Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Bellek Geliştirme için Transkraniyal Doğru Akım Stimülasyonu (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

Hipokampal kortikal ağ içinde çekirdek kortikal düğümler olarak dorsolateral prefrontal ve posterior parietal kortikal kortikalleri hedefleyen transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS) kullanılarak bellek geliştirme protokolü sunulmuştur. Protokol sağlıklı katılımcı çalışmalarında iyi değerlendirilmiştir ve yaşlanma ve demans araştırmaları için de geçerlidir.

Abstract

Hafıza geliştirme bilişsel sinirbilim ve nörorehabilitasyondaki en büyük zorluklardan biridir. Bellek geliştirme için kullanılan çeşitli teknikler arasında, transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS), bellek fonksiyonlarının invaziv olmayan bir şekilde iyileştirilmesi için özellikle umut verici bir araç olarak ortaya çıkıyor. Burada, sağlıklı katılımcı çalışmalarının yanı sıra yaşlanma ve demans araştırmalarında bellek geliştirme için uygulanabilecek bir tDCS protokolü sunuyoruz. Protokol, hafıza süreçleriyle uğraşan kortiko-hipokampal fonksiyonel ağ içindeki kortikal hedefleri uyarmak için zayıf sabit anodal akım kullanır. Hedef elektrot posterior parietal korteks (PPC) veya dorsolateral prefrontal korteks (DLPFC) üzerine yerleştirilirken, dönüş elektrodu ekstrakraniyal olarak (yani kontralalakal yanak üzerine) yerleştirilir. Buna ek olarak, kişiselleştirilmiş ve kişiselleştirilemeyen bir şekilde uygulanabilen hipokampus bağımlı bellek işlevlerini teşvik etmek için doğal bir beyin ritmini taklit ederek daha gelişmiş bir salınımlı tDCS yöntemini özetliyoruz. Açıklanan elektrot montajlarının 1,5 mA ile 1,8 mA arasında akım yoğunluklarında kullanıldığı tek tDCS seanslarının (20 dakika) ardından ilişkisel ve çalışma belleği iyileştirmesinin açıklayıcı sonuçlarını sunuyoruz. Son olarak, bellek üzerinde bir tDCS çalışması tasarlarken alınması gereken protokol ve metodolojik kararlardaki önemli adımları tartışıyoruz.

Introduction

Hafıza, insanlar ve yerler hakkında bilgi hatırlamayı, geçmiş olayları hatırlamayı, yeni gerçekleri ve becerileri öğrenmeyi ve yargılamalar ve kararlar almayı sağladığı için günlük işleyişte hayati bir rol oynar. Burada iki tür belleğe odaklanıyoruz - çalışma belleği (WM) ve ilişkilendirilebilir bellek (AM). WM, devam eden bilişsel işleme1için bilgileri geçici olarak koruma ve depolama olanağı sağlarken,, birbirine bağlı birden fazla deneyim veya bilgiyi hatırlamamızı sağlar. Bu nedenle, bu iki bellek türü hemen hemen tüm günlük aktivitelerin altını çizmektedir. Ne yazık ki, bellek, çeşitli patolojik durumlar ve koşullar nedeniyle olduğu gibi normal yaşlanma ile birlikte azaldığı için en savunmasız işlevlerden biridir. Hem WM hem de düşüşü hafif bilişsel bozukluk2,3 ve demans4,5 ve normal yaşlanmada 6,7'de belirgindir. Bellek açıkları yüksek hastalık yükü düzeyi8,9 ile ilişkili olduğundan ve yaşam kalitesini önemli ölçüde etkilediğinden10,11,12,13, hafıza düşüşünün önlenmesi ve tedavisi için yeni yaklaşımlara ihtiyaç artmaktadır.

Transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS), bellek düşüşü14 , 15,16ile mücadele etmek ve genel olarak beyin fonksiyonlarını daha iyi anlamak için umut verici bir araçtır17. tDCS, nöronal membran uyarilebilirliğini etkileyerek beyin aktivitesini modüle etmek için zayıf elektrik akımları (genellikle 1 mA ile 2 mA arasında) kullanan invaziv olmayan bir beyin stimülasyon tekniğidir. tDCS'nin etkileri polariteye bağlıdır, böylece katodal uyarilebilirliği azaltırken anodal stimülasyon artar. Yani, anodal tDCS, nöronal membranların depolarizasyonu yoluyla eylem potansiyellerinin ateşlenme olasılığını arttırır, böylece anot altında spontan beyin aktivitesini kolaylaştırır18. Ayrıca, artan aktivasyonun etkisinin lokalize kalmadığı, merkezi sinir sisteminin fonksiyonel olarak bağlı diğer bölgelerine yayılma eğiliminde olduğu gösterilmiştir. Böylece Anodal tDCS'nin hedeflenen beyin bölgelerine ve işlevsel olarak birbirine bağlı beyin bölgelerine dayanan bilişsel işlevleri teşvik etmesi beklenirken, katodal tDCS'nin tam tersi bir etkiye sahip olması beklenmektedir.

tDCS'nin diğer beyin stimülasyon tekniklerine göre çeşitli avantajları vardır: (1) tDCS güvenlidir, yani sağlık riskleri oluşturmaz ve herhangi bir olumsuz kısa veya uzun vadeli yapısal veya fonksiyonel değişiklik üretmez19; (2) tDCS, uyarıcı elektrotlar altında hafif bir karıncalanma ve kaşıntı hissi şeklinde katılımcılara minimum rahatsızlık verdiği için beyin stimülasyon teknikleri arasında en yüksek tolere edilebilirlik ile karakterizedir20; (3) tDCS uygun maliyetlidir - tDCS cihazlarının ve uygulamasının fiyatı diğer tedavi seçeneklerinden on ila yüz kat daha düşüktür, bu da onu hastalar ve sağlık sistemi için çekici kılar; (4) tDCS'nin kullanımı kolaydır ve bu nedenle ev tabanlı ortamlarda bile uygulanma potansiyeli yüksektir, bu da hastaların daha yüksek uyumuna ve tıbbi personel ve tesisler için maliyetin düşmesine neden olabilir.

Bellek geliştirme için tDCS'yi kullanmanın temel zorlukları, bellek üzerinde güvenilir etkiler yaratacak en uygun elektrot montajı ve stimülasyon protokolünü bulmaktır. Burada elektrot montajı terimini elektrotların konfigürasyonunu ve konumlarını (yani hedef ve referans (dönüş) elektrodun yerleşimini) ifade etmek için kullanırız. Elektrik alanlarının doğası gereği, referans (dönüş) elektrot nötr değildir - hedef elektrodun karşısındaki polariteye sahiptir - ve böylece alttaki sinir dokusu üzerinde biyolojik (nöromodülatör) etkiler de yapabilir. Bu nedenle, referans elektrodun dikkatli seçimi, stimülasyonun istenmeyen ek etkilerini önlemek için gereklidir.

