Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Transkraniell likestrømstimulering (tDCS) for minneforbedring

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

En protokoll for minneforbedring ved å bruke transkraniell likestrømstimulering (tDCS) rettet mot dorsolaterale prefrontale og bakre parietale kortikaler, som kjerne kortikale noder i hippocampo-kortikale nettverk, presenteres. Protokollen er godt evaluert i studier av friske deltakere og gjelder også aldrings- og demensforskning.

Abstract

Hukommelsesforbedring er en av de store utfordringene innen kognitiv nevrovitenskap og nevrorehabilitering. Blant ulike teknikker som brukes for minneforbedring, fremstår transkraniell likestrømstimulering (tDCS) som et spesielt lovende verktøy for forbedring av minnefunksjoner på en ikke-invasiv måte. Her presenterer vi en tDCS-protokoll som kan brukes til hukommelsesforbedring i studier med friske deltakere, så vel som i aldrings- og demensforskning. Protokollen bruker svak konstant anodal strøm for å stimulere kortikale mål innen kortiko-hippocampal funksjonell nettverk engasjert i minneprosesser. Målelektroden plasseres enten på bakre parietal cortex (PPC) eller dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), mens returelektroden plasseres ekstracranially (dvs. på det kontralaterale kinnet). I tillegg skisserer vi en mer avansert metode for oscillatorisk tDCS, som etterligner en naturlig hjernerytme for å fremme hippocampusavhengige minnefunksjoner, som kan brukes på en personlig og ikke-personlig måte. Vi presenterer illustrerende resultater av assosiativ og arbeidsminneforbedring etter enkle tDCS-økter (20 minutter) der de beskrevne elektrodemontasjene ble brukt med nåværende intensiteter mellom 1,5 mA og 1,8 mA. Til slutt diskuterer vi viktige skritt i protokollen og metodologiske beslutninger som må tas når vi utformer en tDCS-studie om hukommelse.

Introduction

Hukommelse spiller en viktig rolle i hverdagens funksjon, da det gjør det mulig for en å huske informasjon om mennesker og steder, huske tidligere hendelser, lære nye fakta og ferdigheter, samt å ta vurderinger og beslutninger. Her fokuserer vi på to typer minne - arbeidsminne (WM) og assosiativt minne (AM). WM gir oss muligheten til midlertidig å vedlikeholde og lagre informasjon for pågående kognitiv behandling1, mens AM gjør det mulig for oss å huske flere deler av erfaring eller informasjon bundet sammen. Derfor understreker disse to minnetypene nesten alle daglige aktiviteter. Dessverre er hukommelse en av de mest sårbare funksjonene da det avtar med normal aldring så vel som på grunn av ulike patologiske tilstander og forhold. Både WM- og AM-nedgangen er fremtredende i mild kognitiv svikt2,3 og demens4,5 samt i normal aldring6,7. Siden hukommelsesunderskudd er forbundet med et høyt sykdomsbyrdenivå8,9 og betydelig påvirkerlivskvaliteten 10,11,12,13, er det et økende behov for nye tilnærminger til forebygging og behandling av hukommelsesnedgang.

Transkraniell likestrømstimulering (tDCS) er et lovende verktøy for å takle hukommelsesnedgang14,15,16 og få bedre forståelse av hjernefunksjoner generelt17. tDCS er en ikke-invasiv hjernestimuleringsteknikk som bruker svake elektriske strømmer (vanligvis mellom 1 mA og 2 mA) for å modulere hjerneaktivitet ved å påvirke nevronal membraneksitabilitet. Effektene av tDCS er polaritetsavhengige, slik at anodal stimulering øker mens katadal reduserer nevronal spenning. Nemlig øker anodal tDCS sannsynligheten for handlingspotensialer for å skyte gjennom depolarisering av nevronmembraner, og letter dermed spontan hjerneaktivitet under anoden18. Videre er det vist at effekten av økt aktivering ikke forblir lokalisert, men har en tendens til å spre seg til andre funksjonelt tilkoblede områder i sentralnervesystemet. Anodal tDCS forventes dermed å fremme kognitive funksjoner som er avhengige av målrettede hjerneregioner og funksjonelt sammenkoblede hjerneområder, mens cathodal tDCS forventes å ha motsatt effekt.

tDCS har flere fordeler i forhold til andre hjernestimuleringsteknikker: (1) tDCS er trygt, det vil si ikke utgjør helserisiko og gir ingen negative kortsiktige eller langsiktige strukturelle eller funksjonelle endringer19; (2) tDCS er preget av høyeste tolerabilitet blant hjernestimuleringsteknikker, da det forårsaker minimal ubehag for deltakerne i form av en mild prikking og kløeopplevelser under de stimulerende elektrodene20; (3) tDCS er kostnadseffektivt - prisen på tDCS-enheter og søknad er ti til hundre ganger lavere enn andre behandlingsalternativer, noe som gjør det attraktivt for pasienter og helsevesen; (4) tDCS er enkel å bruke, og har derfor et stort potensial for å bli brukt selv i hjemmebaserte omgivelser, noe som kan føre til høyere overholdelse av pasienter og reduserte kostnader for medisinsk personell og fasiliteter.

Hovedutfordringene ved å bruke tDCS for minneforbedring er å finne den optimale elektrodemontasje- og stimuleringsprotokollen som vil gi pålitelige effekter på minnet. Her bruker vi begrepet elektrodemontasje for å referere til konfigurasjonen og posisjonene til elektrodene (dvs. plasseringen av målet og referansen (retur) elektroden). På grunn av arten av de elektriske feltene er referanse (retur) elektroden ikke nøytral - den har polariteten motsatt målelektroden - og kan dermed også utøve biologiske (nevromodulatoriske) effekter på det underliggende nevrale vevet. Derfor er nøye valg av referanseelektroden avgjørende for å unngå uønskede tilleggseffekter av stimuleringen.

Når vi bruker begrepet stimuleringsprotokoll, refererer vi til tDCS-parametrene som varigheten og intensiteten til strømmen som brukes, samt hvordan nåværende intensitet endres over tid (dvs. om intensiteten er konstant gjennom stimuleringen eller endres etter en sinusformet bølgeform med viss amplitude og frekvens). Ulike stimuleringsprotokoller kan brukes ved hjelp av samme elektrodemontasje, og den samme protokollen kan brukes på tvers av forskjellige montasjer.

For å optimalisere elektrodemontasjen ser vi på de funksjonsrelevante hjerneområdene og hvordan de elektriske feltene som induseres av ulike stillinger av elektrodene, vil påvirke disse hjerneområdene og følgelig kognitive funksjoner. Flere forskjellige kortikale og subkortiske strukturer spiller en viktig rolle i minnefunksjoner - inkludert områder av frontal, temporal og parietal cortex. Nemlig støttes WM av et utbredt nevralt nettverk som inkluderer dorsolaterale (DLPFC) og ventral lateral prefrontal cortex (VLPFC), premotoriske og supplerende motorkortikaser, samt bakre parietal cortex (PPC)21. For AM og episodisk minne generelt er strukturer i medial temporal lobe avgjørende22. Imidlertid spiller assosiative områder av parietal, frontal og temporal cortices, med deres konvergente veier til hippocampus også en betydelig rolle. På grunn av sin anatomiske posisjon kan hippocampus ikke stimuleres direkte ved hjelp av tDCS, og dermed gjøres forbedringen av hippocampus-avhengige minnefunksjoner ved hjelp av kortikale mål med høy funksjonell tilkobling til hippocampus som bakre parietal cortex. Av disse grunnene brukes DLPFC og PPC oftest som stimuleringsmål for å forbedre minnet. Posisjonering av elektrodene kan videreutvikles basert på nåværende strømningsmodellering23 og valideres i studier som kombinerer tDCS med neuroimaging teknikker24.

