גירוי זרם ישיר טרנס-תברך (tDCS) לשיפור זיכרון
Summary
פרוטוקול לשיפור הזיכרון באמצעות גירוי זרם ישיר transcranial (tDCS) מיקוד קליפות המוח הקדם-מצחיות והאחוריות, כמו צמתים קליפת המוח הליבה בתוך רשת היפוקמפו-קליפת המוח, מוצג. הפרוטוקול הוערך היטב במחקרים של משתתפים בריאים והוא חל גם על הזדקנות ומחקר דמנציה.
Abstract
שיפור זיכרון הוא אחד האתגרים הגדולים במדעי המוח הקוגניטיביים ובמדעי המוח. בין טכניקות שונות המשמשות לשיפור הזיכרון, גירוי זרם ישיר transcranial (tDCS) מתגלה ככלי מבטיח במיוחד לשיפור פונקציות הזיכרון באופן לא פולשני. כאן, אנו מציגים פרוטוקול tDCS שניתן ליישם לשיפור הזיכרון במחקרים של משתתפים בריאים, כמו גם בחקר הזדקנות ודמנציה. הפרוטוקול משתמש בזרם אנודלי קבוע חלש כדי לעורר מטרות קליפת המוח בתוך רשת תפקודית קורטיקו-היפוקמפוס העוסקת בתהליכי זיכרון. אלקטרודת המטרה ממוקמת על קליפת המוח הקודקודית האחורית (PPC) או על קליפת המוח הקדם-מצחית הדורסולטרית (DLPFC), ואילו האלקטרודה החוזרת ממוקמת באופן חוץ -cranially (כלומר, על הלחי contralateral). בנוסף, אנו מתארים שיטה מתקדמת יותר של tDCS מתנד, מחקה קצב מוחי טבעי לקידום פונקציות זיכרון תלויות היפוקמפוס, אשר ניתן ליישם באופן מותאם אישית ולא מותאם אישית. אנו מציגים תוצאות המחשה של שיפור אסוציאטיבי וזיכרון עבודה לאחר מפגשי tDCS בודדים (20 דקות) שבהם נעשה שימוש במונטאז’ים האלקטרודה המתוארים בעוצמות הנוכחיות בין 1.5 mA ו 1.8 mA. לבסוף, אנו דנים בצעדים מכריעים בפרוטוקול ובהחלטות מתודולוגיות שיש לקבל בעת תכנון מחקר tDCS על זיכרון.
Introduction
הזיכרון ממלא תפקיד חיוני בתפקוד היומיומי שכן הוא מאפשר לזכור מידע על אנשים ומקומות, להיזכר באירועים קודמים, ללמוד עובדות וכישורים חדשים, כמו גם לקבל החלטות והחלטות. כאן אנו מתמקדים בשני סוגים של זיכרון – זיכרון עבודה (WM) וזיכרון אסוציאטיבי (AM). WM לספק לנו את היכולת לתחזק ולאחסן באופן זמני מידע לעיבוד קוגניטיבי מתמשך1, בעוד AM מאפשר לנו לזכור פיסות מרובות של ניסיון או מידע הקשורים יחד. לכן, שני סוגים אלה של זיכרון מדגישים כמעט את כל הפעילויות היומיומיות. למרבה הצער, זיכרון הוא אחד הפונקציות הפגיעות ביותר כפי שהוא יורד עם הזדקנות נורמלית, כמו גם בשל מצבים פתולוגיים שונים ותנאים. גם WM וגם AM ירידה בולטת ליקוי קוגניטיבי קל2,3 ו דמנציה4,5, כמו גם בגיל נורמלי6,7. מאז ליקויי זיכרון קשורים עםרמת נטלמחלה גבוהה 8,9 ומשפיעים באופן משמעותי על איכות החיים10,11,12,13, יש צורך גובר בגישות חדשניות למניעה וטיפול בירידה בזיכרון.
גירוי זרם ישיר Transcranial (tDCS) הוא כלי מבטיח להתמודדות עם ירידה בזיכרון14,15,16 ולקבל הבנה טובה יותר של תפקודי המוח בכלל17. tDCS היא טכניקה לא פולשנית לגירוי מוחי המשתמשת בזרמים חשמליים חלשים (בדרך כלל בין 1 mA ו 2 mA) כדי לווסת את פעילות המוח על ידי השפעה על עירור הממברנה העצבית. ההשפעות של tDCS תלויות בקוטביות, כך שגירוי אנודלי עולה בעוד cathodal מקטין עירור עצבי. כלומר, tDCS אנודאלי מגביר את הסבירות לפוטנציאל פעולה לירות באמצעות דה-פולאריזציה של ממברנות עצביות, ובכך להקל על פעילות מוחית ספונטנית תחת אנודה18. יתר על כן, הוא הראה כי ההשפעה של הפעלה מוגברת לא נשאר מקומי אבל נוטה להתפשט לאזורים אחרים הקשורים תפקודית של מערכת העצבים המרכזית. Anodal tDCS צפוי אפוא לקדם פונקציות קוגניטיביות הנשענות על אזורי מוח ממוקדים ואזורי מוח מחוברים תפקודית, בעוד tDCS cathodal צפוי להיות בעל השפעה הפוכה.