Stimülasyon protokolü terimini kullanırken, uygulanan akımın süresi ve yoğunluğu gibi tDCS parametrelerine ve mevcut yoğunluğun zaman içinde değişme şekline (yani, yoğunluğun stimülasyon boyunca sabit olup olmadığı veya belirli bir genlik ve frekansa sahip sinüzoidal dalga şeklinden sonraki değişiklikler) atıfta bulunuruz. Aynı elektrot montajı kullanılarak farklı stimülasyon protokolleri uygulanabilir ve aynı protokol farklı montajlarda kullanılabilir.

Elektrot montajını optimize etmek için, işlevle ilgili beyin alanlarına ve elektrotların çeşitli konumlarının neden olduğu elektrik alanlarının bu beyin alanlarını ve dolayısıyla bilişsel işlevleri nasıl etkileyeceğine bakıyoruz. Frontal, temporal ve parietal korteks alanları da dahil olmak üzere birkaç farklı kortikal ve subkortikal yapı hafıza fonksiyonlarında önemli bir rol oynar. Yani, WM dorsolateral (DLPFC) ve ventral lateral prefrontal korteks (VLPFC), premotor ve ek motor kortizonların yanı sıra posterior parietal korteks (PPC)21içeren yaygın bir sinir ağı tarafından desteklenmektedir. ve genel olarak epizodik bellek için medial temporal lob içindeki yapılar esastır22. Bununla birlikte, parietal, frontal ve temporal kortikal kortizonların ilişkisel alanları, hipokampusa yakınsak yolları ile de önemli bir rol oynar. Anatomik konumu nedeniyle, hipokampus tDCS kullanılarak doğrudan uyarılamaz ve böylece hipokampusa bağımlı hafıza işlevlerinin geliştirilmesi, arka parietal korteks gibi hipokampusa yüksek fonksiyonel bağlantıya sahip kortikal hedefler kullanılarak yapılır. Bu nedenlerden dolayı, DLPFC ve PPC en sık belleği geliştirmek için stimülasyon hedefleri olarak kullanılır. Elektrotların konumlandırılması, akım akışmodellemesi 23'e göre daha da rafine edilebilir ve tDCS ile nörogörüntüleme tekniklerini birleştiren çalışmalarda doğrulanabilir24.

En olağan stimülasyon protokolü, 10-30 dakika arasında süren 1-2 mA'lık sabit bir anodal akımdır. Bu protokolün arkasındaki varsayılan mekanizma, pozitif yüke sahip elektrodun altta yatan kortikal dokunun uyarılmışlığını artıracağı ve bunun da sonraki bellek performansının artmasına neden olacağıdır. Geçerli yoğunluğun tüm stimülasyon döneminde aynı kaldığı sabit anodal tDCS'nin aksine, salınımlı tDCS protokolünde mevcut yoğunluğu belirli bir değer etrafında verilen frekansta dalgalanır. Bu nedenle, bu tür bir protokol sadece heyecanlanabilirliği modüle etmekle kalmaz, aynı zamanda ilgili beyin bölgelerinin sinirsel salınımlarını da kapsüller. Hem sabit hem de salınımlı tDCS için elektrotların stimülasyonun tüm süresi boyunca aynı akım polaritesini koruduğunu belirtmek önemlidir.

Burada, belleği teşvik etmek için fronto-parieto-hipokampal ağ içindeki düğümleri hedefleyen tDCS montajlarını sunuyoruz - hem WM hem de AM: özellikle, sol / sağ DLPFC veya sol / sağ PPC üzerinde hedef elektrot ile iki elektrot montajı. Sabit anodal tDCS protokolüne ek olarak, bir teta oscillatory tDCS protokolünü özetliyoruz.

Çalışma tasarımı
Bellek geliştirme için tDCS'nin nasıl kullanılacağı hakkında ayrıntılı bir kılavuz sunmadan önce, deneysel tasarımın bellek üzerinde bir tDCS çalışması planlarken göz önünde bulundurulmasının önemli olan birkaç temel özelliğini özetleyeceğiz.

Sahte denetim
TDCS'nin bellek üzerindeki etkilerini değerlendirmek için çalışmanın sahte kontrollü olması gerekir. Bu, deneysel koşullardan birinde protokolün gerçek bir stimülasyon seansına benzediğini, ancak tedavi verilmediğini ima eder. Bu sahte veya sahte oturum, gerçek tDCS'nin ardından performansı karşılaştırmak ve etkinliği hakkında çıkarımlarda bulunmak için bir referans noktası olarak hizmet eder. Yaygın olarak, sahte protokolde akım sadece kısa bir süre için uygulanır - genellikle bir rampa olarak sham stimülasyonunun başında ve sonunda bir rampa olarak ve ardından hemen rampa aşağı (yani, solmaya / solmaya, her biri 30 saniyeye kadar) modası. Bu şekilde stimülasyon süresinin herhangi bir davranışsal veya fizyolojik etki üretmek için yetersiz kalması sağlanır. Lokal cilt / kafa derisi hisleri genellikle en çok stimülasyonun başında ve sonunda (mevcut yoğunluktaki değişiklikler nedeniyle) belirgin olduğundan, tüm protokollerde indüklenen duyumlar karşılaştırılabilir ve ayırt etmek zordur25. Bu şekilde, katılımcı, özellikle konu içi tasarımlarda önemli olan stimülasyonun gerçek olup olmadığı konusunda kör olur.

Sham-control'e ek olarak, salınımlı protokollerin etkilerinin özgüllüğünü değerlendirmek için, aktif bir kontrol koşulunasahip olmak da tavsiye edilir. Örneğin, salınım protokolü için etkin kontrol, aynı yoğunlukta26,27veya osilatör stimülasyonun farklı frekansta sabit anodal stimülasyonu olabilir, örneğin teta vs gama28.

Konular içinde veya arasında tasarım.
Konu içinde tasarımda her katılımcı hem gerçek hem de sham tDCS'den geçirilirken, konular arasında bir katılımcı grubu gerçek, diğer grup ise sham tDCS alır. Konu içi tasarımın ana avantajı, konuya özgü kafa karıştırıcıların daha iyi kontrol olmasıdır. Yani, anatomi ve bilişsel yeteneklerdeki bireysel farklılıklar, her katılımcının kendi benliğiyle karşılaştırıldığında en iyi şekilde kontrol edilir. Bununla birlikte, konu içi tasarımın çapraz modada uygulanması gerektiğinden (yani, katılımcıların yarısı ilk oturumda gerçek tDCS ve ikinci oturumda sham alırken, katılımcıların diğer yarısı sham first ve real tDCS ikinci olarak alır) bu tasarım klinik ve eğitim çalışmalarının yanı sıra ardışık günlerde birkaç tDCS oturumunu içeren çalışmalar için uygun olmayabilir, çünkü çapraz tasarım, çapraz kollar arasında eşit olmayan taban çizgilerine neden olabilir. Bu nedenle, konu içi tasarım, tek bir tDCS seansının davranışsal veya fizyolojik etkilerini değerlendirirken ve eşit olmayan temeller araştırma hipotezi için bir sorun olarak görülmediğinde en uygun olanıdır. Tek tDCS seansının etkilerini değerlendiren konu içi tasarımda, taşıma etkilerinden kaçınmak için gerçek ve sham tDCS oturumu arasında 7 gün tutmak (ancak bazı çalışmalar daha kısa yıkama sürelerinin sonuçları önemli ölçüde etkilemediğini göstermektedir29,30) ve eğitim ve oturum arası öğrenme etkilerini en aza indirmek için dengelenmiş düzende bellek görevlerinin paralel formlarını kullanmak iyi bir uygulamadır.