Den vanligste stimuleringsprotokollen er en konstant anodal strøm på 1-2 mA som varer mellom 10-30 minutter. Den antatte mekanismen bak denne protokollen er at elektroden med positiv ladning vil øke spenningen til det underliggende kortikale vevet som vil enn resultere i forbedret etterfølgende minneytelse. I motsetning til den konstante anodale tDCS, hvor strømintensiteten forblir den samme i hele stimuleringsperioden, svinger intensiteten av strømmen ved den gitte frekvensen rundt en angitt verdi i den oscillatoriske tDCS-protokollen. Derfor modulerer denne typen protokoll ikke bare spenning, men også entrains nevrale svingninger i de aktuelle hjerneområdene. Det er viktig å merke seg at for både konstant og oscillatorisk tDCS beholder elektrodene samme strømpolaritet i hele stimuleringsvarigheten.

Her presenterer vi tDCS-montasjer som retter seg mot noder i fronto-parieto-hippocampal nettverk for å fremme minne - både WM og AM: spesielt to elektrodemontasjer med målelektroden over enten venstre / høyre DLPFC eller venstre / høyre PPC. I tillegg til konstant anodal tDCS-protokoll skisserer vi en theta oscillatorisk tDCS-protokoll.

Studiedesign
Før vi gir en detaljert guide for hvordan du bruker tDCS for minneforbedring, vil vi skissere noen viktige egenskaper til den eksperimentelle designen som er viktig å vurdere når du planlegger en tDCS-studie om minne.

Sham-kontroll
For å vurdere effekten av tDCS på hukommelsen, må studien kontrolleres. Dette innebærer at protokollen under en av de eksperimentelle forholdene ligner en reell stimuleringsøkt, men ingen behandling er gitt. Denne falske eller sham økten fungerer som et referansepunkt for å sammenligne ytelse etter ekte tDCS og gjøre slutninger om effektiviteten. Vanligvis, i sham-protokollen, brukes strømmen bare i en kort periode - vanligvis opptil 60 sekunder i begynnelsen og på slutten av sham-stimuleringen som en opptrapping etterfulgt av umiddelbar nedtrapping (dvs. fade-in / fade-out, opptil 30 sekunder hver) mote. På denne måten sikres det at varigheten av stimuleringen ikke er tilstrekkelig til å produsere noen atferdsmessige eller fysiologiske effekter. Siden lokale hud / hodebunnssensasjoner vanligvis er mest uttalt i begynnelsen og på slutten av stimulering (på grunn av endringer i gjeldende intensitet), er følelsene som er indusert i alle protokoller sammenlignbare og vanskelige å skille25. På denne måten blir deltakeren blindet over om stimuleringen er reell eller ikke, noe som er spesielt viktig i innenforfagsdesign.

I tillegg til sham-kontroll, for å vurdere spesifisiteten av effektene av oscillatoriske protokoller, er det tilrådelig å ha en aktiv kontrolltilstand, også. Den aktive kontrollen for oscillatorisk protokoll kan for eksempel være konstant anodal stimulering av sammeintensitet 26,27eller oscillatorisk stimulering i forskjellig frekvens, for eksempel theta vs gamma28.

Innenfor- eller mellomfagsutforming.
I innenforfagsdesign gjennomgår hver deltaker både ekte og sham tDCS, mens i mellomfagene design en gruppe deltakere mottar ekte, og den andre gruppen mottar sham tDCS. Den største fordelen med design innen faget er bedre kontroll av subjektspesifikke konfunderinger. Det vilt at individuelle forskjeller i anatomi og kognitive evner kontrolleres best for når hver deltaker sammenlignes med seg selv. Men siden innenforfagelig design må brukes på tvers av hverandre (dvs. halvparten av deltakerne får ekte tDCS i den første økten og sham i den andre økten, mens den andre halvdelen av deltakerne får sham første og ekte tDCS andre), kan dette designet ikke være optimalt for kliniske og treningsstudier samt studier som involverer flere tDCS-økter over påfølgende dager, fordi crossover-design kan resultere i ulike grunnlinjer mellom crossover-armer. Derfor er innenforfagsdesign egnet best når man vurderer enten atferdsmessige eller fysiologiske effekter av en enkelt tDCS-økt, og når ulike basislinjer ikke regnes som et problem for forskningshypotesen. I innenforfagsdesign som vurderer effekten av en enkelt tDCS-økt, er det en god praksis å holde 7 dager mellom ekte og sham tDCS-økt for å unngå overføringseffekter (men noen studier antyder at enda kortere utvaskingsperioder ikke påvirker resultatene29,30) betydelig og å bruke parallelle former for minneoppgaver i motvekt for å minimere trening og læringseffekter mellom økter.

Når utforming mellom emner brukes, bør kontrollgruppen tilpasses nøye for baseline ytelse, samt andre relevante egenskaper som er kjent for å være relevante for tDCS-effektivitet. Tilfeldig gruppeoppgave er kanskje ikke den beste tilnærmingen i små utvalgsstørrelser (f.eks. <100), da det kan føre til suboptimal matching. I begge tilfeller bør basisytelsen redegjøres for i statistisk analyse.

Størrelse på prøve.
Et av de vanligste spørsmålene er "hvor mange deltakere trenger man for å oppdage tDCS-effekter". Svaret på dette spørsmålet avhenger av flere aspekter av studien, inkludert eksperimentell design, forventede effektstørrelser, type statistisk analyse, etc. Prøvestørrelsene i hjernestimuleringsforsøkene er ofte for små, og det anslås at studier på dette feltet savner rundt 50% av sanne positive resultater fordi de er underbemannet31. Kraftanalyse gjør det mulig å bestemme tilstrekkelig utvalgsstørrelse for hvert enkelt eksperiment basert på studiedesign og forventet effektstørrelse for planlagt statistisk analyse. Kraftanalysen kan utføres i R-miljø eller ved hjelp av gratis spesialisert programvare som G * Power32, og den bør alltid utføres a priori (dvs. før eksperimentet). Strømmen bør settes til >,80 (ideelt sett 0,95) og forventet effektstørrelse på minneoppgaver etter en enkelt tDCS-økt er vanligvis mellom .15-.20 (η2) det vil si Cohen f 0.42-0.50. Derfor må man typisk melde inn 20-30 deltakere totalt for eksperiment innen faget og 30-40 deltakere per gruppe for mellomfagsstudier, for å oppnå tilfredsstillende kraft og dermed redusere type II-feil. Utvalgsstørrelsen avhenger imidlertid av antall andre faktorer, inkludert den planlagte analysen, og følsomheten til atferdstiltakene som brukes. Derfor ideelt sett ville man kjøre et innledende eksperiment for å forstå effektstørrelsene for den spesifikke designen og bruke disse dataene som en inngang for strømanalyse. Det er imidlertid viktig å merke seg at å kjøre et piloteksperiment på bare noen få deltakere vil føre til feil og upålitelige estimater av effektstørrelsene. Derfor, hvis ressursene er begrenset, er det bedre å stole på de tidligere studiene med sammenlignbare resultater, og ta litt mer konservativ tilnærming, det vil si ved å estimere for noe mindre effektstørrelser enn rapportert i litteraturen.

