Плавное Познание Использование транскраниальной Текущее стимуляции мозжечка

Summary

Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) над мозжечком оказывает отдаленное воздействие на префронтальную кору, которая может модулировать познание и производительность. Это было продемонстрировано на примере двух задач обработки информации различной сложности, при этом только катодальная tDCS улучшала производительность, когда задача была сложной, но не легкой.

Abstract

Многочисленные исследования появились в последнее время, показавшие возможность модуляции, а в некоторых случаях расширения, когнитивные процессы от захватывающих областей мозга, участвующих в рабочей памяти и внимания при использовании транскраниальной электростимуляции мозга. Некоторые исследователи теперь считают, мозжечок поддерживает познание, возможно, через удаленный эффекта neuromodulatory на префронтальной коры головного мозга. Эта статья описывает процедуру для исследования на роль мозжечка в познании с помощью транскраниальной постоянного тока стимуляции (ТОК), и выбор обработки информации задач различной сложности задач, которые ранее было показано, привлекать рабочую память, внимание и мозжечка функционирования , Одна из задач называется темпе Слуховые Серийный Добавление задачи (PASAT) и другие новый вариант этой задачи называется темп слуховой последовательной вычитание задачу (PASST). Были также исследованы задача глагол поколения и два управления (существительное и глагол чтения). Все пять тспрашивает проводились тремя отдельными группами участников до и после модуляции кортико-мозжечковая связи с использованием анодную катодная или фиктивных ТОК над правым коры мозжечка. Процедура демонстрирует производительность (точность, словесные латентность реакции и изменчивость) может быть выборочно улучшилось после катодной стимуляции, но только во время задач, которые участники оценили как сложно, и не легко. Производительность была неизменной при анодной или мнимого стимуляции. Эти данные свидетельствуют о роли мозжечка в познании, в результате чего деятельность в левой префронтальной коре, вероятно, рас-ингибируется катодная ТОК над правым коры мозжечка. Транскраниальная стимуляция мозга растет в популярности в различных лабораториях и клиниках. Тем не менее, после эффекты ТОК несовместимы между людьми и не всегда полярности конкретным, и даже может быть Задачи- или нагрузки конкретно, каждый из которых требует дальнейшего изучения. Будущие усилия могут быть также направляется к нервно-Enhancление в мозжечке пациентов с когнитивными нарушениями, как только более глубокое понимание механизмов стимуляции мозга вышел.

Introduction

Электричество используется в медицине уже более 100 лет. Сегодня, стимуляция мозга становится все более часто используется в различных лабораториях и клиниках в качестве исследовательского инструмента для проверки гипотез о том, как двигатель и когнитивные функции выполняются головного мозга и мозжечка, и как связи между этими двумя областями мозга поддерживает эти функции. Что касается мозжечка, это отчасти потому, что боковые полушария мозжечка, которые, как считается, участвует в познании (см ниже), доступны для транскраниальной электростимуляции, чувствительны к воздействию поляризационных токов, и потому, что процедура относительно недорогой и легко выполнить в человеческих участников. Процедура стимуляция мозга описано в настоящей статье показано, как когнитивные процессы, такие как работа памяти и внимания может быть способствовало во задач, которые «больше», а не «меньше» когнитивно требовательных ^1. Интерпретироватьция этих конкретных задач результатов, прочно сдерживается пониманием физиологии спинно-мозжечкового пути. Эффекты Neuro-повышение, даже когда задачи трудно, также наблюдается после электрической стимуляции префронтальной коры ^2,3,4,5.

Мозжечок играет важную роль в прогнозировании, сроки и выполнение движений ^6. Тем не менее, различные направления исследований в настоящее время полагают, что мозжечок может влиять когнитивные процессы. В анатомическом домена, например, многочисленные исследования показали, что взаимные связи между регионами префронтальной коры и мозжечка (например, церебрально-мозжечковая путь) может поддерживать познание ^{7,8,9,10,11,12.} В клинической области, некоторые пациенты с повреждением определенных частей задней мозжечка присутствующих с интеллектуальными и эмоциональными проблемами, чьи симптомы, зародившаяся в гипотезе «дисметрию мысли», иклинически называется "мозжечковая познавательную аффективный синдром (ОАС), в то время как те, с повреждением передней части мозжечка, присутствующие с моторными нарушениями (например, атаксия) и концептуально, как" дисметрии движения ^"13,14,15. В области визуализации головного мозга, Schmahmann и его коллеги ^16,17 использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) и функциональные связи на карту конкретные задачи регионы мозжечка и связи эти территории составляют с префронтальной доли во моторных и когнитивных задач.

Когнитивные задачи, представленные в этом исследовании, были выбраны потому, что они ранее было показано, активирует так называемые не-двигательные области мозжечка. Но они также позволили нам разделить моторные и когнитивные компоненты задач, которые было достигнуто за счет изменения уровня познавательной относительно моторных требований, которые необходимы, чтобы правильно выполнять их, а также вмешательство в стимуляции мозга PRocedure, что ранее было показано, модулирует отношения мозга поведение. Недавние попытки модулировать работу мозга и поведение включали использование поляризационных токов по всей волосистой части головы, называется, транскраниальная постоянного тока стимуляции (ТОК). В самом деле, врачи были стимулирования коры мозжечка с имплантированными электродами в популяциях пациентов, начиная с 1970-х годов с поощрения терапевтические результаты ^18. Сегодня, стимулируя мозг через головы реализуется быть полезны для изучения мозга поведения отношения у здоровых участников.

