Waiting
Login processing...

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

Behavior

Modulerende Kognition Brug Transcranial jævnstrøm Stimulering af lillehjernen

Published: February 15, 2015 doi: 10.3791/52302
Automatic Translation
1
1School of Psychology, University of Birmingham

Abstract

Talrige undersøgelser har vist sig for nylig, at demonstrere muligheden for at modulere, og i nogle tilfælde forbedring, kognitive processer ved spændende hjernen, der er involveret i at arbejde hukommelse og opmærksomhed ved anvendelse af transkraniel elektrisk hjernestimulation regioner. Nogle forskere mener nu lillehjernen understøtter kognition, eventuelt via en ekstern neuromodulatory effekt på præfrontale cortex. Dette papir beskriver en procedure til at undersøge en rolle for lillehjernen i kognition hjælp transkraniel jævnstrøm stimulation (TDCs), og et udvalg af information forarbejdning opgaver af varierende opgaver vanskeligheder, som tidligere er blevet vist at inddrage arbejdshukommelse, opmærksomhed og cerebellar funktion . En opgave kaldes tempo Auditory Serial Addition Task (Pasat) og den anden en ny variant af denne opgave kaldet tempo Auditory Serial Subtraktion Task (passt). Et verbum generation opgaven og dens to kontroller (substantiv og verbum læsning) blev også undersøgt. Alle fem tanmoder blev udført af tre separate grupper af deltagere, før og efter graduering af cortico-cerebellar tilslutningsmuligheder hjælp anodisk, katodisk eller falske TDCs over højre cerebellare cortex. Proceduren viser, hvordan ydeevne (nøjagtighed, verbal respons latency og variabilitet) kunne selektivt forbedret efter katodisk stimulering, men kun under opgaver, som deltagerne vurderet som vanskelige, og ikke let. Performance var uændret ved anodisk eller sham stimulation. Disse resultater viser en rolle for lillehjernen i kognition, hvor aktiviteten i den venstre præfrontale cortex er sandsynlige dis-hæmmet af katodiske TDCs over højre cerebellare cortex. Transkraniel brain stimulation er stigende i popularitet i forskellige laboratorier og klinikker. Men eftervirkningerne af TDCs er uforenelige mellem individer og ikke altid polaritet-specifikke, og kan endda være opgave- eller load-specifik, som alle kræver yderligere undersøgelse. Fremtidige indsats kunne også blive guidet i retning af neuro-lydudstyrement i cerebellare patienter med kognitiv svækkelse, når en bedre forståelse af hjernestimulation mekanismer er opstået.

Introduction

Elektricitet er blevet anvendt i medicin i over 100 år. I dag brain stimulation bliver mere hyppigt anvendt i forskellige laboratorier og klinikker som et forsknings-værktøj til at teste hypoteser om, hvordan motoriske og kognitive funktioner udføres af cerebrum og cerebellum, og hvordan forbindelser mellem disse to områder af hjernen understøtte disse funktioner. Med hensyn til cerebellum, er dels de laterale cerebellare halvkugler, der menes at være involveret i kognition (se nedenfor), er tilgængelige for transkraniel elektrisk stimulering, er følsomme over for virkningerne af polariserende strømme, og fordi proceduren er forholdsvis billig og let at udføre i humane deltagere. Hjernen stimulation, der er beskrevet i denne artikel viser, hvordan kognitive processer såsom arbejdshukommelse og opmærksomhed kan lettes ved opgaver, der er "mere" i stedet for "mindre" kognitivt krævende 1. Den fortolkeration af disse opgavespecifikke resultater, er fast bundet af en forståelse af fysiologi cerebro-cerebellar pathway. Neuro-enhancement virkninger, selv når opgaver er vanskelige, er også observeret efter elektrisk stimulering af den præfrontale cortex 2,3,4,5.

Lillehjernen spiller en vigtig rolle i at forudsige, timing og udførelse bevægelser 6. Men forskellige linjer af forskning nu tyder på, at lillehjernen kan påvirke kognitive processer. I anatomiske domæne, for eksempel, har talrige undersøgelser antydet, at gensidige forbindelser mellem regioner i det præfrontale cortex og lillehjernen (dvs. cerebrovaskulær cerebellar vej) kan understøtte kognition 7,8,9,10,11,12. I det kliniske domæne, nogle patienter med skader på bestemte dele af den bageste lillehjernen stede med intellektuelle og følelsesmæssige problemer, hvis symptomer er konceptualiseret i »dysmetria tanke" hypotese, ogklinisk betegnes »cerebellar kognitive affektive syndrom (CCAS), mens dem med skader på anterior dele af lillehjernen, til stede med motoriske handicap (f.eks ataksi) og begrebsliggøres som" dysmetria bevægelighed «13,14,15. I hjernescanning domæne, har Schmahmann og kolleger 16,17 anvendt funktionel magnetisk resonans (fMRI) og funktionel konnektivitet til kort opgave-specifikke områder af lillehjernen og forbindelserne disse områder gør den præfrontale lap under motoriske og kognitive opgaver.

De kognitive opgaver præsenteres i denne undersøgelse blev valgt, fordi de tidligere er blevet vist at aktivere såkaldte non-motoriske regioner i cerebellum. Men de har også gjort det muligt at opdele ud motoriske og kognitive opgave komponenter, som blev opnået ved at variere niveauet af kognitive forhold til motoriske krav, der er nødvendige for at udføre dem korrekt, og interventionsprisen af ​​en hjerne stimulation procedure, der tidligere er vist at modulere hjerne-adfærd relationer. De seneste forsøg på at modulere hjernens funktion og adfærd har omfattet brug af polariserende strømme på tværs af hovedbunden, betegnet, transkraniel jævnstrøm stimulation (TDCs). Faktisk har klinikere været stimulere cerebellare cortex med implanterede elektroder i patientpopulationer siden 1970'erne med opmuntrende terapeutiske resultater 18. I dag, stimulerer hjernen på tværs af hovedbunden realiseres at være nyttig til at studere hjerne-adfærd relationer i raske deltagere.