Utfallstiltak
For å vurdere effektiviteten av tDCS på minnet må man velge tilstrekkelige atferdsoppgaver. Faktisk er valget av minneoppgaven en av de avgjørende aspektene ved studiedesignet, fordi evnen til å oppdage tDCS-effekten direkte avhenger av følsomheten til oppgaven. Utfordringen her er at de fleste standardiserte minnevurderingsverktøy eller klassiske nevropsykologiske oppgaver kanskje ikke er følsomme nok til å oppdage tDCS-effekter i bestemte populasjoner. Videre er de fleste standardiserte oppgaver ikke tilgjengelige i to eller flere parallelle former og kan derfor ikke brukes i innenforfagsdesign. Av den grunn bruker de fleste tDCS-minnestudiene tilpassede byggeoppgaver. Ved utforming eller valg av resultatmål bør man sørge for at oppgaven er: (1) fokal/selektiv måling av minnefunksjonen av interesse; (2) følsom (dvs. at skalaen er fin nok til å oppdage selv små endringer); (3) utfordrende for deltakerne (dvs. at oppgavevansker er tilstrekkelig og dermed for å unngå celleeffekter); (4) pålitelig (dvs. at målefeilen minimeres så mye som mulig). Derfor bør man bruke empirisk validerte strengt parallelle former for minneoppgaver, som har et tilstrekkelig antall forsøk - både for å sikre følsomhet for tiltaket så vel som for å maksimere påliteligheten. Ideelt sett bør oppgavene forhåndstestes på en gruppe som er utvalgt fra samme populasjon som eksperimentdeltakerne for å sikre at maksimal ytelse ikke er oppnåelig, og at oppgaveformene har like vanskelighetsgradsindekser. Til slutt er det best å bruke datastyrte oppgaver når det er mulig, da de tillater kontrollert varighet og presis timing. På denne måten kan forskere sikre at alle deltakerne gjennomgår hukommelsesvurdering samtidig med hensyn til stimuleringstidspunktet (enten under eller etter tDCS). Varigheten til hver oppgave eller oppgaveblokk bør ikke være lengre enn 10 minutter, for å unngå tretthet og svingninger i oppmerksomhetsnivåer; den kognitive vurderingen bør ikke være lengre enn 90 minutter totalt (inkludert oppgaver både under og etter tDCS).

Protocol

Denne prosedyren er godkjent av institusjonell etikkkomité og er i tråd med Helsinkideklarasjonen og retningslinjer for menneskelig forskning.

1. Materialer

MERK: For hver tDCS-økt klargjør du følgende materialer (Figur 1).

  1. Skaff deg en tDCS-enhet - bruk bare en batteridrevet tDCS-enhet eller en netttilkoblet optisk isolert tDCS-enhet. Enheten skal fungere som en konstant strømstimulator med en maksimal utgang begrenset helst til noen få milliampere rekkevidde. Enheten må ha forskriftsmessig godkjenning for menneskelig bruk.
  2. Oppnå gummielektroder - bruk enten 5 cm x 5 cm firkantede eller 25 cm2 rundformede elektroder. Disse elektrodene vil ha dagens tettheter mellom 0,06 mA/cm2 og 0,08 mA/cm2 for strømmer på henholdsvis 1,5 mA-2 mA.
  3. Forbered svamplommer som passer til gummielektrodene. Hvis svamplommen er for stor, vil den øke kontaktflaten til huden.
  4. Forbered saltløsning (standard 0,9% NaCl).
  5. Forbered alkohol (70%).
  6. Få en justerbar silikonhette - hodestropper kan også brukes, men EEG silikonhetter kan justeres bedre til størrelsen og formen på deltakernes hode og er derfor mer komfortable for elektrodeplassering.
  7. Få målebånd (fleksibelt, plast eller bånd).
  8. Få en hudmarkør - hudmarkør blyanter eller ulike sminkeprodukter (f.eks. øyeblyant eller øyenskygge fargestift), jo senere kan være enda mer praktisk som de er dermatologisk testet og lett avtagbar.
  9. Få tak i bomullsputer.
  10. Få kam og engangs mini silisium hårbånd.
  11. Skaff deg en sprøyte eller plastpipette.
  12. Forbered et protokollark - utfyllingsskjema for grunnleggende informasjon om økten, det vil si deltaker-ID, studie-ID, dato, klokkeslett, notater, etc (se vedlegg for eksempel).
  13. Forbered et bord med forhåndsberegnede hodetiltak for å hjelpe til med elektroders plassering.
    MERK: For å øke hastigheten på prosessen og for å redusere muligheten for feil, anbefales det å ha denne tabellen klar på forhånd. Målingen er basert på 10-20 EEG elektrodeplasseringssystem; Verdiene som brukes til beregninger er nasion-inion/venstre-høyre-preaurikulære avstander (se nedenfor). Tabellen gir 20 % verdier for et område med avstandsverdier. Vi har funnet det som det mest praktiske å ha tabellen innebygd i protokollarket (Vedlegg).
  14. Klargjør spørreskjemaer. For hver økt, samle inn data om følelser og bivirkninger før og etter tDCS; opplevelser og nivået av (un)behagelighet under tDCS; stemning og generell subjektiv tilstand, det vil si friskhet/tretthet.

Figure 1
Figur 1: Materialer for tDCS-eksperiment (se tekst for detaljer). 1) tDCS-enhet; 2) elektroder; 3) svamper; 4) saltløsning; 5) alkohol; 6) silikonhette; 7) målebånd; 8) hud blyant; 9) bomull pads; 10) kammer og silisium hårbånd; 11) sprøyte Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

2. Programmere stimuleringsprotokoller

MERK: Nøyaktige trinn i programmering av tDCS-protokollen varierer på tvers av tDCS-systemer/-enheter. Imidlertid gir alle tDCS-enheter grunnleggende funksjoner - evnen til å produsere konstant strøm med ønsket stimuleringsintensitet, evnen til gradvis å øke opp og ned, og en metode for å angi varigheten av stimulering. De mer avanserte protokollene som theta-oscillatory tDCS krever enheter/systemer som muliggjør spesialbygde stimuleringsprotokoller.

  1. Konstant anodal tDCS
    1. Definer standard konstant anodal tDCS-protokoll (figur 2A) som: (1) innfasingsperiode på 30 sekunder, når gjeldende intensitet gradvis økes fra 0 mA til målintensiteten (vi bruker vanligvis 1,5 mA, men andre intensiteter kan også brukes, forutsatt at de holder seg innenfor sikkerhetsgrensene); (2) stimuleringsperiode der den konstante strømmen av målintensiteten (f.eks. 1,5 mA) leveres; og (3) fade-out periode på 30 sekunder når gjeldende intensitet gradvis reduseres til 0 mA.