ТОК у человека обычно включает доставку низкой (1-2 мА) постоянного тока (DC) непрерывно через пару соленых пропитанной электродов в течение 15-20 мин. Типичный электрод монтаж для стимуляции мозга может включать один (анодный электрод) размещена на головке (по области мозга интерес), а другой (катодная) электрод размещен на щеке (головной) или плеча (нен-головная) на противоположной стороне тела. В случае стимулирования мозжечок, внутримозговые ток между двумя электродами имеет сравнительно небольшой функциональный распространение в близлежащих регионах (например, зрительной коре ¹⁹⁾ и, как полагают, чтобы возбудить или нажмите клетками Пуркинье в коре мозжечка ^20, производства и нейрофизиологические и поведенческие меняется. Распространение тока и эффектов мозжечка-ТОК у человека выводятся из данных моделирования или из исследований на животных, и от косвенного воздействия на моторной коры. В области автомобильного, эффекты также показано, что полярность конкретного о чем свидетельствуют последствия мозжечка стимуляции на моторной коры возбудимости ^20. Например, анодная стимуляция обычно имеет возбуждающую силу и увеличивает выход клеток Пуркинье; увеличение ингибирование облегчающее пути от мозжечка ядер к коре головного мозга, в то время как катодная стимуляция обычно имеет противоположный EffeКТ т.е. DIS-торможение коры головного мозга, уменьшая клеток Пуркинье ингибирование мозжечка ядер. Анатомические исследования на приматах показывают, как клетки Пуркинье может оказывать облегчающее диск на обе двигателя и когнитивных схем, с помощью синаптической реле в брюшной боковой таламуса ^21. Однако, недавние исследования ТОК у человека показывают, что анодная-катодная различие не может быть ясно. Например, после последствий ТОК более моторной коры, крайне непостоянны между людьми, и не всегда полярности конкретных ^22. Похожие критика также облагаются в достижении результатов в когнитивной области ^23. Это может помочь объяснить, почему воздействие на когнитивные функции являются более трудными для обнаружения и интерпретации, чем прямых последствий мозжечка на моторных областях из-за торможения мозжечка и мозга (CBI ^20). Такие наблюдения указывают на необходимость, чтобы лучше понять индивидуальные факторы, определяющие эффективность мозга стимулирующимионов, а также разработать улучшенные протоколы для стимуляции мозга.

Изменения в обоих моторных и когнитивных функций являются физиологически правдоподобной с помощью электрической стимуляции cerebello-таламо-кортикальных пути ^24. Что касается когнитивных функций, модулирующее влияние мозжечка-ТОК на вербальную рабочую память сообщалось ^25,26. И длительное воздействие на познания от стимулирования регионов префронтальной коры наблюдаются также ^2,3,4,5. Тем не менее, физиологические эффекты стимуляции мозга на нейроны различаются в зависимости от того, поведение испытаны во время (он-лайн эффекты) или после (офф-лайн эффекты) период стимуляции ^27. Было высказано предположение, что он-лайн эффекты могут включать в себя изменения во внутриклеточной среде (напр., Концентрации ионов) и электрохимический градиент (например, мембранных потенциалов), в то время как офф-лайн эффекты могут включать в себя длинные длительные изменения в нервной деяТы из-за измененных внутриклеточных процессов (например, рецептор пластичность) ^27. Настоящее исследование посвящено изучению офф-лайн эффекты, в результате чего ТОК применяется в период между двумя сессиями тестирования когнитивных и поведение по сравнению между двумя сессиями.

Исследование на роль мозжечка в познании помогает использование задач, которые ранее было показано, включают мозжечковая функционирование. Один конкретная задача включает в себя арифметическое мышление и разделенное внимание и называется темпе Слуховые Серийный Добавление задачи (PASAT ^28). Он широко используется для оценки различных когнитивных функций как у здоровых и больных населения. Тест обычно включает в себя участники слушают чисел представлены каждые 3 секунды, и добавив несколько они слышат числу они слышали раньше (а не давать нарастающим итогом). Это сложная задача, и налагает высокую степень WM, внимания и арифметические способности. Она также включает в ACTiVity в головном мозге и мозжечке, связанные с этими отдельными элементами задачи, как показал на ПЭТ ²⁹ и МРТ ^30. Для выполнения задания более познавательно трудной и attentionally требованием (что подтверждается другими в недавнем исследовании ^31, оригинальные инструкции были изменены таким образом, что участники должны были вычесть число они слышат от числа они слышали раньше. Мы называем это новой задачи в темп слуховой последовательной вычитание задачи (PASST ^1), и это более трудно выполнить, чем Пасат, как свидетельствует субъективных оценок сложности задач и значительно более длительное время реакции ^1. Обе версии задачи были включены так, что один был более познавательно трудно и attentionally с требованием выполнить, чем другие, в то время как двигатель требования (скрытая речь операции) были сопоставимы между задачами. Если мозжечок участвует в познании, то возмущающих свою функцию с ТОК может мешать роли Этот Sтуру во время выступления на PASST, но не обязательно на Пасат.

