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La memoria juega un papel vital en el funcionamiento diario, ya que permite recordar información sobre personas y lugares, recordar eventos pasados, aprender nuevos hechos y habilidades, así como hacer juicios y decisiones. Aquí nos centramos en dos tipos de memoria: memoria de trabajo (WM) y memoria asociativa (AM). WM nos proporciona la capacidad de mantener y almacenar temporalmente información para el procesamiento cognitivo continuo1, mientras que AM nos permite recordar múltiples piezas de experiencia o información unidas. Por lo tanto, estos dos tipos de memoria subrayan casi todas las actividades diarias. Desafortunadamente, la memoria es una de las funciones más vulnerables, ya que disminuye con el envejecimiento normal, así como debido a varios estados y condiciones patológicas. Tanto el deterioro de WM como el de AM son prominentes en el deterioro cognitivo leve2,3 y la demencia4,5, así como en el envejecimiento normal6,7. Dado que los déficits de memoria se asocian con un alto nivel de carga de enfermedad8,9 y afectan significativamente la calidad de vida10,11,12,13, existe una creciente necesidad de enfoques novedosos para la prevención y el tratamiento de la disminución de la memoria.
La estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) es una herramienta prometedora para abordar la disminución de la memoria14,15,16 y obtener una mejor comprensión de las funciones cerebrales en general17. tDCS es una técnica de estimulación cerebral no invasiva que utiliza corrientes eléctricas débiles (generalmente entre 1 mA y 2 mA) para modular la actividad cerebral al afectar la excitabilidad de la membrana neuronal. Los efectos de la tDCS dependen de la polaridad, de modo que la estimulación anodal aumenta mientras que la catodal disminuye la excitabilidad neuronal. A saber, la tDCS anodal aumenta la probabilidad de que los potenciales de acción se disparen a través de la despolarización de las membranas neuronales, facilitando así la actividad cerebral espontánea bajo el ánodo18. Además, se demuestra que el efecto del aumento de la activación no permanece localizado, sino que tiende a extenderse a otras áreas funcionalmente conectadas del sistema nervioso central. Por lo tanto, se espera que la tDCS anodal promueva funciones cognitivas que dependen de regiones cerebrales específicas y áreas cerebrales funcionalmente interconectadas, mientras que se espera que la tDCS catodal tenga el efecto contrario.
La tDCS tiene varias ventajas sobre otras técnicas de estimulación cerebral: (1) la tDCS es segura, es decir, no plantea riesgos para la salud y no produce ningún cambio estructural o funcional negativo a corto o largo plazo19; (2) la tDCS se caracteriza por una mayor tolerabilidad entre las técnicas de estimulación cerebral, ya que causa molestias mínimas a los participantes en forma de sensaciones leves de hormigueo y picazón bajo los electrodos estimulantes20; (3) tDCS es rentable: el precio de los dispositivos y la aplicación de tDCS son de diez a cien veces más bajos que otras opciones de tratamiento, lo que lo hace atractivo para los pacientes y el sistema de salud; (4) La tDCS es fácil de usar y, por lo tanto, tiene un alto potencial para aplicarse incluso en entornos domiciliados, lo que puede conducir a un mayor cumplimiento de los pacientes y a un menor costo para el personal médico y las instalaciones.
Los principales desafíos para el uso de tDCS para la mejora de la memoria son encontrar el montaje óptimo de electrodos y el protocolo de estimulación que producirá efectos confiables en la memoria. Aquí utilizamos el término montaje de electrodos para referirnos a la configuración y las posiciones de los electrodos (es decir, la colocación del electrodo objetivo y de referencia (retorno)). Debido a la naturaleza de los campos eléctricos, el electrodo de referencia (retorno) no es neutro, tiene la polaridad opuesta al electrodo objetivo y, por lo tanto, también puede ejercer efectos biológicos (neuromoduladores) en el tejido neural subyacente. Por lo tanto, la elección cuidadosa del electrodo de referencia es esencial para evitar efectos adicionales no deseados de la estimulación.
Cuando se utiliza el término protocolo de estimulación, nos referimos a los parámetros de tDCS, como la duración y la intensidad de la corriente que se aplica, así como la forma en que la intensidad de la corriente cambia con el tiempo (es decir, si la intensidad es constante a lo largo de la estimulación o cambia después de una forma de onda sinusoidal con cierta amplitud y frecuencia). Se pueden aplicar diferentes protocolos de estimulación utilizando el mismo montaje de electrodos, y el mismo protocolo se puede utilizar en diferentes montajes.
Para optimizar el montaje de electrodos, observamos las áreas cerebrales relevantes para la función y cómo los campos eléctricos inducidos por varias posiciones de los electrodos afectarían esas áreas cerebrales y, en consecuencia, las funciones cognitivas. Varias estructuras corticales y subcorticales diferentes juegan un papel importante en las funciones de la memoria, incluidas las áreas de la corteza frontal, temporal y parietal. A saber, WM está respaldado por una red neuronal generalizada que incluye corteza prefrontal lateral ventral (VLPFC) y dorsolateral (VLPFC), cortezas motoras premotoras y suplementarias, así como corteza parietal posterior (PPC)21. Para la AM y la memoria episódica en general, las estructuras dentro del lóbulo temporal medial son esenciales22. Sin embargo, las áreas asociativas de las cortezas parietal, frontal y temporal, con sus vías convergentes al hipocampo también juegan un papel importante. Debido a su posición anatómica, el hipocampo no se puede estimular directamente utilizando tDCS, y por lo tanto la mejora de las funciones de memoria dependientes del hipocampo se realiza utilizando los objetivos corticales con alta conectividad funcional al hipocampo, como la corteza parietal posterior. Por estas razones, DLPFC y PPC se utilizan con mayor frecuencia como objetivos de estimulación para mejorar la memoria. El posicionamiento de los electrodos puede refinarse aún más en función del modelado de flujo de corriente23 y validarse en estudios que combinan tDCS con técnicas de neuroimagen24.
El protocolo de estimulación más habitual es una corriente anodal constante de 1-2 mA que dura entre 10-30 minutos. El mecanismo asumido detrás de este protocolo es que el electrodo con una carga positiva aumentará la excitabilidad del tejido cortical subyacente, lo que resultará en un mejor rendimiento de la memoria posterior. A diferencia de la tDCS anodal constante, donde la intensidad de corriente permanece igual durante todo el período de estimulación, en el protocolo tDCS oscilatorio la intensidad de la corriente fluctúa a la frecuencia dada alrededor de un valor establecido. Por lo tanto, este tipo de protocolo modula no solo la excitabilidad, sino que también arrastra las oscilaciones neuronales de las áreas cerebrales relevantes. Es importante tener en cuenta que tanto para tDCS constante como oscilatorio, los electrodos conservan la misma polaridad de corriente durante toda la duración de la estimulación.
Aquí presentamos montajes de tDCS que se dirigen a nodos dentro de la red fronto-parieto-hipocampo para promover la memoria, tanto WM como AM: específicamente, dos montajes de electrodos con el electrodo objetivo sobre DLPFC izquierdo / derecho o PPC izquierdo / derecho. Además del protocolo tDCS anodal constante, esbozamos un protocolo tDCS oscilatorio theta.
Diseño del estudio
Antes de proporcionar una guía detallada sobre cómo usar tDCS para mejorar la memoria, describiremos algunas propiedades esenciales del diseño experimental que es importante considerar al planificar un estudio de tDCS sobre la memoria.
Control simulado
Para evaluar los efectos de la tDCS sobre la memoria, el estudio debe ser controlado simuladamente. Esto implica que en una de las condiciones experimentales el protocolo se asemeja a una sesión de estimulación real, pero no se da ningún tratamiento. Esta sesión falsa o simulada sirve como punto de referencia para comparar el rendimiento siguiendo tDCS real y hacer inferencias sobre su efectividad. Comúnmente, en el protocolo simulado, la corriente se aplica solo durante un breve período, generalmente hasta 60 segundos al principio y al final de la estimulación simulada como un aumento seguido de una rampa descendente inmediata (es decir, desvanecimiento / desvanecimiento, hasta 30 segundos cada uno). De esta manera se asegura que la duración de la estimulación es insuficiente para producir efectos conductuales o fisiológicos. Dado que las sensaciones locales de la piel / cuero cabelludo suelen ser más pronunciadas al principio y al final de la estimulación (debido a los cambios en la intensidad actual), las sensaciones inducidas en todos los protocolos son comparables y difíciles de distinguir25. De esta manera, el participante queda cegado sobre si la estimulación es real o no, lo cual es especialmente importante en los diseños dentro del sujeto.
Además del control simulado, para evaluar la especificidad de los efectos de los protocolos oscilatorios, también es recomendable tener una condición de control activo. Por ejemplo, el control activo para el protocolo oscilatorio puede ser la estimulación anodal constante de la misma intensidad26,27,o la estimulación oscilatoria en diferentes frecuencias, por ejemplo, theta vs gamma28.
Diseño dentro o entre sujetos.
En el diseño dentro de los sujetos, cada participante se somete a tDCS real y simulado, mientras que en el diseño entre sujetos un grupo de participantes recibe tDCS real y el otro grupo recibe tDCS simulado. La principal ventaja del diseño dentro del sujeto es un mejor control de los factores de confusión específicos del sujeto. Es decir, las diferencias individuales en anatomía y habilidades cognitivas se controlan mejor para cuando cada participante se compara con su yo. Sin embargo, dado que el diseño dentro del sujeto debe aplicarse de manera cruzada (es decir, la mitad de los participantes reciben tDCS real en la primera sesión y simulación en la segunda sesión, mientras que la otra mitad de los participantes reciben tDCS simulada primero y tDCS real segundo), este diseño puede no ser óptimo para estudios clínicos y de capacitación, así como para estudios que involucran varias sesiones de tDCS durante días consecutivos. porque el diseño cruzado puede dar lugar a líneas de base desiguales entre los brazos cruzados. Por lo tanto, el diseño dentro del sujeto es el más adecuado cuando se evalúan los efectos conductuales o fisiológicos de una sola sesión de tDCS, y cuando las líneas de base desiguales no se consideran un problema para la hipótesis de investigación. En el diseño dentro del sujeto que evalúa los efectos de una sola sesión de tDCS, es una buena práctica mantener 7 días entre la sesión de tDCS real y la sesión simulada de tDCS para evitar efectos de arrastre (sin embargo, algunos estudios sugieren que los períodos de lavado aún más cortos no afectan significativamente los resultados29,30) y utilizar formas paralelas de tareas de memoria en orden contrabalanceado para minimizar los efectos de entrenamiento y aprendizaje entre sesiones.
Cuando se utiliza el diseño entre sujetos, el grupo de control debe ser cuidadosamente emparejado para el rendimiento inicial, así como otras características relevantes que se sabe que son relevantes para la efectividad de la tDCS. La asignación aleatoria de grupos puede no ser el mejor enfoque en tamaños de muestra pequeños (por ejemplo, <100), ya que puede conducir a una coincidencia subóptima. En cualquier caso, el rendimiento de referencia debe tenerse en cuenta en el análisis estadístico.
Tamaño de la muestra.
Una de las preguntas frecuentes es "cuántos participantes se necesitan para detectar los efectos de la tDCS". La respuesta a esta pregunta depende de varios aspectos del estudio, incluido el diseño experimental, los tamaños de los efectos esperados, el tipo de análisis estadístico, etc. Los tamaños de muestra en los experimentos de estimulación cerebral a menudo son demasiado pequeños, y se estima que los estudios en este campo pierden alrededor del 50% de los verdaderos resultados positivos porque tienen poca potencia31. El análisis de potencia permite determinar el tamaño de muestra adecuado para cada experimento específico en función del diseño del estudio y el tamaño del efecto esperado para el análisis estadístico planificado. El análisis de potencia se puede realizar en entorno R o utilizando software especializado libre como G*Power32,y siempre debe realizarse a priori (es decir, antes del experimento). La potencia debe establecerse en >.80 (idealmente .95) y el tamaño del efecto esperado en las tareas de memoria después de una sola sesión de tDCS suele estar entre .15-.20 (η2),es decir, Cohen f 0.42-0.50. Por lo tanto, generalmente se necesita inscribir a 20-30 participantes en total para el experimento dentro del sujeto y 30-40 participantes por grupo para el estudio entre sujetos, para lograr un poder satisfactorio y, por lo tanto, disminuir el error de tipo II. Sin embargo, el tamaño de la muestra depende del número de otros factores, incluido el análisis planificado y la sensibilidad de las medidas de comportamiento que se utilizan. Por lo tanto, idealmente, uno ejecutaría un experimento inicial para comprender los tamaños de efecto para el diseño específico y usar esos datos como entrada para el análisis de potencia. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la ejecución de un experimento piloto en solo unos pocos participantes conducirá a estimaciones defectuosas y poco confiables de los tamaños del efecto. Por lo tanto, si los recursos son limitados, es mejor confiar en los estudios previos con resultados comparables y adoptar un enfoque ligeramente más conservador, es decir, estimando tamaños de efecto algo más pequeños que los informados en la literatura.
Medidas de resultado
Para evaluar la efectividad de la tDCS en la memoria, es necesario seleccionar tareas de comportamiento adecuadas. De hecho, la elección de la tarea de memoria es uno de los aspectos cruciales del diseño del estudio, porque la capacidad de detectar el efecto tDCS depende directamente de la sensibilidad de la tarea. El desafío aquí es que la mayoría de las herramientas estandarizadas de evaluación de la memoria o las tareas neuropsicológicas clásicas pueden no ser lo suficientemente sensibles como para detectar los efectos de la tDCS en poblaciones específicas. Además, la mayoría de las tareas estandarizadas no están disponibles en dos o más formas paralelas y, por lo tanto, no se pueden utilizar en diseños dentro de los sujetos. Por esa razón, la mayoría de los estudios de memoria tDCS utilizan tareas de compilación personalizada. Al diseñar o seleccionar la medida de resultado, uno debe asegurarse de que la tarea sea: (1) medida focal / selectiva de la función de memoria de interés; (2) sensible (es decir, que la escala es lo suficientemente fina como para detectar incluso pequeños cambios); (3) desafiante para los participantes (es decir, que la dificultad de la tarea es suficiente y, por lo tanto, evitar los efectos de celling); (4) confiable (es decir, que el error de medición se minimice tanto como sea posible). Por lo tanto, se deben utilizar formas de tareas de memoria estrictamente paralelas validadas empíricamente, que tengan un número suficiente de ensayos, tanto para garantizar la sensibilidad de la medida como para maximizar su fiabilidad. Idealmente, las tareas deben probarse previamente en un grupo muestreado de la misma población que los participantes del experimento para garantizar que no se pueda lograr el máximo rendimiento y que los formularios de tareas tengan índices iguales de dificultad. Finalmente, es mejor utilizar tareas computarizadas siempre que sea posible, ya que permiten una duración controlada y un tiempo preciso. De esta manera, los investigadores pueden asegurarse de que todos los participantes se sometan a una evaluación de la memoria al mismo tiempo con respecto al momento de la estimulación (ya sea durante o después de la tDCS). La duración de cada tarea o bloque de tareas no debe ser superior a 10 minutos, para evitar la fatiga y la fluctuación en los niveles de atención; la evaluación cognitiva no debe durar más de 90 minutos en total (incluidas las tareas tanto durante como después de la tDCS).