Figure 2
Figur 2: tDCS-protokoller: (A) Konstant anodal tDCS; (B) Theta oscillatorisk tDCS; (3) Sham tDCS. Toning i punktum er merket oransje. uttoningsperioden er merket som grønn. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

  1. Theta oscillatorisk tDCS
    1. Theta-oscillatorisk tDCS leverer strøm med varierende intensitet, men bytter ikke polariteter (Figur 2B). Definer derfor bølgeformen der strømmen leveres som følger: (1) inntoningsperiode på 30 sekunder, når gjeldende intensitet gradvis økes fra 0 mA til målintensiteten (f.eks. 1,5 mA); (2) stimuleringsperioden på 19 minutter der strømmen svinger rundt målintensiteten innenfor et forhåndsdefinert amplitudeområde (vi bruker svingninger på ± 0,5 mA av målintensiteten) i en valgt frekvens (vi bruker vanligvis 5 Hz frekvens som representant for theta rytme); og (3) fade-out periode på 30 sekunder for å bringe gjeldende intensitet til 0 mA.
      MERK: Denne protokollen kan genereres av alle eksperimentelle kontrollprogrammer (f.eks. CED-signal) og leveres gjennom et intelligent grensesnitt (f.eks. CED 1401-serien av enheter) som er kompatibel med tDCS-enheten som skal brukes. Noen mer avanserte dedikerte transkranielle elektriske stimuleringssystemer (tES) i tillegg til tDCS kan også levere vekselstrøm (tACS) og tilfeldig støystimulering (tRNS). De kan også brukes til å generere oscillatorisk tDCS-protokoll. I StarStim er for eksempel tDCS-protokollen definert som en lineær kombinasjon av tDCS (1,5 mA) og tACS (±0,5 mA, 5 Hz). Denne typen protokoll kan tilpasses på en måte som ikke alle deltakere får oscillatorisk stimulering i samme frekvens (dvs. 5 Hz), men at frekvensen justeres til den dominerende frekvensen i theta-båndet for hver person (f.eks. person 1: 5 Hz, person 2: 6 Hz, person 3: 4,5 Hz, etc.).

   

  1. Sham tDCS
    1. Bruk en sham-protokoll med samme varighet som konstant/oscillatorisk tDCS (figur 2C). Nemlig, definer det som: (1) første fade inn/ ut periode der strømmen gradvis økes opp til målintensitet (f.eks. 1,5 mA) og gradvis trappet ned til 0 mA i løpet av de første 60 sekundene (2) 18 minutter av 0 mA, og (3) den andre fade inn / ut perioden som igjen varer 60 sekunder.
      MERK: En alternativ tilnærming vil være å bruke svært lav strømintensitet over hele stimuleringsperioden (20 min). Denne typen sham-protokoll er programmert på samme måte som anodalstimulering (bare den nåværende intensiteten er satt til (0,1 mA) og er designet for å produsere kutane opplevelser, men intensiteten er for uke til å produsere fysiologiske effekter33.

3. Plassering av elektrode (Figur 3)

  1. DLPFC elektrodemontasje: For stimulering av DLPFC, plasser mål (anodal) elektroden på enten F3 (venstre) eller F4 (høyre) av det internasjonale 10-20 EEG-systemet. Plasser returelektroden (cathodal) på det kontralaterale kinnet - dvs.
  2. PPC-elektrodemontasje: For stimulering over PPC, plasser målelektroden (anodal) elektroden på enten P3 (venstre) eller P4 (høyre) av det internasjonale 10-20 EEG-systemet. Plasser returelektroden (cathodal) på det kontralaterale kinnet på samme måte som i DLPFC-montasjen.
  3. Plassering av målelektrode
    1. Slik finner du F3 på deltakernes hode
      1. Bruk målebåndet til å måle avstanden mellom nasion (det dypeste punktet på nesebroen) og inionen (det mest uttalt punktet på den eksterne oksipitale fremspringet) som går over toppen av hodet. Merk halvveis med hudmarkøren med en tynn linje.
      2. Mål avstanden mellom ørene (bruk preaurikulære punkter som referanser) som går over toppen av hodet og merk halvveis avstand med en tynn linje.
      3. Finn toppunktet eller midtlinjens sentrale posisjon, referert til som Cz, i skjæringspunktene mellom de to midtlinjene. Merk det tydelig med hudmarkøren.
      4. Mål igjen nasion-inion-avstanden, men denne gangen går over Cz, og noter avstanden som mål A. Mål igjen avstanden mellom ørene, denne gangen går over Cz, og noter avstanden som mål B.
      5. Beregn 20 % av avstand A og 20 % av distanse B (eller se Protokollark for forhåndsberegnede verdier).
      6. Flytt 20% av avstanden A fremover fra Cz langs nasion-inion linjen for å nå Fz (midline frontal) og markere stedet.
      7. Flytt 20 % av avstanden B mot venstre fra Cz langs den inter-auricular linjen for å nå C3 (venstre sentral) og markere stedet.
      8. Flytt 20% fremover fra C3 (parallelt med nasion-inionlinjen), og 20% venstre form Fz (parallelt med inter-auricular linjen), for å nå F3 i krysset. Merk F3 med hudmarkøren og plasser midten av elektroden på stedet.
    2. For å finne F4, følg samme prosedyre bare på høyre side av hodet.
    3. For å finne P3 på deltakernes hode
      1. Følg trinnene 3.3.1.1-3.3.1.5 som beskrevet ovenfor (finn Cz, noteavstand A og B, beregn 20%).
      2. Flytt 20% av avstanden A bakover fra Cz langs nasion-inion for å nå Pz (midline parietal) og markere stedet.
      3. Flytt 20 % av avstanden B mot venstre fra Cz langs den inter-auricular linjen for å nå C3 og markere stedet.
      4. Flytt 20 % bakover fra C3 (parallelt med neseinionlinjen) og 20 % til venstre fra Pz (parallelt med den inter-aurikulære linjen), for å nå P3 i krysset. Merk P3 med hudmarkøren og plasser midten av elektroden på stedet.
    4. For å finne P4, følg samme prosedyre bare på høyre side av hodet.
  4. Plassering av returelektrode
    1. Etter å ha sikret målelektroden med den justerbare silisiumhetten (se trinnvis prosedyre), sett inn returelektroden under hakebåndet for å sikre elektrodens kontakt med det kontralaterale kinnet.

Figure 3
Figur 3: Plassering av elektrode. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

