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神经科学

Stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) pour l’amélioration de la mémoire

Published: September 18, 2021
doi:
10.3791/62681
, ,
1Institute for Medical Research, Human Neuroscience Group,University of Belgrade, 2Faculty of Philosophy, Institute of Psychology,University of Belgrade

Summary

Un protocole d’amélioration de la mémoire en utilisant la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) ciblant les cortex pariétal dorsolatéral préfrontal et postérieur, en tant que nœuds corticaux centraux dans le réseau hippocampo-cortical, est présenté. Le protocole a été bien évalué dans des études sur des participants en bonne santé et s’applique également à la recherche sur le vieillissement et la démence.

Abstract

L’amélioration de la mémoire est l’un des grands défis des neurosciences cognitives et de la neuroréadaptation. Parmi les diverses techniques utilisées pour l’amélioration de la mémoire, la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) émerge comme un outil particulièrement prometteur pour l’amélioration des fonctions de la mémoire de manière non invasive. Ici, nous présentons un protocole tDCS qui peut être appliqué pour l’amélioration de la mémoire dans les études sur les participants en bonne santé ainsi que dans la recherche sur le vieillissement et la démence. Le protocole utilise un courant anodal constant faible pour stimuler les cibles corticales au sein du réseau fonctionnel cortico-hippocampique engagé dans les processus de mémoire. L’électrode cible est placée soit sur le cortex pariétal postérieur (PPC), soit sur le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC), tandis que l’électrode de retour est placée de manière extracrânienne (c’est-à-dire sur la joue controlatérale). En outre, nous décrivons une méthode plus avancée de tDCS oscillatoire, imitant un rythme cérébral naturel pour promouvoir les fonctions de mémoire dépendantes de l’hippocampe, qui peuvent être appliquées de manière personnalisée et non personnalisée. Nous présentons des résultats illustratifs de l’amélioration de la mémoire associative et de travail après des sessions tDCS uniques (20 minutes) au cours desquelles les montages d’électrodes décrits ont été utilisés avec des intensités de courant comprises entre 1,5 mA et 1,8 mA. Enfin, nous discutons des étapes cruciales du protocole et des décisions méthodologiques qui doivent être prises lors de la conception d’une étude tDCS sur la mémoire.

Introduction

La mémoire joue un rôle essentiel dans le fonctionnement quotidien car elle permet de se souvenir d’informations sur les personnes et les lieux, de se souvenir d’événements passés, d’apprendre de nouveaux faits et de nouvelles compétences, ainsi que de porter des jugements et de prendre des décisions. Ici, nous nous concentrons sur deux types de mémoire – la mémoire de travail (WM) et la mémoire associative (AM). WM nous donne la possibilité de maintenir et de stocker temporairement des informations pour un traitement cognitif continu1, tandis que AM nous permet de nous souvenir de plusieurs éléments d’expérience ou d’informations liés entre eux. Par conséquent, ces deux types de mémoire soulignent presque toutes les activités quotidiennes. Malheureusement, la mémoire est l’une des fonctions les plus vulnérables car elle diminue avec le vieillissement normal ainsi qu’en raison de divers états et conditions pathologiques. Le déclin de la WM et de la FA est important dans les troubles cognitifs légers2,3 et la démence4,5 ainsi que dans le vieillissement normal6,7. Étant donné que les déficits de mémoire sont associés à un niveau élevé de charge de morbidité8,9 et affectent de manière significative la qualité de vie10,11,12,13, il existe un besoin croissant de nouvelles approches pour la prévention et le traitement du déclin de la mémoire.

La stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) est un outil prometteur pour lutter contre le déclin de la mémoire14,15,16 et acquérir une meilleure compréhension des fonctions cérébrales en général17. Le tDCS est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui utilise de faibles courants électriques (généralement entre 1 mA et 2 mA) pour moduler l’activité cérébrale en affectant l’excitabilité de la membrane neuronale. Les effets du tDCS dépendent de la polarité, de sorte que la stimulation anodale augmente tandis que la stimulation cathodale diminue l’excitabilité neuronale. À savoir, le tDCS anodal augmente la probabilité que les potentiels d’action se déclenchent par dépolarisation des membranes neuronales, facilitant ainsi l’activité cérébrale spontanée sous l’anode18. De plus, il est démontré que l’effet d’une activation accrue ne reste pas localisé mais tend à se propager à d’autres zones fonctionnellement connectées du système nerveux central. On s’attend donc à ce que le tDCS anodal favorise les fonctions cognitives qui reposent sur des régions cérébrales ciblées et des zones cérébrales fonctionnellement interconnectées, tandis que le tDCS cathodal devrait avoir l’effet inverse.

Le tDCS présente plusieurs avantages par rapport aux autres techniques de stimulation cérébrale : (1) le tDCS est sûr, c’est-à-dire qu’il ne présente pas de risques pour la santé et ne produit aucun changement structurel ou fonctionnel négatif à court ou à long terme19; (2) le tDCS se caractérise par la plus grande tolérabilité parmi les techniques de stimulation cérébrale car il provoque un inconfort minimal chez les participants sous la forme de sensations légères de picotement et de démangeaisons sous les électrodes stimulantes20; (3) tDCS est rentable – le prix des dispositifs et de l’application tDCS est dix à cent fois inférieur à celui des autres options de traitement, ce qui le rend attrayant pour les patients et le système de santé; (4) tDCS est facile à utiliser et a donc un fort potentiel d’application même à domicile, ce qui peut conduire à une meilleure conformité des patients et à une réduction des coûts pour le personnel médical et les installations.

Les principaux défis liés à l’utilisation du tDCS pour l’amélioration de la mémoire sont de trouver le protocole optimal de montage et de stimulation des électrodes qui produira des effets fiables sur la mémoire. Ici, nous utilisons le terme montage d’électrodes pour désigner la configuration et les positions des électrodes (c’est-à-dire le placement de la cible et de l’électrode de référence (retour)). En raison de la nature des champs électriques, l’électrode de référence (retour) n’est pas neutre – elle a la polarité opposée à l’électrode cible – et peut donc également exercer des effets biologiques (neuromodulateurs) sur le tissu neural sous-jacent. Par conséquent, un choix minutieux de l’électrode de référence est essentiel pour éviter les effets supplémentaires indésirables de la stimulation.

Lorsque nous utilisons le terme protocole de stimulation, nous nous référons aux paramètres tDCS tels que la durée et l’intensité du courant appliqué ainsi que la façon dont l’intensité du courant change au fil du temps (c’est-à-dire si l’intensité est constante tout au long de la stimulation ou change à la suite d’une forme d’onde sinusoïdale avec une certaine amplitude et fréquence). Différents protocoles de stimulation peuvent être appliqués en utilisant le même montage d’électrodes, et le même protocole peut être utilisé sur différents montages.

Pour optimiser le montage des électrodes, nous examinons les zones cérébrales pertinentes pour la fonction et comment les champs électriques induits par diverses positions des électrodes affecteraient ces zones du cerveau et, par conséquent, les fonctions cognitives. Plusieurs structures corticales et sous-corticales différentes jouent un rôle important dans les fonctions de la mémoire – y compris les zones du cortex frontal, temporal et pariétal. À savoir, WM est soutenu par un réseau neuronal répandu qui comprend le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC) et le cortex préfrontal latéral ventral (VLPFC), les cortex moteurs prémoteurs et supplémentaires, ainsi que le cortex pariétal postérieur (PPC)21. Pour la FA et la mémoire épisodique en général, les structures au sein du lobe temporal médian sont essentielles22. Cependant, les zones associatives des cortex pariétal, frontal et temporal, avec leurs voies convergentes vers l’hippocampe, jouent également un rôle important. En raison de sa position anatomique, l’hippocampe ne peut pas être directement stimulé à l’aide de tDCS, et donc l’amélioration des fonctions de mémoire dépendantes de l’hippocampe se fait en utilisant les cibles corticales avec une connectivité fonctionnelle élevée à l’hippocampe telles que le cortex pariétal postérieur. Pour ces raisons, le DLPFC et le PPC sont le plus souvent utilisés comme cibles de stimulation pour améliorer la mémoire. Le positionnement des électrodes peut être affiné sur la base de la modélisation du flux de courant23 et validé dans des études qui combinent le tDCS avec des techniques de neuroimagerie24.