TDCs i mennesker involverer normalt levere et lavt (1-2 mA) jævnstrøm (DC) kontinuerligt gennem et par saltvand gennemvædet elektroder til 15-20 min. En typisk elektrode montage for at stimulere hjernen kan indebære en (anodisk) elektrode er anbragt på hovedet (over hjernen område af interesse), og den anden (katodisk) elektrode er anbragt på kinden (cephalic) eller skulder (ingenn-cephalic) på den kontralaterale side af kroppen. I tilfælde af at stimulere lillehjernen, intracerebral strøm mellem de to elektroder har relativt lidt funktionel spredes til nærliggende områder (f.eks visuelle cortex 19) og menes at excitere eller trykkes Purkinje celler i cerebellar cortex 20, der producerer både neurofysiologiske og adfærdsmæssige ændringer. Udbredelsen af ​​nuværende og virkningerne af cerebellar-TDCs hos mennesker er udledt modellering af data eller fra dyreforsøg og fra indirekte virkninger på den motoriske hjernebark. I motorens domænet er virkningerne også vist sig at være polaritet-specifikke som det fremgår af konsekvenserne af cerebellar stimulation på motorisk cortex uro 20. For eksempel, generelt anodisk stimulering har en excitatorisk virkning og øger produktionen af ​​Purkinje-celler; stigende hæmning af facilitatory pathway fra cerebellare kerner til hjernebarken, mens katodisk stimulering generelt har en modsat effect dvs. dis-inhibering af hjernebarken ved at reducere Purkinjecelle hæmning af cerebellare kerner. Anatomiske studier i primater afsløre, hvordan Purkinjeceller kunne udøve en facilitatory drev på både motor og kognitive kredsløb via en synaptisk relæ i den ventrale-lateral thalamus 21. Men nylige TDCs undersøgelser på mennesker tyder, at anodisk-katodisk skelnen måske ikke er klar. For eksempel eftervirkningerne af TDCs løbet motoriske hjernebark er meget varierende mellem individer, og er ikke altid polaritet-specifik 22. Lignende kritik opkræves også mod resultater i kognitive domæne 23. Dette kan være med til at forklare, hvorfor er sværere at opdage og fortolke end de direkte effekter af lillehjernen på motoriske områder på grund af cerebellar-hjerne hæmning (CBI 20) virkninger på de kognitive funktioner. Sådanne observationer fremhæve behovet for bedre at forstå de enkelte faktorer, der bestemmer effektiviteten af ​​hjernen stimulation, og at udvikle forbedrede protokoller til at stimulere hjernen.

Ændringer i både motoriske og kognitive funktioner er fysiologisk plausibel via elektrisk stimulation af cerebello-thalamo-cortical vej 24. Med hensyn til de kognitive funktioner, har en modulerende virkning af cerebellar-TDCs om verbal arbejdshukommelse blevet rapporteret 25,26. Og varige virkninger på kognition fra stimulere regioner i præfrontale cortex er også observeret 2,3,4,5. Men de fysiologiske virkninger af brain stimulation på neuroner er forskellige afhængigt af, om adfærd testes under (online effekter) eller efter (off-line effekter) stimulering perioden 27. Det er blevet foreslået, at online-effekter kan omfatte ændringer i det intracellulære miljø (f.eks., Ionkoncentrationer) og den elektrokemiske gradient (f.eks membranpotentialer), mens off-line effekter kan omfatte længerevarende ændringer i neural aktivity skyldes ændret intracellulære processer (fx receptor plasticitet) 27. Nærværende undersøgelse undersøger off-line effekter, hvorved TDCs anvendes i-mellem to sessioner kognitiv testning og adfærd sammenlignes mellem de to sessioner.

Undersøgelse en rolle for lillehjernen i kognition assisteres af brug af opgaver, der tidligere har været vist at involvere cerebellar funktion. En særlig opgave involverer aritmetiske ræsonnement og delt opmærksomhed og kaldes tempo Auditory Serial Addition Task (Pasat 28). Det har været brugt i udstrakt grad til at vurdere forskellige kognitive funktioner hos både raske og patientgrupper. Testen involverer typisk deltagere lytter til numre præsenterede hver 3 sek, og tilføje det antal, de hører til det nummer, de hørt før (i stedet for at give en løbende total). Det er en udfordrende opgave og pålægger en høj grad af WM, opmærksomhed og regning evne. Det indebærer også Activity i cerebrum og cerebellum forbundet med disse særlige elementer i opgaven som afsløret på PET 29. og MR 30. For at gøre det mere kognitivt vanskelig og attentionally krævende (som bekræftet af andre i en nylig undersøgelse 31 opgave, blev den originale brugsanvisning ændret, således at deltagerne skulle trække det nummer, de hører fra det antal, de hørt før. Vi kalder denne nye opgave Pacet Auditory Serial Subtraktion Task (passt 1), og det er sværere at udføre end Pasat som det fremgår af subjektive vurderinger af opgaver vanskeligheder og betydeligt længere reaktionstider 1. Begge versioner af opgaven var inkluderet, så man var mere kognitivt vanskelig og attentionally krævende at udføre end den anden, mens motoriske krav (skjult tale operationer) var sammenlignelige mellem opgaverne. Hvis lillehjernen er involveret i kognition, kunne så forstyrrende funktion med TDCs forstyrre rolle denne SSTRUKTUR under udførelsen på passt, men ikke nødvendigvis på Pasat.

En anden opgave anvendes i udstrakt grad til at undersøge en rolle for lillehjernen under tale- og sproglige aspekter af kognition er verbet Generation Task (VGT 32,33,34,35,36,37). Ligesom Pasat er det blevet brugt i udstrakt grad til at teste verbal arbejdshukommelse hos raske og patientgrupper. Dybest set VGT kræver deltager til at sige højt et verbum (f.eks drev) som reaktion på en visuelt præsenteret substantiv (fx bil), sammenlignet med performance på en kontrol opgave, hvor deltagerne læser substantiver højt. Generering verber og læsning substantiver har lignende perceptuelle og motoriske krav, men forskellige verbal WM krav (dvs. større semantisk analyse). Og større aktivitet i en cerebrovaskulær cerebellar netværk er forbundet med at generere verber i forhold til læsning af substantiver 34,35,36. Ord også genereres hurtigere (en effekt af priming), når opgavernegentages med de samme ord (i tilfældig rækkefølge) på tværs af blokkene, og cerebrovaskulær cerebellar aktivitet stiger som observeret på PET 33 og fMRI 37.

I denne artikel er en procedure, der er beskrevet for anvendelse TDCs over lillehjernen at undersøge en rolle for denne hjerne struktur i kognition, sammen med to aritmetiske (eksperiment en) og tre sprog opgaver (eksperiment to) af varierende sværhedsgrad, som tre separate grupper af Deltagerne udført før og efter stimulering periode. Vi hypotese, givet en rolle for lillehjernen i kognition, at præstation på de mere krævende opgaver (dvs. passt og verbum generation) ville blive påvirket mere af TDCs (off-line effekter) end præstationer på de mindre krævende opgaver (Pasat og navneord / verbum læsning).

Protocol

BEMÆRK: Alle deltagere gav informeret samtykke og undersøgelsen blev godkendt af University of Birmingham etiske komité.

1. Bed deltageren læse oplysningsskemaet og fuldføre TDCs screeningquestionnaire (bilag 1), og hvis der ikke er kontraindikationer for udøvende TDCs, bede dem om at underskrive samtykkeerklæring.