4. Trinnvis prosedyre

  1. Før tDCS-økten
    1. Sjekk om hver deltaker oppfyller inklusjonskriteriene som definert i etisk godkjenning for studien (se vedlegg for de vanligste inklusjons-/eksklusjonskriteriene).
    2. Be deltakeren om å fylle ut deltakerinformasjonsarket (inkludert all relevant informasjon som alder, kjønn, nikotin/alkoholforbruk mv.34).
    3. Følg de etiske retningslinjene for institusjonsgjennomgangsnemnda, og be deltakeren om å signere informert samtykke. Bruk denne muligheten til å forklare de grunnleggende aspektene ved prosedyren de vil gjennomgå, og svare på eventuelle spørsmål deltakerne måtte ha.
    4. Avhengig av studiedesignet, utfør baseline kognitiv vurdering (minne og / eller andre kognitive funksjoner).
  2. tDCS-oppsett og stimulering
    1. Sett deltakeren komfortabelt i en stol.
    2. Be deltakeren om å fylle ut sjekklisten for pre-tDCS-sensasjoner og rapportere om generell tilstand (dvs. nåværende humør, friskhet / tretthet - disse kan vurderes enten som et enkelt Likert-type element eller ved hjelp av standardiserte spørreskjemaer som Brief Mood Introspection Scale35).
    3. Ta hodetiltak ved hjelp av et målebånd.
    4. For å finne DLPFC eller PPC, følg prosedyren beskrevet ovenfor (elektrodeplassering). Skriv ned målene i protokollarket for hver deltaker. Disse kan brukes til å sjekke mot når du tar målinger i etterfølgende økter.
    5. For å øke ledningsevnen, flytt bort deltakerens hår fra stimuleringsstedet (bruk kam og hårbånd for deltakere med langt hår).
    6. Inspiser for tegn på hudskader på stimuleringsstedet. Unngå å plassere elektroder over skadet hud.
    7. Rengjør overflaten av huden der elektroder skal plasseres ved hjelp av alkohol-gjennomvåt bomullsputer for å fjerne fett, smuss, etc. og la det tørke (bruk et sminkefjerningsprodukt hvis deltakeren har tung sminke på kinnet).
    8. Sett silikonhetten på deltakerens hode og fest den med hakestroppen. Ikke stram hetten (dette vil bli gjort senere).
    9. Bløtlegg svamplommene med saltløsning og legg elektrodene inni dem. Svampene skal være fuktige, men ikke dryppende; vanligvis er 10-15 ml saltløsning per svamp nok. Hvis svampene er for tørre, vil dette føre til høy motstand og føre til dårlig ledningsevne, til og med å miste kretstilkoblingen.
      MERK: De fleste tDCS-enhetene har motstandsindikatorene; Svampene bør imidlertid av og til inspiseres for fuktighet. På den annen side, hvis svampene er for våte, kan det føre til at strømmen skifter over hodet under stimulering. Det anbefales å ha svamper middels våte og bruke en sprøyte for å legge til mer saltløsning under eksperimentet hvis svampene blir for tørre.
    10. Sett svampelektroden under silisiumstroppene og plasser midten av målelektroden på det markerte hodestedet. Sett returelektroden på det kontralaterale kinnet. Bruk silisiumstroppene til å justere hetten til deltakerens hodestørrelse og form. Hetten skal være stram slik at elektrodene ikke kan bevege seg, men likevel behagelige for deltakeren.
    11. Slå på stimulatoren, velg og kjør forhåndsdefinert tDCS-protokoll (aktiv anodal stimulering eller sham).
    12. Be deltakeren om å slappe av og la dem rapportere hva de føler i løpet av de første minuttene av stimulering (1-3 minutter). Forklar at følelsene sakte vil falme bort når de blir vant til det eller når de begynner å fokusere oppmerksomheten på annen aktivitet.
    13. For å unngå ustrukturerte aktiviteter som kan forstyrre stimuleringseffektene, bruk lett kognitivt engasjement under tDCS. For eksempel kan deltakerne utføre praksisforsøk på kognitive oppgaver eller delta i enkle minnespill under stimulering (starter etter 3-5 minutter stimulering). Denne typen kognitivt engasjement under stimulering har potensial til å fremme tDCS-effekter og vil hjelpe deltakerne til å holde tankene unna de tDCS-induserte hudfornemmelsene.
    14. Be deltakeren rapportere hvordan de føler seg flere ganger under stimulering (f.eks. for å rapportere ubehagelighetsnivået på en 10-punkts skala hvert 5. minutt stimulering, 1 - helt fraværende, 10 - veldig intensiv). Høyere nivåer av ubehagelighet (>6) kan forventes i fade-in fade-out perioder hos noen deltakere. Hvis ubehagelighetsnivået forblir høyt etter 5 minutter, avbryt stimuleringen.
    15. Når den forhåndsdefinerte protokollkjøringen er kjørt, slår du av stimulatoren.
    16. Fjern svampelektrodene først, og fjern deretter silikonhetten.
    17. Be deltakeren om å fylle ut sjekklisten etter tDCS-sensasjoner og rapportere for eventuelle bivirkninger som ikke allerede er oppført.
    18. Rengjør huden på stedene der den ble merket, og inspiser huden for eventuelle endringer. Hvis det er en hudreaksjon (f.eks. lokal vasodilatasjon, det vil si rødhet i huden på kinnet), må du overvåke når den forsvinner, da det vanligvis er en forbigående reaksjon hos deltakere med sensitiv hud, og bør forsvinne innen 10-15 minutter.
  3. Vurdering av minne
    1. For å standardisere vurderingen på tvers av deltakere, bruk datastyrte vurderingsverktøy, det vil si minneoppgaver med automatisk poengregning. Flere WM-oppgaver (f.eks. verbal og romlig 3-back oppgave) og AM-oppgaver (verbal sammenkoblet læring, ansiktsord cued recall, objektplassering, etc.) finner du her: https://osf.io/f28ak/?view_only=f8d5e8dd71d24127b3668ac3d8769408
    2. For å evaluere spesifisiteten til tDCS-effekter på minnet anbefales det å inkludere kontrolloppgaver, det vil si oppgaver som tapper annen kognitiv eller motorisk funksjon.
  4. Avslutte den eksperimentelle økten/studien
    1. Etter den (siste) eksperimentelle økten i studien ber deltakeren om å prøve å gjette øktene der de har fått reell og falsk stimulering. Legg merke til alle svar og se om oppnådde proporsjoner er høyere enn sannsynligheten for sjanse. Hvis ikke, var blindingen vellykket. Hvis deltakerne var i stand til å skille ekte fra sham stimulering analysere dataene for de som gjettet riktig og de som ikke å sjekke om den mislykkede blinding påvirket tDCS effekter.
    2. I tråd med etiske retningslinjer debriefer deltakerne i detalj etter at deres involvering er fullført.
  5. Etter den eksperimentelle økten
    1. Vask svampene med rennende vann og såpe slik at saltoppløsningen vaskes helt bort. La svampene tørke helt før du legger dem bort.
    2. Bruk varmt vann og alkohol til å rengjøre alle gjenbrukbare materialer, inkludert kam, silikonhette og målebånd.
    3. Noter alle uvanlige, uventede eller uplanlagte hendelser som kan ha skjedd i løpet av økten - inkludert eventuelle utstyrsfeil, relevante kommentarer fra deltakeren, avbrudd osv.

Representative Results

Den beskrevne protokollen har blitt brukt til å forbedre minneytelsen i flere studier i laboratoriet vårt. Lignende protokoller har imidlertid også blitt brukt i andre forskningslaboratorier (se for eksempel36,37).

Når det gjelder arbeidsminne, har resultatene våre vist at 20 minutter med høyre frontal tDCS (F4-plassering; konstant strøm på 1,8 mA) forbedret verbal WM, mens den samme stimuleringsprotokollen som ble brukt over venstre parietal cortex (P3-plassering) resulterte i bedre romlig WM-ytelse. I motsetning ble det ikke funnet noen signifikante effekter når den samme stimuleringsprotokollen ble brukt over venstre frontal (F3) og høyre parietal (P4) kortikaler. Figur 4 viser de representative resultatene av modellering av det elektriske feltet generert av tDCS, samt ytelsestiltakene etter aktiv og sham tDCS basert på dataene som er rapportert i Živanović et al., 202138.