Le protocole de stimulation le plus courant est un courant anodal constant de 1-2 mA qui dure entre 10-30 minutes. Le mécanisme supposé derrière ce protocole est que l’électrode avec une charge positive augmentera l’excitabilité du tissu cortical sous-jacent, ce qui entraînera une amélioration des performances de la mémoire ultérieure. Contrairement au tDCS anodal constant, où l’intensité du courant reste la même pendant toute la période de stimulation, dans le protocole oscillatoire tDCS, l’intensité du courant fluctue à la fréquence donnée autour d’une valeur définie. Par conséquent, ce type de protocole module non seulement l’excitabilité, mais entraîne également les oscillations neuronales des zones cérébrales concernées. Il est important de noter que pour les tDCS constants et oscillatoires, les électrodes conservent la même polarité de courant pendant toute la durée de la stimulation.

Nous présentons ici des montages tDCS qui ciblent les nœuds au sein du réseau fronto-pariéto-hippocampique pour favoriser la mémoire – à la fois WM et AM: en particulier, deux montages d’électrodes avec l’électrode cible sur DLPFC gauche / droite ou PPC gauche / droite. En plus du protocole tDCS anodal constant, nous décrivons un protocole tDCS oscillatoire thêta.

Conception de l’étude
Avant de fournir un guide détaillé sur la façon d’utiliser tDCS pour l’amélioration de la mémoire, nous allons décrire quelques propriétés essentielles de la conception expérimentale qui sont importantes à prendre en compte lors de la planification d’une étude tDCS sur la mémoire.

Contrôle fictif
Pour évaluer les effets du tDCS sur la mémoire, l’étude doit être contrôlée de manière simulée. Cela implique que dans l’une des conditions expérimentales, le protocole ressemble à une véritable séance de stimulation, mais aucun traitement n’est administré. Cette session fausse ou simulée sert de point de référence pour comparer les performances suivant un tDCS réel et faire des inférences sur son efficacité. Généralement, dans le protocole simulé, le courant n’est appliqué que pendant une courte période – généralement jusqu’à 60 secondes au début et à la fin de la stimulation simulée en tant que montée en puissance suivie d’une descente immédiate (c’est-à-dire fondu entrant / fondu sortant, jusqu’à 30 secondes chacune). De cette façon, il est garanti que la durée de la stimulation est insuffisante pour produire des effets comportementaux ou physiologiques. Étant donné que les sensations locales de peau / cuir chevelu sont généralement plus prononcées au début et à la fin de la stimulation (en raison de changements dans l’intensité actuelle), les sensations induites dans tous les protocoles sont comparables et difficiles à distinguer25. De cette façon, le participant est aveuglé sur le fait que la stimulation soit réelle ou non, ce qui est particulièrement important dans les conceptions à l’intérieur du sujet.

En plus du sham-control, pour évaluer la spécificité des effets des protocoles oscillatoires, il est conseillé d’avoir une condition de contrôle actif,aussi. Par exemple, le contrôle actif pour le protocole oscillatoire peut être une stimulation anodale constante de la même intensité26,27, ou une stimulation oscillatoire à différentes fréquences, par exemple thêta vs gamma28.

Conception à l’intérieur ou entre les sujets.
Dans la conception à l’intérieur des sujets, chaque participant subit à la fois un tDCS réel et fictif, tandis que dans la conception entre les sujets, un groupe de participants reçoit un tDCS réel et l’autre groupe reçoit un tDCS factice. Le principal avantage de la conception à l’intérieur du sujet est un meilleur contrôle des confusions spécifiques au sujet. C’est-à-dire que les différences individuelles dans l’anatomie et les capacités cognitives sont mieux contrôlées lorsque chaque participant est comparé à lui-même. Cependant, étant donné que la conception à l’intérieur du sujet doit être appliquée de manière croisée (c’est-à-dire que la moitié des participants reçoivent un véritable tDCS lors de la première session et un simulacre lors de la deuxième session, tandis que l’autre moitié des participants reçoivent un simulacre en premier et un tDCS réel en second), cette conception peut ne pas être optimale pour les études cliniques et de formation ainsi que pour les études impliquant plusieurs sessions tDCS sur des jours consécutifs. parce que la conception croisée peut entraîner des lignes de base inégales entre les bras croisés. Par conséquent, la conception à l’intérieur du sujet est la mieux adaptée lors de l’évaluation des effets comportementaux ou physiologiques d’une seule session tDCS, et lorsque des bases de référence inégales ne sont pas considérées comme un problème pour l’hypothèse de recherche. Dans la conception à l’intérieur du sujet évaluant les effets d’une seule session de tDCS, il est de bonne pratique de garder 7 jours entre la session de tDCS réelle et simulée pour éviter les effets de report (cependant, certaines études suggèrent que des périodes de lavage encore plus courtes n’affectent pas de manière significative les résultats29,30) et d’utiliser des formes parallèles de tâches de mémoire dans un ordre contrebalancé pour minimiser les effets d’entraînement et d’apprentissage entre les sessions.

Lorsque la conception entre les sujets est utilisée, le groupe témoin doit être soigneusement apparié pour la performance de base, ainsi que d’autres caractéristiques pertinentes connues pour être pertinentes pour l’efficacité du tDCS. L’assignation aléatoire de groupes peut ne pas être la meilleure approche dans les échantillons de petite taille (p. ex., <100), car elle peut conduire à une appariement sous-optimal. Dans les deux cas, le rendement de référence devrait être pris en compte dans l’analyse statistique.

Taille de l’échantillon.
L’une des questions fréquemment posées est « combien de participants faut-il pour détecter les effets du tDCS ». La réponse à cette question dépend de plusieurs aspects de l’étude, notamment la conception expérimentale, la taille des effets attendus, le type d’analyse statistique, etc. La taille des échantillons dans les expériences de stimulation cérébrale est souvent trop petite, et on estime que les études dans ce domaine manquent environ 50% des vrais résultats positifs parce qu’ils sont sous-alimentés31. L’analyse de puissance permet de déterminer la taille adéquate de l’échantillon pour chaque expérience spécifique en fonction de la conception de l’étude et de la taille d’effet attendue pour l’analyse statistique planifiée. L’analyse de puissance peut être effectuée dans l’environnement R ou à l’aide de logiciels spécialisés gratuits tels que G*Power32, et elle doit toujours être effectuée a priori (c’est-à-dire avant l’expérience). La puissance doit être réglée à >,80 (idéalement 0,95) et la taille d’effet attendue sur les tâches de mémoire après une seule session tDCS est généralement comprise entre 0,15 et 0,20 (η2),c’est-à-dire Cohen f 0,42-0,50. Par conséquent, il faut généralement recruter 20 à 30 participants au total pour l’expérience à l’intérieur du sujet et 30 à 40 participants par groupe pour l’étude entre les sujets, afin d’obtenir une puissance satisfaisante et ainsi diminuer l’erreur de type II. Toutefois, la taille de l’échantillon dépend du nombre d’autres facteurs, y compris l’analyse planifiée et la sensibilité des mesures de comportement utilisées. Par conséquent, idéalement, on devrait mener une expérience initiale pour comprendre les tailles d’effet pour la conception spécifique et utiliser ces données comme entrée pour l’analyse de puissance. Cependant, il est important de noter que l’exécution d’une expérience pilote sur seulement quelques participants conduira à des estimations erronées et peu fiables de l’ampleur de l’effet. Par conséquent, si les ressources sont limitées, il est préférable de s’appuyer sur les études précédentes avec des résultats comparables et d’adopter une approche légèrement plus conservatrice, c’est-à-dire en estimant des tailles d’effet un peu plus petites que celles rapportées dans la littérature.

Mesures des résultats
Pour évaluer l’efficacité du tDCS sur la mémoire, il faut sélectionner des tâches comportementales adéquates. En fait, le choix de la tâche de mémoire est l’un des aspects cruciaux de la conception de l’étude, car la capacité de détecter l’effet tDCS dépend directement de la sensibilité de la tâche. Le défi ici est que la plupart des outils standardisés d’évaluation de la mémoire ou des tâches neuropsychologiques classiques peuvent ne pas être assez sensibles pour détecter les effets du tDCS dans des populations spécifiques. En outre, la plupart des tâches standardisées ne sont pas disponibles sous deux formes parallèles ou plus et ne peuvent donc pas être utilisées dans des conceptions à l’intérieur des sujets. Pour cette raison, la plupart des études de mémoire tDCS utilisent des tâches de génération personnalisées. Lors de la conception ou de la sélection de la mesure des résultats, il faut s’assurer que la tâche est: (1) mesure focale/sélective de la fonction de mémoire d’intérêt; (2) sensible (c.-à-d. que l’échelle est assez fine pour détecter même de petits changements); (3) difficile pour les participants (c.-à-d. que la difficulté de la tâche est suffisante et donc pour éviter les effets cellulaires); (4) fiable (c.-à-d. que l’erreur de mesure est minimisée autant que possible). Par conséquent, il convient d’utiliser des formes strictement parallèles de tâches de mémoire validées empiriquement, qui ont un nombre suffisant d’essais – à la fois pour assurer la sensibilité de la mesure et pour maximiser sa fiabilité. Idéalement, les tâches devraient être pré-testées sur un groupe échantillonné dans la même population que les participants à l’expérience pour s’assurer que la performance maximale n’est pas réalisable et que les formulaires de tâche ont des indices de difficulté égaux. Enfin, il est préférable d’utiliser des tâches informatisées dans la mesure du possible, car elles permettent une durée contrôlée et un timing précis. De cette façon, les chercheurs peuvent s’assurer que tous les participants subissent une évaluation de la mémoire en même temps en ce qui concerne le moment de la stimulation (pendant ou après le tDCS). La durée de chaque tâche ou bloc de tâches ne doit pas dépasser 10 minutes, afin d’éviter la fatigue et les fluctuations des niveaux d’attention; l’évaluation cognitive ne doit pas durer plus de 90 minutes au total (y compris les tâches pendant et après le tDCS).

Protocol

Cette procédure a été approuvée par le Comité d’éthique institutionnel et est conforme à la Déclaration d’Helsinki et aux lignes directrices pour la recherche humaine. 1. Matériaux REMARQUE: Pour chaque session tDCS, préparez les documents suivants (Figure 1). Procurez-vous un dispositif tDCS – utilisez uniquement un périphérique tDCS alimenté par batterie ou un périphérique tDCS isolé optiquement connecté au secteur. L’appareil doit fonctionner comme un stimulateur à courant constant avec une sortie maximale limitée de préférence à quelques milliampères. L’appareil doit avoir l’approbation réglementaire pour un usage humain. Obtenez des électrodes en caoutchouc – utilisez des électrodes de forme carrée de 5 cm x 5 cm ou des électrodes de forme ronde de25 cm 2. Ces électrodes auront des densités de courant comprises entre 0,06 mA/cm2 et 0,08 mA/cm2 pour des courants de 1,5 mA-2 mA, respectivement. Préparez des poches en éponge qui s’adaptent aux électrodes en caoutchouc. Si la poche de l’éponge est trop grande, cela augmentera la surface de contact avec la peau. Préparer une solution saline (NaCl standard à 0,9 %). Préparez de l’alcool (70%). Procurez-vous un capuchon en silicone réglable – les sangles de tête peuvent également être utilisées, mais les capuchons en silicone EEG peuvent être mieux ajustés à la taille et à la forme de la tête des participants et sont donc plus confortables pour le placement des électrodes. Procurez-vous du ruban à mesurer (souple; plastique ou ruban). Obtenez un marqueur cutané – des crayons marqueurs cutanés ou divers produits de maquillage (par exemple, un crayon pour les yeux ou un crayon d’ombre à paupières), ce dernier peut être encore plus pratique car ils sont testés dermatologiquement et facilement amovibles. Procurez-vous des cotons. Obtenez un peigne et des mini bandes de poils en silicium à usage unique. Procurez-vous une seringue ou une pipette en plastique. Préparez une feuille de protocole – remplissez un formulaire pour obtenir des informations de base sur la session, c’est-à-dire l’ID du participant, l’ID de l’étude, la date, l’heure, les notes, etc. (voir l’annexe pour un exemple). Préparez un tableau avec des mesures de tête précalculées pour aider au placement des électrodes.REMARQUE: Pour accélérer le processus et réduire les risques d’erreurs, il est conseillé d’avoir ce tableau prêt à l’avance. La mesure est basée sur un système de placement d’électrodes EEG 10-20; les valeurs utilisées pour les calculs sont les distances nasion-inion/gauche-droite-préauriculaire (voir ci-dessous). Le tableau donne des valeurs de 20 % pour une plage de valeurs de distance. Nous avons trouvé qu’il était plus pratique d’intégrer le tableau dans la feuille de protocole (annexe). Préparer des questionnaires. Pour chaque séance, recueillir des données sur les sensations et les effets secondaires avant et après le tDCS; les sensations et le niveau de (non-)agrément pendant le tDCS; humeur et état subjectif général, c’est-à-dire fraîcheur/fatigue. Figure 1: Matériaux pour l’expérience tDCS (voir le texte pour plus de détails). 1) Dispositif tDCS; 2) électrodes; 3) éponges; 4) solution saline; 5) l’alcool; 6) capuchon en silicone; 7) ruban à mesurer; 8) crayon de peau; 9) tampons de coton; 10) peignes et bandeaux de cheveux en silicone; 11) seringue Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. 2. Programmation des protocoles de stimulation REMARQUE: Les étapes exactes de la programmation du protocole tDCS diffèrent d’un système/périphérique tDCS à l’autre. Cependant, tous les appareils tDCS offrent des caractéristiques de base – la capacité de produire un courant constant avec l’intensité de stimulation souhaitée, la capacité de monter et descendre progressivement et une méthode pour définir la durée de la stimulation. Les protocoles plus avancés tels que le tDCS thêta-oscillatoire nécessitent des dispositifs / systèmes qui permettent des protocoles de stimulation personnalisés. TDCS anodal constant Définir le protocole tDCS anodal à constante standard(Figure 2A)comme : (1) période de fondu enchaîné de 30 secondes, lorsque l’intensité du courant passe progressivement de 0 mA à l’intensité cible (nous utilisons généralement 1,5 mA, mais d’autres intensités peuvent également être utilisées, à condition qu’elles restent dans les limites de sécurité); 2° la période de stimulation pendant laquelle le courant constant de l’intensité cible (p. ex., 1,5 mA) est délivré; et (3) une période de fondu de 30 secondes lorsque l’intensité du courant est progressivement réduite à 0 mA. Figure 2: Protocoles tDCS : (A) tDCS anodal constant ; B) Thêta oscillatoire tDCS; (3) Sham tDCS. Le fondu en période est marqué en orange; La période de fondu est marquée en vert. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. Thêta oscillatoire tDCS Le tDCS thêta-oscillatoire délivre un courant d’intensité variable mais ne change pas de polarité(Figure 2B). Par conséquent, définissez la forme d’onde dans laquelle le courant est délivré comme suit : (1) période de fondu de 30 secondes, lorsque l’intensité du courant passe progressivement de 0 mA à l’intensité cible (p. ex., 1,5 mA); (2) la période de stimulation de 19 minutes au cours de laquelle le courant oscille autour de l’intensité cible dans une plage d’amplitude prédéfinie (nous utilisons des oscillations de ± 0,5 mA de l’intensité cible) dans une fréquence sélectionnée (nous utilisons généralement la fréquence 5 Hz comme représentative du rythme thêta); et (3) une période de fondu de 30 secondes pour porter l’intensité du courant à 0 mA.REMARQUE: Ce protocole peut être généré par n’importe quel logiciel de contrôle expérimental (par exemple, signal CED) et fourni via une interface intelligente (par exemple, la gamme d’appareils CED 1401) compatible avec le dispositif tDCS à utiliser. Certains systèmes de stimulation électrique transcrânienne (tES) dédiés plus avancés en plus de tDCS peuvent également fournir un courant alternatif (tACS) et une stimulation par bruit aléatoire (tRNS). Ils peuvent également être utilisés pour générer le protocole oscillatoire tDCS. Par exemple, dans StarStim, le protocole tDCS thêta-oscillatoire est défini comme une combinaison linéaire de tDCS (1,5 mA) et de tACS (±0,5 mA, 5 Hz). Ce type de protocole peut être personnalisé en ce sens que tous les participants ne reçoivent pas de stimulation oscillatoire dans la même fréquence (c.-à-d. 5 Hz), mais que la fréquence est ajustée à la fréquence dominante dans la bande thêta pour chaque personne (p. ex., personne 1: 5 Hz, personne 2: 6 Hz, personne 3: 4,5 Hz, etc.).     Sham tDCS Utilisez un protocole factice de la même durée que le tDCS constant/oscillatoire (Figure 2C). À savoir, définissez-le comme: (1) première période d’entrée / sortie de fondu au cours de laquelle le courant est progressivement augmenté jusqu’à l’intensité cible (par exemple, 1,5 mA) et progressivement réduit à 0 mA au cours des 60 premières secondes (2) 18 minutes de 0 mA, et (3) la deuxième période d’entrée / sortie de fondu qui dure à nouveau 60 secondes.NOTE: Une autre approche serait d’utiliser une très faible intensité de courant sur toute la période de stimulation (20 min). Ce type de protocole simulé est programmé de la même manière que la stimulation anodale (seule l’intensité actuelle est réglée sur (0,1 mA) et est conçu pour produire des sensations cutanées mais l’intensité est trop semaine pour produire des effets physiologiques33. 3. Placement des électrodes (Figure 3) Montage de l’électrode DLPFC: Pour la stimulation du DLPFC, placez l’électrode cible (anodale) sur F3 (à gauche) ou F4 (à droite) du système EEG international 10-20. Placez l’électrode de retour (cathodale) sur la joue controlatérale – c’est-à-dire la joue droite pour l’anode F3 et la joue gauche pour l’anode F4. Montage d’électrodeS PPC: Pour la stimulation sur PPC, placez l’électrode cible (anodale) sur P3 (à gauche) ou P4 (à droite) du système EEG international 10-20. Placez l’électrode de retour (cathodale) sur la joue controlatérale de la même manière que dans le montage DLPFC. Le placement de l’électrode cible Pour localiser F3 sur la tête des participants Utilisez le ruban à mesurer pour mesurer la distance entre le nasion (le point le plus profond de l’arête nasale) et l’inion (le point le plus prononcé de la protubérance occipitale externe) passant au-dessus de la tête. Marquez la moitié de la distance avec le marqueur de peau avec une fine ligne. Mesurez la distance entre les oreilles (utilisez des points préauriculaires comme références) en passant au-dessus de la tête et marquez la distance à mi-chemin avec une fine ligne. Trouvez la position centrale du sommet ou de la ligne médiane, appelée Cz, aux intersections des deux lignes médianes. Marquez-le clairement avec le marqueur de peau. Mesurez à nouveau la distance nasion-inion, mais cette fois en passant au-dessus de Cz, et notez la distance comme mesure A. Mesurez à nouveau la distance entre les oreilles, cette fois en passant au-dessus de Cz, et notez la distance comme mesure B. Calculez 20 % de la distance A et 20 % de la distance B (ou consultez la feuille protocole pour les valeurs précalculées). Déplacez 20% de la distance A vers l’avant de Cz le long de la ligne nasion-inion pour atteindre Fz (frontal médian) et marquez l’endroit. Déplacez 20% de la distance B vers la gauche à partir de Cz le long de la ligne inter-auriculaire pour atteindre C3 (centre gauche) et marquez l’endroit. Déplacez 20% vers l’avant de la forme C3 (en parallèle avec la ligne nasion-inion), et 20% vers la gauche de la forme Fz (en parallèle avec la ligne inter-auriculaire), pour atteindre F3 à l’intersection. Marquez F3 avec le marqueur de peau et placez le centre de l’électrode à l’endroit. Pour localiser F4, suivez la même procédure uniquement sur le côté droit de la tête. Pour localiser P3 sur la tête des participants Suivez les étapes 3.3.1.1-3.3.1.5 comme indiqué ci-dessus (trouvez Cz, notez la distance A et B, calculez 20%). Déplacez 20% de la distance A vers l’arrière de Cz le long de la nasion-inion pour atteindre Pz (pariétal médian) et marquer l’endroit. Déplacez 20% de la distance B vers la gauche de Cz le long de la ligne inter-auriculaire pour atteindre C3 et marquer l’endroit. Reculer de 20 % par c3 (en parallèle avec la ligne nasion-inion), et 20 % vers la gauche depuis Pz (en parallèle avec la ligne inter-auriculaire), pour atteindre P3 à leur intersection. Marquez P3 avec le marqueur de peau et placez le centre de l’électrode à l’endroit. Pour localiser P4, suivez la même procédure uniquement sur le côté droit de la tête. Placement de l’électrode de retour Après avoir sécurisé l’électrode cible avec le capuchon en silicium réglable (voir procédure étape par étape), insérez l’électrode de retour sous la mentonnière pour sécuriser le contact de l’électrode avec la joue controlatérale. Figure 3: Schéma de placement des électrodes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. 4. Procédure étape par étape Avant la session tDCS Vérifiez si chaque participant satisfait aux critères d’inclusion définis dans l’approbation éthique de l’étude (voir l’annexe pour les critères d’inclusion/exclusion les plus courants). Demandez au participant de remplir la fiche d’information du participant (y compris toutes les informations pertinentes telles que l’âge, le sexe, la consommation de nicotine / alcool, etc.34). Suivez les lignes directrices éthiques du comité d’examen institutionnel et demandez aux participants de signer un consentement éclairé. Profitez de cette occasion pour expliquer les aspects de base de la procédure qu’ils subiront et répondre à toutes les questions que les participants pourraient avoir. Selon la conception de l’étude, effectuer une évaluation cognitive de base (mémoire et/ou autres fonctions cognitives). Mise en place et stimulation de tDCSAsseyez confortablement le participant sur une chaise. Demandez au participant de remplir une liste de contrôle des sensations pré-tDCS et de faire rapport sur l’état général (c.-à-d. humeur actuelle; fraîcheur / fatigue – ceux-ci peuvent être évalués soit comme un seul élément de type Likert, soit à l’aide de questionnaires standardisés tels que l’échelle d’introspection brève de l’humeur35). Prenez des mesures de tête à l’aide d’un ruban à mesurer. Pour localiser le DLPFC ou le PPC, suivez la procédure décrite ci-dessus (placement de l’électrode). Notez les mesures dans la feuille du Protocole pour chaque participant. Ceux-ci peuvent être utilisés pour vérifier lors de la prise de mesures lors de sessions ultérieures. Pour augmenter la conductance, éloignez les cheveux du participant du site de stimulation (utilisez un peigne et des bandes de cheveux pour les participants aux cheveux longs). Inspectez tout signe de lésion cutanée sur le lieu de stimulation. Évitez de positionner les électrodes sur la peau endommagée. Nettoyez la surface de la peau où les électrodes seront placées à l’aide de cotons imbibés d’alcool pour enlever la graisse, la saleté, etc. et laissez-la sécher (utilisez un produit démaquillant si le participant a un maquillage lourd sur la joue). Placez le capuchon en silicone sur la tête du participant et fixez-le avec la jugulaire. Ne serrez pas le bouchon (cela sera fait plus tard). Faites tremper les poches d’éponge avec une solution saline et placez les électrodes à l’intérieur. Les éponges doivent être humides mais ne pas couler; habituellement 10-15 mL de solution saline par éponge suffit. Si les éponges sont trop sèches, cela entraînera une résistance élevée et entraînera une mauvaise conductivité, perdant même la connexion du circuit.REMARQUE: La plupart des appareils tDCS ont les indicateurs de résistance; cependant, les éponges doivent être inspectées occasionnellement pour l’humidité. D’autre part, si les éponges sont excessivement humides, le courant peut se déplacer sur la tête pendant la stimulation. Il est recommandé d’avoir des éponges moyennement humides et d’utiliser une seringue pour ajouter plus de solution saline pendant l’expérience si les éponges deviennent trop sèches. Placez l’électrode éponge sous les sangles en silicium et positionnez le centre de l’électrode cible sur l’emplacement de la tête marqué. Placez l’électrode de retour sur la joue controlatérale. Utilisez les sangles en silicone pour ajuster le capuchon à la taille et à la forme de la tête du participant. Le capuchon doit être serré pour que les électrodes ne puissent pas bouger, mais toujours confortable pour le participant. Allumez le stimulateur, sélectionnez et exécutez le protocole tDCS prédéfini (stimulation anodale active ou simulacre). Demandez au participant de se détendre et laissez-le dire ce qu’il ressent pendant les premières minutes de stimulation (1-3 minutes). Expliquez que les sensations s’estompent lentement à mesure qu’ils s’y habituent ou lorsqu’ils commencent à concentrer leur attention sur une autre activité. Pour éviter les activités non structurées qui peuvent interférer avec les effets de stimulation, utilisez un engagement cognitif léger pendant le tDCS. Par exemple, les participants peuvent effectuer des essais pratiques de tâches cognitives ou s’engager dans des jeux de mémoire faciles pendant la stimulation (en commençant après 3-5 minutes de stimulation). Ce type d’engagement cognitif pendant la stimulation a le potentiel de promouvoir les effets tDCS et aidera les participants à garder l’esprit hors des sensations cutanées induites par tDCS. Demandez au participant de dire comment il se sent plusieurs fois pendant la stimulation (p. ex., de signaler le niveau de désagrément sur une échelle de 10 points toutes les 5 minutes de stimulation, 1 – complètement absent, 10 – très intensif). Des niveaux plus élevés de désagréments (>6) pourraient être attendus pendant les périodes de fondu enchaîné chez certains participants. Si le niveau de désagrément reste élevé après 5 minutes, avortez la stimulation. Une fois l’exécution du protocole prédéfini terminée, éteignez le stimulateur. Retirez d’abord les électrodes en éponge, puis retirez le capuchon en silicium. Demandez au participant de remplir une liste de contrôle des sensations post-tDCS et de signaler tout effet secondaire qui n’est pas déjà répertorié. Nettoyez la peau aux endroits où elle a été marquée et inspectez la peau pour tout changement. S’il y a une réaction cutanée (p. ex., vasodilatation locale, c.-à-d. rougeur de la peau sur la joue), surveillez-la car elle s’estompe, car il s’agit généralement d’une réaction transitoire chez les participants ayant une peau sensible et devrait disparaître dans les 10 à 15 minutes. Évaluation de la mémoire Pour normaliser l’évaluation entre les participants, utilisez des outils d’évaluation informatisés, c’est-à-dire des tâches de mémoire avec notation automatique. Plusieurs tâches WM (par exemple, tâche verbale et spatiale à 3 dos) et tâches AM (apprentissage verbal apparié; rappel de cued visage-mot, emplacement de l’objet, etc.) peuvent être trouvées ici: https://osf.io/f28ak/?view_only=f8d5e8dd71d24127b3668ac3d8769408 Pour évaluer la spécificité des effets du tDCS sur la mémoire, il est conseillé d’inclure des tâches de contrôle, c’est-à-dire des tâches exploitant d’autres fonctions cognitives ou motrices. Fin de la session/étude expérimentale Après la (dernière) session expérimentale de l’étude, demandez au participant d’essayer de deviner les séances au cours desquelles il a reçu une stimulation réelle et simulée. Notez toutes les réponses et voyez si les proportions obtenues sont supérieures à la probabilité de hasard. Sinon, l’aveuglement a réussi. Si les participants étaient capables de différencier la stimulation réelle de la stimulation simulée, analysez les données pour ceux qui ont deviné correctement et ceux qui ne l’ont pas fait pour vérifier si la mise en aveugle infructueuse affectait les effets tDCS. Conformément aux directives éthiques, débriefer les participants en détail une fois leur participation terminée. Après la session expérimentale Lavez les éponges avec de l’eau courante et du savon afin que la solution saline soit complètement lavée. Laissez les éponges sécher complètement avant de les ranger. Utilisez de l’eau tiède et de l’alcool pour nettoyer tous les matériaux réutilisables, y compris le peigne, le capuchon en silicone et le ruban à mesurer. Prenez des notes sur tous les événements inhabituels, inattendus ou imprévus qui auraient pu se produire pendant la session – y compris les dysfonctionnements de l’équipement, les commentaires pertinents faits par le participant, les interruptions, etc.

Representative Results

Le protocole décrit a été utilisé avec succès pour améliorer les performances de la mémoire dans plusieurs études dans notre laboratoire. Cependant, des protocoles similaires ont également été utilisés dans d’autres laboratoires de recherche (p. ex., voir36,37). En ce qui concerne la mémoire de travail, nos résultats ont montré que 20 minutes de tDCS frontal droit (localisation F4; courant constant de 1,8 mA) amélioraient la WM verbale, tandis que le même protocole de stimulation appliqué sur le cortex pariétal gauche (localisation P3) entraînait de meilleures performances spatiales WM. En revanche, aucun effet significatif n’a été trouvé lorsque le même protocole de stimulation a été appliqué sur les cortex frontal gauche (F3) et pariétal droit (P4). La figure 4 montre les résultats représentatifs de la modélisation du champ électrique généré par le tDCS ainsi que les mesures de performance suivant le tDCS actif et simulé sur la base des données rapportées dans Živanović et al., 202138. Figure 4: (A) Effets du tDCS anodal constant du PPC gauche (montage de la joue P3-controlatérale) sur les performances de la mémoire de travail spatiale (tâche spatiale à 3 dos); (B) Effets du tDCS anodal constant du DLPFC droit (montage de la joue F4-controlatérale) sur la performance verbale de WM (tâche verbale à 3 dos). La figure montre la simulation des champs électriques induits par le tDCS, les grandes lignes des essais de tâches et la performance des sujets dans les conditions actives et simulées (les valeurs sont centrées sur l’ordre de la session pour tenir compte du contrepoids, c’est-à-dire que les valeurs positives indiquent une performance supérieure à la moyenne, tandis que les valeurs négatives indiquent une performance inférieure à la moyenne à la session). La simulation des champs électriques locaux générés par la mise en place de l’électrode est réalisée à l’aide de la boîte à outils COMETS2 MATLAB 41. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. Les effets du tDCS pariétal sur la mémoire associative ont été cohérents et robustes. C’est-à-dire que dans la série d’expériences à l’intérieur du sujet, nous avons montré que 20 minutes de tDCS sur le PPC gauche (emplacement P3; courant constant de 1,5 mA) améliorent la mémoire pour les associations visage-mot27,39,40. La figure 5 montre une tâche et des résultats représentatifs. En outre, des effets comparables ont été observés sur la tâche am évaluant les associations objet-emplacement lorsque le PPC droit (emplacement P4) est stimulé en utilisant le même protocole tDCS constant40. Figure 5: Effets du tDCS anodal constant du PPC gauche (montage de joues controlatérales P3) sur les performances de la mémoire associative (A) Tâche de paires visage-mot ; (B) Effets du tDCS anodal constant du PPC gauche (montage de la joue P3-controlatérale) sur les performances de la mémoire associative (proportion de mots correctement rappelés sur le signal). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure. Les protocoles plus avancés tels que le tDCS thêta-oscillatoire ont été moins étudiés, mais l’étude de Lang et ses collègues26 ainsi que l’étude récente menée dans notre laboratoire27 ont montré une amélioration de la FA face-word suivant le protocole tDCS thêta-oscillatoire par rapport au simulacre. La figure animée montre la simulation du champ électrique induit par le tDCS oscillatoire thêta sur le PPC gauche. Vidéo 1. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo. Annexe. Veuillez cliquer ici pour télécharger ces fichiers. 

Discussion

Les résultats de l’étude tDCS sur la mémoire dépendent du nombre de facteurs, dont certains, par exemple, l’homogénéité / hétérogénéité de l’échantillon, une puissance statistique suffisante, la difficulté des tâches de mémoire et la motivation des participants ont déjà été discutés (voir Berryhill, 2014). Plusieurs excellents articles sur la méthode tDCS, ainsi que des tutoriels plus généraux sur l’application de tDCS à l’étude des fonctions cognitives sont disponibles et peuvent également être bien appliqués à la recherche sur la mémoire (voir17,43,44,45,46,47). Ici, nous nous concentrerons sur les aspects du protocole qui, sur la base de notre expérience, sont pertinents mais souvent négligés ou pas discutés de manière suffisamment détaillée ailleurs.

Placement de l’électrode de retour. Il est important de garder à l’esprit que l’électrode de retour n’est pas passive, mais terminale à polarité négative (c.-à-d. cathode). Par conséquent, il peut induire des effets physiologiques opposés à l’électrode cible. De plus, le flux de courant dépend autant du positionnement du retour que de l’électrode cible. De plus, puisque le courant circule le long du chemin de la moindre résistance, si l’anode et la cathode sont situées trop près l’une de l’autre, le courant ne peut circuler que sur la surface de la peau et/ou à travers le liquide céphalo-rachidien entre les électrodes, laissant ainsi le tissu cortical non affecté. Pour ces raisons, le choix minutieux de l’électrode de retour est aussi pertinent que la position de l’électrode cible. Il existe des preuves méta-analytiques suggérant que les cathodes extracrâniennes sont plus susceptibles de produire des effets significatifs48. Le positionnement de l’électrode de retour sur la joue controlatérale pour l’amélioration de la mémoire a été basé sur la modélisation du flux de courant et sélectionné pour éviter les effets confusionux potentiels de la génération d’une polarité négative sur des zones cérébrales non pertinentes pour la fonction. Le positionnement de l’électrode de retour sur la joue controlatérale a été utilisé avec succès dans des études WM antérieures (voir36,37,38,49, ainsi que dans les études AM27,39,40), et a été mis en évidence comme un bon choix pour les montages tDCS visant à moduler d’autres fonctions cognitivesainsi que 45.

Aveuglant. Dans les expériences en simple aveugle, pour assurer l’aveuglement du participant, la position du stimulateur et / ou de l’affichage de surveillance doit être hors de la vue du participant. Ceci est particulièrement important lors de l’utilisation de stimulateurs dont les lumières indiquent quand l’appareil est allumé et / ou fournissant du courant. Pour les conceptions en double aveugle (lorsque le participant et l’expérimentateur ne sont pas au courant du protocole administré), il convient d’utiliser l’option en double aveugle ou une option similaire disponible pour un appareil donné. Si une telle option n’est pas disponible, la bonne pratique consiste à avoir une procédure à deux expérimentants. C’est-à-dire qu’un expérimentateur ne vient que pour exécuter le protocole de stimulation, tandis que l’autre expérimentateur qui dirige le participant à travers l’expérience, y compris la tâche de mémoire ultérieure et analyse les données, quitte la pièce juste avant et pendant la stimulation. Selon les normes méthodologiques, les expériences en double aveugle sont préférées aux conceptions en simple aveugle parce qu’elles réduisent le biais ou les effets « expérimentateurs ». Ceci est très pertinent lors de la conduite d’essais cliniques et / ou de l’utilisation d’évaluations des fonctions cognitives basées sur des entretiens. Cependant, la mise en aveugle de l’expérimentateur est moins un problème lorsque les participants sont très motivés à maximiser leur performance (ce qui est principalement le cas dans l’évaluation de la mémoire ou l’amélioration cognitive en général), et lorsque la tâche est administrée et notée automatiquement (c’est-à-dire lorsque l’expérimentateur a peu ou pas d’intervention dans la phase d’évaluation).

Activité pendant le tDCS. Les auteurs d’articles tDCS rapportent rarement ce que les participants faisaient pendant la stimulation. Lorsque l’activité n’est pas signalée, il est généralement sous-entendu que les participants ont été invités à s’asseoir confortablement et à se détendre. Cependant, l’absence d’activité structurée représente la source du « bruit » incontrôlable dans les expériences. À savoir, 20 minutes est plutôt long, de sorte que certains participants peuvent utiliser le temps pour se détendre (avec la possibilité même de s’endormir) tandis que d’autres peuvent se concentrer sur les sensations tDCS ou commencer à ruminer ou à penser excessivement à certains sujets tDCS sans rapport. Il existe des preuves suggérant que l’activité pertinente pour la fonction mais pas fatigante effectuée pendant le tDCS a le potentiel de promouvoir les effets du tDCS50. Pour ces raisons, dans nos expériences, les participants effectuent soit des essais pratiques des tâches de mémoire à utiliser comme mesures de résultats, soit des tâches de mémoire similaires. Les essais pratiques sont un bon choix car ils engagent les mêmes réseaux neuronaux que la fonction cible, mais sont plus faciles et donc pas frustrants ou fatigants pour les participants. En outre, la réalisation d’essais pratiques pendant la stimulation est économique dans le sens où elle réduit le temps de test suivant le tDCS, ce qui est un avantage, en particulier lorsque la conception de l’étude comprend plusieurs tâches à accomplir après le tDCS. Cependant, les essais pratiques sont généralement beaucoup plus courts que 20 minutes, donc une activité alternative doit également être présentée. À cette fin, nous avons utilisé des jeux de mémoire communs40, qui gardent les participants concentrés, les aident à passer le temps et à garder l’esprit hors des sensations induites par tDCS et les rendent globalement plus à l’aise dans le cadre des tests. Quelques points à garder à l’esprit lors du choix de la tâche mémoire à effectuer pendant tDCS sont que la tâche ne doit pas être difficile mais aussi pas ennuyeuse (les tâches adaptatives définies à un taux de réussite de 80% sont bonnes dans ce contexte); la tâche ne devrait pas avoir le matériel qui pourrait interférer avec l’évaluation ultérieure de la mémoire (p. ex., lors de l’évaluation de la mémoire pour les visages et les mots, on peut utiliser des paires d’images et de formes abstraites). Une autre question importante est la durée de la « période d’accoutumumation », c’est-à-dire combien de temps après le début de la stimulation les participants devraient-ils commencer à effectuer « l’activité de distraction ». Il existe des différences individuelles dans l’intensité de la sensation et les temps d’accoutumant, mais la majorité des participants seront prêts à commencer l’activité après 3 à 5 minutes de stimulation.

Sensations cutanées. Certains participants peuvent être plus sensibles aux effets cutanés du tDCS, signalant ainsi des niveaux élevés d’inconfort, bien que cela ne se produise pas très souvent. Il est important d’informer les participants des sensations potentielles qu’ils pourraient ressentir avant l’expérience. Si quelqu’un a peur de la procédure, nous laissons souvent les participants « sentir » le courant sur leur main avant de mettre les éponges sur leur tête. Les participants doivent être surveillés en permanence et invités à fournir des commentaires sur leur niveau de confort et leurs sensations à intervalles réguliers. Si le participant signale un niveau accru d’inconfort, proposez toujours d’abandonner l’expérience. Il est essentiel que les participants soient conscients que la stimulation peut être arrêtée à tout moment s’ils le demandent. Si le participant décide d’arrêter la stimulation, le courant doit être lentement baissé (une annulation brusque du protocole de stimulation peut induire des sensations encore plus fortes). Il est souvent recommandé que, dans le cas de sensations désagréables, l’intensité du courant soit temporairement abaissée au niveau de confort le plus élevé, jusqu’à ce que le participant s’ajuste, puis revienne progressivement à l’intensité cible. Cela semble être une alternative appropriée à l’arrêt du protocole de stimulation, surtout si le tDCS est utilisé en milieu clinique. Cependant, lorsque le tDCS est utilisé à des fins de recherche, et en particulier dans des échantillons relativement petits, il est essentiel que tous les participants subissent la même procédure. Par conséquent, l’arrêt de l’expérience est préférable à la réduction de l’intensité de la stimulation pour certains participants pendant un certain temps.

Rapport sur la méthodologie tDCS et la surveillance des confusions potentielles. Le domaine de recherche tDCS est très hétérogène en ce qui concerne les méthodes et les mesures, il est donc important de rendre compte clairement de tous les aspects de la procédure tDCS, y compris la procédure d’aveuglement et l’évaluation; le positionnement de la tête de la cible ainsi que la position de l’électrode de retour; la taille et la forme des électrodes; type de substance conductrice utilisée (solution saline ou gel); l’intensité actuelle (mA) et la densité (mA/cm2) ainsique la durée de la période d’entrée/sortie; les niveaux d’impédance s’ils sont mesurés; la durée de la stimulation (y compris la période d’entrée et de sortie); le compte rendu détaillé des activités aux activités aux qui ont été entreprises pendant la stimulation; le moment et la durée des tâches cognitives suivant la stimulation (y compris les temps de pause, le cas échéant). Ce type d’information facilite la normalisation et l’analyse systématique des études publiées (voir revue récente par exemple51). Les aspects qui sont rarement rapportés sont l’effet de variables potentiellement modératrices / confondantes telles que l’heure de la journée de la session tDCS, le niveau de fatigue / humeur signalé par les participants, le succès de la cécité (c.-à-d. les croyances sur le type de stimulation qu’ils reçoivent), l’ordre des séances expérimentales dans les conceptions à l’intérieur du sujet, etc. La plupart de ces variables ont été rapportées pour moduler les effets du tDCS, mais leur effet reste sous-étudié et rapporté de manière incohérente. Par conséquent, les études tDCS devraient garantir la collecte et la production de rapports sur toute variable potentiellement confondante; Pour plus de détails sur les bonnes pratiques, voir les tableaux 10A, 10B, 11 d’Antal et de ses collègues34.

L’application du protocole décrit pour le tDCS anodal soit dans sa norme ou, plus encore, dans sa forme avancée (c’est-à-dire le tDCS à modulation oscillatoire) fournit un moyen non seulement d’améliorer les fonctions de la mémoire (et l’utilisation prospective dans les populations cliniques), mais permet également d’enquêter sur la neurobiologie des réseaux neuronaux fonctionnels derrière ces fonctions.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Cette recherche a été soutenue par le Fonds scientifique de la République de Serbie, PROMIS, subvention n° #6058808, MEMORYST

Materials

Adjustable silicone cap
Alcohol
Comb
Cotton pads
Measuring tape
Rubber electrodes
Saline solution
Single-use mini silicon hair bands
Skin marker
Sponge pockets
Syringe
tDCS device
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References

  1. Baddeley, A. Working memory: Looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience. 4, 829-839 (2003).
  2. Aurtenetxe, S., et al. Interference Impacts Working Memory in Mild Cognitive Impairment. Frontiers in Neuroscience. 10, 443 (2016).
  3. Chen, P. C., Chang, Y. L. Associative memory and underlying brain correlates in older adults with mild cognitive impairment. Neuropsychologia. 85, 216-225 (2016).
  4. Bastin, C., et al. Associative memory and its cerebral correlates in Alzheimer’s disease: Evidence for distinct deficits of relational and conjunctive memory. Neuropsychologia. 63, 99-106 (2014).
  5. McKhann, G. M., et al. The diagnosis of dementia due to Alzheimer’s disease: Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease. Alzheimer’s & Dementia. 7, 263-269 (2011).
  6. Bopp, K. L., Verhaeghen, P. Aging and Verbal Memory Span: A Meta-Analysis. Journals of Gerontology: Social Sciences section of The Journal of Gerontology Series B. 60, 223-233 (2005).
  7. Chalfonte, B. L., Johnson, M. K. Feature memory and binding in young and older adults. Memory & Cognition. 24, 403-416 (1996).
  8. Livingston, G., et al. Dementia prevention, intervention, and care: 2020 report of the Lancet Commission. Lancet. 396, 413-446 (2020).
  9. Dharmarajan, T. S., Gunturu, S. G. Alzheimer’s disease: A healthcare burden of epidemic proportion. American Health & Drug Benefits. 2, 39-47 (2009).
  10. Stites, S. D., Harkins, K., Rubright, J. D., Karlawish, J. Relationships between cognitive complaints and quality of life in older adults with mild cognitive impairment, mild Alzheimer disease dementia, and normal cognition. Alzheimer Disease and Associated Disorders. 32, 276-283 (2018).
  11. Montejo, P., Montenegro, M., Fernández, M. A., Maestú, F. Memory complaints in the elderly: Quality of life and daily living activities. A population based study. Archives of Gerontology and Geriatrics. 54, 298-304 (2012).
  12. Hussenoeder, F. S., et al. Mild cognitive impairment and quality of life in the oldest old: a closer look. Quality of Life Research. 29, 1675-1683 (2020).
  13. Mol, M., et al. The effect of percieved forgetfulness on quality of life in older adults; a qualitative review. International Journal of Geriatric Psychiatry. 22, 393-400 (2007).
  14. Malkani, R. G., Zee, P. C. Brain Stimulation for Improving Sleep and Memory. Sleep Medicine Clinics. 15, 101-115 (2020).
  15. Sandrini, M., Manenti, R., Sahin, H., Cotelli, M. Effects of transcranial electrical stimulation on episodic memory in physiological and pathological ageing. Ageing Research Reviews. 61, (2020).
  16. Manenti, R., Cotelli, M., Robertson, I. H., Miniussi, C. Transcranial brain stimulation studies of episodic memory in young adults, elderly adults and individuals with memory dysfunction: A review. Brain Stimulation. 5, 103-109 (2012).
  17. Filmer, H. L., Dux, P. E., Mattingley, J. B. Applications of transcranial direct current stimulation for understanding brain function. Trends in Neuroscience. 37, 742-753 (2014).
  18. Stagg, C. J., Antal, A., Nitsche, M. A. Physiology of Transcranial Direct Current Stimulation. Journal of ECT. 34, 144-152 (2018).
  19. Bikson, M., et al. Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016. Brain Stimulation. 9, 641-661 (2016).
  20. Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. International Journal of Neuropsychopharmacology. 14, 1133-1145 (2011).
  21. Owen, A. M., McMillan, K. M., Laird, A. R., Bullmore, E. N-back working memory paradigm: A meta-analysis of normative functional neuroimaging studies. Human Brain Mapping. , 46-59 (2005).
  22. Staresina, B. P., Henson, R. N. A., Kriegeskorte, N., Alink, A. Episodic Reinstatement in the Medial Temporal Lobe. Journal of Neuroscience. 32, 18150-18156 (2012).
  23. Bai, S., Loo, C., Dokos, S. A review of computational models of transcranial electrical stimulation. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 41, 21-35 (2013).
  24. Esmaeilpour, Z., et al. Methodology for tDCS integration with fMRI. Human Brain Mapping. 41, 1950-1967 (2020).
  25. Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): A tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clinical Neurophysiology. 117, 845-850 (2006).
  26. Lang, S., Gan, L. S., Alrazi, T., Monchi, O. Theta band high definition transcranial alternating current stimulation, but not transcranial direct current stimulation, improves associative memory performance. Scientific Reports. 9, (2019).
  27. Vulić, K., Bjekić, J., Paunović, D., Jovanović, M., Milanović, S., Filipović, S. R. Theta-modulated oscillatory transcranial direct current stimulation over posterior parietal cortex improves associative memory. Scientific Reports. 11, 3013 (2021).
  28. Pahor, A., Jaušovec, N. The effects of theta and gamma tacs on working memory and electrophysiology. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 651 (2018).
  29. Dedoncker, J., Brunoni, A. R., Baeken, C., Vanderhasselt, M. A. The effect of the interval-between-sessions on prefrontal transcranial direct current stimulation (tDCS) on cognitive outcomes: a systematic review and meta-analysis. Journal of Neural Transmission. 123, 1159-1172 (2016).
  30. Sarkis, R. A., Kaur, N., Camprodon, J. A. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS): Modulation of Executive Function in Health and Disease. Current Behavioral Neuroscience Reports. 1, 74-85 (2014).
  31. Mitra, S., Mehta, U. M., Binukumar, B., Venkatasubramanian, G., Thirthalli, J. Statistical power estimation in non-invasive brain stimulation studies and its clinical implications: An exploratory study of the meta-analyses. Asian Journal of Psychiatry. 44, 29-34 (2019).
  32. Faul, F., Erdfelder, E., Lang, A. G., Buchner, A. G*Power 3: A flexible statistical power analysis program for the social, behavioral, and biomedical sciences. Behavior Research Methods (Psychonomic Society Inc.). , 175-191 (2007).
  33. Coffman, B. A., Clark, V. P., Parasuraman, R. Battery powered thought: Enhancement of attention, learning, and memory in healthy adults using transcranial direct current stimulation. Neuroimage. 85, 895-908 (2014).
  34. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology. 128, 1774-1809 (2017).
  35. Mayer, J. D., Gaschke, Y. N. The experience and meta-experience of mood. Journal of Personality and Social Psychology. 55, 102-111 (1988).
  36. Berryhill, M. E., Wencil, E. B., Branch Coslett, H., Olson, I. R. A. A selective working memory impairment after transcranial direct current stimulation to the right parietal lobe. Neuroscience Letters. 479, 312-316 (2010).
  37. Berryhill, M. E., Jones, K. T. tDCS selectively improves working memory in older adults with more education. Neuroscience Letters. 521, 148-151 (2012).
  38. Živanović, M., et al. The Effects of Offline and Online Prefrontal vs Parietal Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) on Verbal and Spatial Working Memory. Neurobiology of Learning and Memory. 179, 107398 (2021).
  39. Bjekić, J., et al. The immediate and delayed effects of single tDCS session over posterior parietal cortex on face-word associative memory. Behavioural Brain Research. 366, 88-95 (2019).
  40. Bjekić, J., Čolić, V. M., Živanović, M., Milanović, D. S., Filipović, R. S. Transcranial direct current stimulation (tDCS) over parietal cortex improves associative memory. Neurobiology of Learning and Memory. 157, 114-120 (2019).
  41. Lee, C., Jung, Y. J., Lee, S. J., Im, C. H. COMETS2: An advanced MATLAB toolbox for the numerical analysis of electric fields generated by transcranial direct current stimulation. Journal of Neuroscience Methods. 277, 56-62 (2017).
  42. Berryhill, M. E. Hits and misses: leveraging tDCS to advance cognitive research. Frontiers in Psychology. 5, (2014).
  43. Kuo, M. F., Nitsche, M. A. Effects of transcranial electrical stimulation on cognition. Clinical EEG and Neuroscience. 43, 192-199 (2012).
  44. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. , 2744 (2011).
  45. Reinhart, R. M. G., Cosman, J. D., Fukuda, K., Woodman, G. F. Using transcranial direct-current stimulation (tDCS) to understand cognitive processing. Attention, Perception, & Psychophysics. 79, 3-23 (2017).
  46. Santarnecchi, E., et al. Enhancing cognition using transcranial electrical stimulation. Current Opinion in Behavioral Sciences. 4, 171-178 (2015).
  47. Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology. 127, 1031-1048 (2016).
  48. Imburgio, M. J., Orr, J. M. Effects of prefrontal tDCS on executive function: Methodological considerations revealed by meta-analysis. Neuropsychologia. 117, 156-166 (2018).
  49. Lally, N., Nord, C. L., Walsh, V., Roiser, J. P. Does excitatory fronto-extracerebral tDCS lead to improved working memory performance. F1000Research. 2, (2013).
  50. Nozari, N., Woodard, K., Thompson-Schill, S. L. Consequences of cathodal stimulation for behavior: When does it help and when does it hurt performance. PLoS One. 9, (2014).
  51. Hoebeke, Y., Desmedt, O., Özçimen, B., Heeren, A. The impact of transcranial Direct Current stimulation on rumination: A systematic review of the sham-controlled studies in healthy and clinical samples. Comprehensive Psychiatry. 106, 152226 (2021).

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Bjekić, J., Živanović, M., Filipović, S. R. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for Memory Enhancement. J. Vis. Exp. (175), e62681, doi:10.3791/62681 (2021).
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