ל- tDCS יש מספר יתרונות על פני טכניקות אחרות לגירוי מוחי: (1) tDCS בטוח, כלומר, אינו מהווה סיכונים בריאותיים ואינו מייצר שינויים מבניים או תפקודיים שליליים לטווח קצר או ארוך19; (2) tDCS מאופיין בסבילות הגבוהה ביותר בין טכניקות גירוי המוח כפי שהוא גורם אי נוחות מינימלית למשתתפים בצורה של עקצוץ מתון ותחושות גירוד תחת האלקטרודות הממריצות20; (3) tDCS חסכוני – המחיר של מכשירי tDCS ויישום נמוך פי עשרה עד מאה מאפשרויות טיפול אחרות, מה שהופך אותו לאטרקטיבי עבור חולים ומערכת בריאות; (4) tDCS קל לשימוש, ולכן יש פוטנציאל גבוה להיות מיושם גם בהגדרות ביתיות, אשר יכול להוביל תאימות גבוהה יותר של חולים ועלות מופחתת עבור צוות רפואי ומתקנים.
האתגרים העיקריים לשימוש tDCS לשיפור זיכרון הם מציאת מונטאז ‘אלקטרודה אופטימלי פרוטוקול גירוי שיפיק השפעות אמינות על הזיכרון. כאן אנו משתמשים במונח מונטאז ‘אלקטרודה להתייחס לתצורה ולמיקומים של האלקטרודות (כלומר, מיקום המטרה וההפניה (החזרה) אלקטרודה). בשל אופי השדות החשמליים, האלקטרודה הייחוסית (החזרה) אינה נייטרלית – יש לה את הקוטביות שמול אלקטרודה היעד – ולכן יכולה גם לממש השפעות ביולוגיות (נוירומודולטוריות) על הרקמה העצבית הבסיסית. לכן, בחירה זהירה של אלקטרודה הייחוס חיונית למניעת השפעות נוספות לא רצויות של הגירוי.
בעת שימוש בפרוטוקול גירוי המונח, אנו מתייחסים לפרמטרים tDCS כגון משך ועוצמת היישום הנוכחי, כמו גם את האופן שבו עוצמת הזרם משתנה לאורך זמן (כלומר, אם העוצמה קבועה לאורך כל הגירוי או שינויים בעקבות צורת גל סינוסואידית עם משרעת ותדירות מסוימים). פרוטוקולי גירוי שונים ניתן ליישם באמצעות אותו מונטאז ‘אלקטרודה, ואת אותו פרוטוקול ניתן להשתמש על פני מונטאז’ים שונים.
כדי לייעל את מונטאז’ האלקטרודה, אנו בוחנים את אזורי המוח הרלוונטיים לתפקוד וכיצד השדות החשמליים הנגרמים על ידי תנוחות שונות של האלקטרודות ישפיעו על אזורי המוח וכתוצאה מכך על התפקודים הקוגניטיביים. מספר מבנים קליפתיים ותת-קורטיקליים שונים ממלאים תפקיד משמעותי בתפקודי הזיכרון – כולל אזורים בקליפת המוח הקדמית, הטמפורלית והקודקודית. כלומר, WM נתמך על ידי רשת עצבית נרחבת הכוללת את קליפת המוח הקדם-מצחית האחורית (DLPFC) ואת קליפת המוח הקדם-מצחית הגחונית (VLPFC), קליפת המוח הקדמית הקדמית והמשלימה, כמו גם קליפת המוח הקודקודית האחורית (PPC)21. עבור זיכרון AM ואפיזודי באופן כללי, מבנים בתוך האונה הטמפורלית המתיילית הם חיוניים22. עם זאת, אזורים אסוציאטיביים של קליפות המוח הקודקודיות, הקדמיות והטמפורליות, כאשר המסלולים המתכנסים שלהם להיפוקמפוס ממלאים גם הם תפקיד משמעותי. בשל מיקומו האנטומי, ההיפוקמפוס לא יכול להיות מגורה ישירות באמצעות tDCS, ולכן השיפור של פונקציות זיכרון תלויות היפוקמפוס נעשה באמצעות מטרות קליפת המוח עם קישוריות תפקודית גבוהה להיפוקמפוס כגון קליפת המוח הקודקודית האחורית. מסיבות אלה, DLPFC ו- PPC משמשים בתדירות הגבוהה ביותר כיעדי גירוי כדי לשפר את הזיכרון. מיקום האלקטרודות יכול להיות מעודן עוד יותר בהתבסס על מידולהזרימה הנוכחית 23 ומאומת במחקרים המשלבים tDCS עם טכניקות הדמיה מוחית24.
פרוטוקול הגירוי הרגיל ביותר הוא זרם אנודיאלי קבוע של 1-2 mA שנמשך בין 10-30 דקות. המנגנון המשוער מאחורי פרוטוקול זה הוא כי האלקטרודה עם מטען חיובי יגביר את העירור של רקמת קליפת המוח הבסיסית אשר יגרום ביצועי זיכרון משופרים לאחר מכן. שלא כמו tDCS אנודיאלי קבוע, שבו העוצמה הנוכחית נשארת זהה במהלך כל תקופת הגירוי, בפרוטוקול tDCS מתנדנד עוצמת הזרם משתנה בתדר הנתון סביב ערך מוגדר. לכן, סוג זה של פרוטוקול מווסת לא רק עירור אלא גם entrains תנודות עצביות של אזורי המוח הרלוונטיים. חשוב לציין כי עבור tDCS קבועים ומתנדנדים האלקטרודות שומרות על אותה קוטביות נוכחית למשך כל תקופת הגירוי.
כאן אנו מציגים מונטאז’ים tDCS המתמקדים בצמתים בתוך רשת פרונטו-פרייטו-היפוקמפול כדי לקדם את הזיכרון – הן WM והן AM: באופן ספציפי, שני מונטאז’ים אלקטרודה עם אלקטרודה היעד מעל DLPFC שמאל / ימין או PPC שמאלי / ימני. בנוסף לפרוטוקול tDCS אנו מתארים פרוטוקול tDCS מתנד.
עיצוב לימודים
לפני מתן מדריך מפורט על אופן השימוש tDCS לשיפור הזיכרון, נתאר כמה מאפיינים חיוניים של העיצוב הניסיוני שחשוב לשקול בעת תכנון מחקר tDCS על זיכרון.
בקרת שיימינג
כדי להעריך את ההשפעות של tDCS על זיכרון, המחקר צריך להיות נשלט מזויף. זה מרמז כי באחד התנאים הניסיוניים הפרוטוקול דומה מפגש גירוי אמיתי, אבל לא ניתן טיפול. מפגש מזויף או מזויף זה משמש כנקודת התייחסות להשוות ביצועים בעקבות tDCS אמיתי ולעשות מסקנות על האפקטיביות שלה. בדרך כלל, בפרוטוקול מזויף הזרם מוחל רק לתקופה קצרה – בדרך כלל עד 60 שניות בהתחלה ובסוף גירוי מזויף כמו שיפוע ואחריו רמפה-למטה מיידית (כלומר, דהייה פנימה / עמעום, עד 30 שניות כל אחד) אופנה. בדרך זו מובטח כי משך הגירוי אינו מספיק כדי לייצר השפעות התנהגותיות או פיזיולוגיות. מאז תחושות עור מקומיות / קרקפת הם בדרך כלל הבולטים ביותר בהתחלה ובסוף הגירוי (עקב שינויים בעוצמה הנוכחית), התחושות המושרה בכל הפרוטוקולים הם דומים וקשה להבחין25. בדרך זו, המשתתף הוא עיוור על אם הגירוי הוא אמיתי או לא, וזה חשוב במיוחד בעיצובים בתוך הנושא.
בנוסף לשליטה מזויפת, כדי להעריך את הספציפיות של ההשפעות של פרוטוקולים תנודות, מומלץ להיות מצב שליטה פעיל, מדי. לדוגמה, השליטה הפעילה לפרוטוקול תנודה יכולה להיות גירוי אנודיאלי קבוע באותהעוצמה 26,27, או גירוי תנודה בתדר שונה, למשל טטה לעומת גמא28.
עיצוב בתוך או בין נושאים.
בעיצוב בתוך הנושאים כל משתתף עובר tDCS אמיתי ומזוייף, בעוד שבעיצוב בין נושאים קבוצה אחת של משתתפים מקבלת אמיתית, והקבוצה השנייה מקבלת tDCS מזויף. היתרון העיקרי של עיצוב בתוך הנושא הוא שליטה טובה יותר של בלבול ספציפי לנושא. כלומר, הבדלים בודדים באנטומיה וביכולות הקוגניטיביות נשלטים בצורה הטובה ביותר כאשר כל משתתף מושווה לעצמו. עם זאת, מכיוון שעיצוב בתוך הנושא צריך להיות מיושם בצורה צולבת (כלומר, מחצית מהמשתתפים מקבלים tDCS אמיתיים בפגישה הראשונה ובזיוף בפגישה השנייה, בעוד החצי השני של המשתתפים מקבלים tDCS ראשון ואמיתי) עיצוב זה לא יכול להיות אופטימלי עבור מחקרים קליניים והכשרה, כמו גם מחקרים מעורבים מספר מפגשי tDCS במשך ימים רצופים, מכיוון שעיצוב מוצלב עלול לגרום לקו בסיסים לא שוויוני בין זרועות מוצלבות. לכן, עיצוב בתוך הנושא מתאים ביותר בעת הערכת השפעות התנהגותיות או פיזיולוגיות של מפגש tDCS יחיד, וכאשר בסיסי בסיס לא שווים אינם נחשבים בעיה עבור השערת המחקר. בתכנון בתוך הנושא הערכת ההשפעות של מפגש tDCS יחיד, זה תרגול טוב לשמור על 7 ימים בין מפגש tDCS אמיתי מזויף כדי למנוע אפקטים carryover (עם זאת כמה מחקרים מציעים אפילו תקופות שטיפה קצרות יותר אינם משפיעים באופן משמעותי על התוצאות29,30) ולהשתמש בצורות מקבילות של משימות זיכרון בסדר מאוזן כדי למזער את האימון ואת השפעות הלמידה בין הפגישה.
כאשר נעשה שימוש בעיצוב בין נושאים, יש להתאים את קבוצת הביקורת בקפידה לביצועים הבסיסיים, כמו גם מאפיינים רלוונטיים אחרים הידועים כרלוונטיים ליעילות tDCS. הקצאה קבוצתית אקראית עשויה להיות לא הגישה הטובה ביותר בגדלים קטנים לדוגמה (לדוגמה, <100) מכיוון שהיא עלולה להוביל להתאמה תת-אופטימלית. בכל מקרה, יש להסביר את הביצועים הבסיסיים בניתוח סטטיסטי.
גודל דגימה.
אחת השאלות הנפוצות היא “כמה משתתפים צריך לזהות אפקטים tDCS”. התשובה לשאלה זו תלויה במספר היבטים של המחקר כולל עיצוב ניסיוני, גדלי אפקטים צפויים, סוג של ניתוח סטטיסטי וכו ‘. גדלי המדגם בניסויי גירוי המוח הם לעתים קרובות קטנים מדי, וההערכה היא כי מחקרים בתחום זה לפספס סביב 50% של תוצאות חיוביות אמיתיות כי הם underpowered31. ניתוח הספק מאפשר לקבוע גודל מדגם הולם עבור כל ניסוי ספציפי בהתבסס על עיצוב המחקר וגודל האפקט הצפוי לניתוח סטטיסטי מתוכנן. ניתוח הכוח יכול להתבצע בסביבת R או באמצעות תוכנה מיוחדת בחינם כגון G * Power32, וזה תמיד צריך להתבצע מראש (כלומר, לפני הניסוי). יש להגדיר את צריכת החשמל ב- >.80 (באופן אידיאלי .95) וגודל ההשפעה הצפוי על משימות זיכרון לאחר הפעלת tDCS אחת הוא בדרך כלל בין .15-.20 (η2) כלומר, כהן f 0.42-0.50. לכן, בדרך כלל צריך לרשום 20-30 משתתפים בסך הכל לניסוי בתוך הנושא ו -30-40 משתתפים לכל קבוצה למחקר בין נושאים, כדי להשיג כוח משביע רצון ובכך להפחית את השגיאה מסוג II. עם זאת, גודל המדגם תלוי במספר הגורמים האחרים כולל הניתוח המתוכנן, ורגישות אמצעי ההתנהגות המשמשים. לכן באופן אידיאלי, ניתן היה להפעיל ניסוי ראשוני כדי להבין את גדלי האפקט עבור העיצוב הספציפי ולהשתמש בנתונים אלה כקלט לניתוח צריכת חשמל. עם זאת, חשוב לציין כי הפעלת ניסוי פיילוט על משתתפים מעטים בלבד תוביל להערכות פגומות ולא אמינות של גדלי האפקט. לכן, אם המשאבים מוגבלים עדיף להסתמך על המחקרים הקודמים עם תוצאות דומות, ולנקוט בגישה שמרנית מעט יותר, כלומר על ידי הערכה לגדלי אפקטים קטנים מעט יותר ממה שדווח בספרות.
מדדי תוצאה
כדי להעריך את האפקטיביות של tDCS בזיכרון יש לבחור משימות התנהגותיות נאותות. למעשה, הבחירה של משימת הזיכרון היא אחד ההיבטים המכריעים של עיצוב המחקר, כי היכולת לזהות את אפקט tDCS תלוי ישירות ברגישות של המשימה. האתגר כאן הוא שרוב כלי הערכת הזיכרון הסטנדרטיים או המשימות הנוירופסיכולוגיות הקלאסיות עשויים שלא להיות רגישים מספיק כדי לזהות השפעות tDCS באוכלוסיות ספציפיות. יתר על כן, רוב המשימות הסטנדרטיות אינן זמינות בשתי צורות מקבילות או יותר ולכן לא ניתן להשתמש בהן בעיצובים בתוך נושאים. מסיבה זו, רוב מחקרי הזיכרון tDCS להשתמש במשימות בנייה מותאמת אישית. בעת עיצוב או בחירה של מדד התוצאה יש לוודא שהמשימה היא: (1) מדד מוקד/סלקטיבי של פונקציית הזיכרון של עניין; (2) רגיש (כלומר, כי קנה המידה הוא בסדר מספיק כדי לזהות אפילו שינויים קטנים); (3) מאתגר עבור המשתתפים (כלומר, כי הקושי המשימה מספיק ובכך כדי למנוע השפעות תא); (4) אמין (כלומר, ששגיאת המדידה ממוזערת ככל האפשר). לכן, יש להשתמש בצורות מקבילות לחלוטין של משימות זיכרון מאומתות באופן אמפירי, שיש להן מספר מספיק של ניסויים – הן כדי להבטיח רגישות של המדד והן כדי למקסם את אמינותו. באופן אידיאלי, המשימות צריכות להיבדק מראש על קבוצה שנדגמה מאותה אוכלוסייה כמו משתתפי הניסוי כדי להבטיח שביצועים מקסימליים אינם ניתנים להשגה, וכי לצורות המשימה יש מדדי קושי שווים. לבסוף, עדיף להשתמש במשימות ממוחשבות במידת האפשר כפי שהם מאפשרים משך מבוקר ותזמון מדויק. בדרך זו החוקרים יכולים להבטיח כי כל המשתתפים לעבור הערכת זיכרון בו זמנית ביחס לתזמון הגירוי (במהלך או בעקבות tDCS). משך הזמן של כל פעילות או בלוק פעילות לא צריך להיות ארוך מ 10 דקות, כדי למנוע עייפות ותנודות ברמות תשומת הלב; ההערכה הקוגניטיבית לא צריכה להיות ארוכה מ-90 דקות בסך הכל (כולל משימות במהלך ואחרי tDCS).
Protocol
Representative Results
Discussion
התוצאה של מחקר tDCS על זיכרון תלויה במספר הגורמים, וחלקם למשל, הומוגניות / הטרוגניות של המדגם, כוח סטטיסטי מספיק, הקושי של משימות הזיכרון והמוטיבציה של המשתתפים נדונו בעבר (ראה בריהיל, 2014). מספר מאמרים מצוינים על שיטת tDCS, כמו גם הדרכות כלליות יותר על היישום של tDCS ללמוד פונקציות קוגניטיביות זמינים וניתן ליישם היטב גם את מחקר הזיכרון (ראה17,43,44,45,46,47). כאן נתמקד בהיבטים של הפרוטוקול אשר, על סמך הניסיון שלנו, רלוונטיים אך לעתים קרובות מתעלמים מהם או לא נדונים בפירוט מספיק במקום אחר.
מיקום האלקטרודה החוזרת. חשוב לזכור כי האלקטרודה החוזרת אינה פסיבית אלא מסוף קוטביות שלילית (כלומר, קתודה). לכן, זה יכול לגרום השפעות פיזיולוגיות כי הם מול אלקטרודה היעד. יתר על כן, הזרימה הנוכחית, תלויה במיקום של ההחזר ככל שזה תלוי אלקטרודה היעד. יתר על כן, מאז הזרם זורם לאורך הנתיב של ההתנגדות לפחות, אם אנודה וקתודה ממוקמים קרוב מדי זה לזה, הזרם עשוי לזרום רק על פני העור ו / או דרך הנוזל השדרתי בין האלקטרודות, ובכך להשאיר את הרקמה קליפת המוח לא מושפעת. מסיבות אלה, הבחירה הקפדנית של אלקטרודה החזרה רלוונטית כמו המיקום של אלקטרודה היעד. יש ראיות מטא-אנליטיות המצביעות על כך cathodes מחוץ לתחכון נוטים יותר לייצר אפקטים משמעותיים48. מיקום האלקטרודה החוזרת על הלחי הנגדית לשיפור הזיכרון התבסס על מידול הזרימה הנוכחית ונבחר כדי למנוע השפעות מבלבלות פוטנציאליות של יצירת קוטביות שלילית על אזורי מוח שאינם רלוונטיים לתפקוד. המיקום של אלקטרודה לחזור על הלחי contralateral שימש בהצלחה במחקרים קודמים WM (ראה36,37,38,49, כמו גם במחקרים AM27,39,40), והוא הודגש כבחירה טובה עבור מונטאז’ים tDCS שמטרתם לווסת פונקציות קוגניטיביות אחרות, כמו גם45.
מסנוור. בניסויים עיוורים יחידים, כדי להבטיח סנוורון של המשתתף, המיקום של הממריץ ו / או תצוגת ניטור צריך להיות מחוץ לטווח הראייה של המשתתף. זה חשוב במיוחד בעת שימוש ממריצים כי יש אורות המציינים מתי היחידה היא על ו / או אספקת זרם. עבור עיצובים כפולים סמיות (כאשר הן המשתתף והן הנסיין אינם מודעים לפרוטוקול המנוהל), יש להשתמש באפשרות כפולת סמיות, או אפשרות דומה הזמינה עבור מכשיר נתון. אם אפשרות כזו אינה זמינה, התרגול הטוב הוא לעבור הליך של שני ניסויים. כלומר, נסיין אחד מגיע רק כדי להפעיל את פרוטוקול הגירוי, בעוד הנסיין השני שמנהל את המשתתף באמצעות הניסוי, כולל משימת הזיכרון הבאה ומנתח את הנתונים, עוזב את החדר ממש לפני ובמהלך הגירוי. על פי סטנדרטים מתודולוגיים, ניסויים כפולי סמיות עדיפים על עיצובים עיוורים יחידים מכיוון שהם מפחיתים את ההטיה או את ההשפעות “הנסיין”. זה רלוונטי מאוד בעת ביצוע ניסויים קליניים ו/או באמצעות הערכות מבוססות ראיון של תפקודים קוגניטיביים. עם זאת, מסנוור של הנסיין הוא פחות בעיה כאשר המשתתפים הם בעלי מוטיבציה גבוהה כדי למקסם את הביצועים שלהם (וזה בעיקר המקרה בהערכת זיכרון או שיפור קוגניטיבי בכלל), וכאשר המשימה מנוהלת, כמו גם ציון אוטומטי (כלומר, כאשר הנסיין יש מעט מאוד התערבות בשלב ההערכה).
פעילות במהלך tDCS. מחברי מאמרי tDCS מדווחים לעתים רחוקות על מה שהמשתתפים עשו במהלך גירוי. כאשר הפעילות אינה מדווחת זה בדרך כלל משתמע כי המשתתפים הונחו לשבת בנוחות ולהירגע. עם זאת, היעדר פעילות מובנית מייצג את מקור ה”רעש ” הבלתי נשלט בניסויים. כלומר, 20 דקות זה זמן רב למדי, ולכן חלק מהמשתתפים עשויים לנצל את הזמן כדי להירגע (עם אפשרות אפילו להירדם) בעוד שאחרים עשויים להתמקד בתחושות tDCS או להתחיל להרהר או לחשוב יתר על המידה על כמה נושאים שאינם קשורים TDCS. ישנן ראיות המצביעות על כך שפעילות רלוונטית לתפקוד אך לא מעייף המבוצעת במהלך tDCS יש פוטנציאל לקדם אפקטים tDCS50. מסיבות אלה, בניסויים שלנו, המשתתפים מבצעים ניסויים בפועל של משימות הזיכרון שישמשו כאמצעי תוצאה או כמשימות זיכרון דומות. ניסויי תרגול הם בחירה טובה מכיוון שהם מפעילים את אותן רשתות עצביות כמו פונקציית היעד אך הם קלים יותר ולכן אינם מתסכלים או מעייפים עבור המשתתפים. חוץ מזה, ביצוע ניסויים בפועל במהלך גירוי הוא חסכוני במובן זה מקצר את זמן הבדיקה בעקבות tDCS, אשר מגיע כיתרון במיוחד כאשר עיצוב המחקר כולל משימות מרובות שיש להשלים לאחר tDCS. עם זאת, ניסויי התרגול הם בדרך כלל הרבה יותר קצר מ 20 דקות, ולכן פעילות חלופית צריך להיות מוצג מדי. למטרה זו, השתמשנו במשחקי זיכרון נפוצים40, כי לשמור על המשתתפים ממוקדים, לעזור להם להעביר את הזמן ולשמור את המוח את התחושות המושרה tDCS ולהפוך אותם בסך הכל יותר נוח בסביבת הבדיקה. כמה דברים שיש לזכור בעת בחירת משימת הזיכרון שיש לבצע במהלך tDCS הם כי המשימה לא צריכה להיות קשה אבל גם לא משעמם (משימות הסתגלות להגדיר על 80% הצלחה שיעור טוב בהקשר זה); המשימה לא צריכה ללדת את החומר שעלול להפריע להערכת הזיכרון הבאה (לדוגמה, בעת הערכת זיכרון עבור פרצופים ומילים, ניתן להשתמש בזוגות תמונות/צורות מופשטים). נושא חשוב נוסף הוא משך “תקופת ההרגלה”, כלומר כמה זמן לאחר תחילת הגירוי המשתתפים צריכים להתחיל לבצע את “פעילות הסחת הדעת”. ישנם הבדלים בודדים בעוצמת התחושה ובזמני ההרגלה, אך רוב המשתתפים יהיו מוכנים להתחיל את הפעילות לאחר 3-5 דקות של גירוי.
תחושות עוריות. חלק מהמשתתפים עשויים להיות רגישים יותר להשפעות tDCS עוריות, ובכך מדווחים על רמות גבוהות של אי נוחות, אם כי זה לא קורה לעתים קרובות מאוד. חשוב ליידע את המשתתפים על תחושות פוטנציאליות שהם עלולים לחוות לפני הניסוי. אם מישהו מפחד מההליך, לעתים קרובות אנו נותנים למשתתפים “להרגיש” את הזרם על ידם לפני שהם מניחים את הספוגים על ראשם. המשתתפים צריכים להיות במעקב רציף וביקשו לספק משוב על רמת הנוחות והתחושות שלהם במרווחי זמן קבועים. אם המשתתף מדווח על רמה מוגברת של אי נוחות, תמיד להציע לבטל את הניסוי. זה חיוני כי המשתתפים מודעים כי הגירוי ניתן לעצור בכל עת אם הם שואלים. אם המשתתף מחליט להפסיק את הגירוי, יש לדחות לאט את הזרם (ביטול פתאומי של פרוטוקול הגירוי עלול לגרום לתחושות חזקות עוד יותר). לעתים קרובות מומלץ כי במקרה של תחושות לא נעימות העוצמה הנוכחית יורדת באופן זמני לרמה הנוחה הגבוהה ביותר, עד שהמשתתף מסתגל, ולאחר מכן חוזר בהדרגה לעוצמת המטרה. זה נראה כמו חלופה מתאימה לעצירת פרוטוקול הגירוי, במיוחד אם tDCS משמש בסביבה קלינית. עם זאת, כאשר tDCS משמש למטרות המחקר, ובמיוחד בדגימות קטנות יחסית, חיוני כי כל המשתתפים לעבור את אותו הליך. לכן, עצירת הניסוי עדיפה להוריד את עוצמת הגירוי עבור חלק מהמשתתפים במשך זמן מה.
דיווח על מתודולוגיית tDCS וניטור אחר בלבול פוטנציאלי. תחום המחקר tDCS הוא הטרוגני מאוד לגבי שיטות ואמצעים, ולכן חשוב לדווח בבירור על כל ההיבטים של הליך tDCS, כולל הליך עיוור והערכה; מיקום הראש של המטרה, כמו גם את המיקום של אלקטרודה החזרה; הגודל והצורה של האלקטרודות; סוג של חומר ניצוח בשימוש (מלוחים או ג’ל); העוצמה הנוכחית (mA) וצפיפות (mA / ס”מ2) כמו גם את משך תקופת fade-in/ out; רמות העכבה אם נמדדות; משך הגירוי (כולל תקופת הדהייה/היציאה); התיאור המפורט של הפעילויות המשתתפים היו מעורבים במהלך הגירוי; התזמון ומשך המשימות הקוגניטיביות לאחר הגירוי (כולל הפסקות, אם בכלל). סוג זה של מידע מאפשר סטנדרטיזציה וניתוח שיטתי של המחקרים שפורסמו (ראה סקירה אחרונה למשל51). ההיבטים המדווחים לעתים רחוקות הם ההשפעה של משתנים פוטנציאליים ממתנים/מבלבלים כגון זמן היום של מפגש tDCS, רמת עייפות / מצב רוח שדווחו על ידי המשתתפים, הצלחה של מסנוור (כלומר, אמונות על סוג הגירוי שהם מקבלים), סדר הפעלות ניסיוניות בעיצובים בתוך הנושא וכו ‘. רוב משתנים אלה דווחו כדי לווסת את ההשפעות של tDCS, אבל ההשפעה שלהם נשאר understudied ודווח באופן לא עקבי. לכן, מחקרי tDCS צריכים להבטיח לאסוף ולדווח על כל משתנים שעלולים להיות מבלבלים; לפרטים על שיטות עבודה טובות ראו טבלאות 10A , 10B, 11 מאת אנטל ועמיתיה34.
יישום הפרוטוקול המתואר עבור tDCS אנודיאלי או בסטנדרט שלו או, אפילו יותר, בצורתו המתקדמת (כלומר, tDCS מאופנן מתנד) מספק ממוצע לא רק לשיפור פונקציות זיכרון (ושימוש פוטנציאלי באוכלוסיות קליניות), אלא גם מאפשר לחקור את הנוירוביולוגיה של הרשתות העצביות התפקודיות שמאחורי פונקציות אלה.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי קרן המדע של הרפובליקה של סרביה, PROMIS, מענק מס ‘#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 |
References
- Baddeley, A. Working memory: Looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience. 4, 829-839 (2003).
- Aurtenetxe, S., et al. Interference Impacts Working Memory in Mild Cognitive Impairment. Frontiers in Neuroscience. 10, 443 (2016).
- Chen, P. C., Chang, Y. L. Associative memory and underlying brain correlates in older adults with mild cognitive impairment. Neuropsychologia. 85, 216-225 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- Chalfonte, B. L., Johnson, M. K. Feature memory and binding in young and older adults. Memory & Cognition. 24, 403-416 (1996).
- Livingston, G., et al. Dementia prevention, intervention, and care: 2020 report of the Lancet Commission. Lancet. 396, 413-446 (2020).
- Dharmarajan, T. S., Gunturu, S. G. Alzheimer’s disease: A healthcare burden of epidemic proportion. American Health & Drug Benefits. 2, 39-47 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Malkani, R. G., Zee, P. C. Brain Stimulation for Improving Sleep and Memory. Sleep Medicine Clinics. 15, 101-115 (2020).
- 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).
- 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).
- 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).
- Stagg, C. J., Antal, A., Nitsche, M. A. Physiology of Transcranial Direct Current Stimulation. Journal of ECT. 34, 144-152 (2018).
- Bikson, M., et al. Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016. Brain Stimulation. 9, 641-661 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bai, S., Loo, C., Dokos, S. A review of computational models of transcranial electrical stimulation. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 41, 21-35 (2013).
- Esmaeilpour, Z., et al. Methodology for tDCS integration with fMRI. Human Brain Mapping. 41, 1950-1967 (2020).
- 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).
- 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).
- 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).
- Pahor, A., Jaušovec, N. The effects of theta and gamma tacs on working memory and electrophysiology. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 651 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology. 128, 1774-1809 (2017).
- Mayer, J. D., Gaschke, Y. N. The experience and meta-experience of mood. Journal of Personality and Social Psychology. 55, 102-111 (1988).
- 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).
- Berryhill, M. E., Jones, K. T. tDCS selectively improves working memory in older adults with more education. Neuroscience Letters. 521, 148-151 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Berryhill, M. E. Hits and misses: leveraging tDCS to advance cognitive research. Frontiers in Psychology. 5, (2014).
- Kuo, M. F., Nitsche, M. A. Effects of transcranial electrical stimulation on cognition. Clinical EEG and Neuroscience. 43, 192-199 (2012).
- 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).
- 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).
- Santarnecchi, E., et al. Enhancing cognition using transcranial electrical stimulation. Current Opinion in Behavioral Sciences. 4, 171-178 (2015).
- Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology. 127, 1031-1048 (2016).
- Imburgio, M. J., Orr, J. M. Effects of prefrontal tDCS on executive function: Methodological considerations revealed by meta-analysis. Neuropsychologia. 117, 156-166 (2018).
- Lally, N., Nord, C. L., Walsh, V., Roiser, J. P. Does excitatory fronto-extracerebral tDCS lead to improved working memory performance. F1000Research. 2, (2013).
- 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).
- 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).