Figure 4
Figur 4: (A) Effekter av konstant anodal tDCS av venstre PPC (P3-kontralateral kinnmontasje) på romlig arbeidsminneytelse (romlig 3-back oppgave); (B) Effekter av konstant anodal tDCS av høyre DLPFC (F4-kontralateral kinnmontasje) på verbal WM-ytelse (verbal 3-back oppgave). Figuren viser simulering av elektriske felt indusert av tDCS, oversikt over oppgaveforsøkene og ytelsen innen fagene på tvers av aktiv og sham-tilstand (verdiene er sentrert til øktens rekkefølge for å ta høyde for motvekt, det vil si positive verdier indikerer over gjennomsnittet ytelse, mens negative verdier indikerer under gjennomsnittlig ytelse ved økten). Simuleringen av lokale elektriske felt generert av elektrodeoppsettet utføres ved hjelp av COMETS2 MATLAB verktøykasse 41. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Effektene av parietal tDCS på assosiativt minne har vært konsistente og robuste. Det vil si at i serien av eksperiment innen emne har vi vist at 20 minutter med tDCS over venstre PPC (P3-plassering, konstant strøm på 1,5 mA) forbedrer minnet for tilknytninger til ansikt og ord27,39,40. Figur 5 viser representativ oppgave og resultater. I tillegg ble det observert sammenlignbare effekter på AM-oppgave som vurderte objektplasseringstilknytningene når riktig PPC (P4-plassering) stimuleres ved hjelp av samme konstante tDCS-protokoll40.

Figure 5
Figur 5: Effekter av konstant anodal tDCS av venstre PPC (P3-kontralateral kinnmontasje) på assosiativ minneytelse (A)Ansiktsordpar oppgave; (B) Effekter av konstant anodal tDCS av venstre PPC (P3-kontralateral kinnmontasje) på assosiativ minneytelse (andel korrekt tilbakekalte ord på signal). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

De mer avanserte protokollene som theta-oscillatory tDCS har blitt mindre studert, men studien av Lang og kolleger26 samt nyere studie utført i vårt laboratorium27 viste forbedring i ansikt-ord AM etter theta-oscillatorisk tDCS-protokoll i forhold til sham. Den animerte figuren viser simulering av det elektriske feltet indusert av theta oscillatory tDCS over venstre PPC.

Video 1. Klikk her for å laste ned denne videoen.

Tillegg. Klikk her for å laste ned disse filene. 

Discussion

Utfallet av tDCS-studien på hukommelse avhenger av antall faktorer, og noen av dem, for eksempel homogenitet/heterogenitet i prøven, tilstrekkelig statistisk kraft, vanskeligheten med minneoppgavene og motivasjonen til deltakerne har tidligere blitt diskutert (se Berryhill, 2014). Flere gode artikler om tDCS-metode, samt mer generelle opplæringsprogrammer om anvendelsen av tDCS for å studere kognitive funksjoner, er tilgjengelige og kan også brukes godt på minneforskningen (se17,43,44,45,46,47). Her vil vi fokusere på aspektene ved protokollen som, basert på vår erfaring, er relevante, men ofte oversett eller ikke diskutert i tilstrekkelig detalj andre steder.

Plassering av returelektroden. Det er viktig å huske på at returelektroden ikke er passiv, men negativ polaritetsterminal (dvs. katode). Derfor kan det indusere fysiologiske effekter som er motsatt av målelektroden. Videre avhenger den nåværende strømmen av plasseringen av returen så mye som det avhenger av målelektroden. Videre, siden strømmen strømmer langs banen til minst motstand, hvis anoden og katoden ligger for nær hverandre, kan strømmen bare strømme over hudoverflaten og / eller gjennom cerebrospinalvæsken mellom elektrodene, og dermed etterlate det kortikale vevet upåvirket. Av disse grunnene er det nøye valget av returelektroden like relevant som posisjonen til målelektroden. Det er meta-analytiske bevis som tyder på at ekstrakranielle katoder er mer sannsynlig å produsere betydelige effekter48. Posisjonering av returelektroden på kontralateralt kinn for minneforbedring var basert på nåværende strømningsmodellering og valgt for å unngå potensielle forvirrende effekter av å generere negativ polaritet over funksjon-irrelevante hjerneområder. Plasseringen av returelektrode på det kontralaterale kinnet har med hell blitt brukt i tidligere WM-studier (se36,37,38,49, samt i AM-studier27,39,40), og har blitt fremhevet som et godt valg for tDCS-montasjer som tar sikte på å modulere andre kognitive funksjoner også45.

Blendende. I enkeltblinde eksperimenter, for å sikre blinding av deltakeren, bør posisjonen til stimulatoren og / eller overvåkingsdisplayet være ute av deltakerens syn. Dette er spesielt viktig når du bruker stimulatorer som har lys som indikerer når enheten er på og/eller leverer strøm. For dobbeltblinde design (når både deltaker og eksperimenter ikke er klar over protokollen som administreres), bør man bruke alternativet for dobbeltblind, eller lignende alternativ som er tilgjengelig for en gitt enhet. Hvis et slikt alternativ ikke er tilgjengelig, er den gode praksisen å ha to-eksperimenteringsprosedyre. Det vil sagt at en eksperimentator bare kommer inn for å kjøre stimuleringsprotokollen, mens den andre eksperimentatoren som kjører deltakeren gjennom eksperimentet, inkludert den påfølgende minneoppgaven og analyserer dataene, forlater rommet like før og under stimuleringen. Etter metodologiske standarder foretrekkes dobbeltblinde eksperimenter fremfor enkeltblinde design fordi de reduserer skjevheten eller "eksperimenteringseffektene". Dette er svært relevant ved gjennomføring av kliniske studier og/eller bruk av intervjubaserte vurderinger av kognitive funksjoner. Blinding av eksperimentet er imidlertid mindre av et problem når deltakerne er svært motiverte til å maksimere ytelsen (som for det meste er tilfelle i hukommelsesvurdering eller kognitiv forbedring generelt), og når oppgaven administreres så vel som scoret automatisk (dvs. når eksperimenter har liten eller ingen intervensjon i vurderingsfasen).

Aktivitet under tDCS. Forfattere av tDCS-artikler rapporterer sjelden om hva deltakerne gjorde under stimulering. Når aktiviteten ikke rapporteres, er det vanligvis antydet at deltakerne ble instruert til å sitte komfortabelt og slappe av. Fraværet av strukturert aktivitet representerer imidlertid kilden til den ukontrollerbare "støyen" i forsøkene. Nemlig, 20 minutter er ganske lang tid, så noen deltakere kan bruke tiden til å slappe av (med mulighet til å sovne) mens andre kan fokusere på tDCS-opplevelser eller begynne å drøvtygge eller for mye tenke på noen tDCS ikke-relaterte emner. Det er bevis som tyder på at funksjonsrelevant, men ikke slitsom aktivitet utført under tDCS, har potensial til å fremme tDCS-effekter50. Av disse grunnene utfører deltakerne i våre eksperimenter enten øvelsesforsøk på minneoppgavene som skal brukes som resultatmål eller lignende minneoppgaver. Praksisforsøk er godt valg fordi de engasjerer de samme nevrale nettverkene som målfunksjonen, men er enklere og derfor ikke frustrerende eller slitsomme for deltakerne. Dessuten er det økonomisk å utføre praksisforsøk under stimulering på en måte at det reduserer testtiden etter tDCS, noe som kommer som en fordel, spesielt når studiedesignet inkluderer flere oppgaver som skal fullføres etter tDCS. Imidlertid er praksisforsøkene vanligvis mye kortere enn 20 minutter, og derfor må alternativ aktivitet også presenteres. Til dette formålet har vi brukt vanlige minnespill40, som holder deltakerne fokusert, hjelper dem med å fordrive tiden og holde tankene unna tDCS-induserte opplevelser og gjøre dem generelt mer komfortable i testinnstillingen. Noen få ting å huske på når du velger minneoppgaven som skal utføres under tDCS, er at oppgaven ikke skal være vanskelig, men heller ikke kjedelig (adaptive oppgaver satt til 80% suksessrate er gode i denne sammenhengen); Oppgaven skal ikke ha materialet som kan forstyrre etterfølgende hukommelsesvurdering (f.eks. når man vurderer minne for ansikter og ord, kan man bruke abstrakte bilder / former par). Et annet viktig problem er varigheten av "habituation period" det vil si hvor lenge etter stimuleringsstart skal deltakerne begynne å utføre "distraksjonsaktiviteten". Det er individuelle forskjeller i intensiteten av sensasjonen og habituation ganger, men flertallet av deltakerne vil være klare til å starte aktiviteten etter 3-5 minutter stimulering.