Konular arası tasarım kullanıldığında, kontrol grubu temel performans ve tDCS etkinliği için uygun olduğu bilinen diğer ilgili özellikler için dikkatlice eşleştirilmelidir. Rastgele grup ataması, küçük örnek boyutlarında (örneğin, <100) en iyi yaklaşım olmayabilir, çünkü yetersiz eşleşmeye yol açabilir. Her iki durumda da, temel performans istatistiksel analizde dikkate alınmalıdır.

Örnek boyutu.
Sıkça sorulan sorulardan biri "tDCS etkilerini tespit etmek için kaç katılımcıya ihtiyaç olduğu"dur. Bu sorunun cevabı, deneysel tasarım, beklenen etki boyutları, istatistiksel analiz türü vb. Beyin stimülasyon deneylerindeki örneklem boyutları genellikle çok küçüktür ve bu alandaki çalışmaların gerçek olumlu sonuçların yaklaşık% 50'sini kaçırdığı tahmin edilmektedir, çünkü yetersiz31. Güç analizi, çalışma tasarımına ve planlanan istatistiksel analiz için beklenen etki boyutuna göre her bir deney için yeterli örneklem boyutunun belirlenmesini sağlar. Güç analizi R ortamında veya G * Power32gibi ücretsiz özel yazılım kullanılarak gerçekleştirilebilir ve her zaman bir priori (yani deneyden önce) yapılmalıdır. Güç >.80 (ideal olarak .95) olarak ayarlanmalıdır ve tek bir tDCS oturumunu takiben bellek görevleri üzerinde beklenen etki boyutu genellikle .15-.20 (η2)arasında, yani Cohen f 0.42-0.50 arasındadır. Bu nedenle, tatmin edici bir güç elde etmek ve böylece tip II hatasını azaltmak için genellikle konu içi deney için toplam 20-30 katılımcı ve konu arası çalışma için grup başına 30-40 katılımcı kaydedilmesi gerekir. Ancak, örnek boyutu, planlanan analiz ve kullanılan davranış önlemlerinin duyarlılığı dahil olmak üzere diğer faktörlerin sayısına bağlıdır. Bu nedenle ideal olarak, belirli bir tasarımın etki boyutlarını anlamak ve bu verileri güç analizi için bir giriş olarak kullanmak için bir ilk deneme çalıştırılır. Ancak, sadece birkaç katılımcı üzerinde bir pilot deney çalıştırmanın, etki boyutlarının hatalı ve güvenilmez tahminlerine yol açacağını unutmayın. Bu nedenle, kaynaklar sınırlıysa, benzer sonuçlara sahip önceki çalışmalara güvenmek ve literatürde bildirilenden biraz daha küçük etki boyutları tahmin ederek biraz daha muhafazakar bir yaklaşım sergilemek daha iyidir.

Sonuç ölçüleri
tDCS'nin bellek üzerindeki etkinliğini değerlendirmek için yeterli davranışsal görevleri seçmek gerekir. Aslında, bellek görevinin seçimi çalışma tasarımının önemli yönlerinden biridir, çünkü tDCS etkisini tespit etme yeteneği doğrudan görevin hassasiyetine bağlıdır. Buradaki zorluk, çoğu standart bellek değerlendirme araçlarının veya klasik nöropsikolojik görevlerin belirli popülasyonlardaki tDCS etkilerini tespit edecek kadar hassas olmayabileceğidir. Ayrıca, standartlaştırılmış görevlerin çoğu iki veya daha fazla paralel biçimde kullanılamaz ve bu nedenle konu içi tasarımlarda kullanılamaz. Bu nedenle, tDCS bellek çalışmalarının çoğu özel yapı görevleri kullanır. Sonuç ölçüsünü tasarlarken veya seçerken, görevin şu olduğundan emin olunmalıdır: (1) ilgi çekici bellek işlevinin odak/seçici ölçüsü; (2) hassas (yani, ölçeğin küçük değişiklikleri bile algılayabilecek kadar iyi olması); (3) katılımcılar için meydan okumak (yani, görev zorluğunun yeterli olması ve böylece hücre etkilerinden kaçınmak); (4) güvenilir (yani ölçüm hatasının mümkün olduğunca en aza indirilmesi). Bu nedenle, hem ölçünün hassasiyetini sağlamak hem de güvenilirliğini en üst düzeye çıkarmak için yeterli sayıda denemeye sahip olan ampirik olarak onaylanmış kesinlikle paralel bellek görevleri kullanılmalıdır. İdeal olarak, görevler, maksimum performansın elde edilemediğinden ve görev formlarının eşit zorluk dizinlerine sahip olduğundan emin olmak için deneme katılımcılarıyla aynı popülasyondan örneklenen bir grup üzerinde önceden test edilmelidir. Son olarak, kontrollü süre ve kesin zamanlama için izin verdikleri için mümkün olduğunda bilgisayarlı görevleri kullanmak en iyisidir. Bu şekilde araştırmacılar, tüm katılımcıların stimülasyonun zamanlaması açısından (tDCS sırasında veya sonrasında) aynı anda bellek değerlendirmesinden geçmesini sağlayabilir. Dikkat seviyelerinde yorgunluk ve dalgalanmayı önlemek için her görev veya görev bloğunun süresi 10 dakikadan uzun olmamalıdır; bilişsel değerlendirme toplamda 90 dakikadan uzun olmamalıdır (hem tDCS sırasında hem de sonrasındaki görevler dahil).

Protocol

Bu prosedür Kurumsal Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır ve Helsinki Bildirgesi ve insan araştırmaları yönergeleri ile uyumludur.

1. Malzemeler

NOT: Her tDCS oturumu için aşağıdaki materyalleri hazırlayın (Şekil 1).

