Waiting
Login processing...

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

Behavior

קוגניציה ויסות שימוש Transcranial ישיר נוכחי גירוי של המוח הקטן

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

Abstract

מחקרים רבים יצאו לאחרונה כי להדגים את האפשרות של ויסות, ובמקרים מסוימים לשיפור, תהליכים קוגניטיביים לפי אזורי המוח המרגשים שמעורבים בעבודת זיכרון ותשומת לב באמצעות גירוי המוח חשמלי transcranial. חלק מהחוקרים מאמינים כעת המוח הקטן תומך ביכולות קוגניטיביות, אולי באמצעות השפעת neuromodulatory מרחוק על קליפת מוח הקדם חזיתית. מאמר זה מתאר הליך לחקירת תפקיד למוח הקטן בקוגניציה באמצעות גירוי הנוכחי ישיר transcranial (tDCS), ומבחר של משימות עיבוד מידע של קושי משימה שונה, אשר בעבר הוכחו לערב זיכרון עבודה, קשב ותפקוד המוח הקטן . משימה אחת נקראת בקצב אישי סידורי תוספת המשימות שמיעתיות (Pasat) וגרסת רומן אחרת של משימה זו נקראות בקצב אישי סידורי חיסור המשימות שמיעתיות (PASST). משימת דור פועל ושני פקדיו (שם עצם וקריאת פועל) גם נחקרו. כל t חמששואל בוצעו על ידי שלוש קבוצות נפרדות של משתתפים, לפני ואחרי האפנון של קישוריות cortico-המוח הקטן באמצעות anodal, cathodal או tDCS דמה מעל קליפת המוח הקטן תקין. ההליך מדגים כיצד ביצועים (דיוק, זמן אחזור מילולי תגובה והשתנות) יכולים להיות שיפור באופן סלקטיבי לאחר גירוי cathodal, אבל רק במשימות שהמשתתפים דורג כקשה, ולא קל. ביצועים היו ללא שינוי על ידי anodal או גירוי מזויף. ממצאים אלה מעידים תפקיד למוח הקטן בקוגניציה, לפיה פעילות בהשאירה קליפת מוח הקדם חזיתית עשוי דיס-מעוכבת על ידי tDCS cathodal מעל קליפת המוח הקטן תקין. הגירוי מוחי Transcranial גדל ב פופולריות במעבדות ובמרפאות שונות. עם זאת, הלוואי לאחר של tDCS אינו עולה בקנה בין יחידים ולא תמיד קוטביות ספציפית, ואף עלול להיות מוכוונת משימה או עומס ספציפי, כל אחד מהם דורש מחקר נוסף. מאמצי עתיד אולי גם לכוון נוירו-העשרתement בחולי המוח הקטן הצגה עם ליקוי קוגנטיבי פעם בהבנה טובה יותר של מנגנוני גירוי המוח התפתח.

Introduction

חשמל כבר בשימוש ברפואה במשך 100 שנים. היום, גירוי המוח הופך להיות בתדירות גבוהה יותר בשימוש במעבדות שונות ובמרפאות ככלי מחקר להשערות בדיקות על איך מנוע ותפקודים קוגניטיביים מבוצעים על ידי המוח הגדול והמוח הקטן, וכיצד קשרים בין שני אזורים אלו במוח תומכים בפונקציות אלה. בכל הקשור למוח הקטן, זה גם בגלל ההמיספרות של המוח הקטנות לרוחב, שהם חשבו להיות מעורבים בהכרה (ראו להלן), נגישות לגירוי חשמלי transcranial, רגישות להשפעות של זרמי קיטוב, וכי ההליך הוא יחסית זולים וקל לביצוע במשתתפים אנושיים. הליך הגירוי המוחי המתואר במאמר הנוכחי מדגים כיצד ניתן להקל על תהליכים קוגניטיביים כגון זיכרון ותשומת לב עובד במשימות שהן "יותר" ולא "פחות" מבחינה קוגניטיבית תובעני 1. לפרשation של תוצאות משימה ספציפית אלה, מוגבלים בתוקף על ידי הבנה של הפיסיולוגיה של מסלול Cerebro-המוח הקטן. השפעות נוירו-שיפור, גם כאשר משימות קשות, הם נצפו גם לאחר גירוי חשמלי של קליפת מוח הקדם חזיתית 2,3,4,5.

המוח הקטן ממלא תפקיד חשוב בחיזוי, תזמון וביצוע תנועות 6. עם זאת, קווים שונים של מחקר מצביעים על כך שעכשיו המוח הקטן עשוי להשפיע על תהליכים קוגניטיביים. בתחום אנטומיים, למשל, מחקרים רבים הראו כי קשרי גומלין בין האזורים של קליפת מוח הקדם חזיתית והמוח הקטן (כלומר, מסלול Cerebro-המוח הקטן) עשויים לתמוך קוגניציה 7,8,9,10,11,12. בתחום הקליני, חלק מחולים עם נזק לחלקים מסוימים של המוח הקטן האחורי נוכחי עם בעיות שכליות ורגשיות שסימפטומים נתפסים בהשערה "dysmetria של מחשבה", וקליני המכונה "תסמונת המוח הקטן קוגניטיביים הרגשית (CCAS), בעוד אלה עם נזק לחלקים קדמיים של המוח הקטן, הווה עם ליקויים מוטוריים (למשל, אטקסיה) ונתפסים כ'dysmetria של תנועה '13,14,15. בתחום ההדמיה המוחית, Schmahmann והעמיתים 16,17 השתמשו בהדמיה תפקודית בתהודה מגנטית (fMRI) וקישוריות תפקודית למפות אזורי משימה הספציפית של המוח הקטן והקשרים אזורים אלה לעשות עם אונת הקדם חזיתית במטלות מוטוריות וקוגניטיבית.

המשימות קוגניטיביות המוצגות במחקר זה נבחרו משום שהן בעבר הוכחו להפעיל אזורים שאינם מנוע כביכול של המוח הקטן. אבל הם גם אפשרו לנו לחלק את מנוע ורכיבי משימה קוגניטיבית, שהושג על ידי שינוי רמת הקוגניטיבית ביחס לדרישות מנוע הנדרשים לבצע אותם בצורה נכונה, וההתערבות של יחסי ציבור גירוי המוחocedure שיש בעבר הוכח לווסת יחסי המוח-התנהגות. הניסיונות אחרונים לווסת את תפקוד מוח והתנהגות שכללו שימוש בקיטוב זרמים על פני הקרקפת, הגירוי מכונה, transcranial הישיר הנוכחי (tDCS). למעשה, רופאים כבר מגרה את קליפת המוח הקטן עם אלקטרודות מושתלים באוכלוסיות חולה מאז 1970 עם תוצאות מעודדות טיפוליות 18. היום, מגרה את המוח על פני הקרקפת הבין להיות שימושי לחקר יחסי המוח-התנהגות במשתתפים בריאים.