Kutane opplevelser. Noen deltakere kan være mer følsomme for kutane tDCS-effekter, og rapporterer dermed forhøyede nivåer av ubehag, selv om dette ikke skjer veldig ofte. Det er viktig å informere deltakerne om potensielle opplevelser de kan oppleve før eksperimentet. Hvis noen er redd for prosedyren, lar vi ofte deltakerne "føle" strømmen på hånden før de legger svampene på hodet. Deltakerne bør overvåkes kontinuerlig og bes om å gi tilbakemelding på deres nivå av komfort og opplevelser med jevne mellomrom. Hvis deltakeren rapporterer økt ubehag, må du alltid tilby å avbryte eksperimentet. Det er viktig at deltakerne er klar over at stimuleringen kan stoppes når som helst hvis de spør. Hvis deltakeren bestemmer seg for å stoppe stimuleringen, bør strømmen sakte skrus ned (brå kansellering av stimuleringsprotokollen kan indusere enda sterkere opplevelser). Det anbefales ofte at når det gjelder ubehagelige opplevelser, senkes den nåværende intensiteten midlertidig til det høyeste komfortable nivået, til deltakeren justerer seg, og deretter gradvis tilbake til målintensiteten. Dette virker som et passende alternativ til å stoppe stimuleringsprotokollen, spesielt hvis tDCS brukes i klinisk setting. Men når tDCS brukes til forskningsformål, og spesielt i relativt små prøver, er det viktig at alle deltakerne gjennomgår samme prosedyre. Derfor er det å stoppe eksperimentet foretrukket å senke intensiteten av stimuleringen for noen deltakere i noen tid.

Rapportering av tDCS-metodikk og overvåking for potensielle konfunderinger. TDCS forskningsfelt er svært heterogent når det gjelder metoder og tiltak, og det er derfor viktig å tydelig rapportere alle aspekter av tDCS-prosedyren, inkludert blinding prosedyre og vurdering; hodeposisjonering av målet samt posisjonen til returelektroden; størrelsen og formen på elektrodene; type ledende stoff som brukes (saltvann eller gel); gjeldende intensitet (mA) og tetthet (mA/cm2) samt varigheten av fade-in/out-perioden; impedansnivåene hvis de måles; varigheten av stimuleringen (inkludert fade-in/out-perioden); den detaljerte redegjørelse for aktivitetene deltakerne var engasjert i under stimuleringen; tidspunktet og varigheten av de kognitive oppgavene etter stimuleringen (inkludert pausetider, hvis noen). Denne typen informasjon legger til rette for standardisering og systematisk analyse av de publiserte studiene (se fersk oversikt for eksempel51). Aspektene som sjelden rapporteres om er effekten av potensielt modererende / forvirrende variabler som tidspunktet for dagen for tDCS-økten, tretthetsnivå / humør rapportert av deltakerne, vellykket blinding (dvs. tro på hvilken type stimulering de mottar), rekkefølgen på eksperimentelle økter i innenfagsdesign, etc. De fleste av disse variablene er rapportert å modulere effekten av tDCS, men effekten forblir undervurdert og inkonsekvent rapportert. Derfor bør tDCS-studier sørge for å samle inn og rapportere om eventuelle potensielt forvirrende variabler; Hvis du vil ha mer informasjon om god praksis, kan du se Tabell 10A, 10B, 11 av Antal og kolleger34.

Anvendelse av den beskrevne protokollen for anodal tDCS enten i sin standard eller enda mer, i sin avanserte form (dvs. oscillatorisk-modulert tDCS) gir et middel ikke bare for forbedring av minnefunksjoner (og potensiell bruk i kliniske populasjoner), men tillater også undersøkelse av nevrobiologien til de funksjonelle nevrale nettverkene bak disse funksjonene.

Disclosures

Forfattere har ingen motstridende interesser å avsløre

Acknowledgments

Denne forskningen ble støttet av Science Fund of the Republic of Serbia, PROMIS, grant no. #6058808, MEMORYST