2. Udfør eksperiment en (beregningsopgaver) og eksperimentere to (sprog opgaver), den ene efter den anden, i pseudo-tilfældig rækkefølge, før (session én) og efter (session to) stimulering periode i et stille rum til at reducere distraktioner og muliggøre nøjagtig registrering af auditive svartider, som beregnes off-line.

3. I eksperiment én præsenterer de auditive stimuli (dvs.., Numre) i løbet af et headset (tabel Materialer / udstyr). I eksperiment to, præsentere de visuelle stimuli (dvs. ord) på en computerskærm. I begge forsøg gate mobiltelt mikrofon ved amplituden af ​​deltagernes auditive svar.
BEMÆRK: Alle opgaver var edb og kørte på en bærbar computer, der kontrolleres af stimulus præsentation og optagelse software (tabel Materialer / udstyr).

4. Ved udgangen, forklare deltagerne formålet med undersøgelsen (dvs. debriefing), og bede dem om at vurdere vanskeligheden ved hver opgave på en skala fra 1 (let) - 10 (hårdt). Også forklare deltagerne om ikke at deltage i en anden brain stimulation eksperiment i mindst 7 dage, og til at kontakte forsøgslederen, hvis de skulle føle nogen bivirkninger af TDCs.

5. Eksperiment One (beregning Opgaver)

5.1) Udførelse af tempo Auditory Serial Addition Opgave

BEMÆRK: Pasat kommer i en 3 sek og en 2 sek version.

  1. Brug de 60 punkter hver indeholdt i de 3 sek og 2 sek versioner til tilføjelsen opgaven og subtraktion opgave hhv. Furthermmalm, bruge punkterne på Pasat-Form A før stimulering periode (session én), og punkterne på Pasat-formular B, efter stimulering periode (session to).
    BEMÆRK: Frontlæsser den rækkefølge, som deltagerne udføre Pasat og passt, så ydeevne på en opgave ikke overføre til den anden.
  2. Sid deltageren foran computerskærmen og forklare dem, at de kommer til at høre en række tal via headsettet, og at de vil være forpligtet til at føje nummeret, de hører til det nummer, de hørte umiddelbart før det, og derefter give udtryk svaret, og fortsætte med at føje nummeret de hører til den ene, før det (og ikke at give en løbende total). Placer mikrofonen foran deltagerens mund, før du starter opgaven.
  3. Start opgaven og bede deltageren læse de generelle instruktioner, der er præsenteret på computerskærmen, som formelt forklarer, hvordan du udfører Pasat. Udføropgaven når deltageren har forstået instruktionerne.
    BEMÆRK: En skriftlig eksempel også præsenteret for dem. Disse instruktioner er de samme som i den oprindelige version af opgaven.
  4. Under opgaven, nedskrive hvert svar på det trykte partitur ark (bilag 2) om efterfølgende kontrol. Giv ikke score, hvis deltageren giver et forkert svar eller ikke reagerer. Sørg for, at stimuli kan høres, så opgaven kan følges (alternativt præsentere forsøget gennem højttalere) og markere hvert korrekt svar på skift.
  5. Fortæl deltagerne ikke at tale og / eller udføre orale beregninger (eller brug fingrene til at hjælpe ydeevne) i løbet af opgaven, og at kun svaret skal udtales højt.

5.2) Udførelse af tempo Auditory Serial Subtraktion Opgave

  1. Fortæl deltagerne, at vejledningen til subtraktion opgave (passt) er de samme for tilsætning opgave (Pasat), undtagen denne gang er deder kræves for at trække det antal, de hører fra det antal, de hørte umiddelbart før det, og derefter give udtryk svaret, og fortsætte med at trække det antal, de hører fra den ene umiddelbart før det (og ikke at give en løbende total). Igen, sørg for, at mikrofonen ikke har bevæget sig væk fra deltagerens mund.
  2. Når deltageren har læst vejledningen præsenteret for dem på computerskærmen relateret til subtraktion opgaven, og forstået dem - udføre opgaven. Igen, minde deltagerne til ikke at udføre beregninger mundtligt eller ved hjælp af fingrene.

5.3) Perforing af træningssessioner (Pasat OG passt)

BEMÆRK: En øvelse udføres af hver deltager før udførelse hver opgave i eksperiment en til at bestemme den hastighed, hvormed deltagerne kan udføre de opgaver inden for en vis grænse for at undgå loft effekter. Opnå dette ved at inkludere 45 genstande ved practice (i modsætning til de oprindelige 10 punkter).

  1. Forklar den deltager, de vil udføre Pasat og / eller passt (afhængigt af, hvilken opgave der skal udføres først) som beskrevet ovenfor. Under praksis kun session, øge præsentationen på de auditive elementer ved at reducere inter-stimulus interval med 300 ms efter hver blok af fem punkter, mellem interval området 4,2-1,8 sek.
  2. Under praksis, notere præsentationen sats, der forårsagede deltageren at lave 3 på hinanden følgende fejl (men give dem mulighed for at afslutte praksis session), og bruge sats forud for denne cut-off point i løbet af opgaven.
  3. Vælg stimulus præsentation for hver deltager, og opretholde denne hastighed mellem sessioner et og to (dvs.., Før og efter stimulation). Giv deltageren en kort pause mellem hver opgave (ca. 30 sek).

6. experiement To (Sprog Opgaver)

6.1) Udførelse verbet Generation Task

BEMÆRK: Udfør navneord læsning, verbet generation og verbet læser opgave i denne rækkefølge (adskilt af en kort pause), så ordene præsenteret i verbet læsning opgave ikke prime en hurtigere respons i opgaven verbum generation. Hver opgave består af 3 praksis ord og 6 blokke af 10 forsøg.

  1. Konstruér en liste med 40 konkrete substantiver relateret til værktøjer / objekter, der kan manipuleres med hænder eller fødder, og 40 konkrete verber relateret til handlinger, der udføres med de værktøjer / objekter fra en uafhængig gruppe af deltagere, hvorved de samme navneord-verbum par genereres med mere end halvdelen af gruppen som i pave og Miall 1. Undgå navneord-verbum par, der genererer de samme reaktioner (f.eks middag-spise, æble-spise) eller ikke vedrører menneskelige handlinger (f.eks ovn-bage). Nuværende halvdel ord session ene og den anden halvdel i session to.
  2. Forklar den deltager, de have at sige en passende verbum (f.eks drev) som svar på den præsenterede substantiv (fx bil). Præcisere dette navneord-verbum forhold til deltagerne i starten af ​​opgaven.
  3. Præsenter ordene centralt på computerskærmen i en anden tilfældig rækkefølge i blokke 1-5 (gentagne ord), og præsentere nye ord i blok 6 (nye ord). Sørg hvert ord erstattes med det næste ord, når mikrofonen registrerer et svar.
    BEMÆRK: Sørg for, at listerne ord i sessioner et og to er forskellige, og opvejes mellem deltagerne.
  4. Start opgaven og bede deltageren læse de generelle instruktioner, der er præsenteret på computerskærmen, som formelt forklarer, hvordan du udfører verbet generation opgave.
  5. Når deltageren har fuldt ud forstået opgaven, placere mikrofonen foran munden, og instruere dem til at producere ord, så snart de vises på computerskærmen.
  6. Skriv ned eller optage hvert svar talten højt af deltageren om efterfølgende kontrol. Notér eventuelle fejl eller ubesvarede svar.