TDCS בבני אדם בדרך כלל כרוך באספקה ​​נמוכה (1-2 mA) ישיר הנוכחי (DC) ברציפות באמצעות זוג אלקטרודות ספוג מלח במשך 15-20 דקות. מונטאז 'אלקטרודה אופיינית לגירוי המוח עלול להיות כרוך באלקטרודה אחת (anodal) שיוצב על הראש (מעל האזור במוח של עניין), והאלקטרודה אחרת (cathodal) שיוצב על הלחי (סוג cephalic) או כתף (לאn-סוג cephalic) בצד הנגדי של הגוף. במקרה של גירוי המוח הקטן, יש זרימה נוכחית תוך-מוחית בין שתי אלקטרודות התפשטות פונקציונלית קטנה יחסית לאזורים סמוכים (למשל, חזותית 19 קליפה), והוא חשב לרגש או לדכא תאי פורקינג 'במוח הקטן הקליפה 20, בהפקת שני neurophysiological והתנהגותיים שינויים. התפשטות הנוכחית ואת ההשפעות של המוח הקטן-tDCS בבני אדם המשתמעות מנתוני דוגמנות או ממחקרים בבעלי חיים, ומהשפעות עקיפות על הקורטקס המוטורי. בתחום המוטורי, תופעות מוצגות גם להיות קוטביות ספציפית כפי שמעידים התוצאות של גירוי המוח הקטן על רגישות קליפת המוח מוטורית 20. לדוגמא, anodal גירוי בדרך כלל יש השפעה מעוררת ומגביר את התפוקה של תאי פורקינג '; הגדלת עיכוב של מסלול facilitatory מגרעיני המוח הקטן לקליפת המוח, בעוד גירוי cathodal בדרך כלל יש effe הפוךct כלומר, דיס-עיכוב של קליפת המוח על ידי צמצום עיכוב תא פורקינג של גרעיני המוח הקטן. מחקרים אנטומיים בפרימטים חושפים כיצד תאי פורקינג 'יכולים להפעיל כונן facilitatory על שני מוטוריים וקוגניטיבית מעגלים, באמצעות ממסר הסינפטי בתלמוס הגחון-רוחב 21. עם זאת, מחקרי tDCS האחרונים בבני האדם מצביעים על כך שההבחנה anodal-cathodal לא יכולה להיות ברורה. לדוגמא, את ההשפעות לאחר של tDCS מעל הקורטקס מוטורי הן משתנה מאוד בין אנשים, ולא תמיד קוטביות ספציפית 22. ביקורת דומה גם הטלה לקראת תוצאות בתחום הקוגניטיבי 23. זה עשוי לעזור להסביר מדוע השפעות על תפקודים קוגניטיביים קשות יותר לזהות ולפרש מההשפעות הישירות של המוח הקטן באזורים מוטוריים בשל עיכוב המוח הקטן-מוח (CBI 20). תצפיות כאלה להדגיש את הצורך להבין טוב יותר גורמים אישיים הקובעים את היעילות של stimulat המוחיון, ולפתח פרוטוקולים משופרים לגירוי המוח.

שינויים בתפקודים מוטוריים וקוגניטיביות שני הם מבחינה פיזיולוגית סבירים באמצעות גירוי חשמלי של מסלול cerebello-thalamo-קליפת המוח 24. בכל הקשור לתפקודים קוגניטיביים, אפקט modulatory של המוח הקטן-tDCS על זיכרון עבודה מילולי דווח 25,26. והשפעות ארוכות טווח על הקוגניציה מגירוי אזורים בקליפת מוח הקדם חזיתית גם הם נצפו 2,3,4,5. עם זאת, ההשפעות הפיזיולוגיות של גירוי מוח על נוירונים שונות, תלויים אם התנהגות נבדקה (השפעות על-line) במהלך או אחרי (אפקטי off-line) תקופת גירוי 27. היה מי שהציע שהשפעות על השורה עשויות לכלול שינויים בסביבה תאית (למשל., ריכוזי יון) ושיפוע אלקטרוכימיים (למשל, פוטנציאל קרום), ואילו השפעות חוץ-הקו עשויות לכלול שינויים לאורך זמן רב יותר בפעילויותיו העצביותty בשל תהליכים תאיים שינו (למשל, פלסטיות קולט) 27. המחקר הנוכחי בוחן את ההשפעות off-line, לפי tDCS מיושמת ב- בין שני מפגשים של בדיקות קוגניטיביות, והתנהגות בהשוואה בין שני המפגשים.

חוקר תפקיד למוח הקטן בקוגניציה נעזר בשימוש במשימות שהעבר הוכחו כרוכות תפקוד המוח הקטן. משימה מסוימת אחד כרוך הנמקה חשבון ותשומת לב חצויה ונקראת התוספת בקצב אישי השמיעתי סידורי משימות (Pasat 28). זה כבר נעשה שימוש נרחב כדי להעריך תפקודים קוגניטיביים שונים בשתי אוכלוסיות בריאים ומטופל. הבדיקה כרוכה בדרך כלל משתתפים האזינו למספרים מוצגים בכל 3 שניות, והוספת המספר שהם שומעים למספר ששמע לפני (ולא נותן בסך הכל פועל). זוהי משימה מאתגרת ומטילה ברמה גבוהה של WM, תשומת לב ויכולת חשבון. זה כרוך גם activity במוח הגדול והמוח הקטן הקשורים לאלמנטים מסוימים אלה של המשימה כפי שנחשף בPET 29 ו -30 MRI. כדי להפוך את המשימה יותר קשה מבחינה קוגניטיבית וattentionally תובעני (כפי שאושר על ידי אחרים במחקר שנערך לאחרונה 31, ההוראות המקוריות שונו כך שהמשתתפים נדרשו להפחית את המספר שהם שומעים מהמספר ששמע לפני. אנו קוראים למשימה חדשה זו בקצב שמיעה סידורי חיסור משימות (PASST 1), וקשה יותר לביצוע מאשר Pasat כפי שמעידים דירוגים סובייקטיבית של קושי משימה וזמני תגובה ארוכים יותר באופן משמעותי 1. שני הגרסאות של המשימה נכללו כך שאחד מהם הייתה יותר מבחינה קוגניטיבית קשה ו attentionally בדרישה לבצע יותר מהשני, ואילו דרישות מוטוריות (מבצעים חשאי דיבור) היו דומות בשתי משימות. אם המוח הקטן מעורב בהכרה, ולאחר מכן perturbing הפונקציה שלה עם tDCS עלול להפריע לתפקיד של זה זהtructure במהלך ההופעה בPASST, אך לא בהכרח על Pasat.