Еще одна задача широко используется для исследования роли мозжечка во время речевых и языковых аспектов познания Глагол Generation задачи (VGT ^{32,33,34,35,36,37).} Как Пасат, он широко используется для проверки устное рабочую память у здоровых и больных населения. В принципе, VGT требуется участник мог сказать вслух глагол (например, привода) в ответ на визуально представленной существительного (например, автомобиль), по сравнению с выступлением на контрольной задачи которого участники чтения существительные вслух. Генерирующие глаголы и чтения существительные имеют схожие восприятия и моторных требования, но различные требования словесное WM (то есть, больше семантического анализа). И большую активность в спинно-мозжечкового сети, связанные с формированием глаголы по сравнению с чтением существительных ^34,35,36. Слова также генерируются быстрее (эффект грунтовки), когда задачиповторяют, используя одни и те же слова (в случайном порядке) через блоки, и нарушение мозгового мозжечка активность возрастает по мере наблюдается на ПЭТ ³³ и МР-томографию ^37.

В этой статье, процедура описана для применения ТОК над мозжечком, чтобы исследовать роль этой структуры мозга в познании, вместе с двумя арифметики (опыт один) и трех языковых задач (опыт двух) различной сложности, которые три отдельные группы Участники проводили до и после периода стимуляции. Мы предположили, с учетом роли мозжечка в познании, что производительность на более сложных задач (то есть, PASST и глагол поколения) будет в большей степени влияют ТОК (офф-лайн эффектов), чем выступление на менее требовательных задач (Пасат и существительного / чтение глагол).

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Все участники дали информированное согласие и исследование было одобрено университета комитета Бирмингем этике.

1. Попросите участников прочитать информационный листок и завершить ТОК screeningquestionnaire (Приложение 1), а если нет никаких противопоказаний к выполнению ТОК, попросите их подписать форму согласия.

2. Выполните эксперимент один (расчетных задач) и экспериментировать два (язык заданий), один за другим, в псевдо-случайном порядке, и раньше (один сеанс) и после (сессии два) период стимуляции в тихой комнате, чтобы уменьшить отвлекающие и обеспечения точной записи слуховых время отклика, которые рассчитываются в автономном режиме.

3. В эксперименте одной, представить слуховые раздражители (то есть., Номера) в течение гарнитуры (Таблица материалов / Оборудование). В эксперименте два, представить визуальные стимулы (т.е., слова) на экране компьютера. В обоих экспериментах, ворота Headseт микрофон амплитудой слуховых ответов участников.
ПРИМЕЧАНИЕ: Все задачи были компьютеризированы и побежал на ноутбуке, контролируемой предъявления стимула и программного обеспечения для записи (табл материалов / оборудования).

4. В конце концов, объяснить участникам цель исследования (например, разбор), и попросить их, чтобы оценить сложность каждой задачи по шкале от 1 (легко) - 10 (жесткий). Кроме того, объяснить участникам не принимать участие в другом стимуляции эксперимента мозга, по крайней мере, 7 дней, и связаться с экспериментатором, если они должны чувствовать себя каких-либо неблагоприятных последствий ТОК.

5. Эксперимент Один (расчетных задач)

5.1) Выполнение темпе слуховой последовательной Сложение задачи

ПРИМЕЧАНИЕ: PASAT поставляется в 3 сек и 2 сек версии.

1. Используйте 60 пунктов каждый, содержащиеся в 3 сек и 2 сек версии для добавления задачи и задачи вычитание, соответственно. Furthermруда, использовать предметы по PASAT-Form A до периода стимуляции (один сеанс), а также пункты по PASAT-Form B, после периода стимуляции (заседания два).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Автопогрузчик порядок, в котором участники выполнить Пасат и PASST, так что производительность на одной задаче, не передать другу.
2. Сядьте участника перед экраном компьютера, и объяснить им, что они собираются, чтобы услышать ряд чисел через гарнитуру, и что они должны будут добавить номер они слышат числу они слышали непосредственно перед ней, а затем Вокализ ответ, и продолжать добавлять номер, что они слышат в одном, прежде чем он (и не давать нарастающим итогом). Установите микрофон в передней части рта участника перед запуском этой задачи.
3. Начните задачу и просить участника прочитать стандартные инструкции, которые будут появляться на экране компьютера, который формально объясняется, как выполнять Пасат. Осуществлятьзадачей, как только участник полностью поняли инструкции.
   ПРИМЕЧАНИЕ: написано также пример представлен им. Эти инструкции аналогичны оригинальной версии задачи.
4. Во время задания, записать каждый ответ на печатной оценочном листе (Приложение 2) для последующей проверки. не дают балл, если участник обеспечивает неправильный ответ или не отвечает. Убедитесь, что стимулы слышны, так что задача может следовать (в качестве альтернативы представить эксперимент через громкоговорители), и пометить каждый правильный ответ в свою очередь.
5. Скажите участникам, не говорить и / или выполнять устные вычисления (или использовать пальцы, чтобы помочь производительность) во время задачи и что только ответ должен говорить вслух.

