小脳の経頭蓋直流電流刺激を使用して変調する認知

Abstract

多くの研究は、経頭蓋電気脳刺激を使用して、記憶および注意の作業に関与エキサイティング脳領域によって調節の可能性を実証することが最近出現し、場合によっては、認知プロセスを強化している。一部の研究者は現在、小脳、おそらく前頭前皮質上のリモート神経調節作用を経由して、認知をサポートしています信じています。本稿では、以前にワーキングメモリ、注意と小脳の機能に関与することが示されている経頭蓋直流電流刺激（TDCは）、およびタスク難易度の異なる情報処理タスクの選択を使用して認知の小脳の役割を調査するための手順について説明します。 Oneタスクはペース聴覚シリアル追加タスク（PASAT）と、このタスクの他の新規変種はペース聴覚シリアル減算タスク（PASST）と呼ばれると呼ばれている。動詞生成タスクとその2つのコントロール（名詞と動詞読書）も調査した。すべての5トン右小脳皮質の上に陽極、陰極または偽のTDCを使用して皮質 - 小脳接続性の変調前と後、参加者の3つの別々のグループによって行われた要求します。手順は、性能（精度、言葉による反応潜時と変動）が選択的に陰極刺激の後、唯一の参加者は難しく、かつ容易ではないと評価されたタスクの間に改善することができた方法を示しています。パフォーマンスが陽極または偽刺激によって変化しなかった。これらの知見は、左前頭前野の活動は、右小脳皮質の上に陰極のTDCによってDISが禁止やすくなる、認知の小脳の役割を実証する。経頭蓋脳刺激は、さまざまなラボや診療所で人気が高まっている。しかし、後遺症のTDCの個人とは限らない極性固有の間で矛盾している、とさえ、さらなる研究が必要でそのすべてが、タスクにまたは負荷特異的であってもよい。今後の努力はまた、神経enhancの方に案内されることがあります認知障害を呈する小脳患者でementは一度脳刺激メカニズムのより良い理解が浮上している。

Introduction

電気は100年以上にわたって医学で使用されている。今日では、脳刺激は、より頻繁に、モータと認知機能が大脳と小脳、およびどのようにこれら2脳領域間の接続は、これらの機能をサポートすることによって行われている方法についてのテストの仮説のための研究ツールとして様々な研究室や診療所で使用されるようになっている。小脳に関しては、この手順は比較的であるため、認知に関与すると考えられている横方向の小脳半球が、経頭蓋電気刺激にアクセス可能である（下記参照）の偏光電流の影響に敏感であり、理由の一つである安価で人間の参加者に実施が容易。現在の資料に記載脳刺激手順は、ワーキングメモリや注意などの認知過程が「より」ではなく「少ない」認知的に^1を要求しているタスクの中に容易にすることができる方法を示しています。解釈するこれらのタスク固有の結果のATIONは、しっかりと脳小脳経路の生理学の理解によって拘束されている。神経増強効果は、タスクが困難な場合であっても、また、前頭前皮質の^2,3,4,5の電気刺激後に観察される。

小脳は運動^6を予測タイミングおよび実行において重要な役割を果たしている。しかし、研究の種々のラインは現在、小脳が認知プロセスに影響を与える可能性が示唆された。解剖ドメインでは、例えば、非常に多くの研究が前頭前皮質と小脳の領域の間の相互接続（ すなわち 、脳小脳経路は）認知^{7,8,9,10,11,12を}サポートする可能性があることを示唆している。臨床ドメインでは、症状は「測定障害思考の「仮説に概念化され、知的、感情的な問題を持つ後部小脳に存在する特定の部分に損傷患者の一部、および臨床的に「被害を持つものは、小脳の一部を前方せながら、小脳認知感情症候群（CCAS）運動障害（ 例えば 、運動失調）と共に存在ととして概念化」と呼ばれる運動^」13,14,15の測定障害。脳画像ドメインでは、Schmahmannと同僚^16,17は、タスク固有の小脳の領域およびこれらの領域は、モータと認知作業時前頭ローブとする接続をマッピングする機能的磁気共鳴画像法（fMRI）及び機能的結合を使用している。

これらは以前に小脳のいわゆる非運動領域を活性化することが示されたため、本研究で提示認知タスクを選択した。彼らはまた、モータと、それらを正しく実行するために必要なモータの要求に認知相対レベルを変化させることによって達成された認知タスクコンポーネント、および脳刺激広報の介入を分割することができまし以前に脳動作関係を調節することが示されているocedure。脳機能と行動を調節する最近の試みは、頭皮全体の偏光電流の使用を含め呼ばれる、経頭蓋直流電流刺激（TDCは）している。実際には、臨床医は治療結果^18を奨励するとともに、1970年代以来の患者集団における埋め込 ​​まれた電極との小脳皮質を刺激してきた。今日では、頭皮全体で脳を刺激し、健康な参加者における脳の挙動の関係を研究するために有用であることが実現される。