6.2) Udførelse substantivet og Verb læseopgaver

BEMÆRK: Præsenter ord på samme måde som i verbet generation opgave. Deltagerne læser substantiver i navneord læsning opgave, og verber i verbet læser opgaven.

  1. For begge læseopgaver, instruere deltageren til at læse hvert ord højt, så snart den vises på computerskærmen.
  2. Kontroller, at deltageren har læst hvert ord korrekt under både læsning opgaver ved at se på skærmen som ord bliver læst op.
    BEMÆRK: Sørg for, at placeringen af ​​mikrofonen ikke har bevæget sig fra deltagerens mund i mellem opgaver.

7. Udførelse af cerebellare TDCs

BEMÆRK: TDCs anses for sikkert til anvendelse i mennesker. Men forskeren administrerer TDCs i denne undersøgelse var en første-aider. Det er advsationsværdi at en Førstehjælper er lige ved hånden, når du udfører TDCs, for at sikre, at deltagernes sikkerhed ikke bringes i fare, hvis de føler sig utilpas / svag under proceduren. Efterlad aldrig en deltager uden opsyn ved indgivelse TDCs.

  1. Presoak to svamp elektroder (overfladeareal = 25 cm2) i en standard 0,9% NaCI saltopløsning, indtil de er mættede.
  2. For at administrere excitatorisk (anodisk) stimulation over den højre cerebellar cortex, placere den røde elektrode, 1 cm under, og 4 cm til højre for den mest fremtrædende fremspring nakkebenet (inion).
    BEMÆRK: Denne sideværts position på hovedbunden tilnærmer placeringen af ​​cerebellare lobule VII.
  3. For at fuldende elektroden montage, placere reference eller katodisk elektrode (blå) på højre skulder over deltoideus.
  4. For at administrere hæmmende (katodisk) stimulering, gentage ovenstående procedure og placere de to svamp elektroder omvendt (dvs.placere blå elektrode på hovedet og den røde elektrode på skulderen).
  5. For at administrere sham TDCs levere pseudo stimulering (fx 110 uA over 15 msek, hver 550 ms) for 20 min i stedet for stimulation strøm. Placer de to elektroder det samme som ovenfor, men modvægt placeringen af ​​røde og blå elektroder mellem deltagerne i fingeret gruppen.
  6. Fastgør de våde elektroder fast til hovedet og overarm med gummistropper eller selvklæbende wrap. Læg nogle køkkenrulle omkring bagsiden af ​​deltagerens hals at tørre op dryp saltvandsopløsning.
    BEMÆRK: Kontroller, at den påtænkte placering af elektroderne ikke er flyttet, efter at de er blevet sikret. For at sikre optimal elektrode og hud interface, skal du sørge for elektroderne er placeret fladt på hovedbunden, og ikke over håret.
  7. Indtræden og offset hver stimulation indgriben stigning og fald, henholdsvis DC strøm i en rampe-lignende måde over 10 sek 38,39.Sæt intensiteten af stimulation på 2 mA og levere i 20 min ved hjælp af en pålidelig løbende reguleret DC stimulator (tabel Materialer / udstyr).
    BEMÆRK: Denne intensitet svarer til den, der anvendes af andre 25, og betragtes som et sikkert niveau for udsættelse 40, langt under tærsklen for at forårsage vævsskade 41.
  8. Fortæl deltageren til at hvile / slappe af under stimulering periode, og afholde dem fra at bruge elektroniske enheder, så for at undgå at indføre forstyrrende variabler, der potentielt kan påvirke resultatet af forsøget.
    BEMÆRK: Det er almindeligt, at deltagerne til at føle en mild kløe sensation i den ene eller begge elektrodestederne (og / eller en metallisk smag i munden), når stimulation nuværende begynder. Berolige deltagerne at disse fornemmelser forsvinder efter et par sekunder - forlader TDCs unperceived.
  9. Anvend anodisk, katodisk eller fingeret stimulation til tre separate grupper af deltagere i pseudo tilfældige ordER (mellem-deltagere, uafhængige prøver). Sørg for, at det samlede antal, køn og gennemsnitsalderen for deltagerne er sammenlignelig mellem grupperne som i pave og Miall 1.

8. Efter brain stimulation, gentages Pasat (trin 5.1-5.1.5) og passt (trin 5.2-5.2.2) i en modvægt rækkefølge og at navneord og udsagnsord læseopgaver (trin 6.2-6.2.2) og verbum generation opgave (trin 6.1-6.1.6) i denne rækkefølge. Udfør eksperimentet en (beregningsopgaver) og eksperimentere to (sprog opgaver) i pseudo-tilfældig rækkefølge. Må ikke give øvelse på hver opgave efter hjerne stimuation.

BEMÆRK: I andre undersøgelser af kognition, har reelle og humbug stimulation blevet anvendt på den samme kohorte (inden-deltagere, relaterede prøver), adskilt af en udvaskning varighed på mindst 5-7 dage 25,26. Men differentiere sham og reelle stimulation er lettere ved højere strømstyrker 42. Dette kunne være problematisk i et medi-deltagere design, men ikke så i en mellem-deltagere design som beskrevet her.

Representative Results

Dataanalyse

I eksperiment én blev resultaterne analyseret i form af antallet af korrekte svar eller nøjagtighed scores (udtrykt som procent korrekt), og den gennemsnitlige og variabilitet (standardafvigelse) på deltagernes verbale svartider ved hjælp separate blandede ANOVA'er, for begge opgaver ( Pasat vs. passt), mellem Sessions (før vs. efter) og på tværs af grupper (anodisk, katodisk eller fingeret). I eksperiment to blev middelværdien og variabilitet af deltagernes verbale reaktioner analyseret ved at sammenligne dem mellem den første (blok 1) og sidste (blok 5) sæt gentagne ord (samlede læring) anvendelse af separate blandede ANOVA'er inden for hver opgave (verbum generation vs. navneord læsning vs. verbum læsning), Session (før vs. efter) og Group (anodisk, katodisk eller fingeret). Resultaterne fra forkerte svar blev udelukket fra al dataanalyse, sammen med svar, der blev forlænget (over + 2SD for gennemsnittet) i kun eksperiment to.

ove_content "> Experiment One (aritmetisk Opgaver)

Stimulus Præsentation Rate

Parvis t-test justeret for multipel sammenligning bekræftede, at deltageren-specifikke stimulus præsentation rater, der fastsættes under træningen ikke signifikant mellem de tre grupper (humbug, anodisk og katodiske grupper, 2,56, 2,50 og 2,49 sek henholdsvis F 2, 63 = 0,23 P = 0,79).