5.2) Выполнение темпе слуховой последовательной вычитание задачи

1. Скажите участникам, что инструкции для задачи вычитания (PASST) являются одинаковыми для добавления задачи (PASAT), но на этот раз онитребуется вычесть число они слышат от числа они слышали непосредственно перед ней, а затем Вокализ ответ, и по-прежнему вычесть число они слышат от одного непосредственно перед ней (и не давать нарастающим итогом). Опять же, убедитесь, что микрофон не отошел от устья участника.
2. После того, как участник прочитайте инструкцию, представленных им на экране компьютера относится к задаче, вычитания, и полностью понял их - выполнить задание. Опять же, напомнить участникам не выполнять вычисления перорально или с помощью пальцев.

5.3) Perforing тренировках (Пасат И PASST)

ПРИМЕЧАНИЕ: практическое занятие проводится каждым участником перед проведением каждой задачи в эксперименте при этом определить скорость, с которой участники могут выполнять задачи в пределах определенного лимита, чтобы избежать потолочных световых эффектов. Достичь этого, в том числе 45 пунктов в течение рractice (в отличие от оригинальных 10 пунктов).

1. Объясните участника, что они собираются, чтобы выполнить Пасат и / или PASST (в зависимости от задачи должен быть выполнен первый), как описано выше. Только за время тренировки, увеличить скорость презентации слуховых элементов за счет уменьшения интервала между стимулов на 300 мс после каждого кадра из пяти элементов, между интервалом диапазоне 4.2-1.8 сек.
2. Во время практики, обратите внимание на скорость представления, что вызвало участника, чтобы сделать 3 последовательных ошибок (но позволить им закончить тренировочный сбор), и использовать скорость предыдущий эту точку отсечения во время выполнения задачи.
3. Выберите скорость презентации стимулом для каждого участника, и поддерживать эту скорость в период между сессиями одного и двух (т.е.., До и после стимуляции). Дайте участнику короткий перерыв между каждой задачи (примерно 30 сек).

6. Experiement Два (Язык задачи)

60,1) Выполнение глагола поколения задачу

ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните чтение существительное, поколение глагол и глагол читать задачу в следующем порядке (разделенные короткого перерыва), так что слова, представленные в глаголе читать задач не премьер быстрее реагирует на задачи формирования глагол. Каждая задача состоит из 3 практике слова и 6 блоков 10 испытаний.

1. Построить список из 40 конкретных существительных, связанных с инструментами / предметами, которые могли бы манипулировать с рук или ног, и 40 конкретных глаголов, связанных с действий, выполняемых с помощью инструментов / объектов из независимой группы участников которой одни и те же пары существительное-глагол генерируются более чем на половину группы, как в папы и Майалл ^1. Избегайте существительное-глагол пары, которые генерируют те же ответы (например, ужин съесть, яблоко съесть) или не относятся к человеческим действиям (например, печь-печь). Подарить половины слов в один сеанс, а другая половина в сессии два.
2. Объясните участника, что они чав сказать соответствующий глагол (например, привода) в ответ на представленной существительного (например, автомобиль). Уточнить эту существительное-глагол отношения к участникам в начале задачи.
3. Представьте слова централизованно на экране компьютера в другом случайном порядке в блоках 1-5 (повторяющиеся слова), и представить новые слова в блоке 6 (роман слов). Убедитесь, что каждое слово заменяется следующего слова, когда микрофон обнаруживает реакцию.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что списки слов в сессиях одного и двух различны, и уравновешенный между участниками.
4. Начните задачу и просить участника прочитать стандартные инструкции, которые будут появляться на экране компьютера, который формально объясняется, как выполнить задачу глагол поколения.
5. После того, как участник полностью понял задачу, установите микрофон в передней части рта, и поручить им производить слова, как только они появляются на экране компьютера.
6. Запишите или записывать каждый ответ говорилп вслух участника для последующей проверки. Запишите любые ошибки или пропущенных ответов.

6.2) Выполнение чтение задач существительных и глаголов

Примечание: Представить слова в том же порядке, что и в задаче глагола поколения. Участники читают существительные в задаче существительное чтение, и глаголы в глаголе читать задания.

1. Для чтения задач, поручить участника прочитать каждое слово вслух, как только он появляется на экране компьютера.
2. Убедитесь, что участник читать каждое слово правильно во время чтения, так задач, глядя на экран, как слова читаются вслух.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что положение микрофона не переехал из уст участника в период между задачами.

7. Выполнение мозжечка ТОК

ПРИМЕЧАНИЕ: ТОК считается безопасным для использования у людей. Тем не менее, исследователь введение ТОК в этом исследовании был первый пособник. Это AdvIsable, что первую помощь под рукой при выполнении ТОК, чтобы гарантировать, что безопасность участников не будет нарушена, если они плохо себя чувствуете / слабый во время процедуры. Никогда не оставляйте участника без присмотра при введении ТОК.

