Modulacja funkcji poznawczych za pomocą przezczaszkowej stymulacji móżdżku prądem stałym

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zademonstrowanie techniki modulowania procesów poznawczych za pomocą przezczaszkowej stymulacji prądem stałym móżdżku. Jest to realizowane poprzez uprzedni pomiar wyników w zadaniach poznawczych o różnym stopniu trudności, z których każde wymaga funkcjonowania móżdżku. Drugim krokiem jest zastosowanie anodalnej, katodalnej lub pozornej (sham) przezczaszkowej stymulacji prądem stałym nad móżdżkiem przez 20 minut w trzech oddzielnych grupach uczestników lub w tej samej grupie w odstępach tygodniowych.

Następnie należy ponownie zmierzyć wyniki we wszystkich zadaniach po zastosowaniu przezczaszkowej stymulacji prądem stałym móżdżku. Ostatnim krokiem jest przetworzenie i analiza danych z każdego zadania oraz porównanie wyników przed i po zastosowaniu TDCS móżdżku. Ostatecznie katoda lub przezczaszkowa stymulacja prądem stałym nad móżdżkiem jest wykorzystywana, aby wykazać, w jaki sposób funkcje poznawcze mogą zostać usprawnione w sytuacjach, gdy zadania są trudne, a nie łatwe.

Zastosowania tej techniki obejmują terapię lub diagnostykę zaburzeń poznawczych i motorycznych, ponieważ posiada ona potencjał do pobudzania lub hamowania aktywności neuronalnej, co pozwala na nasilenie lub osłabienie określonych zachowań. Aby zademonstrować tę procedurę, pomoże Briney, współpracownik naukowy z laboratorium. Po przywitaniu uczestnika poproś go o przeczytanie arkusza informacyjnego i wypełnienie kwestionariusza bezpieczeństwa tDCS. Jeśli nie istnieją przeciwwskazania do wykonania tDCS, poproś uczestnika o podpisanie formularza zgody w trakcie tej procedury.

Wykonaj zadania obliczeniowe i językowe jedno po drugim w kolejności losowej, przed i po okresie stymulacji, w cichym pomieszczeniu, aby zminimalizować rozproszenia i umożliwić dokładny zapis czasów reakcji słuchowych. Posadź uczestnika przed ekranem komputera i wyjaśnij mu, że będzie wykonywać zadanie dodawania, w którym usłyszy przez słuchawki serię liczb; będzie on musiał dodać usłyszaną liczbę do liczby bezpośrednio poprzedzającej ją, wypowiedzieć odpowiedź na głos, a następnie kontynuować dodawanie kolejnej słyszanej liczby do liczby bezpośrednio poprzedzającej, nie podając sumy narastającej. Upewnij się, że uczestnik czuje się komfortowo.

Umieść mikrofon przed ustami uczestnika i poproś go o przeczytanie instrukcji wyświetlonych na ekranie, które formalnie wyjaśniają, jak wykonać zadanie słuchowej edycji seryjnej (paste auditory serial edition task). Gdy uczestnik potwierdzi, że rozumie zadanie i będzie wypowiadać na głos jedynie odpowiedź do zadania dodawania, przeprowadź zadanie próbne, zadając pytania podczas sesji treningowej.

Rozpocznij prezentację liczb, zwiększając tempo prezentacji elementów słuchowych poprzez skrócenie odstępu między bodźcami o 300 milisekund. Po każdym bloku pięciu elementów, w zakresie odstępów od 4,2 do 1,8 sekundy, upewnij się, że bodźce są słyszalne, aby badacz mógł śledzić zadanie w celu punktacji. Przejdź przez wszystkie 45 elementów stanowiących sesję treningową.

Odnotuj szybkość prezentacji, przy której uczestnik popełnił trzy błędy z rzędu, i zastosuj szybkość poprzedzającą ten punkt krytyczny podczas zadania po zakończeniu sesji treningowej; ustaw tę szybkość prezentacji dla uczestnika i upewnij się, że zostanie ona zachowana pomiędzy sesją przed stymulacją a sesją po stymulacji. Aby ponownie rozpocząć zadanie, upewnij się, że uczestnik siedzi wygodnie oraz że bodźce i odpowiedzi są słyszalne. Rozpocznij zadanie i zaprezentuj 60 elementów z odpowiednią szybkością.

W trakcie wykonywania zadania zapisuj każdą odpowiedź na wydrukowanym arkuszu ocen w celu późniejszej weryfikacji. Nie przyznawaj punktów, jeśli uczestnik poda błędną odpowiedź lub nie odpowie, i zaznacz każdą poprawną odpowiedź. Następnie poinformuj uczestników, że instrukcje do zadania odejmowania są takie same jak w przypadku zadania dodawania, z tą różnicą, że tym razem muszą odjąć usłyszaną właśnie liczbę od liczby bezpośrednio poprzedzającej ją, wypowiedzieć odpowiedź na głos, a następnie kontynuować odejmowanie słyszanych liczb od tych bezpośrednio poprzedzających.

Upewnij się, że mikrofon nie przesunął się w stosunku do ust uczestnika, a następnie poproś go o przeczytanie instrukcji wyświetlonych na ekranie komputera. Po potwierdzeniu, że uczestnik rozumie instrukcje i przypomnieniu mu, aby nie wykonywał obliczeń na głos ani nie pomagał sobie palcami, przeprowadź zadanie próbne w celu ustalenia tempa prezentacji. Postępuj tak jak poprzednio.

Rozpocznij słuchowe zadanie odejmowania seryjnego i zapisuj odpowiedzi na wydrukowanym arkuszu wyników, tak jak wcześniej. W tej części eksperymentu najpierw wyjaśnij uczestnikowi, że w odpowiedzi na przedstawiony rzeczownik musi wypowiedzieć odpowiedni czasownik. Na początku zadania wyjaśnij uczestnikom tę relację między rzeczownikiem a czasownikiem.

Wyświetl słowa centralnie na ekranie komputera w różnych, losowych kolejnościach w blokach: od pierwszego do piątego składających się z powtarzających się słów, a w szóstym bloku ze słów nowych. Listy słów w sesji pierwszej i drugiej powinny być różne i zrównoważone pomiędzy uczestnikami. Rozpocznij zadanie i poproś uczestnika o przeczytanie standardowych instrukcji wyświetlonych na ekranie komputera, które formalnie wyjaśniają sposób wykonania zadania generowania czasowników.

Gdy uczestnik w pełni zrozumie zadanie, należy umieścić mikrofon przed jego ustami i poinstruować go, aby wypowiadał słowa niezwłocznie po ich pojawieniu się na ekranie komputera. Należy upewnić się, że każde słowo zostaje zastąpione kolejnym. W momencie wykrycia odpowiedzi przez mikrofon, należy zapisać lub nagrać każdą wypowiedzianą na głos odpowiedź uczestnika w celu późniejszej weryfikacji.

Zapisz wszelkie błędy lub pominięte odpowiedzi. Przedstawiaj słowa w taki sam sposób, jak podczas generowania czasowników. Uczestnicy zadania czytali rzeczowniki w zadaniu czytania rzeczowników oraz czasowniki w zadaniu czytania czasowników.

W przypadku obu zadań czytania należy upewnić się, że pozycja mikrofonu względem ust uczestnika nie uległa zmianie. Następnie należy poinstruować uczestnika, aby odczytywał każde słowo na głos natychmiast po jego pojawieniu się na ekranie komputera. Podczas obu zadań należy weryfikować, czy uczestnik poprawnie odczytuje każde słowo, obserwując ekran w momencie głośnego czytania.

TDCS jest uznawane za bezpieczne w zastosowaniu u ludzi, jednak podczas przeprowadzania tej procedury zaleca się dostęp do apteczki pierwszej pomocy, aby zapewnić bezpieczeństwo uczestnika, zwłaszcza jeśli poczuje się on źle lub zemdleje w trakcie badania. Nigdy nie należy pozostawiać uczestnika bez opieki podczas podawania TDCS. Namocz dwie elektrody gąbkowe o powierzchni 25 cm² w standardowym 0,9% roztworze chlorku sodu, aż zostaną nasycone, aby podać hamującą katodę lub stymulację nad prawą korą móżdżku. Umieść niebieską elektrodę 1 cm poniżej i 4 cm na prawo od najbardziej wystającej części kości potylicznej, co odpowiada przybliżonej lokalizacji listka móżdżku nr 7.

Aby ukończyć montaż elektrod, umieść czerwoną elektrodę referencyjną lub anodową na prawym barku, nad mięśniem naramiennym. Mocno przymocuj mokre elektrody do głowy i ramienia za pomocą gumowych pasków lub owijki sulfur Durant, aby zapewnić optymalny kontakt elektrody ze skórą. Upewnij się, że elektrody przylegają płasko do skóry głowy i nie znajdują się nad włosami.

Sprawdzić, czy zamierzone położenie elektrod nie uległo zmianie po ich przymocowaniu. Obłożyć tylną część szyi uczestnika ręcznikiem papierowym, aby osuszać ściekający roztwór soli fizjologicznej. Ustawić natężenie stymulacji na 2 mA i podawać przez 20 minut, używając niezawodnego stymulatora DC z regulacją prądu, aby odpowiednio rozpocząć i zakończyć każdą interwencję stymulacyjną poprzez stopniowe zwiększanie i zmniejszanie natężenia.

Prąd stały zwiększaj stopniowo w formie rampy przez 10 sekund, aby podać pozorowaną stymulację tDCS, a następnie ustaw parametry tak, aby stymulacja pozorowana trwała 20 minut. Zamiast prądu stymulującego, zastosuj katodę zapachową lub stymulację pozorowaną u trzech oddzielnych grup uczestników w kolejności pseudolosowej. Upewnij się, że całkowita liczba, płeć i średni wiek uczestników są porównywalne między grupami po stymulacji mózgu.

Powtórz testy P-A-S-A-T oraz P-A-S-S-T w taki sam sposób jak poprzednio, zachowując zrównoważoną kolejność. Następnie powtórz zadania czytania rzeczowników i czasowników oraz zadanie generowania czasowników w tej kolejności. Wykonaj obliczenia, eksperymenty z zadaniami oraz eksperymenty z zadaniami językowymi w kolejności pseudolosowej.

Na tym obrazie przedstawiono wyniki dokładności przed i po zastosowaniu TDCS w obrębie móżdżku. Liczba poprawnych odpowiedzi uległa selektywnej poprawie w zadaniu odejmowania w porównaniu z zadaniem dodawania po stymulacji katodą na każdym z poniższych obrazów. Gwiazdki wskazują istotne różnice z wartością P mniejszą niż 0,05, wykazane za pomocą skorygowanych porównań parzystych.

Rysunek ten przedstawia średnią całkowitą naukę pomiędzy powtórzonymi blokami; średnie odpowiedzi pomiędzy blokami od pierwszego do piątego były szybsze po TDCS podczas zadania generowania czasowników niż podczas zadań czytania rzeczowników i czytania czasowników. Na koniec, obraz ten przedstawia zmienność całkowitej nauki pomiędzy powtórzonymi blokami. Zmienność odpowiedzi pomiędzy blokami od pierwszego do piątego była bardziej spójna po TDCS podczas zadania generowania czasowników niż podczas zadań czytania rzeczowników lub czytania czasowników.

Po opanowaniu techniki, podanie TDCS, w tym aplikacja elektrod, zajmuje około 30 do 40 minut, natomiast całe badanie, jeśli jest przeprowadzone prawidłowo, trwa około półtorej godziny. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby pamiętać o prawidłowym rozmieszczeniu elektrod, zastosowaniu odpowiedniego montażu dla poszczególnych grup oraz zapewnieniu właściwego przeszkolenia w celu zagwarantowania sukcesu.