ヒトでのTDCは、通常、連続して15〜20分間、生理食塩水に浸した一対の電極を通じて（DC）低い（1-2 MA）​​直流電流を提供することを含む。なし（脳を刺激するための典型的な電極モンタージュは、（関心の脳領域上）の頭の上に置かれている1（陽極）電極を伴う可能性があり、他の（陰極）電極は、頬（橈側）や肩に置かれるN-頭）体の反対側に。小脳を刺激する場合には、二つの電極の間に脳内の電流の流れは、近くの領域（例えば、視覚野^19）に比較的小さな機能的な広がりを持ち、神経生理学的および行動の両方を産生する、励起または小脳皮質²⁰にプルキンエ細胞を押下すると考えられている変化。現在のヒトにおける小脳のTDCの影響の広がりをモデリングデータから、または動物実験から、および運動皮質上の間接的な影響から推測される。モータードメインでは、効果はまた、運動皮質興奮²⁰上小脳刺激の結果によって証明されるように、極性が固有であることが示されている。例えば、陽極の刺激は、一般的に興奮性の効果を有し、プルキンエ細胞の出力を増加させる。陰極刺激はほぼ反対EFFEを有するが、大脳皮質、小脳核からの促通経路の阻害を増加させるカラットすなわち 、小脳核のプルキンエ細胞の阻害を減少させることによって大脳皮質の投阻害。霊長類における解剖の研究では、プルキンエ細胞が腹側方視床²¹におけるシナプスリレーを介して、モータと認知回路の両方に促通ドライブを発揮することができるかを明らかにした。しかし、ヒトにおける最近のTDCの研究は、陽極、陰極の区別が明確なことではないことを示唆している。例えば、運動皮質上のTDCの後の効果は個人間で非常に可変であり、常に極性固有の²²ではありません。同様の批判も認知領域²³での結果の方に課税されます。認知機能への影響が検出し、小脳脳阻害による運動野に小脳の直接的な影響（CBI ^20）よりも解釈することがより困難である理由を説明するのに役立ち得る。このような観察は、より良好な脳stimulatの有効性を決定する個々の要因を理解する必要性を強調イオン、および脳を刺激するための改良されたプロトコルを開発する。

両方のモーターと認知機能の変化は小脳-視床皮質経路²⁴の電気的な刺激を介して生理的にもっともらしいです。認知機能に関しては、口頭でのワーキングメモリ上の小脳-TDCのの調節効果は^25,26報告されている。そして、前頭前皮質の領域を刺激するから認知に永続的な影響は^{、2,3,4,5を}も観察される。しかしながら、ニューロン脳刺激の生理学的効果は、行動が中に（オンライン効果）または（オフライン効果）刺激期間²⁷の後にテストされているかどうかに応じて異なる。オフラインの効果は、神経activiで長持ちする変化が含まれるかもしれないが、それは、オンラインの効果は、細胞内環境の変化（例えば 、イオン濃度）及び電気化学的勾配（ 例えば 、膜電位）を含んでもよいことが示唆されているTYにより、変化した細胞内プロセス（ 例えば 、受容体の可塑性^）27。 TDCのは、認知テストの2セッション間で適用されており、動作が2セッション間で比較され、それによって本研究では、オフラインの影響を調査する。

認知における小脳の役割を調査する以前に、小脳機能に関与することが示されているタスクの使用によって補助される。一つの特定のタスクは、算術的推論と分割的注意を伴い、ペース聴覚シリアル追加タスク（PASAT ^28）と呼ばれている。これは、健康および患者集団の両方で、様々な認知機能を評価するために広く使用されている。テストは通常​​、数字を聞いて、参加者は3秒ごとに提示され、彼らは前に聞いた数（のではなく、実行中の合計を与える）に聞く数を加えることを含む。それは困難な作業であり、WM、注意と算術能力の高い学位を課している。また、ACTIを含む大脳とPET ²⁹とMRI ^30日に明らかにされるようにタスクのこれらの特定の要素に関連した小脳でVITY。もっと認知困難と最近の研究³¹で他の人によって確認されるようにattentionally（要求の厳しいタスクを作成するには、オリジナルの命令は、参加者は、彼らが前に聞いた数から聞い数を減算する必要があったこと。私たちは、この新しいタスクを呼び出すように変更されましたペーシングされた聴覚シリアル減算作業（PASST ^1）、及び、タスクの難易度と有意に長い反応時間¹の主観的評価によって証明されるようにPASATも実行することはより困難である。一つ以上の認知的困難になるように、タスクの両方のバージョンが含まれていたとモーターの需要（秘密の音声操作が）、タスク間で同等であったながらattentionally、他よりも実行するように要求し。小脳が認知に関与している場合は、その後のTDCでその機能を摂動することは、これはSの役割を妨害する可能性がありますPASSTでのパフォーマンス中に体制、必ずしもそうではないPASATに。