  1. Bir tDCS cihazı edinin - yalnızca pille yönlendirilen bir tDCS cihazı veya şebekeye bağlı optik olarak yalıtılmış bir tDCS cihazı kullanın. Cihaz, tercihen birkaç miliamper aralığıyla sınırlı maksimum çıkışa sahip sabit bir akım uyarıcısı olarak çalışmalıdır. Cihaz, insan kullanımı için düzenleyici onay almalıdır.
  2. Kauçuk elektrotlar elde edin - 5 cm x 5 cm kare şeklinde veya 25 cm2 yuvarlak şekilli elektrotlar kullanın. Bu elektrotlar sırasıyla 1,5 mA-2 mA akımlar için 0,06 mA/cm 2 ile0,08 mA/cm 2 arasında akım yoğunluklarına sahip olacaktır.
  3. Kauçuk elektrotlara uyan sünger cepler hazırlayın. Sünger cep çok büyükse, temas yüzeyini cilde artıracaktır.
  4. Tuzlu su çözeltisi hazırlayın (standart % 0,9 NaCl).
  5. Alkol hazırlayın (%70).
  6. Ayarlanabilir bir silikon kapak elde edin - kafa kayışları da kullanılabilir, ancak EEG silikon kapaklar katılımcıların kafasının boyutuna ve şekline daha iyi ayarlanabilir ve bu nedenle elektrot yerleştirme için daha rahattır.
  7. Ölçüm bandı elde etme (esnek; plastik veya şerit).
  8. Bir cilt işaretleyicisi elde edin - cilt işaret kalemleri veya çeşitli makyaj ürünleri (örneğin, göz kalemi veya göz farı boya kalemi), daha sonra dermatolojik olarak test edildikleri ve kolayca çıkarılabilir oldukları için daha da uygun olabilir.
  9. Pamuk pedleri alın.
  10. Tarak ve tek kullanımlık mini silikon saç bantları edinin.
  11. Bir şırınna veya plastik pipet elde edin.
  12. Oturumla ilgili temel bilgiler için bir protokol sayfası hazırlayın - doldurma formu, yani katılımcıların kimliği, çalışma kimliği, tarih, saatler, notlar vb.(örnek için Ek'e bakın).
  13. Elektrotların yerleştirilmesine yardımcı olmak için önceden hesaplanmış kafa önlemlerini içeren bir tablo hazırlayın.
    NOT: Süreci hızlandırmak ve hata olasılığını azaltmak için bu tablonun önceden hazır olması önerilir. Ölçüm 10-20 EEG elektrot yerleştirme sistemine dayanmaktadır; hesaplamalar için kullanılan değerler nasion-inion/sol-sağ-preauriküler mesafelerdir (aşağıya bakınız). Tablo, bir dizi uzaklık değeri için %20 değer verir. Tablonun protokol sayfasına (Ek) gömülmesini en uygun olarak bulduk.
  14. Soru formları hazırlayın. Her oturum için, tDCS öncesi ve sonrası duyumlar ve yan etkiler hakkında veri toplayın; hisler ve tDCS sırasında (un) hoşluk seviyesi; ruh hali ve genel öznel durum, yani tazelik / yorgunluk.

Figure 1
Şekil 1: tDCS deneyi için malzemeler (ayrıntılar için metne bakın). 2) elektrotlar; 3) süngerler; 4) tuzlu su çözeltisi; 5) alkol; 6) silikon kapak; 7) ölçüm bandı; 8) cilt kalemi; 9) pamuk pedler; 10) taraklar ve silikon saç bantları; 11) şırındı Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. Programlama stimülasyon protokolleri

NOT: tDCS protokolü programlamadaki tam adımlar tDCS sistemlerinde/cihazlarında farklılık gösterir. Bununla birlikte, tüm tDCS cihazları temel özellikler sağlar - istenen stimülasyon yoğunluğu ile sabit akım üretme yeteneği, kademeli olarak yukarı ve aşağı rampa yeteneği ve stimülasyon süresini ayarlamak için bir yöntem. Teta-oscillatory tDCS gibi daha gelişmiş protokoller, özel olarak oluşturulmuş stimülasyon protokollerine izin veren cihazlar /sistemler gerektirir.

  1. Sabit anodal tDCS
    1. Standart sabit anodal tDCS protokolünü (Şekil 2A) şu şekilde tanımlayın: (1) mevcut yoğunluğun kademeli olarak 0 mA'dan hedef yoğunluğa kadar artırıldığında 30 saniyelik solgunluk süresi (genellikle 1,5 mA kullanırız, ancak güvenlik sınırları içinde kalmaları koşuluyla diğer yoğunluklar da kullanılabilir); (2) hedef yoğunluğun sabit akımının (örneğin, 1,5 mA) teslim edildiği stimülasyon süresi; ve (3) akım yoğunluğu kademeli olarak 0 mA'ya düşürildiğinde 30 saniyelik solma süresi.

Figure 2
Şekil 2: tDCS protokolleri: (A) Sabit anodal tDCS; (B) Theta salınımlı tDCS; (3) Sham tDCS. Dönem içinde solgunluk turuncu olarak işaretlenir; soldurma süresi yeşil olarak işaretlenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Theta salınımlı tDCS
    1. Teta-oscillatory tDCS değişen yoğunlukta akım sağlar, ancak kutupları değiştirmez (Şekil 2B). Bu nedenle, akımın teslim edildiği dalga biçimini aşağıdaki gibi tanımlayın: (1) akım yoğunluğunun kademeli olarak 0 mA'dan hedef yoğunluğa (örneğin, 1,5 mA) kadar artırıldığında 30 saniyelik solgunluk süresi; (2) mevcutun önceden tanımlanmış bir genlik aralığında hedef yoğunluğun etrafında salındığı 19 dakikalık stimülasyon süresi (hedef yoğunluğun ± 0,5 mA salınımını kullanırız) seçilen bir frekansta (genellikle teta ritmini temsilen 5 Hz frekans kullanırız); ve (3) geçerli yoğunluğu 0 mA'ya getirmek için 30 saniyelik solma süresi.
      NOT: Bu protokol herhangi bir deneysel kontrol yazılımı (örneğin, CED Sinyali) tarafından oluşturulabilir ve kullanılacak tDCS cihazıyla uyumlu akıllı bir arayüz (örneğin, CED 1401 cihaz aralığı) aracılığıyla teslim edilebilir. tDCS'nin yanı sıra bazı daha gelişmiş transkraniyal elektrik stimülasyonu (tES) sistemleri de alternatif akım (tACS) ve rastgele gürültü stimülasyonu (tRNS) sağlayabilir. Osilatör tDCS protokolünü oluşturmak için de kullanılabilirler. Örneğin, StarStim'de teta-osilatory tDCS protokolü, tDCS (1,5 mA) ve tACS'nin (±0,5 mA, 5 Hz) doğrusal bir kombinasyonu olarak tanımlanır. Bu tür protokol, tüm katılımcıların aynı frekansta (yani 5 Hz) salınımlı stimülasyon almadığı, ancak frekansın her kişi için teta bandı içindeki baskın frekansa ayarlı olduğu (örneğin, Kişi 1: 5 Hz, Kişi 2: 6 Hz, Kişi 3: 4,5 Hz, vb.) anlamında kişiselleştirilebilir.

   

  1. Sham tDCS
    1. Sabit/salınımlı tDCS (Şekil 2C) ile aynı süreye sahip bir sham protokolü kullanın. Yani, şu şekilde tanımlayın: (1) akımın yavaş yavaş hedef yoğunluğa (örneğin, 1,5 mA) kadar artırıldığı ve ilk 60 saniye (2) 18 dakika 0 mA'da kademeli olarak 0 mA'ya indirildiği ve (3) ikinci solma/çıkış periyodu tekrar 60 saniye sürer.
      NOT: Alternatif bir yaklaşım, tüm stimülasyon süresi boyunca (20 dk) çok düşük akım yoğunluğu kullanmak olacaktır. Bu tür sahte protokol anodal stimülasyonla aynı şekilde programlanmıştır (sadece mevcut yoğunluk (0,1 mA) olarak ayarlanır ve kutanöz duyumlar üretmek için tasarlanmıştır, ancak yoğunluk herhangi bir fizyolojik etki üretmek için çokhaftadır 33.

