JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

تحوير الإدراك عن طريق الجمجمة المباشر تحفيز الحالي من المخيخ

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

Summary

Transcranial direct current stimulation (tDCS) over the cerebellum exerts a remote effect on the prefrontal cortex, which can modulate cognition and performance. This was demonstrated using two information-processing tasks of varying complexity, whereby only cathodal tDCS improved performance when the task was difficult, but not easy.

Abstract

وقد ظهرت العديد من الدراسات مؤخرا أن تبرهن على إمكانية تحوير، وفي بعض الحالات تعزيز والعمليات المعرفية التي كتبها مناطق الدماغ مثيرة المشاركة في الذاكرة والانتباه العمل باستخدام عبر الجمجمة تحفيز المخ الكهربائي. ويعتقد بعض الباحثين الآن المخيخ يدعم الإدراك، ربما من خلال تأثير neuromodulatory بعيد على قشرة الفص الجبهي. وتصف هذه الورقة إجراء للتحقيق في دور للالمخيخ في الإدراك باستخدام عبر الجمجمة التحفيز الحالية المباشر (tDCS)، ومجموعة مختارة من المهام معالجة المعلومات متفاوتة صعوبة المهمة، التي سبق لها أن تظهر لإشراك الذاكرة العاملة، والاهتمام وعمل المخيخ . ويسمى مهمة واحدة تسمى الايقاع السمعي المسلسل إضافة المهام (PASAT) والآخر البديل رواية من هذه المهمة في الايقاع السمعي المسلسل الطرح المهام (PASST). وقد تم التحقيق أيضا مهمة الجيل الفعل واثنين من الضوابط (اسم والقراءة فعل). كل خمس ريسأل أجريت من قبل ثلاث مجموعات منفصلة من المشاركين، قبل وبعد تعديل الربط-القشرة للدماغ باستخدام مصعدي، المهبطي أو tDCS صورية على قشرة المخيخ الصحيحة. يوضح الإجراء كيفية الأداء (الدقة والكمون استجابة لفظية وتقلبه) يمكن تحسين انتقائي بعد التحفيز المهبطي، ولكن فقط خلال المهام التي المشاركين تصنيف بأنها صعبة، وليس من السهل. وكان أداء دون تغيير عن طريق مصعدي أو التحفيز صورية. تؤكد هذه النتائج دور للالمخيخ في الإدراك، حيث النشاط في قشرة الفص الجبهي الأيسر هو مستعمل ديس الأرجح من قبل tDCS المهبطي على قشرة المخيخ الصحيحة. تحفيز المخ عبر الجمجمة هو في تزايد شعبية في مختلف المختبرات والعيادات. ومع ذلك، فإن بعد الآثار من tDCS تتعارض بين الأفراد وليس دائما قطبية محددة، ويمكن أن تكون حتى task- أو تحميل محددة، وكلها تتطلب المزيد من الدراسة. ويمكن أيضا أن تسترشد الجهود المستقبلية نحو تعزيز إمكانية العصبيةمرة واحدة وقد برز فهم أفضل لآليات تحفيز المخ ement في المرضى الذين يعانون من ضعف المخيخ تقديم المعرفي.

Introduction

وقد تم استخدام الكهرباء في الطب لأكثر من 100 سنة. اليوم، أصبحت أكثر كثيرا ما تستخدم تحفيز المخ في مختلف المختبرات والعيادات كأداة بحثية لاختبار الفرضيات حول كيفية يتم تنفيذ الحركية والوظائف المعرفية التي كتبها المخ والمخيخ، وكيفية الربط بين هذه المناطق في الدماغ اثنين تدعم هذه الوظائف. وفيما يتعلق المخيخ، وهذا هو ويرجع ذلك جزئيا نصفي دماغ الجانبية، التي يعتقد أن تشارك في الإدراك (انظر أدناه)، هي في متناول التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة، حساسة لتأثيرات التيارات الاستقطاب، ولأن هذا الإجراء هو نسبيا غير مكلفة وسهلة لأداء المشاركين في الإنسان. يوضح الإجراء تحفيز المخ وصفها في هذه المادة كيف العمليات المعرفية مثل الذاكرة العاملة والاهتمام يمكن تسهيل خلال المهام التي هي "أكثر" بدلا من "أقل" تطالب معرفيا 1. وتفسيرأوجه هذه النتائج مهمة محددة، هي مقيدة بحزم إلى جانب فهم للعلم وظائف الأعضاء لمسار الدماغية المخيخ. الآثار العصبية تعزيز، حتى عندما يصعب المهام، ويلاحظ أيضا بعد التحفيز الكهربائي للقشرة 2،3،4،5 قبل الجبهي.

المخيخ يلعب دورا هاما في التنبؤ، توقيت وتنفيذ حركات 6. ومع ذلك، وخطوط مختلفة من الأبحاث تشير الآن إلى أن المخيخ قد تؤثر على العمليات المعرفية. في المجال التشريحية، على سبيل المثال، قد اقترح العديد من الدراسات أن الاتصالات المتبادلة بين مناطق قشرة الفص الجبهي والمخيخ (أي مسار الدماغية المخيخ) قد يدعم الإدراك 7،8،9،10،11،12. في المجال السريري، وبعض المرضى الذين يعانون من تلف أجزاء معينة من المخيخ الخلفي الحالية مع المشاكل الفكرية والعاطفية التي هي تصور في فرضية "خلل القياس الفكر" الأعراض، ووصف سريريا "متلازمة العاطفية المعرفية للدماغ (CCAS)، في حين أن أولئك مع الأضرار التي لحقت الأمامي أجزاء من المخيخ والحاضر يعانون من إعاقات الحركية (على سبيل المثال، وترنح)، وتصور على أنها" خلل القياس من حركة "13،14،15. في مجال التصوير الدماغي، استخدمت Schmahmann وزملاؤه 16،17 التصوير الوظيفي بالرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي الوظيفي) والربط وظيفية لتعيين مناطق مهمة محددة من المخيخ وصلات هذه المناطق وجعل مع الفص قبل الجبهي أثناء المهام الحركية والمعرفية.

وقد تم اختيار المهام المعرفية التي قدمت في هذه الدراسة لأنهم سبق يظهر لتفعيل ما يسمى المناطق غير الحركية من المخيخ. لكنها أتاحت لنا أيضا لتقسيم من السيارات والمكونات المهمة المعرفية، والذي تحقق من خلال تغيير مستوى قريب المعرفية لمطالب السيارات المطلوبة لأدائها بشكل صحيح، وتدخل العلاقات العامة تحفيز المخocedure الذي سبق تبين أن تعدل العلاقات الدماغ السلوك. وشملت المحاولات الأخيرة لتعديل وظائف المخ والسلوك استخدام استقطاب التيارات عبر فروة الرأس، ووصف، وتحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة (tDCS). في الواقع، الأطباء قد يحفز قشرة المخ مع أقطاب كهربائية مزروعة في السكان المريض منذ عام 1970 مع نتائج مشجعة العلاجية 18. اليوم، وتحفيز ويتحقق الدماغ عبر فروة الرأس لتكون مفيدة لدراسة العلاقات الدماغ السلوك في المشاركين صحي.

TDCS في البشر عادة ينطوي بتسليم منخفضة (1-2 مللي أمبير) مباشرة الحالية (DC) بشكل مستمر من خلال زوج من الأقطاب الكهربائية غارقة في المياه المالحة لمدة 15-20 دقيقة. والمونتاج القطب نموذجي لتحفيز المخ قد تنطوي على واحد (مصعدي) القطب التي توضع على الرأس (أكثر من منطقة في الدماغ من الفائدة)، والآخر (المهبطي) القطب التي توضع على خده (رأسي) أو الكتف (لان رأسي) على الجانب المقابل من الجسم. في حالة تحفيز المخيخ، وتدفق الحالي داخل المخ بين القطبين انتشر وظيفي القليل نسبيا إلى المناطق المجاورة (على سبيل المثال، القشرة البصرية 19) ويعتقد أن تثير أو خفض الخلايا العصبية في القشرة المخيخ 20، وإنتاج كل من العصبية والسلوكية التغييرات. ويستدل من انتشار التيار وآثار المخيخ-tDCS في البشر من بيانات النمذجة أو من الدراسات على الحيوانات، ومن الآثار غير المباشرة على القشرة الحركية. في مجال السيارات، وتظهر آثار أيضا أن تكون قطبية محددة كما يتضح من النتائج المترتبة على التحفيز الدماغي على السيارات القشرة استثارة 20. على سبيل المثال، مصعدي التحفيز ديه عموما لها تأثير مثير ويزيد من انتاج الخلايا العصبية. زيادة تثبيط مسار ميسر من نواة المخيخ إلى القشرة الدماغية، في حين تحفيز المهبطي ديه عموما EFFE المعاكسط م أي ديس تثبيط للقشرة الدماغ عن طريق الحد من العصبية تثبيط الخلايا للنواة المخيخ. الدراسات التشريحية في الرئيسيات تكشف كيف الخلايا العصبية يمكن أن تمارس حملة ميسر على كل من المحركات والدوائر المعرفية، من خلال التتابع متشابك في المهاد بطني الاطراف 21. ومع ذلك، تشير الدراسات الأخيرة tDCS في البشر أن التمييز-مصعدي المهبطي قد لا تكون واضحة المعالم. على سبيل المثال، وآثار ما بعد من tDCS على القشرة الحركية تختلف اختلافا كبيرا بين الأفراد، وليست دائما قطبية محددة 22. وتفرض انتقادات مماثلة أيضا نحو تحقيق النتائج في المجال المعرفي 23. هذا قد يساعد في تفسير السبب في تأثيرات على الوظائف المعرفية أكثر صعوبة لكشف وتفسير من الآثار المباشرة من المخيخ على المناطق الحركية بسبب تثبيط المخيخ والدماغ (CBI 20). هذه الملاحظات تبرز الحاجة إلى فهم أفضل العوامل الفردية التي تحدد فعالية stimulat الدماغأيون، ووضع بروتوكولات محسنة لتحفيز الدماغ.

تغييرات في وظائف على حد سواء الحركية والمعرفية هي مقبولة من الناحية الفسيولوجية عن طريق التحفيز الكهربائي للمخيخي المهادي القشري المسار 24. وفيما يتعلق الوظائف المعرفية، تم الإبلاغ عن تأثير تغييري من المخيخ-tDCS على الذاكرة العاملة اللفظية 25،26. وآثار دائمة على الإدراك من المناطق في قشرة الفص الجبهي تحفيز ويلاحظ أيضا 2،3،4،5. ومع ذلك، فإن الآثار الفسيولوجية للتحفيز المخ على الخلايا العصبية هي مختلفة اعتمادا على ما إذا كان يتم اختبار السلوك خلال (على الخط الآثار) أو بعد (خارج الخط الآثار) الفترة التحفيز 27. وقد أشير إلى أنه في خط الآثار يمكن أن تشمل التغييرات في البيئة داخل الخلايا (على سبيل المثال، تركيزات أيون) والتدرج الكهروكيميائية (على سبيل المثال، إمكانات غشاء)، في حين خارج الخط الآثار ويمكن أن تشمل التغييرات أطول أمدا في activi العصبيتاي بسبب العمليات داخل الخلايا المتغيرة (على سبيل المثال، مستقبلات اللدونة) 27. هذه الدراسة بالتحقيق خارج الخط الآثار، حيث يتم تطبيق tDCS في الفترات الفاصلة بين دورتين للاختبار المعرفي، وتتم مقارنة السلوك بين الدورتين.

التحقيق في دور المخيخ في الإدراك ويساعد عن طريق استخدام المهام التي سبق لها أن تظهر لإشراك عمل المخيخ. مهمة واحدة معينة تتضمن المنطق الحسابي والاهتمام مقسمة ويسمى الايقاع السمعي إضافة المسلسل المهام (PASAT 28). وقد استخدم على نطاق واسع لتقييم مختلف الوظائف المعرفية في كل من السكان أصحاء ومرضى. ويشمل الاختبار عادة قدم المشاركون الاستماع إلى أرقام كل 3 ثوان، وإضافة عدد يسمعون لعدد سمعوا قبل (بدلا من إعطاء ما مجموعه التشغيل). إنها مهمة صعبة ويفرض على درجة عالية من WM والانتباه والقدرة الحسابية. أنها تنطوي أيضا تشغيل إشاراتvity في المخ والمخيخ المرتبطة بهذه العناصر المحددة للمهمة حسبما كشفت عنه PET 29 و 30 MRI. لجعل المهمة أكثر صعوبة معرفيا وتطالب attentionally (كما أكدت من قبل الآخرين في دراسة حديثة 31، تم تغيير التعليمات الأصلية بحيث كان المطلوب المشاركين على طرح عدد يسمعون من عدد سمعوا من قبل. ونحن ندعو هذه المهمة الجديدة الايقاع السمعي المسلسل الطرح المهام (PASST 1)، وأنه من الصعب لأداء من PASAT كما يتضح من التقييم الذاتي من صعوبة المهمة، وأوقات رد الفعل أطول بكثير 1. وقد شملت كلا الإصدارين المهمة لذلك كان أن أحد أكثر معرفيا صعبة و تطالب attentionally لأداء من الآخر، في حين كانت مطالب السيارات (عمليات خطاب سري) مقارنة بين المهام. إذا كان الأمر ينطوي المخيخ في الإدراك، ثم الاقلاق وظيفتها مع tDCS قد تتداخل مع دور هذا ياليtructure خلال الأداء على PASST، ولكن ليس بالضرورة على PASAT.

مهمة أخرى تستخدم على نطاق واسع للتحقيق في دور المخيخ خلال الكلام واللغة جوانب الإدراك هو الجيل فعل العمل (VGT 32،33،34،35،36،37). مثل PASAT، وقد استخدمت على نطاق واسع لاختبار الذاكرة العاملة اللفظية في السكان أصحاء ومرضى. في الأساس، ويتطلب VGT يشارك ليقول بصوت عال الفعل (على سبيل المثال، محرك الأقراص) ردا على اسما عرض مرئي (على سبيل المثال، سيارة)، مقارنة مع أداء مهمة الرقابة حيث يقرأ المشاركون الأسماء بصوت عال. توليد الأفعال والأسماء القراءة لديهم مطالب الحسية والحركية مماثلة، ولكن مختلفة مطالب WM اللفظي (أي أكبر التحليل الدلالي). ويرتبط بمزيد من النشاط في شبكة الدماغية المخيخ مع توليد الأفعال مقارنة مع القراءة من الأسماء 34،35،36. يتم إنشاء الكلمات أيضا بسرعة أكبر (وهو تأثير فتيلة) عندما المهامتكرار استخدام نفس الكلمات (في ترتيب عشوائي) عبر كتل، والدماغية المخيخ زيادات النشاط كما لوحظ على PET 33 و 37 الرنين المغناطيسي الوظيفي.

في هذه المقالة، يوصف إجراء لتطبيق tDCS على المخيخ للتحقيق في دور لهذا بنية الدماغ في الإدراك، جنبا إلى جنب مع اثنين من الحساب (تجربة واحدة) وثلاث مهام لغة (التجربة اثنين) من صعوبة متفاوتة، منها ثلاث مجموعات منفصلة من أداء المشاركين قبل وبعد فترة التحفيز. ونحن افترضنا، نظرا دور للالمخيخ في الإدراك، أن الأداء على المهام أكثر تطلبا (أي PASST وتوليد الفعل) ستتأثر أكثر من tDCS (خارج الخط الآثار) من الأداء على مهام أقل تطلبا (PASAT واسما / الفعل القراءة).

Protocol

ملاحظة: أعطى جميع المشاركين الموافقة المستنيرة وتمت الموافقة على الدراسة من جامعة جنة الأخلاقيات برمنغهام. 1. اطلب من المشاركين لقراءة ورقة المعلومات واستكمال screeningquestionnaire tDCS (الملحق 1)، وإذا لم تكن هناك موانع لtDCS أداء، ونطلب منهم التوقيع على استمارة الموافقة. 2. تنفيذ تجربة واحدة (المهام الحسابية) وتجربة اثنين (المهام اللغة)، واحدا تلو الآخر، من أجل شبه عشوائي، من قبل (دورة واحدة) وبعد (الدورة اثنين) الفترة التحفيز في غرفة هادئة للحد من الانحرافات و السماح تسجيل دقيق لأوقات الاستجابة السمعية، التي تحسب خارج الخط. 3. في تجربة واحدة، تقديم المحفزات السمعية (أي.، وأرقام) على مدى سماعة الرأس (جدول المواد / المعدات). في التجربة الثانية، تقديم المحفزات البصرية (أي كلمة) على شاشة الكمبيوتر. في كل التجارب، بوابة headseر الميكروفون من السعة الاستجابات السمعية المشاركين. ملاحظة: وكانت جميع المهام المحوسبة وركض على جهاز كمبيوتر محمول تسيطر عليها عرض الحوافز وتسجيل البرامج (جدول المواد / المعدات). 4. في نهاية، وشرح للمشاركين الغرض من الدراسة (أي الاستجواب)، ونطلب منهم أن معدل صعوبة كل مهمة على مقياس من 1 (سهل) – 10 (الثابت). أيضا، وشرح للمشاركين عدم المشاركة في تجربة أخرى تحفيز المخ لمدة 7 أيام على الأقل، والاتصال المجرب إذا كانت ينبغي أن يشعر أي آثار سلبية من tDCS. 5. تجربة واحدة (المهام حساب) 5.1) أداء الايقاع السمعي المسلسل المهام إضافة ملاحظة: إن PASAT يأتي في ثانية 3 ونسخة 2 ثانية. استخدام 60 البنود الواردة في كل 3 ثوان و 2 ثانية الإصدارات للمهمة الجمع والطرح مهمة، على التوالي. Furthermخام، استخدام العناصر على PASAT-الاستمارة ألف قبل فترة التحفيز (دورة واحدة)، والعناصر على PASAT-نموذج B، بعد فترة التحفيز (الدورة اثنين). ملاحظة: موازنة الترتيب الذي المشاركين أداء PASAT وPASST، لذلك لا ينقل أن الأداء على مهمة واحدة إلى أخرى. الجلوس المشارك أمام شاشة الكمبيوتر وشرح لهم أنهم ذاهبون لسماع سلسلة من الأرقام من خلال سماعة الرأس، وأنها سوف تكون هناك حاجة لإضافة عدد يسمعون لعدد سمعوا مباشرة قبل ذلك، وبعد ذلك vocalise الجواب، والاستمرار في إضافة رقم يسمعون إلى واحدة قبل ذلك (وعدم إعطاء أي ما مجموعه التشغيل). وضع الميكروفون أمام الفم المشارك قبل بدء المهمة. بدء مهمة ويطلب من المشاركين لقراءة إرشادات قياسية التي يتم تقديمها على شاشة الكمبيوتر، وهو ما يفسر رسميا كيفية تنفيذ PASAT. تنفيذالمهمة مرة واحدة المشارك لم يفهم تماما الإرشادات. ملاحظة: ويرد سبيل المثال كتب أيضا لهم. هذه التعليمات هي مماثلة لتلك التي من النسخة الأصلية من هذه المهمة. وخلال هذه المهمة، أكتب كل إجابة على ورقة النتيجة المطبوعة (الملحق 2) لتحقق لاحقا. لا تعطي النتيجة أن يوفر المشارك إجابة غير صحيحة أو فشل للرد. تأكد من أن المحفزات هي مسموع حتى أن المهمة يمكن اتباعها (تقديم بدلا من ذلك التجربة من خلال مكبرات الصوت)، وعلامة كل إجابة صحيحة بدوره. أخبر المشاركين بعدم التحدث و / أو إجراء عمليات حسابية عن طريق الفم (أو استخدام الأصابع للمساعدة الأداء) خلال المهمة والتي يجب أن تحدث فقط الإجابة بصوت عال. 5.2) أداء الايقاع السمعي المسلسل المهام الطرح أخبر المشاركين أن التعليمات للقيام بهذه المهمة الطرح (PASST) هي نفسها للقيام بهذه المهمة إضافة (PASAT)، باستثناء هذه المرة همالمطلوبة لطرح عدد يسمعون من عدد سمعوا مباشرة قبل ذلك، ثم vocalise الجواب، والاستمرار في طرح عدد يسمعون من واحد على الفور قبل أن (وعدم إعطاء أي ما مجموعه تشغيل). مرة أخرى، تأكد من أن الميكروفون لم تتحرك بعيدا عن الفم المشارك. وبمجرد أن يقرأ المشارك الإرشادات المقدمة لهم على شاشة الكمبيوتر ذات الصلة لهذه المهمة الطرح، ومفهومة تماما لهم – تنفيذ المهمة. مرة أخرى، تذكير المشاركين بعدم تنفيذ العمليات الحسابية شفهيا أو مع المعونة من الأصابع. 5.3) Perforing جلسات الممارسة (PASAT وPASST) ملاحظة: يتم تنفيذ جلسة الممارسة لكل مشارك قبل تنفيذ كل مهمة في تجربة واحدة لتحديد المعدل الذي يمكن للمشاركين أداء المهام ضمن حد معين لتجنب الآثار السقف. تحقيق ذلك من خلال بينهم 45 بأدوات خلال صractice (بدلا من 10 العناصر الأصلية). يشرح للمشارك أنهم ذاهبون لأداء PASAT و / أو PASST (اعتمادا على المهمة التي يتعين القيام بها أولا) كما هو موضح أعلاه. وخلال جلسة التدريب العملي فقط، وزيادة معدل عرض البنود السمعية عن طريق الحد الفاصل بين التحفيز 300 مللي ثانية بعد كل كتلة من خمسة بنود، بين مجموعة الفاصل من 4،2-1،8 ثانية. خلال الممارسة العملية، نلاحظ أن معدل العرض التقديمي الذي تسبب في مشارك تقديم 3 أخطاء متتالية (ولكن يسمح لهم لإنهاء جلسة التدريب العملي)، واستخدم معدل السابقة هذه النقطة الفاصلة خلال المهمة. حدد معدل عرض الحوافز لكل مشارك، والحفاظ على هذا المعدل بين الدورات واحد واثنين (أي، قبل وبعد التحفيز). إعطاء المشاركين استراحة قصيرة بين كل مهمة (حوالي 30 ثانية). 6. Experiement اثنين (المهام اللغة) 6.1) أداء الجيل فعل العمل ملاحظة: إجراء القراءة اسم، الجيل الفعل والمهمة الفعل القراءة في هذا النظام (مفصولة استراحة قصيرة) حتى أن الكلمات الواردة في مهمة الفعل القراءة لا رئيس الوزراء استجابة أسرع في مهمة الجيل الفعل. ويتكون كل مهمة تتكون من 3 كلمات الممارسة و6 كتل من 10 محاكمات. إنشاء قائمة من 40 الأسماء ملموسة تتعلق أدوات / الكائنات التي يمكن التلاعب مع اليدين أو القدمين، و 40 الأفعال الملموسة المتعلقة الإجراءات التي يتم تنفيذها مع الأدوات / الكائنات من مجموعة مستقلة من المشاركين حيث يتم إنشاء نفس أزواج اسما الفعل قبل أكثر من نصف المجموعة كما في البابا وMiall 1. تجنب أزواج اسما الفعل التي تولد نفس الردود (على سبيل المثال، العشاء تناول الطعام، وأكل التفاح) أو لا تتعلق الإجراءات الإنسان (على سبيل المثال، فرن خبز). نصف الحاضر الكلمات في جلسة واحدة، والنصف الآخر في جلسة الاثنين. يشرح للمشارك أنهم حافي القول والفعل المناسب (على سبيل المثال، محرك الأقراص) ردا على عرض اسما (مثل السيارة). توضيح هذه العلاقة اسما الفعل على المشاركين في بداية المهمة. تقديم الكلمات مركزيا على شاشة الكمبيوتر في ترتيب عشوائي مختلفة في كتل 1-5 (كلمات المتكررة)، وتقديم كلمات جديدة في كتلة 6 (كلمات رواية). تأكد من يتم استبدال كل كلمة بكلمة المقبلة عندما يكتشف الميكروفون استجابة. ملاحظة: تأكد من أن قوائم الكلمات في جلسات واحد واثنين مختلفة، وازنت بين المشاركين. بدء مهمة ويطلب من المشاركين لقراءة إرشادات قياسية التي يتم تقديمها على شاشة الكمبيوتر، وهو ما يفسر رسميا كيفية تنفيذ المهمة الجيل الفعل. وبمجرد أن يفهم المشاركين بشكل كامل المهمة، وضع الميكروفون أمام الفم، ويأمرهم لإنتاج الكلمات في أقرب وقت كما تظهر على شاشة الكمبيوتر. كتابة أو تسجيل كل إجابة وتحدثن بصوت عال من قبل المشاركين لتحقق لاحقا. تقديم مذكرة من أي أخطاء أو ردود تفويتها. 6.2) أداء المهام القراءة نون والفعل ملاحظة: تقديم الكلمات بنفس الطريقة كما في مهمة الجيل الفعل. المشاركون بقراءة الأسماء في مهمة قراءة اسم، والأفعال في مهمة الفعل القراءة. لكل من المهام القراءة، وإرشاد المشاركين لقراءة كل كلمة بصوت عال بمجرد أن تظهر على شاشة الكمبيوتر. تحقق من أن المشاركين قد قرأ كل كلمة بشكل صحيح خلال كل من مهام القراءة من خلال النظر في الشاشة كما يتم قراءة الكلمات بصوت عال. ملاحظة: تأكد من أن موقف الميكروفون لم تتحرك من الفم المشارك في بين المهام. 7. القيام مخيخي tDCS ويعتبر TDCS آمنة للاستخدام في البشر: ملاحظة. ومع ذلك، كان الباحث إدارة tDCS في هذه الدراسة على المسعف. فمن الإعلاناتisable أن المسعف هو في متناول اليد عند تنفيذ tDCS، لضمان سلامة المشاركين وعدم المساس إذا شعروا بتوعك / بالإغماء أثناء العملية. لا تترك أحد المشاركين غير المراقب عند ادارة tDCS. Presoak قطبين الإسفنج (مساحة = 25 سم 2) في 0.9٪ كلوريد الصوديوم محلول ملحي القياسية حتى يتم المشبعة فيها. لإدارة مثير (مصعدي) التحفيز على قشرة المخ الأيمن، ووضع القطب الأحمر، 1 سم تحت، و 4 سم إلى حق الإسقاط الأبرز للعظم القذالي (قمحدوة). ملاحظة: هذا الموقف الجانبي على فروة الرأس تقارب موقع المخيخ فصيص السابع. لاستكمال المونتاج القطب، ضع إشارة أو القطب المهبطي (الأزرق) على الكتف الأيمن فوق العضلة الدالية. لإدارة المثبطة (المهبطي) التحفيز، كرر الإجراء أعلاه ووضع اثنين من الأقطاب الإسفنج العكس (أي،وضع القطب الأزرق على الرأس والقطب الأحمر على الكتف). لإدارة tDCS صورية، وتقديم التحفيز الزائفة (على سبيل المثال، 110 تعميم الوصول إلى الخدمات أكثر من 15 ميللي ثانية، في كل 550 مللي ثانية) لمدة 20 دقيقة بدلا من التحفيز الحالية. ضع اثنين من الأقطاب نفس النحو الوارد أعلاه، ولكن موازنة الموقف من أقطاب حمراء وزرقاء بين المشاركين في مجموعة صورية. تأمين الأقطاب الرطب بحزم في الرأس والذراع مع الأشرطة المطاطية أو التفاف ملتصقة النفس. وضع بعض منشفة ورقية حول الجانب الخلفي من الرقبة المشارك للتخلص من يقطر محلول ملحي. ملاحظة: تأكد من أن موقف المقصود من الأقطاب لم تتحرك بعد أن تم تأمينها. لضمان الأمثل واجهة القطب الجلد، تأكد من أن يتم وضع أقطاب كهربائية مسطحة على فروة الرأس، وليس على الشعر. ظهور وتعويض كل التحفيز زيادة التدخل ونقصان، على التوالي، العاصمة الحالية بطريقة تشبه منحدر أكثر من 10 ثانية 38،39.تعيين كثافة من التحفيز في 2 أمبير وتقديم لمدة 20 دقيقة باستخدام موثوق DC مشجعا الحالي التنظيم (جدول المواد / المعدات). ملاحظة: هذه الكثافة هي مماثلة لتلك المستخدمة من قبل الآخرين 25، ويعتبر مستوى آمن من التعرض 40، أقل بكثير من عتبة عن التسبب في تلف الأنسجة 41. أخبر المشارك للراحة / الاسترخاء خلال فترة التحفيز، وثنيها عن استخدام الأجهزة الإلكترونية، وذلك لتجنب إدخال المتغيرات التباس التي يحتمل أن تؤثر على نتائج التجربة. ملاحظة: ومن الشائع للمشاركين ليشعر مثيرة للحكة خفيفة في واحد أو كلا الموقعين الكهربائي (و / أو طعم معدني في الفم) عندما يبدأ التحفيز الحالية. طمأنة المشاركين أن هذه الأحاسيس تختفي بعد بضع ثوان – ترك tDCS غير محسوس. تطبيق مصعدي، المهبطي أو التحفيز صورية إلى ثلاث مجموعات منفصلة من المشاركين في الزائفة ORD عشوائيإيه (بين-المشاركين، وعينات لا علاقة لها). تأكد من أن العدد الإجمالي ونوع الجنس ومتوسط ​​عمر المشاركين يماثل بين الجماعات كما في البابا وMiall 1. 8. بعد تحفيز المخ، كرر PASAT (الخطوات 5.1-5.1.5) وPASST (الخطوات 5.2-5.2.2) في ترتيب موازنة، والمهام الاسم والفعل القراءة (الخطوات 6.2-6.2.2) و الجيل الفعل مهمة (الخطوات 6.1-6.1.6) في هذا النظام. نفذ أحد التجربة (المهام الحسابية) وتجربة اثنين (المهام اللغة) من أجل شبه عشوائي. لا تقدم على أي ممارسة المهمة التالية stimuation الدماغ. ملاحظة: في دراسات أخرى من الإدراك، وقد تم تطبيق التحفيز الحقيقي وخدعة لنفس الفوج (داخل المشاركين، والعينات ذات الصلة)، مفصولة مدة غسل من 5-7 أيام على الأقل 25،26. ومع ذلك، التفريق صورية والتحفيز الحقيقي هو أسهل في القوة الحالية أعلى 42. هذا يمكن أن يكون مشكلة في معفي المشاركين التصميم، ولكن ليس ذلك في تصميم-بين المشاركين كما هو موضح هنا.

Representative Results

تحليل البيانات في تجربة واحدة، وقد تم تحليل النتائج من حيث عدد الإجابات الصحيحة أو عشرات دقة (معبرا كنسبة مئوية الصحيحة)، والمتوسط ​​والتباين (الانحراف المعياري) من أوقات الاستجابة اللفظية المشاركين باستخدام ANOVAs مختلطة منفصلة، ​​لكل من المهام ( PASAT مقابل PASST)، وبين جلسات (قبل مقابل بعد) وعبر المجموعات (مصعدي، المهبطي أو صورية). في التجربة الثانية، تم تحليل المتوسط ​​والتباين من الاستجابات اللفظية المشاركين عن طريق مقارنتها بين الأول (بلوك 1) والأخير (بلوك 5) مجموعة من الكلمات المتكررة (المبلغ الإجمالي للتعلم) باستخدام ANOVAs مختلطة منفصلة داخل كل المهام (الفعل الجيل مقابل اسما القراءة مقابل القراءة فعل)، الدورة (قبل مقابل بعد) والمجموعة (مصعدي، المهبطي أو صورية). تم استبعاد نتائج من الإجابات غير صحيحة من كل تحليل البيانات، جنبا إلى جنب مع الإجابات التي تم لفترات طويلة (تزيد عن + 2SD للمتوسط) في تجربة اثنين فقط. ove_content "> تجربة واحدة (المهام الحسابية) التحفيز عرض أسعار وأكدت الزوج الحكيم تي الاختبارات تعديل للمقارنات المتعددة التي التحفيز معدلات العرض مشارك محددة أنشئت خلال الممارسة لم تختلف بشكل ملحوظ بين المجموعات الثلاث (صورية، مصعدي والجماعات المهبطي، 2.56، 2.50 و 2.49 ثانية، على التوالي، F 2، 63 = 0.23 P = 0.79). دقة العشرات ارتفع عدد الإجابات الصحيحة عن دورته الثانية (84.47٪) مقارنة مع على دورة واحدة (76.30٪) ويفترض أن يعود إلى ممارسة (الشكل 1)، ولكن أكثر من ذلك بعد المهبطي (77.50 مقابل 89.32٪)، من بعد مصعدي (77.80 مقابل . 82.80٪) أو صورية (77.81 مقابل 80.91٪) التحفيز، وهو ما أكدته مهمة العاشر التفاعل الجلسة العاشرة المجموعة التي كان كبيرا مع ANOVA (F = 2،63 4.61، P <0.05). الشكل 1: الدقة عشرات قبل وبعد tDCS المخيخ وعدد الإجابات الصحيحة (يعني +1 SEM، ن = 20) تحسين انتقائي بعد التحفيز المهبطي من دورة واحدة (ما قبل التحفيز) لجلستين (ما بعد التحفيز)، أكثر بكثير في مهمة الطرح (PASST) مما كانت عليه في مهمة بالإضافة (PASAT). تظهر العلامات النجمية فروق ذات دلالة إحصائية (P <0.05) كما كشفت مع تصحيح-المقارنات المقترنة. تم تعديل هذا الرقم من البابا وMiall 1. أوقات الاستجابة اللفظية كانت الإجابات الصحيحة بشكل أسرع خلال PASAT من خلال PASST (1372 مقابل 1447 ميللي ثانية، F = 1،57 11.70، P <0.001)، وأكثر من ذلك بعد tDCS (1446 مقابل 1374 ميللي ثانية، F 1،57 = 36.43، P <0.001). في الواقع، كان العمل قبل الدورة التي تفاعل مجموعة كبير تقريبا (F = 1،57 2.65، P = 0.08)، حيث أوقات الاستجابة خلال PASST انخفضت أكثر بعد التحفيز المهبطي (1509 مقابل 1322 ميللي ثانية)، من بعد مصعدي (1491 مقابل . 1427 ميللي ثانية) أو صورية (1504 مقابل 1427 ميللي ثانية) التحفيز. وكان هذا الاتجاه ليس واضحا خلال PASAT. تقلب زمن الاستجابة انخفض اتساق أوقات الاستجابة أيضا بشكل كبير بين دورة واحدة (386 مللي ثانية) واثنين من (354 ميللي ثانية، F = 1،57 16.86، P <0.001) كما هو مبين في الشكل 2B. ذات أهمية خاصة، والعاشر من المهام الجلسة العاشرة كان التفاعل كبيرا المجموعة (F = 2،57 11.16، P <0.001). وتشير هذه النتيجة أن تقلب زمن الاستجابة خلال PASST انخفض أكثر بعد المهبطي (403 مقابل273 ميللي ثانية)، من بعد مصعدي (418 مقابل 398 ميللي ثانية) أو صورية (396 مقابل 368 ميللي ثانية). وكان الانخفاض في تقلب زمن الاستجابة المساواة عبر مجموعات التحفيز الثلاث خلال مهمة بالإضافة. الشكل 2: مرات (A) متوسط ​​الاستجابة اللفظية قبل وبعد tDCS للدماغ. متوسط ​​أوقات الاستجابة اللفظية المشاركين (يعني +1 SEM، ن = 20) تحسين انتقائي بعد التحفيز المهبطي من دورة واحدة (ما قبل التحفيز) لجلستين (بعد التحفيز)، وإن لم يكن بشكل ملحوظ (P = 0.08) في مهمة الطرح مما كانت عليه في مهمة بالإضافة. تم تعديل هذا الرقم من البابا وMiall 1. (B) اللفظي زمن الاستجابة تقلب قبل وبعد tDCS للدماغ. تباين (الانحراف المعياري) من أوقات الاستجابة اللفظية المشاركين (يعني +1 SEM، ن = 20) تحسين انتقائيد بشكل ملحوظ بعد التحفيز المهبطي بين جلسات خلال الطرح، ولكن ليس أثناء الإضافة. تم تعديل هذا الرقم من البابا وMiall 1. التجربة الثانية (المهام اللغة) التعلم مجموع متوسطات تم حساب أثر التعلم بين الكتل 1-5 لكل مشارك وجدت لتكون قابلة للمقارنة خلال اسما (0.03 ثانية) والفعل (0.03 ثانية) مهام القراءة، ولكن أكثر خلال مهمة الجيل الفعل (0.20 ثانية [انظر الشكل 3] ) كما يتضح من تأثير الرئيسي كبيرا من المهام (F = 2،56 67.17، P <0.001). ومن المثير للاهتمام، اقترح جلسة العاشر التفاعل العمل س المجموعة كبير، (F = 4،114 2.44، P = 0.05) أن tDCS تحسن بشكل انتقائي التعلم بين الدورات على المهمة الجيل الفعل بعد المهبطي (0.18 مقابل 0.31 ثانية)، ولكن ليس بعد مصعدي (0.18 مقابل 0.17 ثانية) أو صورية (0.17 مقابل 0.19 ثانية). الشكل (3): يعني التعلم الكلي بين الكتل المتكررة يعني الردود (يعني +1 SEM، ن = 20) بين الكتل 1-5 كانت أسرع بعد tDCS خلال جيل الفعل (VG) المهمة، من خلال اسما القراءة (NR)، الفعل القراءة (VR) المهام. تظهر العلامات النجمية فروق ذات دلالة إحصائية (P <0.05) كما كشفت مع تصحيح-المقارنات المقترنة. تم تعديل هذا الرقم من البابا وMiall 1. إجمالي تقلب التعلم تم حساب الاتساق التعلم بين الكتل 1-5 أيضا (انظر الشكل 4)، ووجد أن تحسن بشكل انتقائي خلال مهمة الجيل الفعل بعد المهبطي (0.08 مقابل 0.19 ثانية)، ولكن ليس بعد مصعدي (0.08 مقابل 0.08 ثانية) أو صورية (0.08 مقابل 0.06 ثانية) tDCS كما تميزت signifالدورة icant س س المهام التفاعل المجموعة، (F = 4،114 2.23 P <0.05). الرقم 4: مجموع تقلب التعلم بين الكتل المتكررة وتنوع استجابات (يعني SD +1 SEM، ن = 20) بين الكتل 1-5 كانت أكثر اتساقا بعد tDCS خلال جيل الفعل (VG) المهمة، من خلال اسما القراءة ( NR)، فعل القراءة (VR) المهام. تظهر العلامات النجمية فروق ذات دلالة إحصائية (P <0.05) كما كشفت مع تصحيح-المقارنات المقترنة. تم تعديل هذا الرقم من البابا وMiall 1.

Discussion

أصبح TDCS أداة شعبية في السنوات الأخيرة لدراسة العلاقات الدماغ السلوك. وتصف هذه المادة إجراء للتحقيق في الوظائف المعرفية من المخيخ باستخدام tDCS ومختلف التجارب من الحساب واللغة التي تتطلب درجات متفاوتة من عمل الذاكرة والانتباه. وأظهرت نتائج تجربة واحدة التحفيز كيف المهبطي من الحق في نصف الكرة دقة محسنة مهمة للدماغ وتقلب استجابة لفظية (نسبة إلى مصعدي وتحفيز مزيف) خلال مهمة معالجة المعلومات صعبة وتتطلب جهدا معرفيا تنطوي على الطرح العقلي (والسمعية مهمة الطرح التسلسلي وتيرة [ PASST])، ولكن ليس خلال صيغة أبسط وأقل تطلبا تشمل بالإضافة العقلية (مهمة التسلسلية السمعية الخطى بالإضافة [PASAT]). لأن كلا من هذه المهام المشاركة في السيطرة عليها مماثلة السيارات (أي عمليات اللفظية)، ولكن الحمل تختلف المعرفي (أي.، جهد عقلي)، ونحن تكهنت في دراستنا السابقة1 أن الاكتئاب المهبطي من قشرة المخيخ الأيمن قد تفرج الموارد المعرفية إضافية عند مطالب مهمة مرتفعة. كان من المتوقع أن hyperpolarize المخيخ، خفض انتاج الخلايا العصبية، والحد تثبيط المخيخ والدماغ (CBI 20) المهبطي tDCS. ويؤيد هذا الرأي من قبل الاكتشاف الذي الربط الوظيفي بين المخيخ وقشرة الفص الجبهي (أي مخيخي المهادي القشري مسار 10) خلال الحساب هو task- وdifficulty- حساسة 43. النتائج من تجربة واحدة لا يمكن تفسير أي تغيير في مساهمة المخيخ إلى التحكم في المحركات، وهذه قابلة للمقارنة في PASAT وPASST، ولكن العمليات العقلية اللازمة لأداء الطرح مقابل بالإضافة مختلفة. النتائج من هذه التجربة تشير بدلا من ذلك أن آثار المخيخ-tDCS على الإدراك هي على الأرجح task- أو تحميل محددة. في التجربة الثانية، التحفيز المهبطي أيضا تحسنت بشكل انتقائي أداء مهمة خلالبروتوكول اللغة، مثل أن الاستجابات حصلت أسرع وكانت انتهت مهلة أكثر باستمرار على مدى خمس كتل متتالية من المحاكمات التي ولدت المشاركين الأفعال ردا على الأسماء المعروضة بصريا. هذا التأثير فتيلة استكمال النتائج من تجربة واحدة، وأيضا النتائج من قبل الآخرين تظهر tDCS كيف مصعدي على اليسرى قشرة الفص الجبهي الظهرية الوحشية (DLPFC) يمكن تحسين الطلاقة اللفظية 40 و الصورة تسمية الإختفاء 41،44 – دعم فرضية أنه يجوز للأنماط تسهيل نفسها يجب مراعاتها بعد tDCS المهبطي فوق نصف الكرة المخيخ الأيمن (كما لوحظ في التجربة اثنين). أخذت معا، وهذه النتائج تدعم دور للالمخيخ – وإن كانت غير مباشرة – في اللغة والتعلم والذاكرة 45، والإقراض المزيد من الدعم لفكرة أن المخيخ يمكن أن تؤثر في العمليات المعرفية في قشرة الفص الجبهي: موقعا رئيسيا للعديد من الذاكرة العاملة (WM ) العمليات.

التحسينات المعرفية عالبريد قبولا من الناحية الفسيولوجية لأن المخيخ يمارس تأثيرا بعيد عبر استثارة في DLPFC، عن طريق الإثارة من الدماغية – مسار المخيخ. يوصف مزيد من الأدلة لاقتران بين المخيخ وقشرة الفص الجبهي في العمل من قبل حمادة وزملاؤه، حيث اللدونة النقابي الناجم عن الحسية الحركية المحفزات / تقرن في 25 مللي ثانية – يقترن التحفيز النقابي (PAS)، لوحظ أن يكون قد تم حظره من قبل cerebellar- tDCS 46. ولقد ثبت جلسات يومية من التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) على المخيخ لتحسين السيطرة على وضع الجسم والمشي، ومزدوجة المهام في المريض مع ضمور المخيخ 47. وتميزت هذه التحسينات الحركية والمعرفية زيادة في محرك أثار إمكانات الناجم عن السيارات التحفيز القشرية عندما كان في منتهى السعادة المخيخ أيضا أجزاء قليلة من الثانية مسبقا (التحقيق مع ثنائي لفائف، إقران النبض TMS)، نتيجة لانخفاض تثبيط المخيخ والدماغ ( CBI) أناستمرت بعد 6 أشهر من العلاج. فرزان وزملاؤه 47 الفضل التحسينات في الوظيفة المعرفية لنتيجة لتعزيز وظيفة الحركة وتحرير الموارد من أجل أداء للمهمة مزدوجة. التخفيض في CBI الناجمة عن TMS يمكن أيضا تحسنت وظيفة الفص الجبهي القشرية مباشرة، من خلال إثارة ج erebro – الدوائر المخيخ – تحسين القدرة المعرفية. هذا التفسير الأخير هو في اتفاق مع تلك التي لوحظت باستخدام الأساليب المذكورة في هذه المادة أن يبرهن على وجود إجراءات لتحسين انتقائي اللفظي WM بعد المخيخ-tDCS.

الأساليب المذكورة هنا شرح كيفية تحفيز المخ الكهربائي من المخيخ يمكن أن تعدل الوظائف المعرفية وتعزيز الأداء أثناء المهام التي تتطلب مستوى عال من الحمل المعرفي. هذه النتيجة يوازي الآثار الإيجابية من تحفيز DLPFC، والتي يمكن أن تعزز الأداء الحسابي على مدى فترات طويلة 2 </سوب>، وتسهيل الجيل حل لمشاكل صعبة، ولكن ليس لمشاكل سهلة 3. في الواقع، يمكن tDCS أكثر من قشرة الفص الجبهي تعزيز الأداء في مجموعة متنوعة من المهام المعرفية لدى المشاركين صحي 4،5، مما يؤدي لتوظيف الباحثين تحفيز المخ الكهربائي كأداة علاجية لعلاج العجز المعرفي لدى مرضى السكتة الدماغية بعد 48 عاما، ولدى المرضى الذين يعانون من مرض باركنسون 41. في الواقع، والاتجاهات المستقبلية لtDCS تشمل استخدامه كأداة لتعديل السلوك عن طريق إحداث تغييرات دائمة في الدماغ. TDCS كشكل من أشكال العلاج تحفيز المخ غير جديرة بالاستكشاف في السكان المريض لأسباب واضحة 24.

في هذه المقالة، الخطوات الأكثر أهمية لتعديل الناجح الإدراك باستخدام tDCS هي: 1) الخياطة المهام صعوبة لمستوى المشاركين من الأداء؛ 2) وضع متسقة ودقيقة من القطب تحفيز الدماغ على المنطقة المطلوب. 3) ضمان ريتم الاحتفاظ قبعة كل من الأقطاب الكهربائية رطبة طوال فترة التحفيز لمنع مشجعا إيقاف تشغيل (بلل بمحلول ملحي إضافية إذا لزم الأمر). من المهم طمأنة المشاركين (الحد من القلق) أن الأحاسيس شعرت خلال التحفيز تختفي بعد بضع ثوان أيضا – ترك tDCS غير محسوس. ويمكن أن تشمل التعديلات المستقبلية إدارة tDCS أثناء أداء المهام (أو هكذا يتداخل مع السلوك) للتحقيق على الإنترنت الآثار. عندئذ يمكن مقارنة أداء مهمة بين الظروف نشطة وخط الأساس (أي مصعدي مقابل صورية و / أو المهبطي مقابل الشام)، بدلا من مقارنة الأداء قبل وبعد فترة التحفيز. فعالية على المدى الطويل من التحفيز DC هي أيضا جديرة بالاستكشاف من منظور استخدام tDCS لعلاج أعراض الخلل المعرفي، جنبا إلى جنب مع النماذج التي قد تنتج تأثيرات أكثر قوة. وقد ينطوي هذا على البروتوكولات التي تقدم سلسلة من فترات التحفيز قصيرة (بدلا من BLO واحدالمسيخ)، حيث الدورات اللاحقة للtDCS "أعلى حتى 'آثار من الدورة السابقة. تقديم جلسات التحفيز متعددة قد تنتج الزيادة التراكمية في الأداء، وبدلا من أن التغييرات أقل تطوير أكثر ببطء على مدى جلسة واحدة. وقد تم استعراض التحديات مثل هذه، وكذلك الاتجاهات المستقبلية للبحوث السريرية مع tDCS التي كتبها Brunoni وزملاؤه 49.

إمكانية استخدام tDCS كأداة علاجية لعلاج الأعراض الإدراكية من أمراض معينة سوف تظهر إلا مرة واحدة وقد فهم الإجراء بشكل أفضل وأتقن. على سبيل المثال، في الآونة الأخيرة تم العثور على آثار tDCS على القشرة الحركية لتكون متغيرة بصورة كبيرة بين الأفراد، وليس دائما قطبية محددة 22،23. لقد قيل الشيء نفسه أيضا لآثار tDCS في المجال المعرفي 23. لا يزال هناك حوالي محدودة من البيانات المتعلقة آثار تعزيز العصبية من tDCS بشكل عام. ولكن قد يكون هذا هو الحال عشرفي خارج الخط آثار tDCS على المخيخ هي الأكثر قدرة على تحسين السلوك عندما يكون المشاركين على الانخراط بشكل كامل مع مهمة صعبة المعرفية، أو عندما يجدون المهمة الصعبة لأداء لأنه يجعل مطالب كبيرة على WM والموارد الإنتباه. وتشير وجهة النظر هذه أن آثار المخيخ-tDCS على الإدراك قد يكون task- أو load- يعتمد: بوساطة ربما من خلال تحسين الوظائف المعرفية في أجزاء من مسار الدماغية المخيخ التي تنشط خلال التحفيز. هذا التفسير من أوجه الشبه البيانات عملنا بشكل جيد مع أن من على الخط آثار tDCS على الإدراك، والتي يعتقد حاليا أن تكون حساسة لحالة شبكة نشطة خلال فترة التحفيز 50. TDCS قد لا تؤدي إلى تغييرات في الأداء إذا كانت هناك موارد المعرفية الكافية لتنفيذ المهمة بشكل جيد، ولكن فقط عندما تعمل على نظام بحيث يستخدم المزيد من الموارد. في الواقع، تظهر الدراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي كيف النشاط العصبي في شبكة أمامي-الجدارية هو positiالمترابطة vely مع تزايد تعقيد مهمة 51.

وفي الختام، وصفت هذه المقالة إجراء تحفيز المخ التي تستخدم tDCS لتحفيز المخيخ خلال سلسلة من المهام معالجة المعلومات مع اختلاف الحمل المعرفي، والتي المهبطي الاكتئاب من النشاط الدماغي (وليس مصعدي الإثارة) تحسين الأداء خلال تطالب وصعبة attentionally المهام المعرفية. نحن تكهن ما إذا كان هذا يمكن تحقيقه عن طريق تثبيط ديس من المناطق WM من قشرة الفص الجبهي: الإفراج عن الموارد المعرفية إضافية عند صعبة لأداء مهام معينة. فهم أفضل للعوامل الفردية التي تحدد الحاجة فعالية tDCS الآن أن نأمل الخروج من مزيد من الدراسة، جنبا إلى جنب مع البروتوكولات المحسنة لتقديم تحفيز المخ الكهربائي في السكان أصحاء ومرضى. وهكذا، يمكن أن تسترشد الجهود المستقبلية نحو معالجة الأعراض المعرفية من بعض الأمراض باستخدام إلكترونيات عبر الجمجمةتحفيز المخ كال كأداة لإعادة التأهيل المعرفي لتعديل الدوائر الدماغية المخيخ.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Acknowledgement: This work was funded by Wellcome Trust grant WT087554.

Materials

Name of Material/Equipment Company Model Comments/Description
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

Transcranial Direct Current StimulationCerebellumCognitionWorking MemoryAttentionPaced Auditory Serial Addition TaskPaced Auditory Serial Subtraction TaskVerb Generation TaskTDCSNeuromodulationPrefrontal Cortex

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Pope, P. A. Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum. J. Vis. Exp. (96), e52302, doi:10.3791/52302 (2015).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image