1. Замочить две губки электроды (площадь поверхности = 25 см ²⁾ в стандартном 0,9% солевого раствора NaCl, пока они не насыщены.
2. Для администрирования возбуждающий (анодный) стимуляции над правым коры мозжечка, поместите красный электрод, 1 см под землей, и на 4 см вправо из самых известных проекции затылочной кости (ИНИОН).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Это боковое положение на волосистой части головы приближается расположение мозжечка дольки VII.
3. Для завершения электрода монтаж, поместите ссылку или катодную электрод (синий) на правом плече над дельтовидной мышцы.
4. Для администрирования ингибирующее (катодную) стимуляции, повторите описанную выше процедуру и установите двумя Губка электроды наоборот (то есть,разместить синий электрод на голове и красный электрод на плече).
5. Для администрирования фиктивных ТОК, доставить псевдо стимуляции (например, 110 мкА в течение 15 мс, каждый 550 мс) в течение 20 мин вместо стимулирующего тока. Расположите два электрода же, как и выше, но в противовес позиции красных и синих электродов между участниками фарса группы.
6. Безопасный влажные электроды плотно к голове и верхней части руки с резиновыми ремнями или самоклеящаяся пленкой. Поместите немного бумажное полотенце вокруг задней части шеи участника, чтобы вытереть капает солевой раствор.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что предназначены положение электродов не переехал после того как они были обеспечены. Для обеспечения оптимальной интерфейс электрод-кожа, убедитесь, что электроды расположены горизонтально на волосистой части головы, а не по волосам.
7. Для начало и окончание каждого стимуляции увеличение вмешательства и уменьшаться, соответственно, ток в рампе манере в течение 10 сек ^38,39.Установите интенсивность стимуляции на 2 мА и доставить в течение 20 мин с помощью надежного току регулируется стимулятор постоянного тока (таблица материалы / оборудование).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Эта интенсивность похож на используемый другими ^25, и считается безопасный уровень воздействия ^40, что значительно ниже порога вызывать повреждение тканей, ^41.
8. Расскажите участника на отдых / Отдых за период стимуляции, а удержать их от использования электронных устройств, так, чтобы избежать введения искажающих факторов, которые потенциально могут повлиять на исход эксперимента.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Она является общей для участников, чтобы чувствовать себя мягкий зуд сенсацию на одной или обеих электродных сайты (и / или металлический привкус во рту), когда начинается настоящее время стимуляции. Убедите участников, что эти ощущения исчезают через несколько секунд - оставить ТОК незаметно.
9. Применить анодный, катодный или фиктивных стимуляции трех отдельных групп участников псевдослучайных Ordэ (различия между участниками, не связанные выборки). Убедитесь, что в целом число, род и средний возраст участников сопоставимы между группами как в папы и Майалл ^1.

8. После стимуляция мозга, повторите Пасат (шаги 5.1-5.1.5) и PASST (шаги 5.2-5.2.2) в порядке противовеса, и задачи существительное и глагол считывания (шаги 6.2-6.2.2) и поколение задача глагол (шаги 6.1-6.1.6) в следующем порядке. Выполните эксперимент один (расчетных задач) и экспериментировать два (язык заданий) в псевдо-случайном порядке. Не предоставляйте практику по обе задачи следующим мозга stimuation.

ПРИМЕЧАНИЕ: В других исследованиях познания, реальным и фиктивным стимуляция была применена к одной и той же когорты (в пределах-участников, связанные проб), разделенных продолжительности вымывания, по крайней мере 5-7 дней ^25,26. Однако, дифференцируя обман и реальной стимуляции легче при более высоких силе тока ^42. Это может быть проблематичным в св-участники должны разработать, но не очень в различия между участниками проектирования, как описано здесь.

Results

Анализ данных

В эксперименте одной, результаты были проанализированы с точки зрения количества правильных ответов или оценки точности (выраженная в процентах правильной), и средней величины и изменчивости (стандартное отклонение) вербальных время отклика участников, использующих отдельные смешанные ANOVAs, для обеих задач ( PASAT против PASST), между сессиями (до VS. после) и для разных групп (анодный, катодный или фиктивных). В эксперименте два, средней величины и изменчивости словесных ответов участников были проанализированы путем сравнения их между первым (Блок 1) и последний (Блок 5) набор повторяющихся слов (общее количество обучения) с использованием отдельных смешанные ANOVAs рамках каждой из задач (глагол поколение против существительное чтение против глагола чтения), Session (до VS. после) и Group (анодный, катодный или фиктивных). Результаты неправильных ответов, были исключены из всех анализа данных, вместе с ответами, которые были продлены (свыше + 2SD от среднего) только в эксперименте два.

ove_content "> Эксперимент Один (арифметические задачи)

Стимул Презентация Оценить

Парных т-тесты, скорректированные для множественных сравнений подтвердил, что участник-специфический стимул ставки презентация установленные во время практики существенно не отличаются между тремя группами (обман, анодной и катодной групп, 2.56, 2.50 и 2.49 сек соответственно, F _{2, 63} = 0,23 P = 0,79).