認知の音声言語の面の間に小脳の役割を調査するために広く使用される別のタスクが動詞世代タスク（VGT ^{32,33,34,35,36,37）}です。 PASATように、それは健康および患者集団における言語的作業記憶を試験するために広く使用されている。基本的に、VGTは、参加者が声を出して名詞を読み取ることにより、制御タスクのパフォーマンスと比較して、視覚的に提示名詞（ 例えば 、自動車）に反応して声を出して動詞（ 例えば 、ドライブを）言って関与を必要とします。生成動詞と読書の名詞は、同様の知覚とモータの要求を持っていますが、別の口頭WMの要求（ すなわち 、より大きな意味解析）。そして、脳小脳ネットワークにおいてより大きな活動は名詞^34,35,36の読み取りと比べて動詞を生成するに関連付けられています。言葉はまた、より迅速に（プライミングの効果）タスクがあるときに生成されるPET ³³とfMRIの³⁷で観察されたように、ブロック、および脳小脳の活動が増加し全体で同じ言葉（順 ​​不同）を使用して繰り返し。

この記事では、手順は、様々な難易度の2算術（実験1）と3つの言語の作業（実験2）、の3つの別々のグループと一緒に、認知のこの脳構造の役割を調査するために小脳の上のTDCを適用するために記載されている参加者は、前と刺激期間の後に行った。私たちは、認知の小脳の役割を考えると、仮説を立て、より厳しいタスク（ すなわち 、PASSTと動詞の生成）上のパフォーマンスが厳しくないタスク（PASATと名詞のパフォーマンスよりのTDC（オフライン効果）によって、より影響を与えたことになる/動詞の読み）。

Protocol

注：すべての参加者は、インフォームドコンセントを与え、研究は大学バーミンガムの倫理委員会によって承認された。

1.情報シートを読み、TDCののscreeningquestionnaire（付録1）を完了するために参加者を掲載し、そして禁忌のTDCを実行することに存在しない場合、同意書に署名してもらう。

2.実験1（計算タスク）を実行し、（セッション1）の前に、擬似ランダム順に、次々に2つの（言語タスク）を実験し（セッション2）注意散漫を低減するため、静かな部屋の中で刺激期間と後オフラインで計算され、聴覚応答時間の正確な記録を可能にする。

実験1で、[ヘッドセット（材料/機器の表）上で聴覚刺激（ すなわち 、数字）を提示。実験2では、コンピュータ画面上の視覚刺激（ すなわち 、単語）を提示する。両方の実験では、ゲートheadse参加者の聴覚応答の振幅によってトンマイクロホン。
注：すべてのタスクは、コンピュータ化したと刺激提示と記録ソフトウェア（材料/機器の表）によって制御されるラップトップコンピュータで実行されていました。

最後には4.参加者に調査（ すなわち 、デブリーフィング）の目的を説明し、1（簡単に）の規模で、各タスクの難易度を評価してもらう- 10（ハード）を。また、少なくとも7日間、別の脳刺激実験に参加し、彼らがTDCの任意の悪影響を感じるかどうかを実験者に接触しない参加者に説明する。

5.実験One（計算手順）

5.1）ペース聴覚シリアル追加タスクを実行する

注：PASATは3秒と2秒のバージョンで提供されます。

1. それぞれの加算タスクと減算タスク、3秒、2秒のバージョンに含まれている60項目それぞれを使用してください。 Furtherm鉱石は、刺激期間（セッション2）の後に、刺激期間（セッション1） の前に PASAT-A形のアイテムを使用し、PASAT-フォームB上のアイテム。
   注：1タスクのパフォーマンスが他に移転しないように参加者は、PASATとPASSTを実行する順序を相殺する。
2. その後、コンピュータの画面の前で参加者を座って、彼らはヘッドセットを通して一連の番号を聞くしようとしていることを彼らに説明し、彼らは番号を追加する必要がありますことを、彼らはそれの直前に聞いた番号に聞くと、答えをヴォカリーズ、それが（と実行中の合計を与えない）の前に1に、彼らは聞く番号を追加していく。タスクを開始する前に、参加者の口の前でマイクを置きます。
3. タスクを起動し、正式にPASATを実行する方法について説明し、コンピュータの画面上で提示されている標準的な手順が読むために参加者に依頼。実施する参加者は一度タスクが完全に指示を理解した。
   注：書か例はまた、それらに提示される。これらの命令は、タスクの元のバージョンと同様である。
4. タスクの間に、その後の検証のために印刷されたスコアシート（付録2）上の各回答を書き留めます。参加者が間違った答えを提供するか、応答しない場合は、[いいえスコアを与えるん。タスクが続くことができるように、刺激が聞こえることを確認します（代わりにラウドスピーカーを通して実験を提示）、および順番に正しい答えをマーク。
5. 参加者が会話および/または経口計算を実行しないように伝える（または性能を助けるために指を使って）タスクの実行中にのみ答えが大声で話されるべきである。

