲选项或适用于给定设备的类似选项。如果没有这种选择，好的做法就是进行两个实验程序。即，一个实验者进来只是为了运行刺激协议，而另一个实验者运行参与者通过实验，包括随后的记忆任务和分析数据，离开房间之前和期间的刺激。按照方法论标准，双盲实验比单盲设计更受欢迎，因为它们减少了偏差或"实验者"效应。这在进行临床试验和/或使用基于访谈的认知功能评估时具有高度相关性。然而，当参与者积极性地提高自己的表现（这在记忆评估或认知增强方面大体如此），当任务被管理并自动得分（即当实验者很少或根本没有干预评估阶段时），实验者的致盲就不那么成问题了。

tDCS 期间的活动。 tDCS 论文的作者很少报告参与者在刺激期间在做什么。当活动没有报告时，通常暗示参与者被指示舒适地坐着放松。然而，缺乏结构化活动是实验中无法控制的"噪音"的来源。也就是说，20 分钟是相当长的时间，所以一些参与者可能会利用时间放松（甚至有可能入睡），而其他人可能会专注于 tDCS 的感觉或开始反省或过度思考一些 tDCS 无关的主题。有证据表明，在 tDCS 期间执行的功能相关但不累人的活动有可能促进 tDCS 效应50。出于这些原因，在我们的实验中，参与者对用作结果测量或类似记忆任务的记忆任务进行实践试验。实践试验是不错的选择，因为它们与目标功能具有相同的神经网络，但更容易，因此对参与者来说并不令人沮丧或疲倦。此外，在刺激期间进行实践试验是经济的，因为它减少了 tDCS 之后的测试时间，这带来了好处，尤其是当研究设计包括多个任务需要在 tDCS 之后完成时。然而，实践试验通常比20分钟短得多，因此也需要提出替代活动。为此，我们使用了常见的记忆游戏40，让参与者保持专注，帮助他们打发时间，保持头脑远离tDCS诱发的感觉，使他们在测试设置中整体更舒适。在选择 tDCS 期间要执行的内存任务时要记住的一件事是，任务不应困难，但也不应枯燥（在此背景下，设定为 80% 成功率的自适应任务是好的）：任务不应有可能干扰后续记忆评估的材料（例如，在评估人脸和单词的内存时，可以使用抽象图像/形状对）。另一个重要问题是"习惯期"的持续时间，即在刺激开始多长时间后，参与者应开始执行"分心活动"。感觉强度和习惯时间有个体差异，但大多数参与者在3-5分钟的刺激后会准备好开始活动。

皮肤的感觉。 一些参与者可能更敏感皮肤tDCS的影响，从而报告高水平的不适，虽然这种情况并不经常发生。重要的是要告知参与者在实验前他们可能体验到的潜在感觉。如果有人害怕这个程序，我们经常让参与者在把海绵放在头上之前"感受"他们手上的电流。应持续监测参与者，并要求他们定期提供有关舒适程度和感觉的反馈。如果参与者报告不适程度增加，请始终主动提出中止实验。参与者必须意识到，如果他们提出要求，可以随时停止刺激。如果参与者决定停止刺激，电流应慢慢关闭（突然取消刺激协议可能会引起更强烈的感觉）。通常建议，在不愉快的感觉的情况下，目前的强度暂时降低到最高舒适水平，直到参与者调整，然后逐渐回到目标强度。这似乎是一个适当的替代停止刺激协议， 特别是如果 tDCS 用于临床设置.但是，当 tDCS 用于研究目的时，特别是在相对较小的样本中，所有参与者都必须经历相同的程序。因此，停止实验比降低一些参与者的刺激强度更可取一段时间。

报告 tDCS 方法和潜在混淆的监控。 tDCS研究领域在方法和措施上具有高度的异质性，因此必须明确报告tDCS程序的所有方面，包括致盲程序和评估：目标的头部定位以及返回电极的位置：电极的大小和形状;使用的导电物质类型（盐水或凝胶）;当前强度 （mA） 和密度 （mA/cm2） 以及淡入/出期的持续时间：如果测量阻抗水平;刺激的持续时间（包括淡入/出期）：参与者在刺激期间参与活动的详细情况;刺激后认知任务的时间和持续时间（包括休息时间（如果有的话）。这类信息有助于对已发表的研究进行标准化和系统分析（例如，见最近的审查51）。很少报告的方面是潜在的缓和/混淆变量的影响，如 tDCS 会话的一天的时间，参与者报告的疲劳/情绪水平，致盲的成功性（即关于他们接受的刺激类型的信念），主题设计中的实验会话的顺序等。据报道，这些变量大多是为了调节 tDCS 的影响，但其影响仍然研究不足，报告不一致。因此，tDCS 研究应确保收集和报告任何潜在的混淆变量：有关良好做法的详细信息，请参阅 表 10A，10B，11 由安塔尔和同事34。

应用描述的厌食性 tDCS 协议，无论是在其标准，甚至更多，在其高级形式（即振荡调节 tDCS） 提供了一个手段，不仅提供了一个手段，以增强记忆功能（和预期在临床人群中使用），而且还允许调查这些功能背后的功能神经网络的神经生物学。

Disclosures

作者没有相互矛盾的利益可以披露

Acknowledgments

这项研究得到了塞尔维亚共和国科学基金PROMIS的支持，授予第#6058808号，记忆

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adjustable silicone cap
Alcohol
Comb
Cotton pads
Measuring tape
Rubber electrodes
Saline solution
Single-use mini silicon hair bands
Skin marker
Sponge pockets
Syringe
tDCS device

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神经科学，第175期，
用于增强内存的颅外直接电流刺激 （tDCS）
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Bjekić, J.,… More

Bjekić, J., Živanović, M., Filipović, S. R. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for Memory Enhancement. J. Vis. Exp. (175), e62681, doi:10.3791/62681 (2021).

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