Nøjagtighed Scores

Antallet af korrekte svar steg på session to (84,47%) i forhold til på session én (76,30%), formentlig på grund af praksis (figur 1), men mere så efter katodisk (77.50 vs. 89,32%), end efter anodisk (77,80 vs . 82,80%) eller sham (77,81 vs. 80,91%) stimulering, som bekræftes af en Task X-session x Group interaktion, der var signifikant med ANOVA (F 2,63 = 4,61, P <0,05).

Figur 1
Figur 1:. Nøjagtighed scores før og efter cerebellare TDCs Antallet af korrekte svar (gennemsnit +1 SEM, n = 20) selektivt forbedret efter katodisk stimulering fra session en (præ-stimulation) til session to (post-stimulation), betydeligt mere i subtraktion opgave (passt) end i tilføjelsen opgave (Pasat). Stjerner viser signifikante forskelle (p <0,05), mens afsløret med korrigeret parvise sammenligninger. Dette tal er blevet ændret fra paven og Miall 1.

Verbale svartider

Rigtige svar var væsentligt hurtigere under Pasat end under passt (1372 vs. 1447 ms, F 1,57 = 11,70, p <0,001), og mere så efter TDCs (1446 vs. 1374 ms, F 1,57 = 36,43, p <0,001). Faktisk opgaven ved Session af Group interaktion var næsten signifikant (F 1,57 = 2,65, P = 0,08), hvorved svartider under passt faldt mere efter katodisk stimulering (1509 vs. 1322 ms), end efter anodisk (1491 vs . 1427 ms) eller sham (1504 vs. 1427 ms) stimulation. Denne tendens var ikke indlysende under Pasat.

Reaktionstid variabilitet tid

Konsistensen af svartider faldt også betydeligt mellem session én (386 ms) og to (354 ms; F 1,57 = 16,86, p <0,001), som vist i figur 2b. Af særlig interesse, Task x Session x Group interaktionen var signifikant (F 2,57 = 11,16, p <0,001). Dette resultat antyder, at responstiden variabilitet under passt faldt mere efter katodisk (403 vs.273 ms), end efter anodisk (418 vs. 398 ms) eller sham (396 vs. 368 ms). Reduktionen i responstid variabilitet var lig tværs af de tre stimulering grupper under tilsætningen opgave.

Figur 2
Figur 2: (A) Mean verbal svartider før og efter cerebellare TDCs. Gennemsnittet af deltagernes verbale svartider (gennemsnit +1 SEM, n = 20) selektivt forbedret efter katodisk stimulering fra session et (præ-stimulation) til session to (post-stimulation), omend ikke signifikant (P = 0,08) i subtraktion opgave end i tilføjelsen opgave. Dette tal er blevet ændret fra paven og Miall 1. (B) Verbal responstid variabilitet før og efter cerebellare TDCs. Variabiliteten (standardafvigelse) på deltagernes verbale svartider (gennemsnit +1 SEM, n = 20) at forbedre selektivtd betydeligt efter katodisk stimulering mellem sessioner under subtraktion, men ikke under tilsætning. Dette tal er blevet ændret fra paven og Miall 1.

Eksperiment To (Sprog Opgaver)

Mean samlede læring

En effekt af læring mellem blokkene 1-5 blev beregnet for hver enkelt deltager og fundet at være sammenlignelig under substantiv (0,03 sek) og verbum (0,03 sek) læseopgaver, men større i løbet af opgaven verbum generation (0,20 sek [se figur 3] ) som afsløret af en betydelig væsentligste virkning af Task (F 2,56 = 67,17, p <0,001). Interessant, en betydelig Session x Task X Group interaktion, (F 4114 = 2,44, P = 0,05) foreslog, at TDCs selektivt forbedret læring mellem sessioner på verbet generation opgave efter katodisk (0,18 vs. 0,31 sek), men ikke efter anodisk (0,18 vs. 0,17 sek) eller sham (0,17 vs. 0,19 sek).

Figur 3
Figur 3:. Mean samlede læring mellem gentagne blokke Mean reaktioner (betyde en SEM, n = 20) mellem blokkene 1-5 var hurtigere efter TDCs under verbet generation (VG) opgave, end under substantivet læsning (NR), verbum læsning (VR) opgaver. Stjerner viser signifikante forskelle (p <0,05), mens afsløret med korrigeret parvise sammenligninger. Dette tal er blevet ændret fra paven og Miall 1.

Total variation læring

Konsistensen af læring mellem blokkene 1-5 blev også beregnet (se figur 4), og fundet at være selektivt forbedret i løbet af verbet generation opgave efter katodisk (0,08 vs. 0,19 sek), men ikke efter anodisk (0,08 vs. 0,08 sek) eller sham (0,08 vs. 0,06 sek) TDCs som præget af en betydelig Session x Task x Group interaktion, (F 4114 = 2,23 P <0,05).

Figur 4
Figur 4:. Total variation læring mellem gentagne blokke Variabiliteten af svarene (gennemsnitlig SD +1 SEM, n = 20) mellem blokkene 1-5 var mere konsekvent efter TDCs løbet verbet generation (VG) opgave, end under navneord læsning ( NR), verbum læsning (VR) opgaver. Stjerner viser signifikante forskelle (p <0,05), mens afsløret med korrigeret parvise sammenligninger. Dette tal er blevet ændret fra paven og Miall 1.