5.2）ペース聴覚シリアル減算タスクを実行する

1. 減算作業の指示（PASSTは）彼らはこの時間を除いて、ほかのタスク（PASAT）のために同じであることを参加者に伝える彼らはそれの直前に聞いた数から聞い数を減算してから、答えをヴォカリーズ、そしてすぐに、その前に、彼らは1から話を聞く数を減算し続けるために必要な（と、実行中の合計を与えない）。ここでも、マイクが離れて参加者の口から移動していないことを確認してください。
2. 参加者は、減算タスクに関連するコンピュータの画面上でそれらに提示指示を読んで、そして完全にそれらを理解したら - タスクを実行する。再び、経口または指を用いて計算を実行しないように、参加者に思い出させる。

5.3）練習セッション（PASATとPASSTをPerforing）

注：練習セッションは、参加者が天井効果を回避するために一定の制限内のタスクを実行することができるレートを決定するために、実験1の各タスクを実施する前に、各参加者によって実行される。 Pの間に45の項目を含めることで、これを達成ractice（オリジナルの10項目とは対照的に）。

1. それらはPASATおよび/または上記のように（タスクが最初に実行されるかに応じて）PASSTを実行しようとしている参加者に説明する。唯一の練習セッション中に、4.2から1.8秒の間隔範囲の間で、5項目のすべてのブロックの後に300ミリ秒による刺激間間隔を減らすことで、聴覚の項目の表示速度を増加させる。
2. 練習中、参加者は3連続エラーをする（ただし、彼らが練習セッションを完了するのを待って）、およびタスク中にこのカットオフポイントの前のレートを使用する原因とプレゼンテーション率に注意してください。
3. 各参加者のための刺激提示レートを選択し、セッション1と2（ すなわち 、前と刺激後）との間で、この速度を維持する。参加者に各タスク（約30秒）の間の短い休憩を与えます。

6. Experiementつ（言語の手順）

60.1）動詞の生成タスクを実行する

注：動詞読んタスクで提示単語は動詞生成タスクではないプライム迅速に対応を行うように、名詞の読み、動詞の生成と（短い休憩で区切られた）の順に動詞読んでタスクを実行します。各タスクは、3練習言葉と10回の6ブロックで構成されています。

1. 同じ名詞と動詞のペアが生成されることにより、手や足で操作することができたツール/オブジェクトに関連する40の具体的な名詞、および参加者の独立したグループからのツール/オブジェクトで実行されたアクションに関連する40の具体的な動詞のリストを構築半分以上のグループによる教皇とMIすべて¹のように。同じ応答を（ 例えば 、夕食食べ、リンゴ食べ）生成したり、人間の行動（ 例えば 、オーブンベーク）に関連しない名詞と動詞のペアを避けてください。現在の半分のセッション1の単語およびセッション2で残りの半分。
2. 彼らH参加者に説明提示名詞（ 例えば自動車）に応じて、適切な動詞（ 例えば 、ドライブを）言うことAVE。タスクの開始時に参加者にこの名詞と動詞の関係を明確にする。
3. ブロック1-5（反復ワード）の異なるランダムな順序で集中的にコンピュータ画面上の単語を提示し、ブロック6の新しい単語（小説の言葉）を提示。マイクが応答を検出したときに、それぞれの単語を次の単語に置き換えられていることを確認します。
   注：セッション1と2のワードリストが異なっており、参加者の間で相殺されていることを確認。
4. タスクを起動し、正式に動詞生成タスクを実行する方法について説明し、コンピュータの画面上で提示されている標準的な手順が読むために参加者に依頼。
5. 参加者が完全にタスクを理解した後は、口の前にマイクを置き、とすぐにパソコン画面上に表示されるように言葉を生成するように指示。
6. 各回答スポーク書き留めるまたは記録nは声を出して、その後の検証のための参加者による。エラーまたは無応答をメモします。

6.2）名詞と動詞読書タスクの実行

注：動詞生成タスクと同様にして言葉を提示。参加者は、名詞読んタスクの名詞、動詞読書タスク内の動詞をお読みください。

1. 両方読んタスクの場合、それがコンピュータの画面に表示されるように声を出して、すぐにそれぞれの単語を読むために参加者に指示する。
2. 言葉は声に出して読まれているように、参加者が画面を見て、両方の読み取りタスク中に正しく各単語を読んでいることを確認します。
   注：マイクの位置は、タスク間に参加者の口から移動していないことを確認してください。