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Baddeley, A. Working memory: Looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience. 4, 829-839 (2003).
  2. Aurtenetxe, S., et al. Interference Impacts Working Memory in Mild Cognitive Impairment. Frontiers in Neuroscience. 10, 443 (2016).
  3. Chen, P. C., Chang, Y. L. Associative memory and underlying brain correlates in older adults with mild cognitive impairment. Neuropsychologia. 85, 216-225 (2016).
  4. Bastin, C., et al. Associative memory and its cerebral correlates in Alzheimer's disease: Evidence for distinct deficits of relational and conjunctive memory. Neuropsychologia. 63, 99-106 (2014).
  5. McKhann, G. M., et al. The diagnosis of dementia due to Alzheimer's disease: Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer's Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer's disease. Alzheimer's & Dementia. 7, 263-269 (2011).
  6. Bopp, K. L., Verhaeghen, P. Aging and Verbal Memory Span: A Meta-Analysis. Journals of Gerontology: Social Sciences section of The Journal of Gerontology Series B. 60, 223-233 (2005).
  7. Chalfonte, B. L., Johnson, M. K. Feature memory and binding in young and older adults. Memory & Cognition. 24, 403-416 (1996).
  8. Livingston, G., et al. Dementia prevention, intervention, and care: 2020 report of the Lancet Commission. Lancet. 396, 413-446 (2020).
  9. Dharmarajan, T. S., Gunturu, S. G. Alzheimer's disease: A healthcare burden of epidemic proportion. American Health & Drug Benefits. 2, 39-47 (2009).
  10. Stites, S. D., Harkins, K., Rubright, J. D., Karlawish, J. Relationships between cognitive complaints and quality of life in older adults with mild cognitive impairment, mild Alzheimer disease dementia, and normal cognition. Alzheimer Disease and Associated Disorders. 32, 276-283 (2018).
  11. Montejo, P., Montenegro, M., Fernández, M. A., Maestú, F. Memory complaints in the elderly: Quality of life and daily living activities. A population based study. Archives of Gerontology and Geriatrics. 54, 298-304 (2012).
  12. Hussenoeder, F. S., et al. Mild cognitive impairment and quality of life in the oldest old: a closer look. Quality of Life Research. 29, 1675-1683 (2020).
  13. Mol, M., et al. The effect of percieved forgetfulness on quality of life in older adults; a qualitative review. International Journal of Geriatric Psychiatry. 22, 393-400 (2007).
  14. Malkani, R. G., Zee, P. C. Brain Stimulation for Improving Sleep and Memory. Sleep Medicine Clinics. 15, 101-115 (2020).
  15. Sandrini, M., Manenti, R., Sahin, H., Cotelli, M. Effects of transcranial electrical stimulation on episodic memory in physiological and pathological ageing. Ageing Research Reviews. 61, (2020).
  16. Manenti, R., Cotelli, M., Robertson, I. H., Miniussi, C. Transcranial brain stimulation studies of episodic memory in young adults, elderly adults and individuals with memory dysfunction: A review. Brain Stimulation. 5, 103-109 (2012).
  17. Filmer, H. L., Dux, P. E., Mattingley, J. B. Applications of transcranial direct current stimulation for understanding brain function. Trends in Neuroscience. 37, 742-753 (2014).
  18. Stagg, C. J., Antal, A., Nitsche, M. A. Physiology of Transcranial Direct Current Stimulation. Journal of ECT. 34, 144-152 (2018).
  19. Bikson, M., et al. Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016. Brain Stimulation. 9, 641-661 (2016).
  20. Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. International Journal of Neuropsychopharmacology. 14, 1133-1145 (2011).
  21. Owen, A. M., McMillan, K. M., Laird, A. R., Bullmore, E. N-back working memory paradigm: A meta-analysis of normative functional neuroimaging studies. Human Brain Mapping. , 46-59 (2005).
  22. Staresina, B. P., Henson, R. N. A., Kriegeskorte, N., Alink, A. Episodic Reinstatement in the Medial Temporal Lobe. Journal of Neuroscience. 32, 18150-18156 (2012).
  23. Bai, S., Loo, C., Dokos, S. A review of computational models of transcranial electrical stimulation. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 41, 21-35 (2013).
  24. Esmaeilpour, Z., et al. Methodology for tDCS integration with fMRI. Human Brain Mapping. 41, 1950-1967 (2020).
  25. Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): A tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clinical Neurophysiology. 117, 845-850 (2006).
  26. Lang, S., Gan, L. S., Alrazi, T., Monchi, O. Theta band high definition transcranial alternating current stimulation, but not transcranial direct current stimulation, improves associative memory performance. Scientific Reports. 9, (2019).
  27. Vulić, K., Bjekić, J., Paunović, D., Jovanović, M., Milanović, S., Filipović, S. R. Theta-modulated oscillatory transcranial direct current stimulation over posterior parietal cortex improves associative memory. Scientific Reports. 11, 3013 (2021).
  28. Pahor, A., Jaušovec, N. The effects of theta and gamma tacs on working memory and electrophysiology. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 651 (2018).
  29. Dedoncker, J., Brunoni, A. R., Baeken, C., Vanderhasselt, M. A. The effect of the interval-between-sessions on prefrontal transcranial direct current stimulation (tDCS) on cognitive outcomes: a systematic review and meta-analysis. Journal of Neural Transmission. 123, 1159-1172 (2016).
  30. Sarkis, R. A., Kaur, N., Camprodon, J. A. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS): Modulation of Executive Function in Health and Disease. Current Behavioral Neuroscience Reports. 1, 74-85 (2014).
  31. Mitra, S., Mehta, U. M., Binukumar, B., Venkatasubramanian, G., Thirthalli, J. Statistical power estimation in non-invasive brain stimulation studies and its clinical implications: An exploratory study of the meta-analyses. Asian Journal of Psychiatry. 44, 29-34 (2019).
  32. Faul, F., Erdfelder, E., Lang, A. G., Buchner, A. G*Power 3: A flexible statistical power analysis program for the social, behavioral, and biomedical sciences. Behavior Research Methods (Psychonomic Society Inc.). , 175-191 (2007).
  33. Coffman, B. A., Clark, V. P., Parasuraman, R. Battery powered thought: Enhancement of attention, learning, and memory in healthy adults using transcranial direct current stimulation. Neuroimage. 85, 895-908 (2014).
  34. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology. 128, 1774-1809 (2017).
  35. Mayer, J. D., Gaschke, Y. N. The experience and meta-experience of mood. Journal of Personality and Social Psychology. 55, 102-111 (1988).
  36. Berryhill, M. E., Wencil, E. B., Branch Coslett, H., Olson, I. R. A. A selective working memory impairment after transcranial direct current stimulation to the right parietal lobe. Neuroscience Letters. 479, 312-316 (2010).
  37. Berryhill, M. E., Jones, K. T. tDCS selectively improves working memory in older adults with more education. Neuroscience Letters. 521, 148-151 (2012).
  38. Živanović, M., et al. The Effects of Offline and Online Prefrontal vs Parietal Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) on Verbal and Spatial Working Memory. Neurobiology of Learning and Memory. 179, 107398 (2021).
  39. Bjekić, J., et al. The immediate and delayed effects of single tDCS session over posterior parietal cortex on face-word associative memory. Behavioural Brain Research. 366, 88-95 (2019).
  40. Bjekić, J., Čolić, V. M., Živanović, M., Milanović, D. S., Filipović, R. S. Transcranial direct current stimulation (tDCS) over parietal cortex improves associative memory. Neurobiology of Learning and Memory. 157, 114-120 (2019).
  41. Lee, C., Jung, Y. J., Lee, S. J., Im, C. H. COMETS2: An advanced MATLAB toolbox for the numerical analysis of electric fields generated by transcranial direct current stimulation. Journal of Neuroscience Methods. 277, 56-62 (2017).
  42. Berryhill, M. E. Hits and misses: leveraging tDCS to advance cognitive research. Frontiers in Psychology. 5, (2014).
  43. Kuo, M. F., Nitsche, M. A. Effects of transcranial electrical stimulation on cognition. Clinical EEG and Neuroscience. 43, 192-199 (2012).
  44. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. , 2744 (2011).
  45. Reinhart, R. M. G., Cosman, J. D., Fukuda, K., Woodman, G. F. Using transcranial direct-current stimulation (tDCS) to understand cognitive processing. Attention, Perception, & Psychophysics. 79, 3-23 (2017).
  46. Santarnecchi, E., et al. Enhancing cognition using transcranial electrical stimulation. Current Opinion in Behavioral Sciences. 4, 171-178 (2015).
  47. Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology. 127, 1031-1048 (2016).
  48. Imburgio, M. J., Orr, J. M. Effects of prefrontal tDCS on executive function: Methodological considerations revealed by meta-analysis. Neuropsychologia. 117, 156-166 (2018).
  49. Lally, N., Nord, C. L., Walsh, V., Roiser, J. P. Does excitatory fronto-extracerebral tDCS lead to improved working memory performance. F1000Research. 2, (2013).
  50. Nozari, N., Woodard, K., Thompson-Schill, S. L. Consequences of cathodal stimulation for behavior: When does it help and when does it hurt performance. PLoS One. 9, (2014).
  51. Hoebeke, Y., Desmedt, O., Özçimen, B., Heeren, A. The impact of transcranial Direct Current stimulation on rumination: A systematic review of the sham-controlled studies in healthy and clinical samples. Comprehensive Psychiatry. 106, 152226 (2021).

Tags

Nevrovitenskap utgave 175
Transkraniell likestrømstimulering (tDCS) for minneforbedring
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter