Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) w celu poprawy pamięci

Podsumowanie

Przedstawiono protokół poprawy pamięci za pomocą przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) ukierunkowanej na grzbietowo-boczne kory przedczołowej i tylnej kory ciemieniowej, jako główne węzły korowe w sieci hipokampowo-korowej. Protokół został dobrze oceniony w badaniach z udziałem zdrowych uczestników i ma również zastosowanie w badaniach nad starzeniem się i demencją.

Streszczenie

Poprawa pamięci jest jednym z największych wyzwań w neuronauce kognitywnej i neurorehabilitacji. Wśród różnych technik stosowanych do poprawy pamięci, przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) staje się szczególnie obiecującym narzędziem do poprawy funkcji pamięci w sposób nieinwazyjny. W tym miejscu przedstawiamy protokół tDCS, który można zastosować do poprawy pamięci w badaniach z udziałem zdrowych uczestników, a także w badaniach nad starzeniem się i demencją. Protokół wykorzystuje słaby stały prąd anodowy do stymulacji celów korowych w sieci funkcjonalnej korowo-hipokampowej zaangażowanej w procesy pamięciowe. Elektrodę docelową umieszcza się albo w tylnej korze ciemieniowej (PPC), albo w grzbietowo-bocznej korze przedczołowej (DLPFC), podczas gdy elektrodę powrotną umieszcza się poza czaszką (tj. na przeciwległym policzku). Ponadto przedstawiamy bardziej zaawansowaną metodę oscylacyjnego tDCS, naśladującą naturalny rytm mózgu w celu promowania funkcji pamięci zależnych od hipokampa, które można zastosować w sposób spersonalizowany i niespersonalizowany. Przedstawiono poglądowe wyniki poprawy pamięci asocjacyjnej i operacyjnej po pojedynczych sesjach tDCS (20 minut), w których zastosowano opisane montaże elektrod o natężeniu prądu od 1,5 mA do 1,8 mA. Na koniec omawiamy kluczowe kroki w protokole i decyzje metodologiczne, które należy podjąć podczas projektowania badania tDCS dotyczącego pamięci.

Wprowadzenie

Pamięć odgrywa istotną rolę w codziennym funkcjonowaniu, ponieważ umożliwia zapamiętywanie informacji o ludziach i miejscach, przypominanie sobie przeszłych wydarzeń, poznawanie nowych faktów i umiejętności, a także dokonywanie osądów i decyzji. Tutaj skupiamy się na dwóch rodzajach pamięci - pamięci roboczej (WM) i pamięci asocjacyjnej (AM). WM daje nam możliwość tymczasowego utrzymywania i przechowywania informacji do ciągłego przetwarzania poznawczego¹, podczas gdy AM umożliwia nam zapamiętywanie wielu fragmentów doświadczenia lub informacji powiązanych ze sobą. Dlatego te dwa rodzaje pamięci podkreślają prawie wszystkie codzienne czynności. Niestety, pamięć jest jedną z najbardziej wrażliwych funkcji, ponieważ pogarsza się wraz z normalnym starzeniem się, a także z powodu różnych stanów i stanów patologicznych. Zarówno spadek WM, jak i AM jest widoczny w łagodnych zaburzeniach poznawczych^2,3 i dementia^4,5, a także w normalnym starzeniu się^6,7. Ponieważ deficyty pamięci są związane z wysokim poziomem obciążenia chorobą^8,9 i znacząco wpływają na jakość życia^10,11,12,13, rośnie zapotrzebowanie na nowatorskie podejścia do zapobiegania i leczenia pogorszenia pamięci.

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) jest obiecującym narzędziem do walki ze spadkiem pamięci^14,15,16 i lepsze zrozumienie funkcji mózgu w ogóle¹⁷. tDCS to nieinwazyjna technika stymulacji mózgu, która wykorzystuje słabe prądy elektryczne (zwykle od 1 mA do 2 mA) do modulowania aktywności mózgu poprzez wpływ na pobudliwość błony neuronalnej. Efekty tDCS są zależne od polaryzacji, tak że stymulacja anodowa wzrasta, podczas gdy katodowa zmniejsza pobudliwość neuronów. Mianowicie, anodowy tDCS zwiększa prawdopodobieństwo wyzwolenia potencjałów czynnościowych poprzez depolaryzację błon neuronalnych, ułatwiając w ten sposób spontaniczną aktywność mózgu pod anode¹⁸. Ponadto wykazano, że efekt zwiększonej aktywacji nie pozostaje zlokalizowany, ale ma tendencję do rozprzestrzeniania się na inne funkcjonalnie połączone obszary ośrodkowego układu nerwowego. Oczekuje się zatem, że anodowy tDCS będzie promował funkcje poznawcze, które opierają się na docelowych regionach mózgu i funkcjonalnie połączonych obszarach mózgu, podczas gdy oczekuje się, że katodowy tDCS będzie miał odwrotny skutek.

tDCS ma kilka zalet w porównaniu z innymi technikami stymulacji mózgu: (1) tDCS jest bezpieczny, tzn. nie stanowi zagrożenia dla zdrowia i nie powoduje żadnych negatywnych krótko- lub długoterminowych zmian strukturalnych lub funkcjonalnych¹⁹; (2) tDCS charakteryzuje się najwyższą tolerancją wśród technik stymulacji mózgu, ponieważ powoduje minimalny dyskomfort u uczestników w postaci łagodnego mrowienia i swędzenia pod elektrodami stymulującymi20; (3) tDCS jest opłacalny - cena urządzeń i aplikacji tDCS jest od dziesięciu do stu razy niższa niż w przypadku innych opcji leczenia, co czyni go atrakcyjnym dla pacjentów i systemu opieki zdrowotnej; (4) tDCS jest łatwy w użyciu, a zatem ma duży potencjał do stosowania nawet w warunkach domowych, co może prowadzić do większej zgodności pacjentów i zmniejszenia kosztów ponoszonych przez personel medyczny i placówki medyczne.

Głównym wyzwaniem dla wykorzystania tDCS do poprawy pamięci jest znalezienie optymalnego protokołu montażu elektrod i stymulacji, który zapewni niezawodne efekty na pamięć. Tutaj używamy terminu montaż elektrod w odniesieniu do konfiguracji i położenia elektrod (tj. Umiejscowienia elektrody docelowej i referencyjnej (powrotnej). Ze względu na charakter pól elektrycznych, elektroda referencyjna (powrotna) nie jest neutralna - ma biegunowość przeciwną do elektrody docelowej - a zatem może również wywierać biologiczne (neuromodulacyjne) działanie na leżącą poniżej tkankę nerwową. Dlatego staranny dobór elektrody referencyjnej jest niezbędny, aby uniknąć niepożądanych dodatkowych efektów stymulacji.

Używając terminu protokół stymulacji, odnosimy się do parametrów tDCS, takich jak czas trwania i intensywność prądu, który jest stosowany, a także sposób, w jaki intensywność prądu zmienia się w czasie (tj. czy intensywność jest stała przez cały czas stymulacji, czy zmienia się zgodnie z sinusoidalnym kształtem fali o określonej amplitudzie i częstotliwości). Różne protokoły stymulacji mogą być stosowane przy użyciu tego samego montażu elektrod i ten sam protokół może być używany w różnych montażach.

Aby zoptymalizować montaż elektrod, przyglądamy się obszarom mózgu związanym z funkcjonowaniem i temu, jak pola elektryczne wywołane różnymi pozycjami elektrod wpłynęłyby na te obszary mózgu, a co za tym idzie, na funkcje poznawcze. Kilka różnych struktur korowych i podkorowych odgrywa znaczącą rolę w funkcjach pamięci - w tym obszary kory czołowej, skroniowej i ciemieniowej. Mianowicie, WM jest wspierany przez rozległą sieć neuronową, która obejmuje grzbietowo-boczną (DLPFC) i brzuszną boczną korę przedczołową (VLPFC), przedruchową i dodatkową korę ruchową, a także tylną korę ciemieniową (PPC)²¹. Dla AM i pamięci epizodycznej w ogóle, struktury w obrębie przyśrodkowego płata skroniowego są niezbędne²². Jednak obszary asocjacyjne kory ciemieniowej, czołowej i skroniowej, z ich zbieżnymi ścieżkami do hipokampa, również odgrywają znaczącą rolę. Ze względu na swoje anatomiczne położenie, hipokamp nie może być bezpośrednio stymulowany za pomocą tDCS, a zatem wzmocnienie funkcji pamięci zależnych od hipokampa odbywa się za pomocą celów korowych o wysokiej funkcjonalnej łączności z hipokampem, takich jak tylna kora ciemieniowa. Z tych powodów DLPFC i PPC są najczęściej używane jako cele stymulacji w celu poprawy pamięci. Pozycjonowanie elektrod można jeszcze bardziej udoskonalić w oparciu o modelowanie przepływu prądu²³ i zwalidować w badaniach, które łączą tDCS z technikami neuroobrazowania²⁴.

Najczęstszym protokołem stymulacji jest stały prąd anodowy 1-2 mA, który trwa od 10 do 30 minut. Zakłada się, że mechanizm stojący za tym protokołem polega na tym, że elektroda z dodatnim ładunkiem zwiększy pobudliwość leżącej pod spodem tkanki korowej, co z kolei spowoduje poprawę późniejszej wydajności pamięci. W przeciwieństwie do stałego anodowego tDCS, gdzie natężenie prądu pozostaje takie samo przez cały okres stymulacji, w oscylacyjnym protokole tDCS natężenie prądu waha się z zadaną częstotliwością wokół ustalonej wartości. Dlatego ten rodzaj protokołu moduluje nie tylko pobudliwość, ale także porywa oscylacje neuronalne odpowiednich obszarów mózgu. Ważne jest, aby pamiętać, że zarówno w przypadku stałego, jak i oscylacyjnego tDCS elektrody zachowują tę samą polaryzację prądu przez cały czas trwania stymulacji.

Tutaj prezentujemy montaże tDCS, które celują w węzły w sieci czołowo-ciemieniowo-hipokampowej w celu promowania pamięci - zarówno WM, jak i AM: w szczególności dwa montaże elektrod z elektrodą docelową nad lewym/prawym DLPFC lub lewym/prawym PPC. Oprócz stałego protokołu tDCS z anodą przedstawiamy protokół oscylacyjny theta tDCS.

Projekt badania
Zanim przedstawimy szczegółowy przewodnik na temat wykorzystania tDCS do poprawy pamięci, przedstawimy kilka podstawowych właściwości projektu eksperymentalnego, które należy wziąć pod uwagę podczas planowania badania tDCS nad pamięcią.

Kontrola pozorna
Aby ocenić wpływ tDCS na pamięć, badanie musi być kontrolowane pozorowano. Oznacza to, że w jednym z warunków eksperymentalnych protokół przypomina prawdziwą sesję stymulacji, ale nie stosuje się leczenia. Ta fałszywa lub pozorowana sesja służy jako punkt odniesienia do porównania wydajności po prawdziwym tDCS i wyciągnięcia wniosków na temat jego skuteczności. Zwykle w protokole pozorowanym prąd jest stosowany tylko przez krótki okres - zwykle do 60 sekund na początku i na końcu pozorowanej stymulacji jako wzrost, po którym następuje natychmiastowe zmniejszanie (tj. pojawianie się/zanikanie, do 30 sekund każdy). W ten sposób zapewnia się, że czas trwania stymulacji jest niewystarczający do wywołania jakichkolwiek efektów behawioralnych lub fizjologicznych. Ponieważ miejscowe odczucia skórne/skóry głowy są zwykle najbardziej wyraźne na początku i na końcu stymulacji (ze względu na zmiany intensywności prądu), odczucia wywołane we wszystkich protokołach są porównywalne i trudne do odróżnienia²⁵. W ten sposób uczestnik jest zaślepiony na to, czy stymulacja jest prawdziwa, czy nie, co jest szczególnie ważne w projektach wewnątrzobiektowych.

Oprócz kontroli pozorowanej, aby ocenić specyficzność efektów protokołów oscylacyjnych, zaleca się również posiadanie aktywnego warunku kontroli. Na przykład, aktywną kontrolą protokołu oscylacyjnego może być stała stymulacja anodowa o tej samej intensywności^26,27, lub stymulacja oscylacyjna o różnej częstotliwości, np. theta vs gamma²⁸.

Projektowanie wewnątrz- lub międzyprzedmiotowe.
W projektowaniu wewnątrzobiektowym każdy uczestnik przechodzi zarówno rzeczywisty, jak i pozorowany tDCS, podczas gdy w projektowaniu międzyobiektowym jedna grupa uczestników otrzymuje rzeczywisty, a druga grupa otrzymuje pozorowany tDCS. Główną zaletą projektowania wewnątrzobiektowego jest lepsza kontrola zakłóceń specyficznych dla danego obiektu. Oznacza to, że indywidualne różnice w anatomii i zdolnościach poznawczych są najlepiej kontrolowane, gdy każdy uczestnik jest porównywany ze sobą. Jednakże, ponieważ projektowanie wewnątrzobiektowe musi być stosowane w sposób krzyżowy (tj. połowa uczestników otrzymuje prawdziwy tDCS w pierwszej sesji i pozorowany w drugiej sesji, podczas gdy druga połowa uczestników otrzymuje najpierw pozorowany, a prawdziwy tDCS w drugiej), ten projekt może nie być optymalny dla badań klinicznych i szkoleniowych, a także badań obejmujących kilka sesji tDCS w ciągu kolejnych dni. Ponieważ konstrukcja zwrotnicy może powodować nierówne linie bazowe między ramionami zwrotnicy. W związku z tym projektowanie wewnątrzobiektowe najlepiej sprawdza się przy ocenie behawioralnych lub fizjologicznych skutków pojedynczej sesji tDCS oraz gdy nierówne wartości wyjściowe nie są uważane za problem dla hipotezy badawczej. W projektowaniu wewnątrzobiektowym oceniającym efekty pojedynczej sesji tDCS dobrą praktyką jest zachowanie 7 dni między rzeczywistą a pozorowaną sesją tDCS, aby uniknąć efektów przeniesienia (jednak niektóre badania sugerują, że nawet krótsze okresy wymywania nie wpływają znacząco na wyniki^29,30) oraz używanie równoległych form zadań pamięciowych w przeciwstawnej kolejności, aby zminimalizować efekty treningu i uczenia się między sesjami.

Gdy stosowany jest projekt międzyobiektowy, grupa kontrolna powinna być starannie dobrana pod kątem wyjściowej wydajności, jak również innych istotnych cech, o których wiadomo, że mają znaczenie dla skuteczności tDCS. Losowy przydział grup może nie być najlepszym podejściem w przypadku małych wielkości prób (np. <100), ponieważ może prowadzić do nieoptymalnego dopasowania. W obu przypadkach wyniki wyjściowe powinny być uwzględniane w analizie statystycznej.

Wielkość próby.
Jednym z najczęściej zadawanych pytań jest "ilu uczestników potrzeba, aby wykryć efekty tDCS". Odpowiedź na to pytanie zależy od kilku aspektów badania, w tym projektu eksperymentu, oczekiwanych rozmiarów efektów, rodzaju analizy statystycznej itp. Wielkość próby w eksperymentach ze stymulacją mózgu jest często zbyt mała i szacuje się, że badania w tej dziedzinie pomijają około 50% prawdziwie pozytywnych wyników, ponieważ są zbyt słabe³¹. Analiza mocy umożliwia określenie odpowiedniej wielkości próby dla każdego konkretnego eksperymentu w oparciu o projekt badania i oczekiwaną wielkość efektu dla planowanej analizy statystycznej. Analiza mocy może być przeprowadzona w środowisku R lub za pomocą darmowego specjalistycznego oprogramowania, takiego jak G*Power³², i zawsze powinna być wykonywana a priori (tj. przed eksperymentem). Moc powinna być ustawiona na >,80 (najlepiej 0,95), a oczekiwany rozmiar efektu na zadania pamięci po pojedynczej sesji tDCS wynosi zwykle między 0,15-0,20 (η²), tj. Cohen f 0,42-0,50. W związku z tym zazwyczaj należy zapisać łącznie 20-30 uczestników na eksperyment wewnątrzobiektowy i 30-40 uczestników na grupę na badanie międzyprzedmiotowe, aby osiągnąć zadowalającą moc, a tym samym zmniejszyć błąd typu II. Jednak wielkość próby zależy od liczby innych czynników, w tym planowanej analizy i wrażliwości stosowanych miar zachowania. Dlatego idealnie byłoby przeprowadzić wstępny eksperyment, aby zrozumieć rozmiary efektów dla konkretnego projektu i wykorzystać te dane jako dane wejściowe do analizy mocy. Należy jednak pamiętać, że przeprowadzenie eksperymentu pilotażowego na zaledwie kilku uczestnikach doprowadzi do błędnych i niewiarygodnych szacunków wielkości efektu. W związku z tym, jeśli zasoby są ograniczone, lepiej jest polegać na poprzednich badaniach o porównywalnych wynikach i przyjąć nieco bardziej konserwatywne podejście, tj. szacując nieco mniejsze rozmiary efektu niż podane w literaturze.

Miary wyników
Aby ocenić skuteczność tDCS w odniesieniu do pamięci, należy dobrać odpowiednie zadania behawioralne. W rzeczywistości wybór zadania pamięciowego jest jednym z kluczowych aspektów projektu badania, ponieważ zdolność do wykrycia efektu tDCS zależy bezpośrednio od czułości zadania. Wyzwanie polega na tym, że większość standaryzowanych narzędzi oceny pamięci lub klasycznych zadań neuropsychologicznych może nie być wystarczająco czuła, aby wykryć efekty tDCS w określonych populacjach. Co więcej, większość ustandaryzowanych zadań nie jest dostępna w dwóch lub więcej równoległych formach i dlatego nie może być używana w projektach wewnątrzprzedmiotowych. Z tego powodu większość badań pamięci tDCS korzysta z niestandardowych zadań kompilacji. Projektując lub wybierając miarę wyniku, należy upewnić się, że zadanie jest: (1) ogniskowym/selektywnym pomiarem interesującej nas funkcji pamięci; (2) czuły (tj. że skala jest wystarczająco drobna, aby wykryć nawet niewielkie zmiany); (3) wyzwanie dla uczestników (tj. że trudność zadania jest wystarczająca, a tym samym pozwala uniknąć efektu cellingu); (4) niezawodny (tj. że błąd pomiaru jest zminimalizowany w jak największym stopniu). Dlatego należy stosować empirycznie potwierdzone, ściśle równoległe formy zadań pamięciowych, które mają wystarczającą liczbę prób - zarówno w celu zapewnienia czułości pomiaru, jak i maksymalizacji jego wiarygodności. Idealnie byłoby, gdyby zadania zostały wstępnie przetestowane na grupie pobranej z tej samej populacji, co uczestnicy eksperymentu, aby upewnić się, że maksymalna wydajność nie jest osiągalna i że formularze zadań mają równe wskaźniki trudności. Wreszcie, najlepiej jest używać zadań komputerowych, gdy tylko jest to możliwe, ponieważ pozwalają one na kontrolowany czas trwania i precyzyjne wyczucie czasu. W ten sposób naukowcy mogą upewnić się, że wszyscy uczestnicy przechodzą ocenę pamięci w tym samym czasie w odniesieniu do czasu stymulacji (podczas lub po tDCS). Czas trwania każdego zadania lub bloku zadań nie powinien być dłuższy niż 10 minut, aby uniknąć zmęczenia i wahań poziomu koncentracji; ocena poznawcza nie powinna być dłuższa łącznie niż 90 minut (w tym zadania zarówno w trakcie, jak i po tDCS).

Protokół

Ta procedura została zatwierdzona przez Instytucjonalną Komisję Etyki i jest zgodna z Deklaracją Helsińską i wytycznymi dotyczącymi badań na ludziach.

1. Materiały

UWAGA: Na każdą sesję tDCS przygotuj następujące materiały (Rysunek 1).

1. Zaopatrz się w urządzenie tDCS - używaj wyłącznie urządzenia tDCS zasilanego bateryjnie lub podłączonego do sieci optycznie izolowanego urządzenia tDCS. Urządzenie powinno pełnić funkcję stymulatora prądu stałego o maksymalnej mocy ograniczonej najlepiej do zakresu kilku miliamperów. Wyrób musi posiadać aprobatę prawną do stosowania u ludzi.
2. Zaopatrz się w elektrody gumowe - użyj elektrod kwadratowych o wymiarach 5 cm x 5 cm lub^{25 cm 2} elektrod okrągłych. Elektrody te będą miały gęstość prądu od 0,06 mA/^cm2 do 0,08 mA/^cm2 dla prądów odpowiednio 1,5 mA-2 mA.
3. Przygotuj kieszenie na gąbkę, które pasują do gumowych elektrod. Jeśli kieszeń na gąbkę jest zbyt duża, zwiększy to powierzchnię kontaktu ze skórą.
4. Przygotować roztwór soli fizjologicznej (standard 0,9% NaCl).
5. Przygotuj alkohol (70%).
6. Zaopatrz się w regulowaną silikonową nasadkę - można również użyć pasków na głowę, jednak silikonowe nakładki EEG mogą być lepiej dopasowane do rozmiaru i kształtu głowy uczestników, dzięki czemu są wygodniejsze do umieszczania elektrod.
7. Zaopatrz się w taśmę mierniczą (elastyczną; plastikową lub wstążkową).
8. Zaopatrz się w marker do skóry - markery do skóry w kredkach lub różne produkty do makijażu (np. kredkę do oczu lub kredkę do cieni do powiek), te ostatnie mogą być jeszcze wygodniejsze, ponieważ są testowane dermatologicznie i łatwo usuwalne.
9. Zaopatrz się w waciki.
10. Zaopatrz się w grzebień i jednorazowe mini silikonowe opaski do włosów.
11. Zaopatrzyć się w strzykawkę lub plastikową pipetę.
12. Przygotuj arkusz protokołu - wypełnij formularz, w którym znajdziesz podstawowe informacje o sesji, tj. identyfikator uczestnika, identyfikator badania, datę, godziny, notatki itp. (przykład znajduje się w Załączniku).
13. Przygotuj tabelę z wstępnie obliczonymi wymiarami głowy, aby pomóc w umieszczeniu elektrod.
    UWAGA: Aby przyspieszyć proces i zmniejszyć możliwość wystąpienia błędów, zaleca się wcześniejsze przygotowanie tej tabeli. Pomiar oparty jest na systemie umieszczania elektrod 10-20 EEG; Wartości używane do obliczeń to odległości przeduszne Nasion-inion/lewo-prawo-uszne (patrz poniżej). Tabela podaje wartości 20% dla zakresu wartości odległości. Stwierdziliśmy, że najwygodniej jest umieścić tabelę w arkuszu protokołu (Dodatek).
14. Przygotuj kwestionariusze. Dla każdej sesji zbieraj dane na temat odczuć i skutków ubocznych przed i po tDCS; odczucia i poziom (nie)przyjemności podczas tDCS; nastrój i ogólny stan subiektywny, tj. świeżość/zmęczenie.

Rysunek 1: Materiały do eksperymentu tDCS (szczegóły w tekście). 1) urządzenie tDCS; 2) elektrody; 3) gąbki; 4) roztwór soli fizjologicznej; 5) alkohol; 6) silikonowa nasadka; 7) taśma miernicza; 8) kredka do skóry; 9) płatki kosmetyczne; 10) grzebienie i silikonowe opaski do włosów; 11) strzykawka Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

2. Programowanie protokołów stymulacji

UWAGA: Dokładne kroki w programowaniu protokołu tDCS różnią się w zależności od systemu/urządzenia tDCS. Jednak wszystkie urządzenia tDCS zapewniają podstawowe funkcje - zdolność do wytwarzania stałego prądu o pożądanej intensywności stymulacji, możliwość stopniowego zwiększania i zmniejszania oraz metodę ustawiania czasu trwania stymulacji. Bardziej zaawansowane protokoły, takie jak theta-oscillatory tDCS, wymagają urządzeń/systemów, które pozwalają na tworzenie niestandardowych protokołów stymulacji.

1. Stała anoda tDCS
   1. Zdefiniuj standardowy protokół tDCS z anodą o stałej stałej (Rysunek 2A) jako: (1) okres zanikania wynoszący 30 sekund, kiedy natężenie prądu jest stopniowo zwiększane od 0 mA do natężenia docelowego (zwykle używamy 1,5 mA, ale można również użyć innych intensywności, pod warunkiem, że mieszczą się w granicach bezpieczeństwa); (2) okres stymulacji, podczas którego dostarczany jest prąd stały o natężeniu docelowym (np. 1,5 mA); oraz (3) okres zanikania wynoszący 30 sekund, gdy natężenie prądu jest stopniowo zmniejszane do 0 mA.

Rysunek 2: Protokoły tDCS: (A) Stała anoda tDCS; (B) Oscylacyjny tDCS Theta; (3) Fałszywy tDCS. Zanikanie okresu jest oznaczone na pomarańczowo; Okres zanikania jest zaznaczony na zielono. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

2. Oscylacyjny tDCS Theta
   1. Oscylacyjny tDCS dostarcza prąd o różnym natężeniu, ale nie zmienia polaryzacji (Rysunek 2B). Dlatego zdefiniuj przebieg, w którym dostarczany jest prąd, w następujący sposób: (1) okres zanikania wynoszący 30 sekund, kiedy natężenie prądu jest stopniowo zwiększane od 0 mA do natężenia docelowego (np. 1,5 mA); (2) okres stymulacji wynoszący 19 minut, w którym prąd oscyluje wokół natężenia docelowego w określonym zakresie amplitudy (stosujemy oscylacje ± 0,5 mA natężenia celu) w wybranej częstotliwości (zazwyczaj używamy częstotliwości 5 Hz jako reprezentatywnej dla rytmu theta); oraz (3) okres zanikania wynoszący 30 sekund, aby doprowadzić natężenie prądu do 0 mA.
      UWAGA: Protokół ten może być generowany przez dowolne eksperymentalne oprogramowanie sterujące (np. CED Signal) i dostarczany przez inteligentny interfejs (np. Seria urządzeń CED 1401), który jest kompatybilny z urządzeniem tDCS, które ma być używane. Niektóre bardziej zaawansowane dedykowane systemy przezczaszkowej stymulacji elektrycznej (tES) oprócz tDCS mogą również dostarczać prąd przemienny (tACS) i stymulację szumem losowym (tRNS). Mogą być również używane do generowania oscylacyjnego protokołu tDCS. Na przykład w StarStim protokół theta-oscillatory tDCS jest zdefiniowany jako liniowa kombinacja tDCS (1,5 mA) i tACS (±0,5 mA, 5 Hz). Ten rodzaj protokołu można spersonalizować w tym sensie, że nie wszyscy uczestnicy otrzymują stymulację oscylacyjną w tej samej częstotliwości (tj. 5 Hz), ale że częstotliwość jest dostosowana do dominującej częstotliwości w paśmie theta dla każdej osoby (np. Osoba 1: 5 Hz, Osoba 2: 6 Hz, Osoba 3: 4,5 Hz itp.).

3. Fałszywy tDCS
   1. Użyj pozorowanego protokołu o takim samym czasie trwania jak stały/oscylacyjny tDCS (Rysunek 2C). Mianowicie, zdefiniuj go jako: (1) pierwszy okres zanikania/zanikania, w którym prąd jest stopniowo zwiększany do natężenia docelowego (np. 1.5 mA) i stopniowo zmniejszany do 0 mA w ciągu pierwszych 60 sekund (2) 18 minut 0 mA, oraz (3) drugi okres pojawiania się/zanikania, który ponownie trwa 60 sekund.
      UWAGA: Alternatywnym podejściem byłoby użycie bardzo niskiego natężenia prądu przez cały okres stymulacji (20 min). Ten rodzaj pozorowanego protokołu jest zaprogramowany tak samo jak stymulacja anodowa (tylko aktualna intensywność jest ustawiona na (0,1 mA) i ma na celu wywołanie wrażeń skórnych, ale intensywność jest zbyt tygodniowa, aby wywołać jakiekolwiek efekty fizjologiczne³³.

3. Umiejscowienie elektrody (Rysunek 3)

1. Montaż elektrody DLPFC: W celu stymulacji DLPFC umieść elektrodę docelową (anodową) na F3 (po lewej) lub F4 (po prawej) międzynarodowego systemu 10-20 EEG. Umieść elektrodę powrotną (katodową) na przeciwległym policzku - tj. prawym policzku dla anody F3 i lewym policzku dla anody F4.
2. Montaż elektrody PPC: W celu stymulacji przez PPC, umieść elektrodę docelową (anodową) na P3 (po lewej) lub P4 (po prawej) międzynarodowego systemu EEG 10-20. Umieść elektrodę powrotną (katodową) na przeciwległym policzku tak samo, jak w montażu DLPFC.
3. Umieszczenie elektrody docelowej
   1. Aby zlokalizować F3 na głowie uczestnika
      1. Użyj miarki, aby zmierzyć odległość między nasionem (najgłębszym punktem grzbietu nosa) a wcięciem (najbardziej wyraźnym punktem zewnętrznej wypukłości potylicznej) przechodzącym przez czubek głowy. Zaznacz połowę odległości za pomocą markera skóry cienką linią.
      2. Zmierz odległość między uszami (użyj punktów przedusznych jako punktów odniesienia) przechodzących przez czubek głowy i zaznacz połowę odległości cienką linią.
      3. Znajdź położenie środkowe wierzchołka lub linii środkowej, określane jako Cz, na przecięciach dwóch linii środkowych. Zaznacz to wyraźnie markerem do skóry.
      4. Zmierz ponownie odległość między uszami, ale tym razem przechodząc przez Cz, i zanotuj odległość jako miarę A. Zmierz ponownie odległość między uszami, tym razem przechodząc przez Cz, i zanotuj odległość jako miarę B.
      5. Oblicz 20% odległości A i 20% odległości B (lub zobacz arkusz protokołu, aby uzyskać wstępnie obliczone wartości).
      6. Przesuń się o 20% odległości A do przodu od Cz wzdłuż linii nasion-inion, aby dotrzeć do Fz (frontalu środkowego linii) i zaznacz miejsce.
      7. Przesuń 20% odległości B w lewo od Cz wzdłuż linii międzyusznej, aby dotrzeć do C3 (po lewej środkowej) i zaznacz miejsce.
      8. Przesuń się 20% do przodu od C3 (równolegle do linii nasion-inion) i 20% w lewo od Fz (równolegle do linii międzyusznej), aby dotrzeć do F3 na skrzyżowaniu. Zaznacz F3 markerem skórnym i umieść środek elektrody w tym miejscu.
   2. Aby zlokalizować F4, wykonaj tę samą procedurę tylko po prawej stronie głowy.
   3. Aby zlokalizować P3 na głowie uczestnika
      1. Postępuj zgodnie z krokami 3.3.1.1-3.3.1.5, jak opisano powyżej (znajdź Cz, zwróć uwagę na odległość A i B, oblicz 20%).
      2. Przesuń 20% odległości A do tyłu od Cz wzdłuż nasiona, aby dotrzeć do Pz (linia środkowa ciemieniowa) i zaznacz miejsce.
      3. Przesuń 20% odległości B w lewo od Cz wzdłuż linii międzyusznej, aby dotrzeć do C3 i zaznaczyć miejsce.
      4. Przesuń się 20% do tyłu od C3 (równolegle do linii nasion-inion) i 20% w lewo od Pz (równolegle do linii międzyusznej), aby dotrzeć do P3 na ich przecięciu. Zaznacz P3 markerem skórnym i umieść środek elektrody w tym miejscu.
   4. Aby zlokalizować P4, wykonaj tę samą procedurę tylko po prawej stronie głowy.
4. Umieszczenie elektrody powrotnej
   1. Po zabezpieczeniu elektrody docelowej za pomocą regulowanej silikonowej nasadki (patrz procedura krok po kroku), włóż elektrodę powrotną poniżej opaski podbródkowej, aby zabezpieczyć kontakt elektrody z przeciwległym policzkiem.

Rysunek 3: Schemat rozmieszczenia elektrod. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

4. Procedura krok po kroku

1. Przed sesją tDCS
   1. Sprawdź, czy każdy uczestnik spełnia kryteria włączenia określone w etycznej zgodzie na udział w badaniu (patrz Załącznik, aby zapoznać się z najczęstszymi kryteriami włączenia/wykluczenia).
   2. Poproś uczestnika o wypełnienie karty informacyjnej uczestnika (zawierającej wszystkie istotne informacje, takie jak wiek, płeć, spożycie nikotyny/alkoholu itp.³⁴).
   3. Postępuj zgodnie z wytycznymi etycznymi instytucjonalnej komisji rewizyjnej i poproś uczestnika o podpisanie świadomej zgody. Skorzystaj z okazji, aby wyjaśnić podstawowe aspekty procedury, którą zostaną poddani i odpowiedzieć na wszelkie pytania, jakie mogą mieć uczestnicy.
   4. W zależności od projektu badania należy przeprowadzić wyjściową ocenę poznawczą (pamięć i/lub inne funkcje poznawcze).
2. Konfiguracja i stymulacja tDCS
   1. Posadź uczestnika wygodnie na krześle.
   2. Poproś uczestnika, aby wypełnił listę kontrolną doznań przed tDCS i opisał ogólny stan (tj. aktualny nastrój; świeżość/zmęczenie - można je ocenić jako pojedynczy element typu Likerta lub za pomocą standardowych kwestionariuszy, takich jak Skala Introspekcji Krótkiego Nastroju³⁵).
   3. Wykonaj pomiary głowy za pomocą taśmy mierniczej.
   4. Aby zlokalizować DLPFC lub PPC, postępuj zgodnie z procedurą opisaną powyżej (umieszczenie elektrody). Zapisz środki w arkuszu protokołu dla każdego uczestnika. Można je wykorzystać do sprawdzenia podczas wykonywania pomiarów w kolejnych sesjach.
   5. Aby zwiększyć przewodnictwo, odsuń włosy uczestnika od miejsca stymulacji (użyj grzebienia i gumek do włosów w przypadku uczestników z długimi włosami).
   6. Sprawdź, czy w miejscu stymulacji nie ma oznak uszkodzenia skóry. Unikaj umieszczania elektrod nad uszkodzoną skórą.
   7. Oczyść powierzchnię skóry, na której zostaną umieszczone elektrody, za pomocą wacików nasączonych alkoholem w celu usunięcia tłuszczu, brudu itp. i pozostaw do wyschnięcia (użyj produktu do demakijażu, jeśli uczestnik ma mocny makijaż na policzku).
   8. Załóż silikonową nasadkę na głowę uczestnika i zabezpiecz ją paskiem podbródkowym. Nie dokręcaj nakrętki (zostanie to zrobione później).
   9. Namocz kieszenie gąbki roztworem soli fizjologicznej i włóż do nich elektrody. Gąbki powinny być wilgotne, ale nie kapiące; zwykle wystarczy 10-15 ml roztworu soli na gąbkę. Jeśli gąbki są zbyt suche, spowoduje to wysoką rezystancję i słaby przewodność, a nawet utratę połączenia obwodu.
      UWAGA: Większość urządzeń tDCS ma wskaźniki rezystancji; Jednak gąbki należy od czasu do czasu sprawdzać pod kątem wilgoci. Z drugiej strony, jeśli gąbki są nadmiernie mokre, może to spowodować przesunięcie prądu w poprzek głowy podczas stymulacji. Zaleca się, aby gąbki były średnio mokre i używały strzykawki, aby dodać więcej roztworu soli fizjologicznej podczas eksperymentu, jeśli gąbki staną się zbyt suche.
   10. Umieść elektrodę gąbkową pod silikonowymi paskami i umieść środek elektrody docelowej w zaznaczonym miejscu głowy. Umieść elektrodę powrotną na przeciwległym policzku. Użyj silikonowych pasków, aby dopasować czapkę do rozmiaru i kształtu głowy uczestnika. Nasadka powinna być szczelna, aby elektrody nie mogły się poruszać, ale nadal wygodna dla uczestnika.
   11. Włącz stymulator, wybierz i uruchom predefiniowany protokół tDCS (aktywna stymulacja anodowa lub pozorowana).
   12. Poproś uczestnika, aby się zrelaksował i pozwól mu opowiedzieć, jak się czuje podczas pierwszych kilku minut stymulacji (1-3 minuty). Wyjaśnij, że odczucia będą powoli zanikać, gdy się do tego przyzwyczają lub gdy zaczną skupiać swoją uwagę na jakiejś innej czynności.
   13. Aby uniknąć nieustrukturyzowanych działań, które mogą zakłócać efekty stymulacji, używaj lekkiego zaangażowania poznawczego podczas tDCS. Na przykład uczestnicy mogą wykonywać próby praktyczne zadań poznawczych lub angażować się w łatwe gry pamięciowe podczas stymulacji (zaczynając po 3-5 minutach stymulacji). Ten rodzaj zaangażowania poznawczego podczas stymulacji może potencjalnie promować efekty tDCS i pomoże uczestnikom oderwać umysł od odczuć skórnych wywołanych przez tDCS.
   14. Poproś uczestnika, aby wielokrotnie opowiedział, jak się czuje podczas stymulacji (np. aby zgłosił poziom nieprzyjemności w 10-punktowej skali co 5 minut stymulacji, 1 - całkowity brak, 10 - bardzo intensywny). Wyższych poziomów nieprzyjemności (>6) można się spodziewać w okresach zanikania u niektórych uczestników. Jeśli poziom nieprzyjemności utrzymuje się na wysokim poziomie po 5 minutach, przerwij stymulację.
   15. Po upływie wstępnie zdefiniowanego protokołu uruchom stymulator.
   16. Najpierw usuń elektrody gąbkowe, a następnie zdejmij silikonową nasadkę.
   17. Poproś uczestnika o wypełnienie listy kontrolnej odczuć po tDCS i zgłoszenie wszelkich skutków ubocznych, które nie zostały jeszcze wymienione.
   18. Oczyść skórę w miejscach, w których została zaznaczona i sprawdź skórę pod kątem ewentualnych zmian. Jeśli wystąpi reakcja skórna (np. miejscowe rozszerzenie naczyń krwionośnych, tj. zaczerwienienie skóry na policzku), monitoruj, jak zanika, ponieważ zwykle jest to reakcja przejściowa u uczestników z wrażliwą skórą i powinna zniknąć w ciągu 10-15 minut.
3. Ocena pamięci
   1. Aby ustandaryzować ocenę wśród uczestników, użyj skomputeryzowanych narzędzi oceny, tj. zadań pamięciowych z automatyczną oceną. Kilka zadań WM (np. werbalne i przestrzenne zadanie 3-back) oraz zadania AM (werbalne uczenie się w parach; przypominanie sobie wskazówek słownych, lokalizacja obiektów itp.) można znaleźć tutaj: https://osf.io/f28ak/?view_only=f8d5e8dd71d24127b3668ac3d8769408
   2. Aby ocenić specyficzność wpływu tDCS na pamięć, zaleca się uwzględnienie zadania kontrolnego, tj. zadań wykorzystujących inne funkcje poznawcze lub motoryczne.
4. Zakończenie sesji eksperymentalnej/badania
   1. Po (ostatniej) sesji eksperymentalnej w badaniu poproś uczestnika, aby spróbował odgadnąć, w których sesjach otrzymał prawdziwą i pozorowaną stymulację. Zanotuj wszystkie odpowiedzi i sprawdź, czy uzyskane proporcje są wyższe niż prawdopodobieństwo przypadku. Jeśli nie, zaślepienie zakończyło się sukcesem. Jeśli uczestnicy byli w stanie odróżnić stymulację rzeczywistą od pozorowanej, przeanalizuj dane dla tych, którzy zgadywali poprawnie i tych, którzy tego nie robili, aby sprawdzić, czy nieudane zaślepienie wpłynęło na efekty tDCS.
   2. Zgodnie z wytycznymi etycznymi, szczegółowo odpraw uczestników po zakończeniu ich zaangażowania.
5. Po sesji eksperymentalnej
   1. Umyj gąbki pod bieżącą wodą z mydłem, aby roztwór soli został całkowicie zmyty. Pozwól gąbkom całkowicie wyschnąć przed ich odłożeniem.
   2. Użyj ciepłej wody i alkoholu do czyszczenia wszystkich materiałów wielokrotnego użytku, w tym grzebienia, silikonowej nasadki i taśmy mierniczej.
   3. Rób notatki na temat wszystkich nietypowych, nieoczekiwanych lub nieplanowanych zdarzeń, które mogły mieć miejsce podczas sesji - w tym wszelkich usterek sprzętu, odpowiednich komentarzy uczestnika, przerw itp.

Wyniki

Opisany protokół został z powodzeniem wykorzystany do zwiększenia wydajności pamięci w kilku badaniach w naszym laboratorium. Jednak podobne protokoły były również używane w innych laboratoriach badawczych (np. patrz^36,37).

Jeśli chodzi o pamięć roboczą, nasze wyniki pokazały, że 20-minutowe tDCS prawego czołowego (lokalizacja F4; stały prąd 1,8 mA) wzmocniło werbalne WM, podczas gdy ten sam protokół stymulacji zastosowany na lewej korze ciemieniowej (lokalizacja P3) skutkował lepszą wydajnością przestrzennego WM. W przeciwieństwie do tego, nie stwierdzono istotnych efektów, gdy ten sam protokół stymulacji zastosowano na lewej korze czołowej (F3) i prawej ciemieniowej (P4). Rysunek 4 pokazuje reprezentatywne wyniki modelowania pola elektrycznego generowanego przez tDCS, a także miary wydajności po aktywnym i pozorowanym tDCS na podstawie danych zgłoszonych w Živanović et al., 2021³⁸.

Rysunek 4: (A) Wpływ stałego anodowego tDCS lewego PPC (P3-kontralateralny montaż policzka) na wydajność przestrzennej pamięci roboczej (przestrzenne zadanie 3-back); (B) Wpływ stałego anodowego tDCS prawego DLPFC (F4-kontralateralny montaż policzków) na werbalną wydajność WM (werbalne zadanie 3-back). Rysunek przedstawia symulację pól elektrycznych indukowanych przez tDCS, zarys prób zadaniowych oraz wyniki wewnątrz badanych w warunkach aktywnych i pozorowanych (wartości są wyśrodkowane do kolejności sesji, aby uwzględnić przeciwwagę, tj. wartości dodatnie wskazują na ponadprzeciętną wydajność, podczas gdy wartości ujemne wskazują na wydajność poniżej średniej podczas sesji). Symulacja lokalnych pól elektrycznych generowanych przez konfigurację elektrody jest wykonywana przy użyciu zestawu narzędzi COMETS2 MATLAB ⁴¹. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Wpływ ciemieniowego tDCS na pamięć asocjacyjną był spójny i solidny. Oznacza to, że w serii eksperymentów wewnątrzobiektowych wykazaliśmy, że 20 minut tDCS nad lewym PPC (lokalizacja P3; stały prąd 1,5 mA) poprawia pamięć do skojarzeń słownych twarzy^27,39,40. Rysunek 5 pokazuje reprezentatywne zadanie i wyniki. Ponadto zaobserwowano porównywalne efekty w zadaniu AM oceniającym powiązania obiekt-lokalizacja, gdy prawy PPC (lokalizacja P4) jest stymulowany przy użyciu tego samego stałego protokołu tDCS⁴⁰.

Rysunek 5: Wpływ stałego tDCS anodowego lewego PPC (P3-kontralateralny montaż policzka) na wydajność pamięci asocjacyjnej (A) Zadanie par twarz-słowo; (B) Wpływ stałego anodowego tDCS lewego PPC (P3-kontralateralny montaż policzków) na wydajność pamięci asocjacyjnej (odsetek poprawnie zapamiętanych słów na zawołanie). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Bardziej zaawansowane protokoły, takie jak theta-oscyllatory tDCS, były mniej szczegółowo badane, jednak badanie przeprowadzone przez Langa i współpracowników²⁶, jak również niedawne badanie przeprowadzone w naszym laboratorium²⁷ wykazało poprawę w AM z napisem twarzowym po theta-oscylacyjnym protokole tDCS w porównaniu do pozorowanego. Animowany rysunek przedstawia symulację pola elektrycznego indukowanego przez oscylacyjny theta tDCS nad lewym PPC.

Wideo 1. Kliknij tutaj, aby pobrać ten film.

Dodatek.Kliknij tutaj, aby pobrać te pliki.

Dyskusja

Wynik badania tDCS dotyczącego pamięci zależy od wielu czynników, a niektóre z nich, np. jednorodność/heterogeniczność próby, wystarczająca moc statystyczna, trudność zadań pamięciowych i motywacja uczestników zostały już wcześniej omówione (patrz Berryhill, 2014). Dostępnych jest kilka doskonałych artykułów na temat metody tDCS, a także bardziej ogólne samouczki na temat zastosowania tDCS do badania funkcji poznawczych, które można również dobrze zastosować w badaniach nad pamięcią (patrz 17,43,44,45,46,47). W tym miejscu skupimy się na tych aspektach protokołu, które, jak wynika z naszego doświadczenia, są istotne, ale często pomijane lub niewystarczająco szczegółowo omówione gdzie indziej.

Umieszczenie elektrody powrotnej. Ważne jest, aby pamiętać, że elektroda powrotna nie jest zaciskiem pasywnym, ale o ujemnej polaryzacji (tj. Katodzie). Dlatego może wywoływać efekty fizjologiczne, które są przeciwne do elektrody docelowej. Co więcej, przepływ prądu zależy od położenia powrotu w takim samym stopniu, jak od elektrody docelowej. Ponadto, ponieważ prąd płynie po ścieżce o najmniejszym oporze, jeśli anoda i katoda znajdują się zbyt blisko siebie, prąd może przepływać tylko przez powierzchnię skóry i/lub przez płyn mózgowo-rdzeniowy między elektrodami, pozostawiając w ten sposób tkankę korową nienaruszoną. Z tych powodów staranny wybór elektrody powrotnej jest tak samo istotny, jak położenie elektrody docelowej. Istnieją dowody metaanalityczne sugerujące, że katody pozaczaszkowe z większym prawdopodobieństwem wywołują znaczące efekty⁴⁸. Umiejscowienie elektrody powrotnej na przeciwległym policzku w celu poprawy pamięci oparto na modelowaniu przepływu prądu i wybrano tak, aby uniknąć potencjalnych zakłócających skutków generowania ujemnej polaryzacji nad obszarami mózgu nieistotnymi dla funkcji. Umiejscowienie elektrody powrotnej na przeciwległym policzku było z powodzeniem stosowane w poprzednich badaniach WM (patrz 36,37,38,49, a także w badaniach AM 27,39,40) i zostało podkreślone jako dobry wybór dla montaży tDCS mających na celu modulację innych funkcji poznawczych, jak również ⁴⁵.

Oślepiający. W eksperymentach z pojedynczą ślepą próbą, aby zapewnić oślepienie uczestnika, pozycja stymulatora i/lub wyświetlacza monitorującego powinna być poza zasięgiem wzroku uczestnika. Jest to szczególnie ważne w przypadku korzystania ze stymulatorów, które mają lampki wskazujące, kiedy urządzenie jest włączone i/lub dostarcza prąd. W przypadku projektów z podwójnie ślepą próbą (gdy zarówno uczestnik, jak i eksperymentator nie są świadomi protokołu, który jest podawany), należy skorzystać z opcji podwójnie ślepej próby lub podobnej opcji, która jest dostępna dla danego urządzenia. Jeśli taka opcja nie jest dostępna, dobrą praktyką jest przeprowadzenie procedury z udziałem dwóch eksperymentatorów. Oznacza to, że jeden eksperymentator przychodzi tylko po to, aby uruchomić protokół stymulacji, podczas gdy drugi eksperymentator, który przeprowadza uczestnika przez eksperyment, w tym kolejne zadanie pamięciowe i analizuje dane, opuszcza pomieszczenie tuż przed i w trakcie stymulacji. Zgodnie ze standardami metodologicznymi, eksperymenty z podwójnie ślepą próbą są preferowane w stosunku do projektów z pojedynczą ślepą próbą, ponieważ zmniejszają one stronniczość lub efekty "eksperymentatora". Jest to bardzo istotne podczas prowadzenia badań klinicznych i/lub korzystania z oceny funkcji poznawczych opartej na wywiadzie. Jednak zaślepienie eksperymentatora jest mniejszym problemem, gdy uczestnicy są wysoce zmotywowani do maksymalizacji swojej wydajności (co ma miejsce głównie w przypadku oceny pamięci lub poprawy funkcji poznawczych w ogóle) oraz gdy zadanie jest administrowane, a także oceniane automatycznie (tj. gdy eksperymentator ma niewielką lub żadną interwencję w fazie oceny).

Aktywność podczas tDCS. Autorzy prac tDCS rzadko informują o tym, co uczestnicy robili podczas stymulacji. Kiedy aktywność nie jest zgłaszana, zwykle sugeruje się, że uczestnicy zostali poinstruowani, aby usiąść wygodnie i zrelaksować się. Jednak brak ustrukturyzowanej aktywności stanowi źródło niekontrolowanego "szumu" w eksperymentach. Mianowicie, 20 minut to dość długi czas, więc niektórzy uczestnicy mogą wykorzystać ten czas na relaks (z możliwością nawet zaśnięcia), podczas gdy inni mogą skupić się na odczuciach związanych z tDCS lub zacząć rozmyślać lub nadmiernie myśleć na tematy niezwiązane z tDCS. Istnieją dowody sugerujące, że aktywność związana z funkcjonowaniem, ale nie męcząca, wykonywana podczas tDCS może potencjalnie sprzyjać efektom tDCS⁵⁰. Z tych powodów w naszych eksperymentach uczestnicy wykonują albo próby praktyczne zadań pamięciowych, które mają być używane jako miary wyników, albo podobne zadania pamięciowe. Próby praktyczne są dobrym wyborem, ponieważ angażują te same sieci neuronowe, co funkcja docelowa, ale są łatwiejsze, a zatem nie są frustrujące ani męczące dla uczestników. Poza tym przeprowadzanie prób praktycznych podczas stymulacji jest ekonomiczne w tym sensie, że skraca czas testowania po tDCS, co jest korzystne, zwłaszcza gdy projekt badania obejmuje wiele zadań do wykonania po tDCS. Jednak próby praktyczne są zwykle znacznie krótsze niż 20 minut, dlatego należy również przedstawić alternatywną aktywność. W tym celu wykorzystaliśmy wspólne gry pamięciowe⁴⁰, które utrzymują koncentrację uczestników, pomagają im zabić czas i odciągają umysł od wrażeń wywołanych przez tDCS i sprawiają, że ogólnie czują się bardziej komfortowo w warunkach testowych. Kilka rzeczy, o których należy pamiętać przy wyborze zadania pamięciowego do wykonania podczas tDCS, to to, że zadanie nie powinno być trudne, ale też nie nudne (zadania adaptacyjne ustawione na 80% wskaźnik sukcesu są dobre w tym kontekście); Zadanie nie powinno zawierać materiału, który mógłby przeszkadzać w późniejszej ocenie pamięci (np. podczas oceny pamięci twarzy i słów można użyć par abstrakcyjnych obrazów/kształtów). Kolejną ważną kwestią jest czas trwania "okresu habituacji", czyli jak długo po rozpoczęciu stymulacji uczestnicy powinni zacząć wykonywać "aktywność rozpraszającą". Istnieją indywidualne różnice w intensywności doznań i czasach przyzwyczajenia, ale większość uczestników będzie gotowa do rozpoczęcia aktywności po 3-5 minutach stymulacji.

Odczucia skórne. Niektórzy uczestnicy mogą być bardziej wrażliwi na skórne efekty tDCS, zgłaszając w ten sposób podwyższony poziom dyskomfortu, chociaż nie zdarza się to zbyt często. Ważne jest, aby poinformować uczestników o potencjalnych odczuciach, których mogą doświadczyć przed eksperymentem. Jeśli ktoś boi się zabiegu, często pozwalamy uczestnikom "poczuć" prąd na dłoni przed założeniem gąbek na głowę. Uczestnicy powinni być stale monitorowani i proszeni o przekazywanie informacji zwrotnych na temat ich poziomu komfortu i doznań w regularnych odstępach czasu. Jeśli uczestnik zgłasza zwiększony poziom dyskomfortu, zawsze proponuj przerwanie eksperymentu. Ważne jest, aby uczestnicy byli świadomi, że stymulacja może zostać przerwana w dowolnym momencie, jeśli o to poproszą. Jeśli uczestnik zdecyduje się przerwać stymulację, prąd powinien być powoli zmniejszany (nagłe anulowanie protokołu stymulacji może wywołać jeszcze silniejsze doznania). Często zaleca się, aby w przypadku nieprzyjemnych doznań prąd natężenie było chwilowo obniżane do najwyższego komfortowego poziomu, aż uczestnik się dostosuje, a następnie stopniowo wracało do intensywności docelowej. Wydaje się, że jest to odpowiednia alternatywa dla przerwania protokołu stymulacji, zwłaszcza jeśli tDCS jest stosowany w warunkach klinicznych. Jednakże, gdy tDCS jest używany do celów badawczych, a zwłaszcza w stosunkowo małych próbach, ważne jest, aby wszyscy uczestnicy przeszli tę samą procedurę. Dlatego zatrzymanie eksperymentu jest lepsze niż obniżenie intensywności stymulacji dla niektórych uczestników na jakiś czas.

Raportowanie metodyki tDCS i monitorowanie potencjalnych zakłóceń. Dziedzina badawcza tDCS jest wysoce niejednorodna pod względem metod i środków, dlatego ważne jest, aby jasno informować o wszystkich aspektach procedury tDCS, w tym o procedurze zaślepiania i ocenie; ustawienie głowicy tarczy, jak również położenie elektrody powrotnej; rozmiar i kształt elektrod; rodzaj użytej substancji przewodzącej (sól fizjologiczna lub żel); natężenie prądu (mA) i gęstość (mA/cm²), a także czas trwania okresu pojawiania się/zanikania; poziomy impedancji, jeżeli są mierzone; czas trwania stymulacji (w tym okres pojawiania się/zanikania); szczegółowy opis czynności, w które uczestnicy byli zaangażowani podczas stymulacji; czas i czas trwania zadań poznawczych następujących po stymulacji (w tym przerwy, jeśli występują). Tego typu informacje ułatwiają standaryzację i systematyczną analizę opublikowanych badań (zob. niedawny przegląd na przykład⁵¹). Aspekty, o których rzadko się mówi, to wpływ potencjalnie moderujących/zakłócających zmiennych, takich jak pora dnia sesji tDCS, poziom zmęczenia/nastroju zgłaszany przez uczestników, skuteczność zaślepienia (tj. przekonania na temat rodzaju stymulacji, którą otrzymują), kolejność sesji eksperymentalnych w projektach wewnątrzobiektowych itp. Doniesiono, że większość z tych zmiennych moduluje efekty tDCS, ale ich wpływ pozostaje niedostatecznie zbadany i niespójnie opisywany. W związku z tym badania tDCS powinny zapewniać gromadzenie i raportowanie wszelkich potencjalnie zakłócających zmiennych; Szczegółowe informacje na temat dobrych praktyk znajdują się w tabelach 10A, 10B, 11 przygotowanych przez Antal i współpracowników³⁴.

Zastosowanie opisanego protokołu dla anodowego tDCS zarówno w jego standardzie, jak i, co więcej, w jego zaawansowanej formie (tj. tDCS modulowany oscylacyjnie) zapewnia nie tylko środek do poprawy funkcji pamięciowych (i prospektywnego zastosowania w populacjach klinicznych), ale także pozwala na badanie neurobiologii funkcjonalnych sieci neuronowych stojących za tymi funkcjami.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Regulowana silikonowa nasadka
Grzebień
alkoholowy
Płatki bawełniane Taśma
miernicza
Elektrody
Roztwór
fizjologicznej Jednorazowe mini włosy silikonowe
Marker
Kieszenie na gąbkę
Urządzenie