7.小脳たTDCの実行

注：TDCは、ヒトに使用しても安全と考えられている。しかし、この研究でのTDCを投与することを研究者は、最初に教唆であった。それは、ADVですTDCのを実行するときに最初の教唆は、彼らが手術中かすかな/気分が悪い場合は、参加者の安全が損なわれないことを保証するために、手元にあることをisableを。 TDCのを投与する場合、無人の参加者を放置しないでください。

1. 予浸2スポンジ電極（面積= 25cm ²の）標準の0.9％NaCl生理食塩水溶液中でそれらが飽和するまで。
2. 右小脳皮質上の興奮（陽極）刺激を管理するには、赤の電極、下で1センチ、と後頭骨（イニオン）の最も顕著な投影の右側にある4センチメートルを置く。
   注：頭皮上のこの横方向の位置は、小脳小葉VIIの位置を近似する。
3. 電極モンタージュを完了するには、三角筋の上に右の肩に参照または陰極電極（青）を配置。
4. 抑制性（陰極）刺激を管理するには、上記の手順と位置を繰り返して2スポンジは他の方法でラウンド（ すなわち 、電極頭の上に青い電極と肩の赤い電極）を配置。
5. 偽のTDCを管理するには、20分の代わりに、刺激電流のために（15ミリ秒、すべての550ミリ秒にわたって例えば 、110 UA）擬似刺激を送出する。二つの電極を上記と同様に配置するが、偽群の参加者の間で、赤と青の電極の位置を相殺する。
6. ラバーストラップまたは自己接着性のラップでしっかりと頭と上腕に濡れた電極を固定します。生理食塩水を滴下掃討するために、参加者の首の後ろの周りにいくつかの紙タオルを置きます。
   注：彼らが確保された後、電極の意図した位置が移動していないことを確認してください。最適な電極 - 皮膚インタフェースを確保するために、電極を頭皮上ではなく、髪の上に平らに置かれていることを確認してください。
7. それぞれ各刺激介入増減、10秒^38,39上にランプ状にDC電流を発症し、相殺する。2ミリアンペアでの刺激の強さを設定し、信頼性の高い電流調整されたDC刺激装置（ 材料/機器の表 ） を使用して、20分間届ける。
   注：この強度は、他の²⁵で使用されるものと同様であり、ウェルの組織損傷^41を引き起こすための閾値を下回る、暴露⁴⁰の安全レベルと見なされる。
8. 従って、潜在的に、実験の結果に影響を及ぼし得る交絡変数を導入することを避けるために、刺激期間中にリラックス/休息参加者に知らせる、電子デバイスを使用してからそれらを妨げる。
   注：参加者が一方または両方の電極部位（および/または口の中に金属味）での穏やかなかゆみ感覚を感じるようにするための刺激電流が始まるときには一般的です。人目に付かないのTDCを残して - これらの感覚は、数秒後に消えていることを、参加者を安心させる。
9. 陽極、陰極または偽刺激は、擬似ランダムORDの参加者の3つの別々のグループに適用ER（間 - 参加者、関係のないサンプル）。全体の数、性別、参加者の平均年齢は教皇とMIすべて¹のようにグループ間の比較可能であることを確認してください。

8.以下の脳刺激、PASAT（ステップ5.1-5.1.5）とカウンターバランス順序でPASST（ステップ5.2-5.2.2）、および名詞と動詞読み取りタスク（ステップ6.2-6.2.2）とを繰り返す動詞生成タスク（6.1-6.1.6ステップ）、このためである。実験1（計算タスク）を実行し、擬似ランダムな順序で2（言語タスク）を試してみる。脳stimuation以下のいずれかのタスクに練習を提供しないでください。

注：認知の他の研究では、実と偽刺激は、少なくとも5-7日^25,26のウォッシュアウト期間によって分離された同じコホート（内-参加者、関連サンプル）、に適用されている。しかし、偽と本物の刺激を区別することは、より高い現在の強み⁴²で簡単です。これはとで問題となる可能性がイン·参加者のデザインではなく、ここで説明するようにとの間に、参加者のデザインでそう。

Representative Results

データ分析

実験1では、結果は（両方のタスクのために、別々の混合分散分析を使用して、参加者の口頭の応答時間の正しい応答や正確スコアの数（パーセント正しいとして表される）、及び平均値とばらつき（標準偏差）の観点から分析したPASST対PASAT）、セッションの間に（）グループ（陽極、陰極または偽の後対前）と全体で。実験2では、参加者の口頭での応答の平均値とばらつきは、各タスク内の別個の混合分散分析を用いて繰り返した単語（学習の合計量）の（ブロック1）第（ブロック5）最後のセットの間で比較することにより分析した（動詞対前動詞の読み対世代対名詞読み取り）、セッション（後に）とグループ（陽極、陰極または偽）。不正解からの結果は、実験2のみで（平均の+ 2SDを超える）に延長された回答と一緒に、すべてのデータ分析から除外した。

ove_content ">実験One（算術手順）

刺激プレゼンテーションレート

多重比較のために調整ペアワイズt検定は練習中に確立参加者固有の刺激呈示率は三つのグループ（シャム、陽極と陰極グループ、2.56、2.50と2.49秒の間に有意差は認められなかったことが確認され、それぞれ、F _{2、 63} = 0.23、P = 0.79）。