3. Elektrot yerleşimi (Şekil 3)

  1. DLPFC elektrot montajı: DLPFC'nin uyarılması için, hedef (anodal) elektrodu uluslararası 10-20 EEG sisteminin F3 (sol) veya F4 (sağ) üzerine yerleştirin. Dönüş elektrodını (katodal) kontralateral yanağa yerleştirin - yani F3 anot için sağ yanak ve F4 anot için sol yanak.
  2. PPC elektrot montajı: PPC üzerinde stimülasyon için, hedef (anodal) elektrodu uluslararası 10-20 EEG sisteminin P3 (sol) veya P4 (sağ) üzerine yerleştirin. Dönüş elektrodını (katodal) DLPFC montajındaki gibi kontrallateral yanağa yerleştirin.
  3. Hedef elektrot yerleşimi
    1. F3'ün katılımcıların kafasında bulunmasını sağlamak için
      1. Başın üstünden geçen nasyon (burun köprüsünün en derin noktası) ve inion (dış oksipital çıkıntının en belirgin noktası) arasındaki mesafeyi ölçmek için ölçüm bandını kullanın. Cilt işaretleyici ile yarı mesafeyi ince bir çizgi ile işaretleyin.
      2. Başın üstünden geçen kulaklar arasındaki mesafeyi ölçün (referans olarak preauriküler noktaları kullanın) ve yarı mesafeyi ince bir çizgiyle işaretleyin.
      3. İki orta çizginin kesişim yerlerinde Cz olarak adlandırılan köşeyi veya orta çizgi merkezi konumunu bulun. Cilt işaretleyiciyle net bir şekilde işaretle.
      4. Nasion-inion mesafesini tekrar ölçün, ancak bu sefer Cz'nin üzerinden geçiyor ve mesafeyi ölçü A olarak not edin.
      5. A mesafesinin %20'sini ve B mesafesinin %20'sini hesaplayın (veya önceden hesaplanmış değerler için protokol sayfasına bakın).
      6. Fz'ye (orta hat ön) ulaşmak ve noktayı işaretlemek için A mesafesinin %20'sini nasion-inion hattı boyunca Cz'den ileri taşıyın.
      7. C3'e (sol merkez) ulaşmak ve noktayı işaretlemek için B mesafesinin %20'sini cıvalar arası hat boyunca Cz'den sola doğru hareket ettirin.
      8. Kavşakta F3'e ulaşmak için %20 ileri C3 (nasion-inion çizgisine paralel olarak) ve %20 sol form Fz'yi (cıvalar arası çizgiye paralel olarak) hareket ettirin. F3'i cilt işaretleyici ile işaretleyin ve elektrot merkezini noktaya yerleştirin.
    2. F4'übulmak için, aynı prosedürü yalnızca başın sağ tarafında izleyin.
    3. P3'ün katılımcıların kafasında bulunmasını sağlamak için
      1. Yukarıda özetlendiği gibi 3.3.1.1-3.3.1.5 adımlarını izleyin (Cz, not mesafesi A ve B'yi bulun, %20'yi hesaplayın).
      2. Pz'ye (orta çizgi parietal) ulaşmak ve noktayı işaretlemek için A mesafesinin %20'sini nasion-inion boyunca Cz'den geriye doğru hareket ettirin.
      3. C3'e ulaşmak ve noktayı işaretlemek için B mesafesinin %20'sini cıvalar arası hat boyunca Cz'den sola doğru hareket ettirin.
      4. Kesişim noktasında P3'e ulaşmak için C3'ten %20 geriye (nasion-inion çizgisine paralel olarak) ve Pz'den (cıvalar arası çizgiye paralel olarak) %20 sola doğru hareket edin. P3'i cilt işaretleyici ile işaretleyin ve elektrot merkezini noktaya yerleştirin.
    4. P4'übulmak için, aynı prosedürü sadece başın sağ tarafında uygulayın.
  4. Dönüş elektrot yerleşimi
    1. Hedef elektrodu ayarlanabilir silikon kapakla sabitledikten sonra (bkz. adım adım prosedür), elektrodun kontralateral yanakla temasını sabitlemek için dönüş elektrotunu çene bandının altına yerleştirin.

Figure 3
Şekil 3: Elektrot yerleştirme şeması. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