Точность результаты

Количество правильных ответов увеличился на сессии два (84.47%) по сравнению с на один сеанс (76,30%), вероятно, из-за практики (рис 1), а тем более после того, как катодная (77,50 против 89,32%), чем после анодной (77,80 против . 82.80%) или фиктивных (77.81 против 80.91%) стимулирование, что подтверждается задача х сессия х группового взаимодействия, что было значительным с ANOVA (F _2,63 = 4,61, P <0,05).

Рисунок 1:. Точность оценки до и после мозжечка ТОК Число правильных ответов (в среднем +1 SEM, п = 20) избирательно улучшилось после катодной стимуляции от одного сеанса (до стимуляции), чтобы сессии два (после стимуляции), что значительно больше, при вычитании задачи (PASST), чем в дополнение задачи (PASAT). Звездочки показывают существенные различия (р <0,05), а выявленные с исправленными парных сравнений. Эта цифра была изменена с папой и Майалл ^1.

Устные время отклика

Правильные ответы были значительно быстрее во время Пасат, чем во время PASST (1372 против 1447 мс; F _1,57 = 11,70, P <0,001), а тем более после ТОК (1446 против 1374 мс, F _1,57 = 36,43, P <0,001). Действительно, задачи по сеансу при взаимодействии группы был почти значимым (F _1,57 = 2,65, P = 0,08), при этом время отклика во время PASST уменьшился более после катодной стимуляции (1509 против 1322 мс), чем после анодной (1491 против . 1427 мс) или фиктивных (1504 против 1427 мс) стимуляции. Эта тенденция не было видно во время Пасат.

Изменчивость Время отклика

Консистенция время отклика и значительно уменьшилось между один сеанс (386 мс) и два (354 мс; F _1,57 = 16,86, р <0,001), как показано на рисунке 2b. Особый интерес, Целевая х сеансом X взаимодействия Group было статистически значимым (F _2,57 = 11,16, р <0,001). Этот результат позволяет предположить, что изменчивость время отклика во время PASST уменьшился более после катодной (403 против273 мс), чем после анодной (418 против 398 мс) или симуляции (396 против 368 мс). Сокращение времени отклика изменчивости был равен для всех трех групп стимуляции во время добавления задачи.

Рисунок 2: раз (а) средние устный ответ до и после мозжечка ТОК. Средняя словесных время отклика участников (среднее 1 SEM, N = 20), избирательно улучшилось после катодной стимуляции со сессии одного (до стимуляции) на сессии два (после стимуляции), хотя и не значительно (р = 0,08) в вычитание задачей, чем в дополнение задачи. Эта цифра была изменена с папой и Майалл ^1. (B) Устное изменчивости время отклика до и после мозжечка ТОК. Изменчивость (стандартное отклонение) словесных время отклика участников (среднее 1 SEM, п = 20) избирательно улучшитьD значительно после катодной стимуляции в период между сессиями в течение вычитания, но не во время того. Эта цифра была изменена с папой и Майалл ^1.

Эксперимент два (Язык задачи)

Среднее общее обучение

Эффект обучения между блоками 1-5 был рассчитан для каждого участника и оказывается сравнимым во время существительного (0,03 сек) и глагола (0,03 сек) чтение задач, но больше в задачи формирования глагол (0,20 сек [Рисунок 3] ) как показали значительное основного эффекта Task (F _2,56 = 67,17, р <0,001). Интересно, что значительная сессия х Task х группового взаимодействия (F ₄₁₁₄ = 2,44, P = 0,05) предположил, что ТОК выборочно качественного образования в период между сессиями на поколения глагол задачи после катодной (0,18 против 0,31 сек), но не после анодной (0,18 против 0,17 сек) или фиктивных (0,17 по сравнению с 0,19 сек).

Рисунок 3:. Среднее общее обучение между повторными блоки означают ответы (имею в виду 1 SEM, N = 20) между блоками 1-5 были быстрее после ТОК при генерации глагол (VG) задачи чем в существительного чтение (NR), глагола читать (VR) задания. Звездочки показывают существенные различия (р <0,05), а выявленные с исправленными парных сравнений. Эта цифра была изменена с папой и Майалл ^1.

Всего изменчивость обучения

Последовательность обучения между блоками 1-5 также вычисляется (см рис 4), и обнаружили, избирательно улучшалась в течение поколения глагол задачи после катодной (0,08 против 0,19 сек), но не после анодной (0,08 против 0,08 сек) или фиктивных (0,08 против 0,06 сек) ТОК как отмечено в signifпоказательно, сеансом X Целевая группа Х взаимодействия (F ₄₁₁₄ = 2,23 р <0,05).

Рисунок 4:. Всего изменчивость обучения между повторными блоков изменчивость ответов (в среднем SD 1 SEM, п = 20) между блоками 1-5 были более последовательны после ТОК при генерации глагол (VG) задачи чем в существительного чтение ( NR), глагол читать (VR) задачи. Звездочки показывают существенные различия (р <0,05), а выявленные с исправленными парных сравнений. Эта цифра была изменена с папой и Майалл ^1.

Discussion

ТОК стала популярным инструментом в последние годы для изучения отношения мозг-поведение. Настоящая статья описывает порядок расследования когнитивных функций мозжечка, используя ТОК и различные тесты арифметики и языка, которые требуют различной степени рабочей памяти и внимания. Результаты эксперимента одной показал, как катодную стимуляцию правой мозжечковой точности полушарие улучшилось задачи и изменчивости устный ответ (по отношению к анодной и фиктивными стимуляции) во время трудного и познавательно требовательных обработки информации задачи с участием психического вычитание (в темпе слуховой серийный вычитания задачу [ PASST]), но не во время более простой и менее требовательной версии, сопровождающихся психомоторным дополнение (в темп слуховой серийный сложения задачу [PASAT]). Так как обе эти задачи имеют схожий управления двигателем (т.е. вербальных операций), но разнородных когнитивную нагрузку (т.е.., Умственных усилий), мы предположили, в нашем предыдущем исследовании1, что катодная депрессия правого коры мозжечка может освободить дополнительное когнитивных ресурсов, когда задача требует очень высоки. Катодная ТОК, как ожидается, hyperpolarize мозжечок, нажмите выход клеток Пуркинье, а также уменьшить торможение мозжечковая-мозговую (CBI ^20). Эта точка зрения подтверждается тем фактом, что функциональная связность между мозжечком и префронтальной коры (т.е. cerebello-таламо-кортикальных путь ¹⁰⁾ в течение арифметики и узлам difficulty- чувствительны ^43. Результаты из эксперимента никто не может быть объяснено при любом изменении в мозжечковой вклад в управление двигателем, так как они сравнимы в Пасат и PASST, но психические процессы, необходимые для выполнения вычитания против того, различны. Результаты этого эксперимента показывают, что вместо этого эффекты мозжечка-ТОК на познание, скорее всего, Задачи- или нагрузки от конкретных условий. В эксперименте два катодная стимуляция также выборочно повышение производительности задача наЯзыковой протокол, так что ответы стали быстрее и более последовательно по времени более пяти последовательных блоков испытаний, в которых участники генерируемых глаголы в ответ на визуально представленных существительных. Это грунтовки эффект дополняют результаты эксперимента один, а также выводы по итогам других, показывающие, как анодных ТОК на левом дорсолатеральной префронтальной коры (ДЛПФК) может улучшить беглость речи ⁴⁰ и изображение именования задержки ^41,44 - в пользу гипотезы о том, что одни и те же модели по упрощению процедур может наблюдается после катодной ТОК над правым полушария мозжечка (как это наблюдается в эксперименте два). Взятые вместе, эти данные подтверждают роль мозжечка - хотя и косвенным - на языке, обучение и память ^45, кредитование дальнейшую поддержку идее, что мозжечок может влиять познавательных процессов в префронтальной коре: основного места для многих рабочей памяти (WM ) операций.

Когнитивные усовершенствования аре физиологически правдоподобным, что мозжечок оказывает дистанционное воздействие над возбудимости ДЛПФК, через возбуждение церебрально - мозжечковой пути. Еще одним доказательством связи между мозжечком и префронтальной коры описана в работе Хамада и его коллеги, в результате чего ассоциативная пластичность, индуцированная сенсорных / моторных раздражителей парных на 25 мс - в паре ассоциативный стимуляции (PAS), наблюдалось быть заблокирован cerebellar- ТОК ^46. И ежедневных сеансов транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) в течение мозжечка было показано улучшение осанки контроль и ходьба, и двойной многозадачность у пациента с мозжечковой атрофии ^47. Эти моторные и когнитивные улучшения были отмечены увеличением моторных вызванных потенциалов, вызванных двигателя стимуляции коры при мозжечок и взволновали несколько миллисекунд заранее (исследовалась с двойной катушкой, в паре импульсов TMS), в связи с сокращением торможения мозжечка и мозга ( CBI), чтодлился 6 месяцев после лечения. Фарзан и его коллеги ⁴⁷ кредитуется улучшения когнитивных функций в результате повышения двигательной функции и освобождения ресурсов для выполнения двойного задачи. Сокращение CBI индуцируется TMS может также улучшили префронтальной коры головного мозга функции напрямую, через захватывающей гр erebro - мозжечка схем - повышение когнитивные способности. Это последнее объяснение находится в согласии с наблюдаемой используя методы, описанные в настоящей статье, которые демонстрируют процедуру для избирательного улучшения словесные WM после мозжечка-ТОК.

Методы, описанные здесь, показывают, как электрическая стимуляция мозга мозжечка могут модулировать когнитивные функции и повысить производительность при задач, требующих высокого уровня познавательной нагрузки. Этот вывод параллели положительные эффекты от стимулирующих ДЛПФК, который может увеличить арифметической производительности, более длительного времени ² и содействие сбору решение для сложных проблем, но не для простых задач ^3. На самом деле, более ТОК префронтальной коры может повысить производительность в различных когнитивных задач у здоровых участников ^4,5, что приводит исследователей к используют электрическую стимуляцию мозга в качестве терапевтического средства для лечения когнитивных нарушений у пациентов после инсульта ^48, а также у пациентов с болезнью Паркинсона ^41. Действительно, будущие направления ТОК включают его использование в качестве инструмента для изменения поведения, вызывая длительные изменения в головном мозге. ТОК в виде стимуляции мозга терапии стоит изучать в популяциях пациентов по понятным причинам ^24.

В этой статье, наиболее важные шаги для успешного модуляции познания с помощью ТОК: 1) пошив задача Трудность до уровня участников исполнения; 2) последовательное и точное размещение стимуляции электрода над требуемой областью головного мозга; 3) обеспечение тшлем и электроды влажной в течение всего периода стимуляции, чтобы предотвратить стимулятор выключения (смочить физиологическим раствором дополнительной при необходимости). Важно также, чтобы успокоить участников (снижение тревоги), что ощущения, испытываемые при стимуляции исчезают через несколько секунд - оставить ТОК незаметно. Будущие изменения могут включать в себя введение ТОК во время выполнения задания (или так она накладывается на поведение), чтобы исследовать он-лайн эффекты. Выполнение задачи будет затем сравнивались между активными и исходными условиями (например, анодной против обман и / или катодной против обман), а не сравнения производительности до и после периода стимуляции. Долгосрочная эффективность стимуляции постоянного тока также стоит изучить с точки зрения использования ТОК для устранения симптомов когнитивной дисфункции, вместе с парадигмами, которые могут производить более надежные эффекты. Это может включать протоколы, которые обеспечивают преемственность коротких периодов стимуляции (вместо одного Блоск), в результате чего последующие сессии ТОК "Top-Up" эффектов от предыдущей сессии. Доставка несколько сеансов стимуляции может привести совокупные повышение производительности, а не менее изменения, которые развиваются более медленно, в течение одной сессии. Такие проблемы, как это, а также будущих направлений клинических исследований с ТОК были рассмотрены Brunoni и коллег ^49.

Потенциал для использования ТОК в качестве терапевтического средства для устранения когнитивных симптомов некоторых заболеваний появится только один раз процедура была лучше понять и освоил. Например, эффекты ТОК более моторной коре недавно было обнаружено, что сильно варьирует между отдельными лицами, и не всегда полярности конкретных ^22,23. Же также сказал, для воздействия ТОК в когнитивной области ^23. Существует еще ограничены о данных, относящихся к нервно-эффекты усиления ТОК в целом. Но это может быть случай йв офф-лайн эффекты ТОК более мозжечка наиболее способных улучшить поведение, когда участники должны в полной мере участвовать в сложном когнитивной задачи, или, когда они находят задачу трудно выполнить, потому что это предъявляет высокие требования к WM и ресурсы внимания. Эта точка зрения предполагает, что эффекты мозжечка-ТОК на познание может быть Задачи- или load- зависит: опосредовано, возможно, за счет улучшения когнитивных функций в некоторых частях спинно-мозжечкового пути, которые являются активными во время стимуляции. Эта интерпретация наших параллелей данных и с тем, что он-лайн эффектов ТОК на когнитивные функции, которые в настоящее время считается, быть чувствителен к состоянию активного сетевого во время стимуляции ^50. ТОК не может привести к изменениям в производительности, если имеются достаточные познавательные ресурсы для выполнения этой задачи хорошо, но только тогда, когда система занимается, так что она использует больше ресурсов. Действительно, исследования МРТ показывают, как нейронная активность в сети лобно-теменной является positiВели коррелирует со сложностью увеличилось задач ^51.

В заключение, эта статья описал процедуру стимуляции мозга, которая используется ТОК, чтобы стимулировать мозжечок во время серии задач обработки информации с различной когнитивной нагрузки, в которой катодная депрессии мозжечка деятельности (а не анодной возбуждения) повышения производительности во время attentionally требовательным и трудным познавательные задачи. Мы предположили, может ли это быть достигнуто путем дезингибирование WM регионов префронтальной коры: выпускать дополнительные когнитивные ресурсы, когда определенные задачи трудно выполнить. Лучшее понимание отдельных факторов, определяющих эффективность ТОК сейчас нужно что будем надеяться, выходящих из дальнейшего изучения, наряду с усовершенствованными протоколами для доставки электрической стимуляции мозга у здоровых и больных населения. Таким образом, будущие усилия могли бы руководствоваться в сторону устранения когнитивных симптомов некоторых заболеваний с помощью транскраниальной электроческих стимуляция мозга как когнитивной реабилитации инструмента модулировать нарушение мозгового мозжечка схемы.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Гарнитура	Beyerdynamic	DT234 Pro	Убедитесь, что микрофон не перемещается изо рта участника в перерывах между тестами.
Статический стимулятор постоянного тока	Magstim	DC Stimulator Plus	Размещение электродов является решающим фактором успеха для эффективности tDCS
Программное обеспечение для презентации и записи стимулов	www.neurobs.com	Презентация (версия 14.2)	Поддержание скорости представления стимулов, специфичных для участника, между сеансами в первом эксперименте