確度スコア

正解数は、おそらく練習へのセッション1（76.30パーセント）上（ 図1）と比較して、セッション2（84.47パーセント）に増加したが、それ以上に、VS後の陽極よりも陰極（77.50対89.32パーセント）、（77.80後に。82.80パーセント）または偽（ANOVAで有意であったタスクのXセッションX基との相互作用によって確認されるように77.81対80.91パーセント）刺激、（F _2,63 = 4.61、P <0.05）。

図1：精度小脳のTDC前後のスコア正解の数字（1 SEMを意味し、N = 20）を選択的に有意に多く、セッション2（ポスト刺激）へのセッション1（刺激前）から陰極刺激後に改善減算タスク（PASST）の加算タスク（PASAT）より。補正された対応のある比較で明らかのようにアスタリスクは、有意差（P <0.05）を示す。この図は、教皇とMIすべて¹から変更されている。

口頭での応答時間

（; F _1,57 = 11.70、P <0.001 1372対1447ミリ秒）、そしてより多くのようにTDCの（1446対1374ミリ秒後に、正しい答えがPASST中よりもPASAT中に大幅に高速化したF _1、57 = 36.43、P <0.001）。実際、グループの相互作用によるセッションでタスクがVS（F _1,57 = 2.65、P = 0.08）、PASST時の応答時間が後に陽極よりも、陰極刺激（1509対1322ミリ秒）の後に、より減少したことにより、（1491ほとんど有意であった。1427ミリ秒）または偽（1504対1427ミリ秒）刺激。この傾向は、PASAT中に明らかではなかった。

応答時間の変動

応答時間の一貫性は、セッション1（386ミリ秒）と二つの間で有意に減少した（354ミリ秒; F _1,57 = 16.86、P <0.001）、図2bに示すように特に興味深いのは、タスクXセッションXグループの相互作用は、（F _2,57 = 11.16、P <0.001）に有意であった。この結果は、PASSTの間の応答時間の変動は、陰極（403対の後に、より減少していることを示唆している陽極（418対398ミリ秒）または偽（396対368ミリ秒）後よりも273ミリ秒）、。応答時間の変動の減少はまた作業の間に3刺激群にわたって同等であった。

図2（A）は、小脳のTDCの前と後の口頭での応答時間の平均。に参加者の口頭での応答時間の平均値は、（1 SEMを意味し、N = 20）を選択的に（P = 0.08）とはいえません大幅に、セッション2（ポスト刺激）へのセッション1（刺激前）から陰極刺激後に改善さらにタスクでより減算タスク。この図は、教皇とMIすべて¹から変更されている。（B）口頭応答時間の変動性小脳のTDC前と後。参加者の口頭での応答時間のばらつき（標準偏差）（1 SEM平均はn = 20）を選択的に改善するかなり減算時のセッションの間に陰極刺激の後ではなく、添加中にdを。この図は、教皇とMIすべて¹から変更されている。

実験つ（言語の手順）

平均総学習

ブロック1-5との間での学習の効果は、各参加者のために計算され、動詞生成タスク中の名詞（0.03秒）と動詞（0.03秒）読み取り作業中に匹敵するが、大きいことが判明した（0.20秒[ 図3を参照してください] ）タスクの有意な主効果（F _2,56 = 67.17、P <0.001）によって明らかにされた。興味深いことに、重要なセッションXタスクX基の相互作用、（F ₄₁₁₄ = 2.44、P = 0.05）のTDCが選択的にではなく、後に陽極、陰極の後に動詞生成タスク（0.18対0.31秒）にセッション間で学習を改善したことを示唆し（0.18対0.17秒）または偽（0.17対0.19秒）。

図3：（1 SEMを意味し、N = 20）の回答の平均繰り返しブロック間の合計学習平均ブロック1-5との間には、名詞読み（NR）時よりも動詞世代（VG）タスク、中にTDCは後に動詞速かった（VR）の作業を読んで。補正された対応のある比較で明らかのようにアスタリスクは、有意差（P <0.05）を示す。この図は、教皇とMIすべて¹から変更されている。

総学習変動

ブロック1-5との間での学習の一貫性も（ 図4を参照してください）計算され、陰極（0.08対0.19秒）の後ではなく、陽極（0.08対0.08秒）後に選択的に動詞生成タスク中に改善されることがわかったsignifでマークとしてまたは偽（0.08対0.06秒）のTDCicantセッションはタスクグループインタラクション、（F ₄₁₁₄ = 2.23、P <0.05）X X。

図4：ブロック1-5間の繰り返しブロック間の総学習変動応答の変動（SD 1 SEMを意味し、N = 20）（名詞の間に読んでも、動詞の生成時のTDCの後に、より一貫していた（VG）タスクNR）、動詞読み（VR）タスク。補正された対応のある比較で明らかのようにアスタリスクは、有意差（P <0.05）を示す。この図は、教皇とMIすべて¹から変更されている。

Discussion

TDCは、脳·行動の関係を研究するための近年の一般的なツールとなっています。現在の記事では、TDCは、作業記憶および注意の様々な程度を必要とする算術と言語のさまざまなテストを使用して小脳の認知機能を調査するための手順を説明します。実験1の結果は右小脳半球改善されたタスクの正確さと精神的な減算が関与することは困難と認知厳しい情報処理タスク（ペース聴覚シリアル減算タスク[時に（刺激を陽極とシャムと比較して）言葉による応答の変動の方法陰極刺激を示したPASST]）ではな​​く、精神的な加算を含む簡単で、要求の少ないバージョン（ペース聴覚シリアル追加タスク[PASAT]）の間。これらのタスクの両方が同じようなモータ制御（すなわち 、言葉による操作）が、異種の認知的負荷（ すなわち 、精神的な努力を）共有しているため、私たちは以前の研究で推測タスクの要求が高い場合、右小脳皮質の陰極うつ病は余分な認知リソースを解放可能性があることを1。陰極のTDCは、小脳のプルキンエ細胞の過分極の出力を低下し、小脳、脳阻害（CBI ^20）を低減することが期待された。このビューは、算術中に小脳および前頭前皮質（ すなわち 、小脳-視床皮質経路^10）との間の機能の接続がタスクにあるとdifficulty-敏感⁴³ ​​という知見によってサポートされています。実験からの結果は、一これらはPASATとPASSTにおいて同等であるように、モータ制御に小脳の寄与の変化では説明できないが、それに加えに対して減算を実行するために必要な精神的なプロセスは異なる。この実験からの結果は、認知上の小脳-たTDCの効果はタスクに可能性や負荷に固有であることを代わりに示唆している。実験2では、陰極刺激はまた、選択中のタスクのパフォーマンスを改善応答が速くなった、より一貫して参加者が視覚的に提示され、名詞に応じて動詞を生成している臨床試験の5つの連続した​​ブロックの上にタイムアウトしたことが、言語プロトコル、。このプライミング効果は、左背外側前頭前野（DLPFC）上の陽極のTDCは、待ち時間が^41,44の命名言語の流暢⁴⁰と画像をどのように改善できるかを示す他の人が実験1、そしてまた調査結果からの結果を補完-同じ円滑化パターンがあること仮説を支持し（実験2で観察されたように）右小脳半球の上に陰極TDCの後に観察される。まとめると、これらの知見は、小脳の役割を支持する-間接にもかかわらず-言語で、小脳は前頭前皮質で認知過程に影響を与えることができるという考えにさらなる支持を貸し、学習および記憶^45：（多くの作業記憶のための主要部位WMを）操作。

認知機能強化は、AR小脳経路-小脳は脳の興奮を経由して、DLPFCで興奮を介したリモート影響を与えるため、電子生理的にもっともらしい。小脳および前頭前皮質との間の結合のためのさらなる証拠は浜田や同僚、25ミリ秒でペアになっ感覚/運動刺激によって誘発させた連想可塑性により作業に記述されている - ペア連想刺激（PAS）、cerebellar-によってブロックされることが観察されたTDCは^46。小脳を超える経頭蓋磁気刺激（TMS）の毎日のセッションは、小脳萎縮⁴⁷患者における姿勢制御、歩行、およびデュアルタスクを改善することが示されている。これらのモータと認知の改善はモーターの増加によってマークされていた小脳が数ミリ秒を事前に（減少による小脳脳阻害が、（デュアルコイル、ペアパルスTMSで調べ）にも興奮していた時にモーター皮質刺激による誘発電位そのCBI）治療後6ヶ月続いた。 Farzanと同僚^47は、強化された運動機能の結果とデュアルタスクのパフォーマンスのためのリソースの解放に認知機能の改善を入金。 TMSによって誘発されるCBIの減少はまた刺激的なC言語 erebroを通じて、直接、前頭前野皮質の機能が改善されている可能性-小脳回路を-認知能力を向上させることができる。この後者の説明は、選択的に小脳、TDCの後の口頭WMを改善するための手順を実証する、本資料に記載された方法を用いて観察と一致している。