4. Adım adım prosedür

  1. tDCS oturumundan önce
    1. Her katılımcının çalışma için etik onayda tanımlandığı şekilde dahil etme kriterlerini karşılayıp karşılanmazsa (bkz. En yaygın dahil etme/hariç tutma kriterleri için Ek).
    2. Katılımcıdan Katılımcı bilgi sayfasını doldurmasını isteyin (yaş, cinsiyet, nikotin/alkol tüketimi vb.34gibi ilgili tüm bilgiler dahil).
    3. Kurumsal inceleme kurulu etik kurallarına uyun ve katılımcıdan bilgilendirilmiş onayı imzalamasını isteyin. Bu fırsatı, geçirecekleri prosedürün temel yönlerini açıklamak ve katılımcıların sahip olabileceği soruları yanıtlamak için kullanın.
    4. Çalışma tasarımına bağlı olarak, temel bilişsel değerlendirmeyi (bellek ve/veya diğer bilişsel işlevler) gerçekleştirin.
  2. tDCS kurulumu ve uyarılması
    1. Katılımcıyı rahatça bir sandalyeye oturtun.
    2. Katılımcıdan tDCS öncesi duyumlar kontrol listesini doldurmasını ve genel durum hakkında rapor yapmasını isteyin (yani, mevcut ruh hali; tazelik / yorgunluk - bunlar tek bir Likert tipi öğe olarak veya Brief Mood Introspection Scale35gibi standartlaştırılmış anketler kullanılarak değerlendirilebilir).
    3. Ölçüm bandı kullanarak kafa önlemlerini alın.
    4. DLPFC veya PPC'yi bulmak için yukarıda açıklanan prosedürü izleyin (elektrot yerleşimi). Her katılımcı için protokol sayfasına ölçüleri yazın. Bunlar, sonraki seanslarda ölçüm alırken kontrol etmek için kullanılabilir.
    5. İlanları artırmak için, katılımcının saçını stimülasyon bölgesinden uzaklaştırın (uzun saçlı katılımcılar için tarak ve saç bantları kullanın).
    6. Stimülasyon yerinde cilt hasarı belirtileri olup olmadığını kontrol edin. Elektrotları hasarlı cilt üzerine yerleştirmekten kaçının.
    7. Yağ, kir vb.
    8. Silikon kapağı katılımcının kafasına takın ve çene kapağı ile sabitleyin. Kapağı sıkı yapmayın (bu daha sonra yapılacaktır).
    9. Sünger cepleri tuzlu su çözeltisi ile ıslatın ve elektrotları içlerine koyun. Süngerler nemli olmalı, ancak damlamamalıdır; genellikle sünger başına 10-15 mL tuzlu su çözeltisi yeterlidir. Süngerler çok kuruysa, bu yüksek dirence neden olur ve zayıf iletkenliğe, hatta devre bağlantısını kaybetmeye neden olur.
      NOT: TDCS cihazlarının çoğu direnç göstergelerine sahiptir; ancak, süngerler zaman zaman nem için kontrol edilmelidir. Öte yandan, süngerler aşırı ıslaksa, stimülasyon sırasında akımın baş boyunca kaymasına neden olabilir. Süngerlerin orta ıslak olması ve süngerler çok kurursa deney sırasında daha fazla tuzlu su çözeltisi eklemek için bir şırınna kullanılması tavsiye edilir.
    10. Sünger elektrotunu silikon kayışların altına yerleştirin ve hedef elektronun merkezini işaretli kafa konumuna yerleştirin. Geri dönüş elektrodını kontralateral yanak üzerine ayarlayın. Kapağı katılımcının kafa boyutuna ve şekline göre ayarlamak için silikon kayışları kullanın. Kapak sıkı olmalıdır, böylece elektrotlar hareket edemez, ancak katılımcı için hala rahattır.
    11. Uyarıcıyı açın, önceden tanımlanmış tDCS protokolünü seçin ve çalıştırın (aktif anodal stimülasyon veya sham).
    12. Katılımcıdan rahatlamasını isteyin ve stimülasyonun ilk birkaç dakikasında (1-3 dakika) nasıl hissettiklerini bildirmelerine izin verin. Duyumların alıştıkça veya dikkatlerini başka bir aktiviteye odaklamaya başladıklarında yavaşça kaybolacağını açıklayın.
    13. Stimülasyon etkilerine müdahale edebilecek yapılandırılmamış aktivitelerden kaçınmak için tDCS sırasında hafif bilişsel etkileşim kullanın. Örneğin, katılımcılar bilişsel görevlerin pratik denemelerini yapabilir veya stimülasyon sırasında (3-5 dakikalık stimülasyondan başlayarak) kolay hafıza oyunlarına katılabilirler. Stimülasyon sırasında bu tür bilişsel etkileşim, tDCS etkilerini teşvik etme potansiyeline sahiptir ve katılımcıların zihni tDCS kaynaklı cilt hislerinden uzak tutmalarına yardımcı olacaktır.
    14. Katılımcıdan stimülasyon sırasında nasıl hissettiklerini birden fazla kez bildirmesini isteyin (örneğin, her 5 dakikalık stimülasyonda 10 puanlık bir ölçekte tatsızlık seviyesini bildirmek için, 1 - tamamen yok, 10 - çok yoğun). Bazı katılımcılarda solgunluk dönemlerinde daha yüksek tatsızlık seviyeleri (>6) beklenebilir. Tatsızlık seviyesi 5 dakika sonra yüksek kalırsa, stimülasyonu iptal edin.
    15. Önceden tanımlanmış protokol çalıştırması geçtikten sonra uyarıcıyı kapatın.
    16. Önce sünger elektrotları çıkarın ve ardından silikon kapağı çıkarın.
    17. Katılımcıdan tDCS sonrası duyumlar denetim listesini doldurmasını ve henüz listelenmemiş yan etkiler için rapor yapmasını isteyin.
    18. Cildi işaretlendiği yerlerde temizleyin ve herhangi bir değişiklik olup olmadığını cildi inceleyin. Bir cilt reaksiyonu varsa (örneğin, lokal vazodilasyon yani yanaktaki cilt kızarıklığı), hassas cilde sahip katılımcılarda genellikle geçici bir reaksiyon olduğu için kaybolurken izleyin ve 10-15 dakika içinde kaybolmalıdır.
  3. Bellek değerlendirmesi
    1. Değerlendirmeyi katılımcılar arasında standartlaştırmak için bilgisayarlı değerlendirme araçlarını(örneğin otomatik puanlamalı bellek görevleri) kullanın. Çeşitli WM görevleri (örneğin, sözel ve mekansal 3-geri görev) ve görevleri (sözlü eşleştirilmiş öğrenme; yüz kelime cued hatırlama, nesne konumu vb.) burada bulunabilir: https://osf.io/f28ak/?view_only=f8d5e8dd71d24127b3668ac3d8769408
    2. tDCS efektlerinin bellek üzerindeki özgüllüğünü değerlendirmek için, kontrol görevlerinin, yani diğer bilişsel veya motor işlevlere dokunan görevlerin dahil edilmesi önerilir.
  4. Deneysel oturumun/çalışmanın sona erdirilmesi
    1. Çalışmadaki (son) deneysel oturumdan sonra, katılımcıdan gerçek ve sahte stimülasyon aldıkları oturumları tahmin etmeye çalışmasını isteyin. Tüm yanıtları not alın ve elde edilen oranların şans olasılığından daha yüksek olup olmadığını görün. Değilse, kör etme başarılı oldu. Katılımcılar gerçeği sahte stimülasyondan ayırt edebildiyse, doğru tahmin edilenler ve başarısız körleşmenin tDCS etkilerini etkileyip etkilemediğini kontrol etmeyenler için verileri analiz edin.
    2. Etik kurallar doğrultusunda, katılımcılara katılımları tamamlandıktan sonra ayrıntılı olarak bilgi verir.
  5. Deneysel seanstan sonra
    1. Süngerleri akan su ve sabunla yıkayın, böylece tuzlu su çözeltisi tamamen yıkanır. Süngerleri yerine koymadan önce tamamen kurumaya bırakın.
    2. Tarak, silikon kapak ve ölçüm bandı dahil olmak üzere tüm yeniden kullanılabilir malzemeleri temizlemek için ılık su ve alkol kullanın.
    3. Herhangi bir ekipman arızası, katılımcı tarafından yapılan ilgili yorumlar, kesintiler vb.

Representative Results

Açıklanan protokol, laboratuvarımızdaki çeşitli çalışmalarda bellek performansını artırmak için başarıyla kullanılmıştır. Bununla birlikte, benzer protokoller diğer araştırma laboratuvarlarında da kullanılmıştır (örneğin, bkz.36,37).

Çalışma belleği söz konusu olduğunda, sonuçlarımız 20 dakikalık sağ frontal tDCS'nin (F4 konumu; 1,8 mA'nın sabit akımı) sözel WM'yi geliştirdiğini, sol parietal korteks (P3 konumu) üzerinde uygulanan aynı stimülasyon protokolünün daha iyi uzamsal WM performansı ile sonuçlendiğini göstermiştir. Buna karşılık, aynı stimülasyon protokolü sol frontal (F3) ve sağ parietal (P4) kortikaller üzerinde uygulandığında anlamlı bir etkiye rastlanmadı. Şekil 4, Živanović ve ark., 202138'debildirilen verilere dayanarak tDCS tarafından üretilen elektrik alanının modellemesinin temsili sonuçlarını ve aktif ve sahte tDCS'yi takip eden performans önlemlerini göstermektedir.

Figure 4
Şekil 4: (A) Sol PPC'nin sabit anodal tDCS'nin (P3-kontralalakteral yanak montajı) mekansal çalışma belleği performansına etkileri (mekansal 3-geri görevi); (B) Sağ DLPFC'nin (F4-kontralteral yanak montajı) sabit anodal tDCS'nin sözel WM performansına (sözel 3-geri görev) etkileri. Şekil, tDCS tarafından indüklenen elektrik alanlarının simülasyonunu, görev denemelerinin ana hatlarını ve etkin ve sahte durum genelinde konu içi performansı gösterir (değerler, karşı dengelemeyi hesaba katmak için oturumun sırasına göre ortalanır, pozitif değerler ortalamanın üzerinde performansı gösterirken, negatif değerler seansta ortalama performansın altında olduğunu gösterir). Elektrot kurulumu tarafından üretilen yerel elektrik alanlarının simülasyonu COMETS2 MATLAB alet kutusu 41kullanılarak gerçekleştirilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Parietal tDCS'nin ilişkisel bellek üzerindeki etkileri tutarlı ve sağlam olmuştur. Yani, konu içi deneyler serisinde, sol PPC üzerinden 20 dakikalık tDCS'nin (P3 konumu; 1,5 mA'nın sabit akımı) yüz kelime ilişkilendirmeleri27,39,40için belleği geliştirdiğini gösterdik. Şekil 5 temsili görev ve sonuçları gösterir. Buna ek olarak, doğru PPC (P4 konumu) aynı sabit tDCS protokolü40kullanılarak uyarıldığında nesne konumu ilişkilerini değerlendiren görevinde karşılaştırılabilir etkiler gözlenmiştir.

Figure 5
Şekil 5: Sol PPC'nin sabit anodal tDCS'nin (P3-kontralalakteral yanak montajı) ilişkilendirilebilir bellek performansına etkileri (A)Yüz kelime çiftleri görevi; (B) Sol PPC'nin sabit anodal tDCS'nin (P3-kontralalakteral yanak montajı) ilişkisel bellek performansına etkileri (işarette doğru geri çağrılan kelimelerin oranı). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Teta-oscillatory tDCS gibi daha gelişmiş protokoller daha az kapsamlı bir şekilde çalışılmıştır, ancak Lang ve meslektaşları26 tarafından yapılan çalışma ve laboratuvarımızda yapılan son çalışma27, sham ile karşılaştırıldığında teta-osilatory tDCS protokolünü takiben yüz kelime AM'de iyileşme göstermiştir. Animasyonlu şekil, sol PPC üzerinden teta salınımlı tDCS tarafından indüklenen elektrik alanının simülasyonlarını göstermektedir.

Video 1. Bu Videoyu indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek. Bu dosyaları indirmek için lütfen tıklayınız. 

Discussion

Bellek üzerine yapılan tDCS çalışmasının sonucu faktörlerin sayısına bağlıdır ve bazıları örneğin örneğin, örneğin örneğin, örneğin, örneğin, yeterli istatistiksel güç, hafıza görevlerinin zorluğu ve katılımcıların motivasyonları daha önce tartışılmıştır (bkz. Berryhill, 2014). TDCS yönteminde birkaç mükemmel makalenin yanı sıra bilişsel işlevleri incelemek için tDCS uygulaması hakkında daha genel öğreticiler mevcuttur ve bellek araştırmasına da iyi uygulanabilir (bkz.17,43,44,45,46,47). Burada, deneyimlerimize dayanarak, ilgili olan ancak genellikle göz ardı edilen veya başka bir yerde yeterince ayrıntılı olarak tartışılmayan protokolün yönlerine odaklanacağız.

Dönüş elektrodunun yerleştirilmesi. Dönüş elektrodunda pasif değil negatif polarite terminalinin (yani katot) olduğunu akılda tutmak önemlidir. Bu nedenle, hedef elektrodun karşısında fizyolojik etkilere neden olabilir. Ayrıca, akım akışı, hedef elektroda bağlı olduğu kadar dönüşün konumlandırılmasına da bağlıdır. Ayrıca, akım en az direnç yolu boyunca aktığından, anot ve katot birbirine çok yakın bulunursa, akım sadece cilt yüzeyi üzerinden ve/ veya elektrotlar arasındaki beyin omurilik sıvısı yoluyla akabilir, böylece kortikal doku etkilenmez. Bu nedenlerden dolayı, dönüş elektrodunun dikkatli seçimi hedef elektronun konumu kadar önemlidir. Ekstrakraniyal katotların önemli etkiler üretme olasılığının daha yüksek olduğunu gösteren meta-analitik kanıtlarvardır 48. Bellek geliştirme için kontrallateral yanak üzerinde dönüş elektrodunun konumlandırılması, akım akış modellemesine dayanıyordu ve işlevle ilgisiz beyin bölgeleri üzerinde negatif polarite üretmenin potansiyel kafa karıştırıcı etkilerini önlemek için seçildi. Geri dönüş elektrodunun kontrallateral yanak üzerinde konumlandırılması önceki WM çalışmalarında başarıyla kullanılmıştır (bkz.36,37,38,49, ve çalışmaları27,39,40) ve diğer bilişsel işlevleri modüle etmeyi amaçlayan tDCS montajları için iyi bir seçim olarak vurgulanmıştır45.

Kör edici. Tek kör deneylerde, katılımcının kör olmasını sağlamak için, uyarıcı ve/veya izleme ekranının konumu katılımcının görüş alanından uzak olmalıdır. Bu, özellikle ünitenin ne zaman açık olduğunu gösteren ve/veya akım teslim eden ışıkları olan uyarıcılar kullanırken önemlidir. Çift kör tasarımlar için (hem katılımcı hem de deneyci uygulanan protokolden habersiz olduğunda), çift kör seçeneğini veya belirli bir cihaz için kullanılabilen benzer seçeneği kullanılmalıdır. Bu seçenek mevcut değilse, iyi uygulama iki deneyci prosedürüne sahip olmaktır. Yani, bir deneyci yalnızca stimülasyon protokolünü çalıştırmak için gelirken, sonraki bellek görevi de dahil olmak üzere katılımcıyı deney boyunca çalıştıran ve verileri analiz eden diğer deneyci, stimülasyondan hemen önce ve sırasında odadan ayrılır. Metodolojik standartlara göre, çift kör deneyler, önyargıyı veya "deneyci" etkilerini azalttığı için tek kör tasarımlara tercih edilir. Bu, klinik çalışmalar yaparken ve/veya bilişsel fonksiyonların mülakata dayalı değerlendirmelerini kullanırken son derece önemlidir. Bununla birlikte, katılımcılar performanslarını en üst düzeye çıkarmak için yüksek motivasyona sahip olduklarında (genel olarak bellek değerlendirmesinde veya bilişsel geliştirmede çoğunlukla böyledir) ve görev otomatik olarak yönetildiğinde ve otomatik olarak puanlandığında (yani, deneycinin değerlendirme aşamasında çok az veya hiç müdahalesi olmadığında) deneycinin kör edilmesi daha az sorundur.

tDCS sırasındaki etkinlik. tDCS makalelerinin yazarları, katılımcıların stimülasyon sırasında ne yaptıklarını nadiren rapor eder. Etkinlik bildirilmediğinde, genellikle katılımcılara rahatça oturmaları ve rahatlamaları talimatı verildiği ima edilir. Bununla birlikte, yapılandırılmış etkinliğin yokluğu, deneylerdeki kontrol edilemeyen "gürültünün" kaynağını temsil eder. Yani, 20 dakika oldukça uzun bir süredir, bu nedenle bazı katılımcılar rahatlamak için zaman kullanabilir (hatta uykuya dalma olasılığı ile) diğerleri tDCS hislerine odaklanabilir veya bazı tDCS ilgisiz konular hakkında geviş getirmeye veya aşırı düşünmeye başlayabilir. TDCS sırasında gerçekleştirilen işlevle ilgili ancak yorucu olmayan etkinliğin tDCS etkilerini teşvik etme potansiyeline sahip olduğunu gösteren kanıtlarvardır 50. Bu nedenlerden dolayı, denemelerimizde katılımcılar sonuç ölçüleri veya benzer bellek görevleri olarak kullanılacak bellek görevlerinin denemelerini uygularlar. Uygulama denemeleri iyi bir seçimdir, çünkü hedef işlevle aynı sinir ağlarını kullanırlar, ancak daha kolaydır ve bu nedenle katılımcılar için sinir bozucu veya yorucu değildir. Bunun yanı sıra, stimülasyon sırasında uygulama denemeleri yapmak, özellikle çalışma tasarımı tDCS sonrası tamamlanacak birden fazla görev içerdiğinde bir fayda olarak gelen tDCS'yi takip eden test süresini azalttığı bir anlamda ekonomiktir. Bununla birlikte, uygulama denemeleri genellikle 20 dakikadan çok daha kısadır, bu nedenle alternatif aktivitenin de sunulması gerekir. Bu amaçla, ortak bellek oyunları kullandık40Katılımcıları odaklanmış tutan, zaman geçirmelerine yardımcı olan ve zihni tDCS kaynaklı hislerden uzak tutan ve test ayarında genel olarak daha rahat hale getiren. TDCS sırasında gerçekleştirilecek bellek görevini seçerken akılda tutulması gereken birkaç şey, görevin zor değil aynı zamanda sıkıcı olmaması gerektiğidir (bu bağlamda% 80 başarı oranına ayarlanan uyarlanabilir görevler iyidir); görev, sonraki bellek değerlendirmesine engel olabilecek materyale sahip olmamalıdır (örneğin, yüzler ve sözcükler için belleği değerlendirirken, soyut görüntüler / şekil çiftleri kullanılabilir). Bir diğer önemli konu ise "alışkanlık dönemi"nin süresi, yani stimülasyonun başlamasından ne kadar süre sonra katılımcıların "dikkat dağıtma aktivitesini" gerçekleştirmeye başlamaları gerektiğidir. Duyum ve alışkanlık sürelerinin yoğunluğunda bireysel farklılıklar vardır, ancak katılımcıların çoğunluğu 3-5 dakikalık stimülasyondan sonra aktiviteye başlamaya hazır olacaktır.

Lülenöz hisler. Bazı katılımcılar keseli tDCS etkilerine karşı daha duyarlı olabilir, bu nedenle çok sık olmasa da, yüksek rahatsızlık seviyeleri bildirebilir. Katılımcıları deneyden önce karşılaşabilecekleri potansiyel duyumlar hakkında bilgilendirmek önemlidir. Birisi prosedürden korkuyorsa, genellikle katılımcıların süngerleri kafalarına koymadan önce ellerindeki akımı "hissetmelerine" izin veririz. Katılımcılar sürekli izlenmeli ve düzenli aralıklarla konfor ve duyum seviyeleri hakkında geri bildirimde bulunmaları istenmelidir. Katılımcı daha fazla rahatsızlık düzeyi bildirirse, her zaman denemeyi iptal etmeyi teklif edin. Katılımcıların, sordukları takdirde stimülasyonun herhangi bir zamanda durdurulabileceğinin farkında olmaları esastır. Katılımcı stimülasyonu durdurmaya karar verirse, akım yavaşça geri çevrilmelidir (stimülasyon protokolünün aniden iptal edilmesi daha da güçlü duyumlara neden olabilir). Genellikle hoş olmayan hisler durumunda, katılımcı ayarlanana kadar mevcut yoğunluğun geçici olarak en yüksek rahat seviyeye indirilmesi ve daha sonra yavaş yavaş hedef yoğunluğa geri dönmesi önerilir. Bu, özellikle klinik ortamda tDCS kullanılıyorsa, stimülasyon protokolünü durdurmak için uygun bir alternatif gibi görünmektedir. Bununla birlikte, tDCS araştırma amacıyla ve özellikle nispeten küçük örneklerde kullanıldığında, tüm katılımcıların aynı prosedürden geçmesi esastır. Bu nedenle, deneyi durdurmak, bir süredir bazı katılımcılar için stimülasyonun yoğunluğunu azaltmak için tercih edilir.

TDCS metodolojisinin raporlenmesi ve olası kafa karıştırıcılıklar için izleme. tDCS araştırma alanı, yöntemler ve önlemler konusunda son derece heterojendir, bu nedenle kör edici prosedür ve değerlendirme de dahil olmak üzere tDCS prosedürünün tüm yönlerini açıkça bildirmek önemlidir; hedefin kafa konumlandırması ve dönüş elektrodunun konumu; elektrotların boyutu ve şekli; kullanılan iletken maddenin türü (salin veya jel); akım yoğunluğu (mA) ve yoğunluk (mA/cm2)ve solma/çıkış süresi; ölçülürse empedans seviyeleri; stimülasyonun süresi (solmaya/çıkma süresi dahil); katılımcıların stimülasyon sırasında gerçekleştirilen faaliyetlerin ayrıntılı anlatımı; stimülasyonu takip eden bilişsel görevlerin zamanlaması ve süresi (varsa mola süreleri dahil). Bu tür bilgiler, yayınlanan çalışmaların standardizasyonunu ve sistematik analizini kolaylaştırır (örneğin son incelemeye bakın51). Nadiren bildirilen yönler, tDCS oturumunun günü saati, katılımcılar tarafından bildirilen yorgunluk / ruh hali seviyesi, körleşmenin başarılılığı (yani, aldıkları stimülasyon türüne ilişkin inançlar), konu içi tasarımlarda deneysel oturumların sırası vb. Bu değişkenlerin çoğunun tDCS'nin etkilerini modüle ettiği bildirilmiştir, ancak etkileri yetersiz ve tutarsız bir şekilde rapor edilmiştir. Bu nedenle, tDCS çalışmaları, kafa karıştırıcı olabilecek değişkenlerin toplanmasını ve raporlandırılmasını sağlamalıdır; iyi uygulamalar hakkında ayrıntılı bilgi için bkz.

Anodal tDCS için açıklanan protokolün standardı veya daha da fazlası için gelişmiş formunda (yani salınım modüle edilmiş tDCS) uygulanması, yalnızca bellek işlevlerinin geliştirilmesi (ve klinik popülasyonlarda prospektif kullanım) için bir anlam sağlamaz, aynı zamanda bu işlevlerin arkasındaki fonksiyonel sinir ağlarının nörobiyolojisinin araştırılmasına da izin verir.

Disclosures

Yazarların açıklayacak çelişkili çıkarları yoktur

Acknowledgments

Bu araştırma Sırbistan Cumhuriyeti Bilim Fonu, PROMIS, #6058808 no. hibe, MEMORYST tarafından desteklendi.

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

Nörobilim Sayı 175
Bellek Geliştirme için Transkraniyal Doğru Akım Stimülasyonu (tDCS)
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