Discussion

TDCs er blevet et populært redskab i de senere år for at studere hjerne-adfærd relationer. Nærværende artikel beskriver en procedure for at undersøge kognitive funktioner i lillehjernen hjælp TDCs og forskellige tests af aritmetiske og sprog, der kræver varierende grader af arbejdshukommelse og opmærksomhed. Resultaterne for eksperiment én viste, hvor katodisk stimulering af retten cerebellar hemisfære forbedret opgave nøjagtighed og verbal variabilitet respons (i forhold til anodisk og fingeret stimulation) under en vanskelig og kognitivt krævende information-processing opgave, der involverer mental subtraktion (den pacede auditive serielle subtraktion opgave [ passt]), men ikke i løbet af en enklere og mindre krævende udgave involverer mental tilføjelse (det tempo auditive serielle tilføjelse opgave [Pasat]). Da begge disse opgaver deler lignende motorstyring (dvs. verbale operationer), men ulig kognitiv belastning (dvs.., Mental indsats), vi spekulerede i vores tidligere undersøgelse1, som katodisk depression af retten cerebellare cortex kunne frigøre ekstra kognitive ressourcer, når task krav er høje. Katodisk TDCs forventedes at hyperpolarisere lillehjernen, trykkes Purkinjecelle output, og reducere cerebellar-hjerne hæmning (CBI 20). Dette synspunkt understøttes af den konstatering, at funktionelle konnektivitet mellem lillehjernen og den præfrontale cortex (dvs. cerebello-thalamo-cortical vej 10) under aritmetiske er opgave- og difficulty- følsomme 43. Resultaterne fra forsøget kan ikke forklares ved nogen ændring i cerebellare bidrag til motorstyring, da disse er sammenlignelige i Pasat og passt, men de mentale processer, der kræves for at udføre subtraktion versus Derudover er forskellige. Resultaterne fra dette forsøg tyder i stedet, at virkningerne af cerebellar-TDCs om kognition sandsynligvis opgave- eller load-specifikke. I eksperiment to, også katodisk stimulering selektivt forbedret opgaveløsning under ensprog-protokollen, således at svarene fik hurtigere og blev mere konsekvent timet over fem på hinanden følgende blokke af forsøg, hvor deltagerne genererede verber som reaktion på visuelt præsenteret substantiver. Dette priming effekt suppleret resultaterne fra eksperiment én, og også fund af andre viser, hvordan anodiske TDCs over venstre dorsolaterale præfrontale cortex (DLPFC) kan forbedre verbal fluency 40 og billede navngivning ventetid 41,44 - støtte til hypotesen om, at de samme lettelse mønstre kan observeres efter katodiske TDCs over højre cerebellar hemisfære (som observeret i forsøg to). Tilsammen disse resultater understøtter en rolle for lillehjernen - om end indirekte - i et sprog, indlæring og hukommelse 45, udlån yderligere støtte til tanken om, at lillehjernen kan påvirke kognitive processer i det præfrontale cortex: et stort sted for mange arbejdshukommelse (WM ) operationer.

Kognitive forbedringer are fysiologisk sandsynlig, lillehjernen udøver en ekstern indflydelse excitabilitet i DLPFC via excitation af cerebro - cerebellar pathway. Yderligere bevis for kobling mellem lillehjernen og den præfrontale cortex er beskrevet i det arbejde, som Hamada og kolleger, hvorved associative plasticitet induceret af sensoriske / motoriske stimuli parret på 25 ms - parret associativ stimulation (PAS), blev observeret til at blive blokeret af cerebellar- TDCs 46. Og daglige arrangementer transkraniel magnetisk stimulation (TMS) i lillehjernen har vist sig at forbedre postural kontrol og gå, og dual-tasking i en patient med cerebellar atrofi 47. Disse motoriske og kognitive forbedringer var præget af en stigning i motor evoked potentialer induceret af motor kortikale stimulation når lillehjernen blev også begejstret et par millisekunder forhånd (undersøgt med dual-coil, parret-puls TMS), som følge af reduceret cerebellar-hjerne hæmning ( CBI), dervarede 6 måneder efter behandling. Farzan og kolleger 47 krediteret forbedringerne i den kognitive funktion til en konsekvens af forbedret motorik og befrielsen af ressourcer til udførelsen af dual-opgave. Reduktionen i CBI induceret af TMS kan også have forbedret præfrontale kortikale funktion direkte, gennem spændende c erebro - cerebellare kredsløb - forbedring kognitiv kapacitet. Sidstnævnte forklaring er indforstået med, der blev observeret ved anvendelse af de metoder, der beskrives i denne artikel, at demonstrere en procedure til selektivt at forbedre verbal WM efter cerebellare-TDCs.

De her beskrevne fremgangsmåder viser, hvordan hjernens elektriske stimulering af cerebellum kan modulere kognitive funktioner og forbedre ydeevnen under opgaver, der kræver et højt niveau af kognitive belastning. Dette fund paralleller de positive effekter af at stimulere DLPFC, der kan forbedre aritmetiske ydeevne over lange varighed 2 3 problemer. Faktisk kan TDCs end præfrontale cortex forbedre ydeevnen i en række kognitive opgaver hos raske deltagere 4,5, hvilket forskerne til at ansætte elektrisk hjernestimulation som et terapeutisk redskab til behandling af kognitive mangler hos patienter efter slagtilfælde 48, og hos patienter med Parkinsons sygdom 41. Faktisk fremtidige retninger for TDCs omfatte dets anvendelse som et redskab til at ændre adfærd ved at inducere varige ændringer i hjernen. TDCs som en form for brain stimulation terapi er værd at udforske i patientpopulationer af indlysende grunde 24.

I denne artikel, de mest kritiske trin til en vellykket graduering af kognition hjælp TDCs er: 1) skræddersy opgave-vanskeligheder til deltagernes præstationsniveau; 2) ensartet og nøjagtig placering af stimulation elektrode over det ønskede område af hjernen; 3) at sikre that begge elektroder holdes fugtig hele stimulation periode for at forhindre stimulator slukke (fugtes med ekstra saltvand om nødvendigt). Det er også vigtigt at berolige deltagerne (reducere angst), som fornemmelser mærkes under stimulation forsvinder efter et par sekunder - forlader TDCs unperceived. Fremtidige ændringer kan omfatte administration af TDCs under opgaveløsningen (eller så det overlapper adfærd) for at undersøge online-effekter. Task resultater ville derefter sammenlignes mellem aktive og baseline betingelser (dvs. anodisk vs. sham og / eller katodisk vs. sham), snarere end at sammenligne resultater før og efter stimulation periode. Den langsigtede virkning af DC stimulation er også værd at udforske fra perspektivet om at bruge TDCs at afhjælpe symptomerne på kognitiv dysfunktion, sammen med modeller, der kan producere mere robuste virkninger. Dette kan indebære protokoller, der leverer en række korte stimulation perioder (snarere end en enkelt block), hvorved de efterfølgende sessioner af TDCs 'top-up' påvirkninger fra foregående session. Leverer flere stimulation sessioner kan producere kumulative stigninger i ydeevne, snarere end mindre ændringer, der udvikler sig langsommere over en enkelt session. Udfordringer som disse og også fremtidige retninger for klinisk forskning med TDCs er blevet gennemgået af Brunoni og kolleger 49.

Potentialet for at bruge TDCs som et terapeutisk redskab til afhjælpning af de kognitive symptomer på visse sygdomme vil kun dukke op, når proceduren er blevet bedre forstået og mestrer. For eksempel har virkningerne af TDCs end motor cortex for nylig blevet fundet at være meget variabel mellem individer, og ikke altid polaritet specifik 22,23. Det samme er også blevet sagt for effekter af TDCs i den kognitive domæne 23. Der er stadig en begrænset om data vedrørende de neuro-fremmende effekter af TDCs generelt. Men det kan være tilfældet thved off-line effekter af TDCs over lillehjernen er mest stand til at forbedre adfærd, når deltagerne skal engagere sig fuldt ud med en vanskelig kognitiv opgave, eller når de finder opgaven vanskelig at udføre, fordi det stiller store krav til WM og koncentrationsproblemer ressourcer. Denne opfattelse tyder på, at effekten af ​​cerebellar-TDCs om kognition kan være opgave- eller belastnings- afhængig: medieret måske ved at forbedre de kognitive funktioner i dele af cerebrovaskulær cerebellar vej, der er aktive under stimulation. Denne fortolkning af vores data paralleller godt med det online-effekter af TDCs på kognition, som i øjeblikket menes at være følsomme over for tilstanden af aktivt netværk i den tid af stimulation 50. TDCs må ikke føre til ændringer i ydelse, hvis der er tilstrækkelige kognitive ressourcer til rådighed til at udføre opgaven, men kun når systemet er aktiveret, så det bruger flere ressourcer. Faktisk fMRI undersøgelser viser hvordan neurale aktivitet i en frontal-parietale netværk er Posi-tivt korreleret med øget opgave kompleksitet 51.

Afslutningsvis denne artikel beskrives en hjerne stimulation procedure, der anvendes TDCs at stimulere lillehjernen under en række oplysninger-forarbejdning opgaver med varierende kognitiv belastning, hvor katodisk depression af cerebellar aktivitet (og ikke anodisk excitation) forbedret ydeevne under attentionally krævende og vanskelig kognitive opgaver. Vi spekulerede om dette kunne opnås ved dis-hæmning af WM regioner i præfrontale cortex: frigørelse af ekstra kognitive ressourcer, når visse opgaver er vanskelige at udføre. En bedre forståelse af de enkelte faktorer, der bestemmer effektiviteten af ​​TDCs der nu er behov, som forhåbentlig dukker op fra yderligere undersøgelse, sammen med forbedrede protokoller for at levere elektrisk hjernestimulation i sunde og patientgrupper. Således kan den fremtidige indsats får vejledning i afhjælpning af de kognitive symptomer på visse sygdomme ved hjælp af transkraniel electriCal brain stimulation som en kognitiv rehabilitering værktøj til at modulere cerebrovaskulær cerebellar kredsløb.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Headset Beyerdynamic DT234 Pro Ensure the microphone does not move from the participants mouth in between testing.
DC stimulator Magstim DC Stimulator Plus Electrode placement is a critical success factor for tDCS efficacy
Stimulus presentation and recording software  www.neurobs.com Presentation (Version 14.2) Maintain participant-specific stimulus presentation rate between sessions in experiment one