ここに記載される方法は、小脳の脳刺激、認知機能を調節し、認知的負荷の高いレベルを必要とするタスクの間のパフォーマンスを向上させることができる方法を電気実証する。この知見は、長い期間²上算術パフォーマンスを向上させることができDLPFC刺激からプラスの効果を、並行3のために。実際には、前頭前皮質上のTDCは、脳卒中⁴⁸後の患者における認知障害を治療するための治療ツールとして、そしてパーキンソン病の患者では、電気脳刺激を採用することが、研究者をリードして、健康的な参加者は^4,5における認知課題の様々なパフォーマンスを向上させることができ^41。実際に、TDCのための将来の方向性は、脳における持続変化を誘導することによって動作を変更するためのツールと​​しての使用を含む。脳刺激療法の一形態としてのTDCは、明白な理由のための²⁴の患者集団で探検する価値である。

この記事では、TDCのを使用して認知を正常に調節するための最も重要な手順は次のとおりです。1）性能の参加者のレベルにタスク難易度を調整する。 2）希望する脳領域の上に刺激電極の一貫性と正確な配置。 3）Tを確保帽子両方の電極は、（必要に応じて追加の生理食塩水で湿らせて）電源を切る、刺激を防ぐために、刺激期間を通して湿った保たれている。人目に付かないのTDCを残して - それは感覚が、数秒後に消え刺激中に感じたこと（不安を減らす）参加者を安心させることも重要です。将来の変更は、タスクのパフォーマンス中のTDCの投与が含まれる場合があり（またはので、それは行動と重複する）のオンラインの影響を調査する。タスクのパフォーマンスは、アクティブとベースライン条件（ すなわち 、シャム対陽極および/ ​​または偽対陰極）との間で比較ではなく、刺激期間の前と後のパフォーマンスを比較することになる。 DC刺激の長期的な効果は、より強固な効果を生み出すことができるパラダイムと一緒に、また、認知機能障害の症状を改善するのTDCを使用しての観点から探求する価値がある。これは、短い刺激期間の連続（のではなく、単一のBLOをお届けプロトコルを含むことができるCK）、それによってTDCは「トップアップ」前のセッションからの影響の以降のセッション。複数の刺激セッションを提供することはなく、1つのセッションを介して、よりゆっくり開発するより少ない変化よりも、パフォーマンスの累積増加を生成することができる。これらのようにもTDCの臨床研究の今後の方向としての課題はBrunoniと同僚⁴⁹で検討されている。

手順はよりよく理解し、習得された後、特定の疾患の認知症状を改善するための治療ツールとしてのTDCを使用するための潜在的にのみ出現する。例えば、運動皮質上のTDCの効果は、最近、個人ではなく、常に極性固有^22,23の間に高度に可変であることが見出されている。同じことがまた認知領域²³内のTDCの影響と言われています。一般的にTDCはの神経増強効果に関するデータの約制限されたが依然として存在する。しかし、それは番目の場合もあるオフラインでの小脳上のTDCの効果は、参加者が完全に困難な認知課題と係合しなければならないときの挙動を改善する最も可能な、または彼らはそれがWMと注意資源に対する高い要求を行うので、実行するのに困難な作業を見つけたとき。このビューには、認知上の小脳-たTDCの効果はタスクにまたは荷重 - 依存する可能性があることを示唆している：刺激中にアクティブになっている脳小脳経路の部分で認知機能を改善することによって多分仲介。よく現在刺激⁵⁰時間の間にアクティブなネットワークの状態に敏感であると考えられる認知上のTDCのオンライン影響のものと我々のデータは類似のこの解釈。 TDCは、よくタスクを実行するのに十分な認知資源がある場合は、パフォーマンスの変化をもたらさないかもしれないが、それはより多くのリソースを使用するようにシステムが係合されている場合のみ。確かに、fMRIの研究は、前頭頭頂ネットワーク内の神経活動がPOSITIあるかを示すvely増加タスクの複雑さ⁵¹と相関した。

結論として、この記事では、認知的負荷を変化させた情報処理一連のタスク中に小脳を刺激するためのTDCを使用脳刺激手順を説明した小脳の活動のうつ病（としない​​励起を陽極）を陰極においてattentionally厳しいと困難な時にパフォーマンスの向上認知課題。私たちは、これが前頭前野のWM領域のDIS-阻害することによって達成することが可能性があるかどうかを推測：特定のタスクを実行するのは困難であると、余分な認知リソースを解放。 TDCのの有効性を決定する個々の要因のより良い理解は、現在うまくいけば一緒に健康および患者集団における電気脳刺激を送達するための改良されたプロトコルで、さらなる研究から出てくることが必要である。このため、今後の努力は経頭蓋あるelectrを使用して、特定の疾患の認知症状を改善に向けて案内される可能性があります脳小脳回路を調節する認知リハビリテーションツールとしてiCalの脳刺激。

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