משימה נוספת בשימוש נרחב כדי לחקור את תפקיד למוח הקטן בהיבטי דיבור ושפה של קוגניציה היא הפעלים דור המשימות (VGT 32,33,34,35,36,37). כמו Pasat, זה כבר נעשה שימוש נרחב כדי לבדוק את זיכרון עבודה מילולית באוכלוסיות בריאה ומטופל. בעיקרון, VGT דורש משתתף לומר בקול רם פועל (למשל, כונן) בתגובה לעצם הציג חזותי (למשל, רכב), בהשוואה לביצועים במשימה שליטה לפי משתתפים לקרוא שמות עצם בקול רם. יש פעלים שהניבו ושמות עצם קריאת דרישות תפיסתי ומנוע דומים, אבל דרישות שונות WM המילולי (כלומר, ניתוח סמנטי יותר). ופעילות רבה יותר ברשת Cerebro-המוח הקטן קשורה ליצירת פעלים לעומת קריאה של שמות עצם 34,35,36. מילות נוצרות גם יותר מהר (השפעה של אתחול) כאשר המשימותחזר שימוש באותן מילות (בסדר אקראי) על פני בלוקים, ומגביר את פעילות Cerebro-המוח הקטן כפי שנצפה על PET 33 וfMRI 37.

במאמר זה, הליך מתואר ליישום tDCS על המוח הקטן כדי לחקור את תפקיד למבנה מוח זה בקוגניציה, יחד עם שני חשבון (ניסוי אחד) ושלוש משימות שפה (ניסוי שני) של קושי שונה, שבו שלוש קבוצות נפרדות של משתתפים נערכו לפני ואחרי תקופת הגירוי. חוקרים שערנו, קבל תפקיד למוח הקטן בקוגניציה, ביצועים שעל המשימות תובעניות יותר (כלומר, PASST ודור פועל) יהיו מושפע יותר על ידי tDCS (אפקטי off-line) מאשר ביצועים במשימות תובעניות פחות (Pasat ושם עצם / פועל קריאה).

Protocol

הערה: כל המשתתפים נתנו הסכמה מדעת והמחקר אושר על ידי ועדת אתיקה של האוניברסיטה ברמינגהאם.

1. שאל את המשתתף לקרוא את דף המידע ולהשלים את screeningquestionnaire tDCS (נספח 1), ואם אין התוויות נגד לביצוע tDCS, לבקש מהם לחתום על טופס ההסכמה.

.2 בצע ניסוי אחד (משימות חישוב) ולהתנסות שתי (משימות שפה), אחד אחרי השני, כדי פסאודו אקראיים, לפני (מושב אחד) ולאחר תקופת הגירוי בחדר שקט כדי להפחית הסחות דעת (מושב שני) ו מאפשר רישום מדויק של זמני תגובה שמיעתיים, המחושבים off-line.

3. בניסוי אחד, להציג את הגירויים השמיעתיים (כלומר., מספרים) על אוזניות (טבלה של חומרים / ציוד). בניסוי שני, להציג גירויים החזותיים (כלומר, מילות) על גבי מסך מחשב. בשני הניסויים, שער headseמיקרופון לא על ידי משרעת של תגובות שמיעתיות של המשתתפים.
הערה: כל המשימות היו ממוחשבות ורצו על מחשב נייד הנשלט על ידי הצגת גירוי ותוכנת הקלטה (טבלה של חומרים / ציוד).

4. בסוף, להסביר למשתתפי מטרת המחקר (לתחקר כלומר,), ולבקש מהם לדרג את הקושי של כל משימה בסולם של 1 (קל) - 10 (קשה). כמו כן, להסביר למשתתפים שלא לקחת חלק בניסוי אחר גירוי מוח לפחות 7 ימים, וליצור קשר עם הנסיין אם הם צריכים להרגיש כל תופעות לוואי של tDCS.

5. ניסוי אחד (משימות חישוב)

5.1) לבצע את משימת תוספת סידורי בקצב אישי השמיעתי

הערה: Pasat מגיע בשניות 3 וגרסת 2 שניות.

  1. השתמש 60 הפריטים כלולים בכל גרסאות 3 שניות ו -2 שניות למשימת החיבור וחיסור המשימה, בהתאמה. Furthermבצר, להשתמש בפריטים בPasat-טופס לפני תקופת הגירוי (פגישה אחת), והפריטים בPasat-טופס B, לאחר תקופת הגירוי (מושב שני).
    הערה: לאזן את הסדר שבו משתתפים לבצע Pasat וPASST, כך שביצוע במשימה אחת לא להעביר לאחרים.
  2. יושב המשתתף מול מסך המחשב ולהסביר להם שהם הולכים לשמוע סדרה של מספרים דרך האוזניות, וכי הם יהיו חייבים להוסיף את המספר שהם שומעים למספר ששמע מייד לפניה, ולאחר מכן vocalise התשובה, וממשיך להוסיף את המספר שהם שומעים לקודמתה (ולא לתת בסך הכל פועל). מקם את המיקרופון מול הפה של המשתתף בטרם החל במלאכה.
  3. התחל את המשימה ושואל את המשתתף לקרוא את ההוראות סטנדרטי המוצגות על מסך המחשב, אשר באופן רשמי מסביר כיצד לבצע Pasat. לבצעהמשימה אחת המשתתף הבינה באופן מלא את ההוראות.
    הערה: דוגמא כתובה גם שהוצגה בפניהם. הוראות אלה דומות לאלה של הגרסה המקורית של המשימה.
  4. במהלך המשימה, לכתוב את כל תשובה בגיליון המודפס ציון (נספח 2) לאימות עוקבות. תן אין ציון אם המשתתף מספק תשובה נכונה או לא מצליח להגיב. ודא שהגירויים הם נשמע כל כך שניתן לעקוב אחרי המשימה (לחלופין להציג את הניסוי באמצעות רמקולים), ולסמן כל תשובה נכונה בתורו.
  5. תגיד לי משתתפים לא לדבר ו / או לבצע חישובים בעל-פה (או להשתמש באצבעות כדי לסייע ביצועים) במהלך המשימה ושצריכה להיות מדובר רק התשובה בקול רם.

5.2) לבצע את משימת החיסור הסידורי בקצב אישי השמיעתי

  1. תגיד לי משתתפים שההוראות למשימת החיסור (PASST) הן אותם למשימה בנוסף (Pasat), אלא שהפעם הםנדרש להפחית את המספר שהם שומעים מהמספר ששמע מייד לפניה, ולאחר מכן vocalise התשובה, ולהמשיך להפחית את המספר שהם שומעים מאחד מייד לפני שהוא (ולא לתת בסך הכל ריצה). שוב, לוודא שהמיקרופון לא התרחק מפיו של המשתתף.
  2. ברגע שהמשתתף לקרוא את ההוראות שהוצגו בפניהם על מסך המחשב הקשורים למשימת החיסור, והבין אותם במלואם - לבצע את המשימה. שוב, להזכיר משתתפים שלא לבצע חישובים בעל-פה או בסיוע של האצבעות.

5.3) Perforing עיסוק מושבים (Pasat וPASST)

הערה: אימון מתבצע על ידי כל אחד ממשתתפים לפני ביצוע כל משימה בניסוי אחד כדי לקבוע את הקצב שבו משתתפים יכולים לבצע את המשימות בתוך גבול מסוים כדי למנוע תופעות תקרה. להשיג זאת על ידי כולל 45 פריטים בעמ 'ractice (בניגוד למקור 10 פריטים).

  1. להסביר למשתתף שהם הולכים לבצע Pasat ו / או PASST (תלוי באיזה משימה היא שיש לבצע ראשון) כפי שתואר לעיל. במהלך האימון בלבד, להגביר את קצב הצגת הפריטים השמיעתיים על ידי הקטנת המרווח בין הגירוי על ידי 300 אלפיות שניים לאחר כל בלוק של חמישה פריטים, בין מגוון המרווח של 4.2-1.8 שניות.
  2. במהלך אימון, שים לב לשיעור המצגת שגרם למשתתף לעשות 3 טעויות רצופות (אבל לאפשר להם לסיים את האימון), ולהשתמש בשיעור הקודם חתוך שלב זה במהלך המשימה.
  3. בחר את קצב הצגת גירוי לכל משתתף, ולשמור על קצב הזה בין פגישות אחד ושני (כלומר., לפני ואחרי גירוי). תן משתתף הפסקה קצרה בין כל משימה (כ -30 שניות).

6. ניסוי של שני (משימות שפה)

6.1) ביצוע הפעלים דור המשימה

הערה: בצע את הקריאה שם העצם, דור הפועל ומשימת פועל קריאה בצו זה (מופרד על ידי הפסקה קצרה), כך שהמילים שהוצגו במשימת פועל קריאה לא ראש תגובה מהירה יותר במשימת דור פועל. כל משימה מורכבת של 3 מילות בפועל ו -6 בלוקים של 10 מחקרים.

  1. לבנות רשימה של 40 שמות עצם מוחשיים הקשורים לכלים / חפצים שיכולים לטפל בידיים או ברגליים, ו -40 פעלי בטון הקשורים לפעולות שבוצעו בכלים / חפצים מקבוצה עצמאית של משתתפים לפי זוגות עצם-פועל אותו נוצרים על ידי יותר ממחצית הקבוצה כמו באפיפיור וMiall 1. הימנעו מזוגות שם עצם-פועל שיוצרים אותן התגובות (לדוגמא, ארוחת ערב לאכול, תפוח-לאכול) או אינו מתייחס לפעולות אנושיות (לדוגמא, בתנור אפייה). מחצית הווה המילים בפגישה אחת ואת החצי השני בפגישה שתי.
  2. להסביר למשתתף שהם hתשתה לומר פועל מתאים (לדוגמא, כונן) בתגובה לשם העצם שהוצג (למשל מכונית). להבהיר את קשר עצם-פועל זה למשתתפים בתחילת המשימה.
  3. להציג את המילים באופן מרכזי על מסך המחשב בבסדר אקראית שונה בלוקים 1-5 (מילות חוזרות ונשנות), ולהציג את מילות חדשות בבלוק 6 (מילות רומן). ודא שכל מילה הוא הוחלף על ידי המילה הבאה כאשר המיקרופון מזהה תגובה.
    הערה: ודא שמילת הרשימות בפגישות אחד ושני שונות, ומתאזנות בין משתתפים.
  4. התחל את המשימה ושואל את המשתתף לקרוא את ההוראות סטנדרטי המוצגות על מסך המחשב, אשר באופן רשמי מסביר כיצד לבצע את משימת דור הפועל.
  5. ברגע שהמשתתף הבין את המשימה באופן מלא, מקם את המיקרופון מול הפה, ולהורות להם לייצר מילות ברגע שהם מופיעים על מסך המחשב.
  6. כתוב למטה או להקליט כל תשובה דיברהn בקול רם על ידי המשתתף לאימות עוקבות. רשום את כל שגיאות או תגובות שלא נענו.

6.2) ביצוע משימות קריאה שם עצם ופעלים

הערה: הצג את המילים באותו אופן כמו במשימת דור הפועל. משתתפים קראו שמות עצם במשימת הקריאה שם עצם, ופעלים במשימת פועל קריאה.

  1. עבור שני משימות הקריאה, להורות למשתתף לקרוא כל מילה בקול רם ברגע שהיא מופיעה על מסך המחשב.
  2. ודא כי המשתתף קרא כל מילה בצורה נכונה במהלך שני משימות הקריאה ע"י הסתכלות במסך כמילים שקראו בקול רם.
    הערה: ודא שהמיקום של המיקרופון לא זז מפיו של המשתתף בבין משימות.

7. ביצוע המוח הקטן tDCS

הערה: TDCS נחשב בטוח לשימוש בבני אדם. עם זאת, חוקר ניהול tDCS במחקר זה היה ראשון מטפל. זה עו"דisable שמטפל ראשון הוא בהישג היד בעת ביצוע tDCS, כדי להבטיח שבטיחותם של המשתתפים לא נפגעת אם הם מרגישים לא טוב / חלשים במהלך ההליך. לעולם אל תשאיר משתתף ללא השגחה בעת ניהול tDCS.

  1. שתי אלקטרודות ספוג (שטח = 25 סנטימטר 2) presoak בשיעור של 0.9% תמיסת מלח NaCl סטנדרטית עד שהם רוויים.
  2. לנהל מעורר גירוי (anodal) על קליפת המוח הקטן תקין, למקם את האלקטרודה האדומה, 1 סנטימטר מתחת, ו -4 סנטימטרים מהימין להקרנה הבולטת ביותר של העצם העורפי (inion).
    הערה: עמדה לרוחב זה על הקרקפת קרובה למיקום של VII lobule המוח הקטן.
  3. כדי להשלים את מונטאז אלקטרודה, למקם את ההתייחסות או אלקטרודה cathodal (כחולה) על הכתף הימנית מעל שריר הדלתא.
  4. כדי לנהל את הגירוי מעכב (cathodal), לחזור על התהליך לעיל ומצב את שתי אלקטרודות ספוג להיפך (כלומר,למקם את האלקטרודה הכחולה על הראש ואת האלקטרודה האדומה על כתף).
  5. לנהל tDCS דמה, לספק גירוי פסאודו (למשל, 110 UA מעל 15 אלפיות שני, כל 550 אלפיות שנייה) במשך 20 דקות במקום נוכחי הגירוי. מקם את שתי אלקטרודות כנ"ל, אבל משקל נגד לעמדתו של אלקטרודות אדום והכחולים בין משתתפים בקבוצת הדמה.
  6. Secure אלקטרודות הרטובות היטב לראש והזרוע עליונה עם רצועות גומי או לעטוף עצמי חסיד. מקום קצת מגבת נייר סביב עורפו של המשתתף כדי לנגב את טפטוף תמיסת מלח.
    הערה: ודא שהעמדה המיועדת של אלקטרודות לא זזה אחרי שהם כבר מובטחים. כדי להבטיח ממשק עור-אלקטרודה אופטימלי, לוודא אלקטרודות מונחות שטוחות על הקרקפת, ולא על השיער.
  7. עד להופעה ולקזז כל עליית גירוי התערבות וירידה, בהתאמה, את זרם DC באופן כמו-רמפה מעל 10 שניות 38,39.הגדר את עוצמת הגירוי על 2 mA ולספק במשך 20 דקות באמצעות ממריץ אמין מוסדר זרם DC (טבלה של חומרים / ציוד).
    הערה: עוצמת זה דומה לזה המשמש על ידי אחרים 25, ונחשב לרמה בטוחה של חשיפה 40, הרבה מתחת לסף לגרימת נזק לרקמות 41.
  8. תגיד לי המשתתף לנוח / להירגע במהלך תקופת הגירוי, ולהרתיע אותם מלהשתמש במכשירים אלקטרוניים, ולכן כדי למנוע החדרת משתנים מבלבלים כי פוטנציאליות עלולים להשפיע על תוצאות הניסוי.
    הערה: זה נפוץ משתתפים להרגיש תחושה קלה גירוד באחת או בשני אתרי אלקטרודה (ו / או טעם מתכתי בפה) כאשר זרם הגירוי מתחיל. להרגיע את המשתתפים שהתחושות הללו נעלמות לאחר כמה שניות - והשאירו tDCS בלתי נתפסת.
  9. החל anodal, cathodal או גירוי דמה לשלוש קבוצות נפרדות של משתתפים בORD האקראי פסאודו(משתתפים בין-, דגימות שאינן קשורות) אה. ודא שמספרם הכולל, המין והגיל ממוצע של משתתפים הוא דומה בשתי קבוצות כמו באפיפיור וMiall 1.

8. גירוי מוחי בעקבות, לחזור על Pasat (צעדים 5.1-5.1.5) וPASST (צעדים 5.2-5.2.2) במטרה לאזן, ומשימות קריאה שם עצם והפועל (צעדים 6.2-6.2.2) ו משימת דור פועל (צעדי 6.1-6.1.6) בצו זה. לבצע ניסוי אחד (משימות חישוב) ולהתנסות שתי (משימות שפה) כדי פסאודו אקראי. אל תספק בפועל משני המשימות הבאות stimuation המוח.

הערה: במחקרים אחרים של קוגניציה, גירוי אמיתי ומזויף הוחל באותו המחזור (ב- משתתפים, דגימות קשורות), מופרדים על ידי משך לשטוף החוצה של לפחות 5-7 ימים 25,26. עם זאת, ההבחנה דמה וגירוי אמיתי היא קלה יותר בעוצמות הנוכחיות גבוהות ב -42. זה יכול להיות בעייתי בעםב- משתתפי עיצוב, אבל לא כל כך בעיצוב בין-משתתפים כפי שמתואר כאן.

Representative Results

ניתוח נתונים

בניסוי אחד, התוצאות נותחו במונחים של מספר התשובות הנכונות או ציוני דיוק (מבוטא אחוזים נכונים), והממוצע ושונות (סטיית התקן) של פעמים המשתתפים מילולי תגובה באמצעות ANOVAs המעורב נפרד, עבור שני המשימות ( Pasat לעומת PASST), בין מושבים (לפני לעומת אחרי) ועל פני קבוצות (anodal, cathodal או העמדת פנים). בניסוי שני, הממוצע והשונה של התגובות המילוליות של המשתתפים נותחו על ידי השוואתם בין הסט הראשון (1 Block) והאחרון (בלוק 5) של מילות חוזרות ונשנות (הסכום כולל של למידה) באמצעות ANOVAs המעורב נפרד בתוך כל משימות (פועל קריאת דור לעומת עצם לעומת קריאת פועל), מושב (לפני לעומת אחרי) והקבוצה (anodal, cathodal או העמדת פנים). התוצאות מתשובות שגויות הוצאו מכל ניתוח נתונים, יחד עם תשובות שממושכות (עולה + 2SD של הממוצע) בניסוי שני בלבד.

ove_content "> ניסוי אחד (משימות אריתמטיקה)

גירוי מצגת שערי

מבחני t זוג חכם המותאמים להשוואות מרובות אישרו כי שיעורי מצגת המשתתף ספציפי הגירוי הוקמו במהלך אימון לא היו שונים משמעותי בין שלוש הקבוצות (דמה, anodal וקבוצות cathodal, 2.56, 2.50 ו2.49 שניות, בהתאמה, F 2, 63 = 0.23 P = 0.79).

עשרות דיוק

מספר התשובות הנכונות מוגבר על מושב שני (84.47%) בהשוואה בפגישה אחת (76.30%) ככל הנראה בשל בפועל (איור 1), אבל יותר מכך לאחר cathodal (77.50 לעומת 89.32%), מאשר אחרי anodal (77.80 לעומת . 82.80%) או דמה (77.81 לעומת 80.91%) גירוי, כפי שאושר על ידי אינטראקציה קבוצת x מושב x משימה שהייתה משמעותי עם ANOVA (F 2,63 = 4.61, P <0.05).

איור 1
איור 1:. עשרות דיוק לפני ואחרי tDCS המוח הקטן המספרים של תשובות נכונות (כלומר +1 SEM, n = 20) השתפר באופן סלקטיבי לאחר גירוי cathodal ממושב אחד (לפני גירוי) להפעלה שתי (לאחר גירוי), באופן משמעותי יותר במשימת החיסור (PASST) מאשר במשימה בנוסף (Pasat). כוכביות להראות הבדלים משמעותיים (P <0.05) כפי שנחשף במתוקן לזווג השוואות. נתון זה שונה מהאפיפיור וMiall 1.

זמני תגובה מילוליים

תשובות נכונות היו באופן משמעותי מהר יותר במהלך Pasat מאשר בPASST (1372 לעומת 1447 אלפיות שני; F 1,57 = 11.70, P <0.001), ויותר מכך לאחר tDCS (לעומת 1446 1374 אלפיות השני; F 1,57 = 36.43, P <0.001). ואכן, המשימה על ידי מושב על ידי אינטראקציה הקבוצה הייתה כמעט משמעותית (F 1,57 = 2.65, P = 0.08), לפיה תגובת פעמים במהלך PASST ירדו יותר לאחר גירוי cathodal (1,509 אלפיות שנייה לעומת 1,322), מאשר אחרי anodal (1,491 vs . 1,427 אלפיות שני) או אחיזת עיניים (גירוי 1,504 לעומת 1,427 אלפיות שני). מגמה זו לא הייתה ברורה במהלך Pasat.

השתנות זמן תגובה

העקביות של זמני תגובה גם ירד באופן משמעותי בין פגישה אחת (386 אלפיות שני) ושתי (354 אלפיות שני; F 1,57 = 16.86, P <0.001), כפי שמוצגת באיור 2b. עניין מיוחד, המשימה x מושב x האינטראקציה הקבוצה הייתה משמעותית (F = 2,57 11.16, P <0.001). תוצאה זו מרמזת כי השתנות זמן תגובה במהלך PASST ירדה יותר לאחר cathodal (לעומת 403273 אלפיות שני), מאשר אחרי anodal (418 לעומת 398 אלפיות שני) או העמדת פנים (396 לעומת 368 אלפיות שני). הירידה בשונות זמן תגובה הייתה שווה על פני שלוש קבוצות הגירוי במהלך המשימה נוספת.

איור 2
פעמים () Mean תגובה מילולית לפני ואחרי tDCS המוח הקטן: איור 2. הממוצע של זמני התגובה המילוליים של המשתתפים (אומר +1 SEM, n = 20) השתפר באופן סלקטיבי לאחר גירוי cathodal ממושב אחד (לפני גירוי) להפעלה שני (לאחר גירוי), אם כי לא באופן משמעותי (P = 0.08) ב משימת חיסור מאשר במשימה בנוסף. נתון זה שונה מהאפיפיור ו1 Miall. השתנות זמן תגובה מילולית לפני ואחרי tDCS המוח הקטן (ב). השונות (סטיית התקן) של זמני התגובה המילוליים של המשתתפים (אומרת +1 SEM, n = 20) באופן סלקטיבי לשפרד באופן משמעותי לאחר גירוי cathodal בין פגישות בחיסור, אבל לא בתוספת. נתון זה שונה מהאפיפיור וMiall 1.

ניסוי שתי (משימות שפה)

למידה כוללת ממוצעת

השפעה של למידה בין בלוקים 1-5 חושבה עבור כל משתתף ונמצאה דומה בשם העצם (0.03 שניות) ופועל (0.03 שניות) משימות קריאה, אבל יותר במהלך משימת דור פועל (0.20 שניות [ראה איור 3] ) כפי שנחשף על ידי השפעה משמעותית העיקרית של משימה (F = 2,56 67.17, P <0.001). מעניין, אינטראקציה משמעותית x מושב קבוצת x משימה, (F 4114 = 2.44, P = 0.05) הציעה שtDCS השתפר באופן סלקטיבי למידה בין פגישות במשימת דור פועל לאחר cathodal (0.18 לעומת 0.31 שניות), אבל לא אחרי anodal (0.18 לעומת 0.17 שניות) או דמה (0.17 לעומת 0.19 שניות).

איור 3
איור 3:. תגובות ממוצעות למידה מוחלטת בין גושים חזרו ממוצעת (ממוצע +1 SEM, n = 20) בין בלוקים 1-5 היו מהירים יותר לאחר tDCS בדור פועל המשימה (VG), מאשר בקריאה שם העצם (NR), הפועל קריאת משימות (VR). כוכביות להראות הבדלים משמעותיים (P <0.05) כפי שנחשף במתוקן לזווג השוואות. נתון זה שונה מהאפיפיור וMiall 1.

שונות למידה סה"כ

העקביות של למידה בין בלוקים 1-5 גם ממוחשבת (ראה איור 4), ונמצאה להשתפר באופן סלקטיבי במהלך משימת דור פועל לאחר cathodal (0.08 לעומת 0.19 שניות), אבל לא אחרי anodal (0.08 לעומת 0.08 שניות) או דמה (0.08 לעומת 0.06 שניות) tDCS כפי שמסומן על ידי significant מושב x המשימה x אינטראקציה הקבוצה, (F 4114 = 2.23 P <0.05).

איור 4
איור 4:. השתנות למידה סה"כ בין גושים חזרו ההשתנות של תגובות (כלומר SD +1 SEM, n = 20) בין בלוקים 1-5 היו יותר עקביים לאחר tDCS בדור פועל המשימה (VG), מאשר בקריאה שם העצם ( NR), (משימות VR פועל קריאה). כוכביות להראות הבדלים משמעותיים (P <0.05) כפי שנחשף במתוקן לזווג השוואות. נתון זה שונה מהאפיפיור וMiall 1.

Discussion

TDCS הפך לכלי פופולרי בשנים האחרונות לחקר יחסי המוח-התנהגות. המאמר הנוכחי מתאר הליך לחקירת תפקודים קוגניטיביים של המוח הקטן באמצעות tDCS ובדיקות שונות של חשבון ושפה שדורשות דרגות שונות של זיכרון ותשומת לב עובד. התוצאות של ניסוי אחד הראו גירוי איך cathodal של הדיוק תקין של המוח הקטן משימה השתפרה חצי כדור והשתנות תגובה מילוליות (יחסית לanodal וגירוי דמה) במהלך משימת עיבוד מידע קשה ותובענית מבחינה קוגניטיבית מעורבות חיסור נפשי (משימת חיסור סידורי השמיעתית בקצב [ PASST]), אך לא בגרסה פשוטה יותר ופחות תובענית הכרוכות בתוספת נפשית (המשימה בקצב השמיעה סידורי בנוסף [Pasat]). מאחר ששני משימות אלה לשתף את השליטה מוטורית דומה (כלומר, פעולות מילוליות), אבל עומס הקוגניטיבי שונה (כלומר., מאמץ נפשי), אנו מעריכים במחקר הקודם שלנו1 כי דיכאון cathodal של קליפת המוח הקטן תקין אולי ישחרר משאבים קוגניטיביים נוספים כאשר דרישות משימה הן גבוהות. Cathodal tDCS היה צפוי hyperpolarize המוח הקטן, לדכא תפוקת תא פורקינג ', ולהפחית את עיכוב המוח הקטן-מוח (CBI 20). השקפה זו נתמכת על ידי הממצא שהקישוריות תפקודית בין המוח הקטן וקליפת מוח הקדם חזיתית (כלומר, cerebello-thalamo-קליפת המוח מסלול 10) בחשבון היא מוכוונת המשימה וdifficulty- 43 רגישים. התוצאות מניסוי אחד לא יכול להיות מוסברת על ידי שינוי בתרומת המוח הקטן לשליטה מוטורית, כמו אלה הן דומות בPasat וPASST, אבל התהליכים הנפשיים הנדרשים לביצוע חיסור לעומת בנוסף הם שונים. התוצאות מניסוי זה מציעות במקום שהשפעות של המוח הקטן-tDCS על הכרה צפויות מוכוונת משימה או עומס ספציפי. בניסוי שני, גירוי cathodal גם השתפר באופן סלקטיבי ביצוע משימה בפרוטוקול שפה, כך שהתגובות לי מהר יותר והיו בעיתוי יותר באופן עקבי בחמישה בלוקים רצופים של ניסויים שבי משתתפים שנוצרו פעלים בתגובה לשמות עצם הציגו חזותי. השפעה תחול זה השלימה את התוצאות מניסוי אחד, וגם ממצאים על ידי אחרים מראים tDCS איך anodal על קליפת מוח הקדם חזיתית שמאל דורסולטרלי (DLPFC) יכול לשפר את השטף מילולי 40 ותמונה latencies שמות 41,44 - תמיכה בהשערה כי אותם דפוסי הסיוע רשאי שנצפה לאחר tDCS cathodal מעל חצי הכדור של המוח הקטן ימינה (כפי שנצפה בניסוי שני). יחדיו, ממצאים אלה תומכים בתפקיד למוח הקטן - אם כי עקיף - בשפה, למידה וזיכרון 45, הלוואות תמיכה נוספת לרעיון שהמוח הקטן יכול להשפיע על תהליכים קוגניטיביים בקליפת מוח הקדם חזיתית: אתר מרכזי לזיכרון עבודה רב (WM פעולות).

שיפורים קוגניטיביים arדואר פיזיולוגי מתקבל על הדעת כי המוח הקטן מפעיל השפעה מרחוק על הרגישות בDLPFC, באמצעות עירור של Cerebro - מסלול המוח הקטן. עדות נוספת לצימוד בין המוח הקטן וקליפת מוח הקדם חזיתית מתוארת בעבודה על ידי חמאדה ועמיתים, לפיה פלסטיות אסוציאטיבית הנגרמת על ידי גירויים לזווג ב 25 ms חושיים / מנוע - לזווג גירוי אסוציאטיבי (PAS), נצפה להיות חסום על ידי cerebellar- tDCS 46. והפעלות יומיות של גירוי מגנטי transcranial (TMS) על המוח הקטן הוכחו כדי לשפר את השליטה ביציבה והליכה, וכפול-tasking במטופל עם ניוון המוח הקטן 47. שיפורי מנוע וקוגניטיביים אלה סומנו על ידי גידול במנוע פוטנציאלים מעוררים הנגרמים על ידי גירוי קליפת המוח מוטורי כאשר המוח הקטן היה גם נרגש כמה אלפיות מראש (חקרו עם dual-סליל, TMS לזווג דופק), בשל עיכוב המוח הקטן-מוח מופחת ( CBI) שנמשך 6 חודשים לאחר הטיפול. Farzan ועמיתי 47 זוכה השיפורים בתפקוד הקוגניטיבי לתוצאה של תפקוד מוטורי משופר ושחרור משאבים לביצוע המשימה הכפולה. ההפחתה בכת הנגרמת על ידי TMS יכולה להיות גם שיפור תפקוד המוח הקדם חזיתית בקליפת המוח באופן ישיר, באמצעות erebro ג המרגש - מעגלי המוח הקטן - שיפור יכולת הקוגניטיבית. ההסבר אחרון זה הוא בהסכם עם שנצפה באמצעות השיטות שתוארו במאמר הנוכחי המדגימים הליך באופן סלקטיבי שיפור WM המילולי אחרי המוח הקטן-tDCS.

השיטות שתוארו כאן להדגים כיצד גירוי המוח חשמלי של המוח הקטן יכול לווסת את התפקודים קוגניטיביים ולשפר את הביצועים במשימות שדורשות רמה גבוהה של עומס קוגניטיבי. ממצא זה מקביל את ההשפעות החיוביות מגירוי DLPFC, אשר יכול לשפר את הביצועים על פני משכי זמן ארוכים חשבון 2 3 קלים. למעשה, tDCS על קליפת מוח הקדם חזיתית יכול לשפר את הביצועים במגוון רחב של משימות קוגניטיביות במשתתפים בריאים 4,5, חוקרים מוביל להעסיק גירוי מוח חשמלי ככלי טיפולי לטיפול בליקויים קוגניטיביים בחולים לאחר שבץ 48, ובחולים עם מחלת פרקינסון 41. ואכן, כיוונים עתידיים לtDCS כוללים שימוש בו ככלי לשינוי התנהגות על ידי גרימת שינויים מתמשכים במוח. TDCS כסוג של תרפיה גירוי המוח הוא שווה לחקור באוכלוסיות חולים מסיבות ברורות 24.

במאמר זה, שלבים הקריטיים ביותר עבור אפנון מוצלח של tDCS קוגניציה באמצעות הם: 1) תפירת משימה-קושי לרמה של משתתפי ביצועים; מיקום של האלקטרודה הגירוי על אזור המוח הרצוי עקבי ומדויק 2); 3) לא להבטיחכובע שני אלקטרודות נשמרים לח לאורך כל תקופת הגירוי כדי למנוע ממריץ כיבוי (להרטיב עם מי מלח נוסף במידת צורך). כמו כן, חשוב להרגיע את המשתתפים (חרדת הפחתה) תחושות שחשו במהלך הגירוי ייעלמו לאחר מספר שניות - עוזבים tDCS בלתי נתפסת. שינויים עתידיים עשויים לכלול ניהול tDCS במהלך ביצוע משימה (או כך לפחות זה חופף להתנהגות) לחקור תופעות על-קו. ביצוע המשימה היה אז להיות בהשוואה בין תנאים פעילים ובסיס (כלומר, העמדת פנים ו / או cathodal לעומת דמה anodal לעומת), במקום השוואת ביצועים לפני ואחרי תקופת הגירוי. היעילות ארוכת הטווח של גירוי DC היא גם שווה לבחון מנקודת המבט של שימוש tDCS כדי לתקן את הסימפטומים של הפרעה בתפקוד הקוגניטיבי, יחד עם פרדיגמות שעשויות לייצר אפקטים חזקים יותר. זה עשוי להיות כרוך בפרוטוקולים המספקים רצף של תקופות גירוי קצרות (ולא blo אחתck), לפיה הפגישות הבאות של tDCS "למעלה למעלה" ההשפעות מהמושב הקודם. אספקת הפעלות גירוי מרובות עלולה לגרום לעלייה המצטברת בביצועים, ולא שינויים פחותים המתפתחים לאט יותר על פגישה אחת. אתגרים כגון אלה וגם כיוונים עתידיים למחקר קליני עם tDCS נסקרו על ידי Brunoni ועמיתים 49.

הפוטנציאל לשימוש tDCS ככלי טיפולי לתיקון הסימפטומים קוגניטיביים של מחלות מסוימות רק לאחר כינונה של הנוהל כבר הבנתי טוב יותר ומשתלט עליו. לדוגמא, את ההשפעות של tDCS מעל הקורטקס מוטורי לאחרונה נמצאו משתנה מאוד בין אנשים, ולא תמיד קוטביות ספציפית 22,23. אותו גם נאמר להשפעות של tDCS בתחום הקוגניטיבי 23. יש עדיין מוגבל על נתונים הנוגעים להשפעות שיפור נוירו של tDCS באופן כללי. אבל זה יכול להיות במקרה הבoff-line השפעות של tDCS על המוח הקטן מסוגלות לשפר התנהגות ביותר כאשר משתתפים צריכים לעסוק באופן מלא עם משימה קוגניטיבית קשה, או כאשר הם מוצאים את המשימה קשה לביצוע משום שהיא הופכת את דרישות גבוהות על WM ומשאבי קשב. השקפה זו מצביעה על כך שההשפעות של המוח הקטן-tDCS על הכרה עשויות להיות מוכוונת משימה או תלויות load-: תיווך אולי על ידי שיפור תפקודים קוגניטיביים בחלקים של מסלול Cerebro-המוח הקטן הפועלים בזמן הגירוי. פרשנות זו של מקבילות הנתונים שלנו גם עם זה של השפעות של tDCS על קוגניציה, אשר חשב כרגע להיות רגיש למצב של הרשת הפעילה בזמן הגירוי 50 on-line. TDCS לא עשוי להוביל לשינויים בביצועים אם יש משאבים קוגניטיביים מספיק זמינים כדי לבצע את המשימה היטב, אבל רק כאשר מערכת עוסקת, כך שהוא משתמש במשאבים רבים יותר. ואכן, מחקרי fMRI מראים כיצד פעילות עצבית ברשת חזיתית-הקודקודית היא positively מתואם עם מורכבות משימה מוגברת 51.

לסיכום, מאמר זה מתואר הליך גירוי המוח שמשמש tDCS כדי לעורר את המוח הקטן בסדרה של משימות עיבוד מידע עם משתנה עומס קוגניטיבי, שבי cathodal דיכאון של פעילות המוח הקטן (ולא anodal עירור) ביצועים משופרים בattentionally התובעני וקשה משימות קוגניטיביות. אנחנו תהינו אם זה יכול להיות מושגת על ידי דיס-עיכוב של אזורי WM של קליפת מוח הקדם חזיתית: שחרור משאבים קוגניטיביים נוספים כאשר משימות מסוימות הן קשות לביצוע. הבנה טובה יותר של גורמים אישיים הקובעים את היעילות של tDCS שנדרש כעת בתקווה כי תצאו ממחקר נוסף, יחד עם פרוטוקולים משופרים להעברת גירוי חשמלי של מוח באוכלוסיות בריאה ומטופל. כך, מאמצי עתיד עשויים לכוון תיקון הסימפטומים קוגניטיביים של מחלות מסוימות באמצעות חשמל transcranialגירוי מוחי iCal ככלי שיקום הקוגניטיבי לווסת מעגלי Cerebro-המוח הקטן.

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

התנהגות גיליון 96 קוגניציה זיכרון עבודה tDCS המוח הקטן גירוי המוח נוירו-מודולציה נוירו-שיפור
קוגניציה ויסות שימוש Transcranial ישיר נוכחי גירוי של המוח הקטן
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