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pope, P. A., Miall, R. C. Task-specific facilitation of cognition by cathodal transcranial direct current stimulation of the cerebellum. Brain Stimulation. 5, 84-94 (2012).
  2. Snowball, A., et al. Long-term enhancement of brain function and cognition using cognitive training and brain stimulation. Current Biology. 23, 987-992 (2013).
  3. Metuki, N., Sela, T., Lavidor, M. Enhancing cognitive control components of insight problems solving by anodal tDCS of the left dorsolateral prefrontal cortex. Brain Stimulation. 5, 110-115 (2012).
  4. Zaehle, T., Sandmann, P., Thorne, J. D., Jäncke, L., Herrmann, C. S. Transcranial direct current stimulation of the prefrontal cortex modulates working memory performance: combined behavioural and electrophysiological evidence. BMC Neuroscience. 12, 2 (2011).
  5. Fregni, F., et al. Anodal transcranial direct current stimulation of prefrontal cortex enhances working memory. Experimental Brain Research. 166, 23-30 (2005).
  6. Pope, P., Miall, R. C. How might the cerebellum participate in motor control, if life one is possible. ACNR. 10, 16-18 (2011).
  7. Hoover, J. E., Strick, P. L. The organization of cerebellar and basal ganglia outputs to primary motor cortex as revealed by retrograde transneuronal transport of herpes simplex virus type 1. Journal of Neuroscience. 19, 1446-1463 (1999).
  8. Kelly, R. M., Strick, P. L. Cerebellar loops with motor cortex and prefrontal cortex of a nonhuman primate. Journal of Neuroscience. 23, 8432-8444 (2003).
  9. Middleton, F. A., Strick, P. L. Cerebellar output: motor and cognitive channels. Trends in Cognitive Science. 2, 348-354 (1998).
  10. Middleton, F. A., Strick, P. L. Cerebellar 'projections' to the prefrontal cortex of the primate. Journal of Neuroscience. 21, 700-712 (2001).
  11. Balsters, J. H., et al. Evolution of the cerebellar cortex: The selective expansion of prefrontal-projecting cerebellar lobules. Neuroimage. 43, 388-398 (2010).
  12. Strick, P. L., Dum, R. P., Fiez, J. A. Cerebellum and non-motor function. Annual Review of Neuroscience. 32, 413-434 (2009).
  13. Schmahmann, J. D. An emerging concept: the cerebellar contribution to higher function. Archive of Neurology. 48, 1178-1187 (1991).
  14. Schmahmann, J. D. Dysmetria of thought: clinical consequences of cerebellar dysfunction on cognition and affect. Trends in Cognitive Science. 2, 362-371 (1998).
  15. Schmahmann, J. D., Sherman, J. C. The cerebellar cognitive affective syndrome. Brain. 121, 561-579 (1998).
  16. Stoodley, C. J., Schmahmann, J. D. Functional topography in the human cerebellum: a meta-analysis of neuroimaging studies. Neuroimage. 44, 489-501 (2009).
  17. Stoodley, C. J., Valera, E. M., Schmahmann, J. D. Functional topography of the cerebellum for motor and cognitive tasks: An fMRI study. Neuroimage. 59, 1560-1570 (2012).
  18. Heath, R. G., Llewellyn, R. C., Rouchell, A. M. The cerebellar pacemaker for intractable behavioral disorders and epilepsy: follow-up report. Biological Psychiatry. 15, 243-256 (1980).
  19. Parazzini, M., Rossi, E., Ferrucci, R., Liorni, I., Priori, A., Ravazzani, P. Modelling the electric field and the current density generated by cerebellar transcranial DC stimulation in humans. Clinical Neurophysiology. 125, 577-584 (2013).
  20. Galea, J. M., Jayaram, G., Ajagbe, L., Celnik, P. Modulation of cerebellar excitability by polarity-specific noninvasive direct current stimulation. Journal of Neuroscience. 29, 9115-9122 (2009).
  21. Middleton, F. A., Strick, P. L. Basal ganglia and cerebellar loops: motor and cognitive circuits. Brain Research Reviews. 31, 236-250 (2000).
  22. Wiethoff, S., Hamada, M., Rothwell, J. C. Variability in response to transcranial direct current stimulation of the motor cortex. Brain Stimulation. 3, 468-475 (2014).
  23. Jacobson, L., Koslowsky, M., Lavidor, M. tDCS polarity effects in motor and cognitive domains: a meta-analytical review. Experimental Brain Research. 216, 1-10 (2012).
  24. Pope, P. A., Miall, R. C. Restoring cognitive functions using non-invasive brain stimulation techniques in patients with cerebellar disorders. Frontiers in Psychiatry. 5, 33 (2014).
  25. Ferrucci, R., et al. Cerebellar transcranial direct current stimulation impairs the practice-dependent proficiency increase in working memory. Journal of Cognitive Neuroscience. 20, 1687-1697 (2008).
  26. Boehringer, A., Macher, K., Dukart, J., Villringer, A., Pleger, B. Cerebellar transcranial direct current stimulation modulates verbal working memory. Brain Stimulation. 6, 649-653 (2013).
  27. Stagg, C. J., Nitsche, M. A. Physiological Basis of Transcranial Direct Current Stimulation. Neuroscientist. 17, 37-53 (2011).
  28. Gronwall, D. M. Paced auditory serial-addition task: a measure of recovery from concussion. Perceptual and Motor Skills. 44, 367-373 (1977).
  29. Lockwood, A. H., Linn, R. T., Szymanski, H., Coad, M. L., Wack, D. S. Mapping the neural systems that mediate the Paced Auditory Serial Addition Task (PASAT). Journal of the International Neuropsychological Society. 10, 26-34 (2004).
  30. Hayter, A. L., Langdon, D. W., Ramnani, N. Cerebellar contributions to working memory. Neuroimage. 36, 943-954 (2007).
  31. Yasuda, K., Sato, Y., Iimura, N., Iwata, H. Allocation of Attentional Resources toward a Secondary Cognitive Task Leads to Compromised Ankle Proprioceptive Performance in Healthy Young Adults. Rehabilitation Research and Practice. 2014, (2014).
  32. Fiez, J. A., Peterson, S. E., Cheney, M. K., Raichle, M. E. Impaired non-motor learning and error detection associated with cerebellar damage. A single case study. Brain. 115, 155-178 (1992).
  33. Raichle, M. E., et al. Practice-related changes in human brain functional anatomy during nonmotor learning. Cerebral Cortex. 4, 8-26 (1994).
  34. Petersen, S. E., Fox, P. T., Posner, M. I., Mintun, M., Raichle, M. E. Positron emission tomographic studies of the cortical anatomy of single-word processing. Nature. 331, 585-589 (1988).
  35. Petersen, S. E., Fox, P. T., Posner, M. I., Mintun, M., Raichle, M. E. Positron emission tomographic studies of the processing of single words. Journal of Cognitive Neuroscience. 1, 153-170 (1989).
  36. Ackermann, H., Wildgruber, D., Daum, I., Grodd, W. Does the cerebellum contribute to cognitive aspects of speech production? A functional magnetic resonance imaging (fMRI) study in humans. Neuroscience Letters. 247, 187-190 (1998).
  37. Seger, C. A., Desmond, J. A., Glover, G. A., Gabrieli, J. D. E. Functional magnetic resonance imaging evidence for right-hemisphere involvement in processing unusual semantic relationships. Neuropsychology. 14, 361-369 (2000).
  38. Nitsche, M. A., Liebetanz, D., Antal, A., Lang, N., Tergau, F., Paulus, W. Modulation of cortical excitability by weak direct current stimulation–technical, safety and functional aspects. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 255-276 (2003).
  39. Hummel, F., et al. Effects of non-invasive cortical stimulation on skilled motor function in chronic stroke. Brain. 128, 490-499 (2005).
  40. Iyer, M. B., Mattu, U., Grafman, J., Lomarev, M., Sato, S., Wassermann, E. M. Safety and cognitive effect of frontal DC brain polarization in healthy individuals. Neurology. 64, 872-875 (2005).
  41. Boggio, P. S., et al. Effects of transcranial direct current stimulation on working memory in patients with Parkinson's disease. Journal of Neurological Sciences. 249, 31-38 (2006).
  42. Davis, N., Gold, E., Pascual-Leone, A., Bracewell, R. Challenges of proper placebo control for noninvasive brain stimulation in clinical and experimental applications. European Journal of Neuroscience. 38, 2973-2977 (2013).
  43. Feng, S., Fan, Y., Yu, Q., Lu, Q., Tang, Y. Y. The cerebellum connectivity in mathematics cognition. BMC Neuroscience. 9, P155 (2008).
  44. Fertonani, A., Rosini, S., Cotelli, M., Rossini, P. M., Miniussi, C. Naming facilitation induced by transcranial direct current stimulation. Behavioral Brain Research. 208, 311-318 (2010).
  45. Desmond, J. E., Fiez, J. A. Neuroimaging studies of the cerebellum: Language, learning and memory. Trends in Cognitive Science. 2, 355-362 (1998).
  46. Hamada, M., et al. Cerebellar modulation of human associative plasticity. Journal of Physiology. 590, 2365-2374 (2012).
  47. Farzan, F., et al. Cerebellar TMS in treatment of a patient with cerebellar ataxia: evidence from clinical, biomechanics and neurophysiological assessments. Cerebellum. 12, 707-712 (2013).
  48. Jo, J. M., Kim, Y. H., Ko, M. H., Ohn, S. H., Joen, B., Lee, K. H. Enhancing the working memory of stroke patients using tDCS. American journal of Physical Medicine and Rehabilitation. 88, 404-409 (2009).
  49. Brunoni, A. R., et al. Clinical Research with Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS): Challenges and Future Directions. Brain Stimulation. 5, 175-195 (2012).
  50. Miniussi, C., Harris, J. A., Ruzzoli, M. Modelling non-invasive brain stimulation in cognitive neuroscience. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 37, 1702-1712 (2013).
  51. Kroger, J. K., Sabb, F. W., Fales, C. L., Bookheimer, S. Y., Cohen, M. S., Holyoak, K. J. Recruitment of Anterior Dorsolateral Prefrontal Cortex in Human Reasoning: a Parametric Study of Relational Complexity. Cerebral Cortex. 12, 477-485 (2001).

Tags

Behavior Erkendelse arbejdshukommelse TDCs cerebellum hjerne stimulation neuro-modulation neuro-forstærkning
Modulerende Kognition Brug Transcranial jævnstrøm Stimulering af lillehjernen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pope, P. A. Modulating Cognition… More

Pope, P. A. Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum. J. Vis. Exp. (96), e52302, doi:10.3791/52302 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter