JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

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

Транскраниальная стимуляция током (tDCS) для улучшения памяти

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

Представлен протокол для улучшения памяти с использованием транскраниальной стимуляции током (tDCS), нацеленной на дорсолатеральную префронтальную и заднюю темениальную кортику в качестве основных корковых узлов в гиппокампокортикальной сети. Протокол был хорошо оценен в исследованиях со здоровыми участниками и применим к исследованиям старения и деменции.

Abstract

Улучшение памяти является одной из самых больших проблем в когнитивной нейробиологии и нейрореабилитации. Среди различных методов, используемых для улучшения памяти, транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) становится особенно перспективным инструментом для улучшения функций памяти неинвазивным способом. Здесь мы представляем протокол tDCS, который может быть применен для улучшения памяти в исследованиях здоровых участников, а также в исследованиях старения и деменции. Протокол использует слабый постоянный анодальный ток для стимуляции корковых мишеней в функциональной сети кортико-гиппокампа, участвующего в процессах памяти. Электрод-мишень помещается либо на заднюю темиетальную кору (PPC), либо на дорсолатеральную префронтальную кору (DLPFC), в то время как возвратный электрод помещается экстракраниально (то есть на контралатеральную щеку). Кроме того, мы описываем более продвинутый метод колебательного tDCS, имитирующий естественный ритм мозга для продвижения зависимых от гиппокампа функций памяти, который может применяться персонализированным и неперсонализированным образом. Представлены иллюстративные результаты улучшения ассоциативной и рабочей памяти после одиночных сеансов tDCS (20 минут), в которых использовались описанные электродные монтажи с интенсивностью тока от 1,5 мА до 1,8 мА. Наконец, мы обсуждаем важные шаги в протоколе и методологические решения, которые должны быть приняты при разработке исследования tDCS по памяти.

Introduction

Память играет жизненно важную роль в повседневном функционировании, поскольку она позволяет запоминать информацию о людях и местах, вспоминать прошлые события, изучать новые факты и навыки, а также принимать суждения и решения. Здесь мы сосредоточимся на двух типах памяти – рабочей памяти (WM) и ассоциативной памяти (AM). WM предоставляет нам возможность временно поддерживать и хранить информацию для текущей когнитивной обработки1,в то время как AM позволяет нам запоминать несколько фрагментов опыта или информации, связанных вместе. Поэтому эти два типа памяти подчеркивают практически все повседневные действия. К сожалению, память является одной из наиболее уязвимых функций, поскольку она снижается с нормальным старением, а также из-за различных патологических состояний и состояний. Снижение WM и AM заметно при легких когнитивных нарушениях2,3 и деменции4,5, а также при нормальном старении6,7. Поскольку дефицит памяти связан с высокой нагрузкой на заболевания8,9 уровня и существенно влияет на качество жизни10,11,12,13,существует растущая потребность в новых подходах к профилактике и лечению снижения памяти.

Транскраниальная стимуляция током (tDCS) является многообещающим инструментом для борьбы с ухудшением памяти14,15,16 и лучшего понимания функций мозга в целом17. tDCS – это неинвазивный метод стимуляции мозга, который использует слабые электрические токи (обычно между 1 мА и 2 мА) для модуляции активности мозга, влияя на возбудимость мембраны нейронов. Эффекты tDCS зависят от полярности, так что анодальная стимуляция увеличивается, в то время как катодальная снижает возбудимость нейронов. А именно, анодальный tDCS увеличивает вероятность возникновения потенциалов действия за счет деполяризации нейронных мембран, тем самым облегчая спонтанную активность мозга поданодом 18. Более того, показано, что эффект повышенной активации не остается локализованным, а имеет тенденцию распространяться на другие функционально связанные области центральной нервной системы. Таким образом, ожидается, что анодальный tDCS будет способствовать когнитивным функциям, которые зависят от целевых областей мозга и функционально взаимосвязанных областей мозга, в то время как катодальный tDCS, как ожидается, будет иметь противоположный эффект.

tDCS имеет ряд преимуществ перед другими методами стимуляции мозга: (1) tDCS безопасен, т.е. не представляет опасности для здоровья и не вызывает каких-либо негативных краткосрочных или долгосрочных структурных или функциональных изменений19; (2) tDCS характеризуется наивысшей переносимостью среди методов стимуляции мозга, так как он вызывает минимальный дискомфорт у участников в виде легкого покалывания и зуда под стимулирующими электродами20; (3) tDCS является экономически эффективным – цена устройств и применения tDCS в десять-сто раз ниже, чем другие варианты лечения, что делает его привлекательным для пациентов и системы здравоохранения; (4) tDCS прост в использовании и, следовательно, имеет высокий потенциал для применения даже в домашних условиях, что может привести к более высокому соответствию пациентов и снижению затрат для медицинского персонала и учреждений.

Основными проблемами использования tDCS для улучшения памяти являются поиск оптимального протокола монтажа и стимуляции электродов, который будет производить надежное воздействие на память. Здесь мы используем термин монтаж электродов для обозначения конфигурации и положения электродов (т.е. размещения мишени и опорного (возвратного) электрода). Из-за природы электрических полей опорный (возвратный) электрод не является нейтральным – он имеет полярность, противоположную электроду-мишени, – и, таким образом, может также оказывать биологическое (нейромодулирующее) воздействие на подлежащую нервную ткань. Поэтому тщательный выбор опорного электрода необходим для избежания нежелательных дополнительных эффектов стимуляции.

При использовании термина «протокол стимуляции» мы имеем в виду параметры tDCS, такие как продолжительность и интенсивность применяемого тока, а также то, как интенсивность тока изменяется с течением времени (т. Е. Является ли интенсивность постоянной на протяжении всей стимуляции или изменяется после синусоидальной формы волны с определенной амплитудой и частотой). Различные протоколы стимуляции могут быть применены с использованием одного и того же монтажа электрода, и один и тот же протокол может использоваться в разных монтажах.

Чтобы оптимизировать монтаж электродов, мы смотрим на функциональные области мозга и на то, как электрические поля, индуцированные различными позициями электродов, будут влиять на эти области мозга и, следовательно, когнитивные функции. Несколько различных корковых и подкорковых структур играют значительную роль в функциях памяти, включая области лобной, височной и теменной коры. А именно, WM поддерживается широко распространенной нейронной сетью, которая включает в себя дорсолатеральную (DLPFC) и вентральную латеральную префронтальную кору (VLPFC), премоторную и дополнительную двигательную кору, а также заднюю темениетальную кору (PPC)21. Для АМ и эпизодической памяти в целом структуры внутри медиальной височной доли имеют существенное значение22. Однако ассоциативные области теменной, лобной и височной коры с их сходящимися путями к гиппокампу также играют значительную роль. Из-за своего анатомического положения гиппокамп не может быть непосредственно стимулирован с помощью tDCS, и, таким образом, усиление зависимых от гиппокампа функций памяти осуществляется с использованием кортикальных мишеней с высокой функциональной связью с гиппокампом, таких как задняя тематная кора. По этим причинам DLPFC и PPC чаще всего используются в качестве целей стимуляции для улучшения памяти. Позиционирование электродов может быть дополнительно уточнено на основе моделирования текущего потока23 и подтверждено в исследованиях, которые сочетают tDCS с методами нейровизуализации24.

Наиболее обычным протоколом стимуляции является постоянный анодальный ток 1-2 мА, который длится от 10 до 30 минут. Предполагаемый механизм, лежащий в основе этого протокола, заключается в том, что электрод с положительным зарядом увеличит возбудимость подлежащей кортикальной ткани, что приведет к улучшению последующей производительности памяти. В отличие от постоянной анодальной tDCS, где интенсивность тока остается одинаковой в течение всего периода стимуляции, в колебательном протоколе tDCS интенсивность тока колеблется на заданной частоте вокруг заданного значения. Поэтому этот тип протокола модулирует не только возбудимость, но и увлекает нейронные колебания соответствующих областей мозга. Важно отметить, что как для постоянного, так и для колебательного tDCS электроды сохраняют одинаковую полярность тока на протяжении всей продолжительности стимуляции.

Здесь мы представляем монтажи tDCS, которые нацелены на узлы в лобно-парието-гиппокампальной сети для продвижения памяти – как WM, так и AM: в частности, два монтажа электродов с целевым электродом над левым / правым DLPFC или левым / правым PPC. В дополнение к постоянному анодальному протоколу tDCS мы описываем тета-колебательный протокол tDCS.

Дизайн исследования
Прежде чем предоставить подробное руководство по использованию tDCS для улучшения памяти, мы опишем несколько основных свойств экспериментального дизайна, которые важно учитывать при планировании исследования tDCS на память.

Фиктивный контроль
Чтобы оценить влияние tDCS на память, исследование необходимо контролировать. Это означает, что в одном из экспериментальных условий протокол напоминает реальный сеанс стимуляции, но лечение не проводится. Этот поддельный или фиктивный сеанс служит ориентиром для сравнения производительности после реального tDCS и делать выводы о его эффективности. Как правило, в фиктивном протоколе ток применяется только в течение короткого периода – обычно до 60 секунд в начале и в конце фиктивной стимуляции в качестве наращивания с последующим немедленным снижением (т. Е. Затуханием / затухаем, до 30 секунд каждый) модой. Таким образом, гарантируется, что продолжительность стимуляции недостаточна для получения каких-либо поведенческих или физиологических эффектов. Поскольку местные ощущения кожи/кожи головы обычно наиболее выражены в начале и в конце стимуляции (из-за изменения интенсивности тока), ощущения, индуцированные во всех протоколах, сопоставимы и трудно различимы25. Таким образом, участник ослеплен тем, является ли стимуляция реальной или нет, что особенно важно в внутрипредлагательных проектах.

Помимо фиктивного контроля, для оценки специфики воздействия колебательных протоколов целесообразно иметь и активное контрольное состояние. Например, активным контролем для колебательного протокола может быть постоянная анодальная стимуляция одинаковой интенсивности26,27или колебательная стимуляция на разной частоте, например, тета против гаммы28.

Внутри или между предметами проектирования.
В внутрипредыспытном дизайне каждый участник проходит как реальный, так и фиктивный tDCS, в то время как в дизайне между предметами одна группа участников получает реальное, а другая группа получает фиктивные tDCS. Основным преимуществом внутритеминного дизайна является лучший контроль предметно-специфических путаниц. То есть, индивидуальные различия в анатомии и когнитивных способностях лучше всего контролировать, когда каждый участник сравнивается со своим «я». Однако, поскольку внутрипредлагаемый дизайн должен применяться в перекрестном режиме (т.е. половина участников получает реальный tDCS в первой сессии и sham во второй сессии, в то время как другая половина участников получает фиктивный первый и реальный tDCS во второй), этот дизайн может быть неоптимальным для клинических и учебных исследований, а также исследований, включающих несколько сеансов tDCS в течение последовательных дней, потому что конструкция кроссовера может привести к неравным базовым линиям между кроссоверными рычагами. Таким образом, внутрисубпозитный дизайн лучше всего подходит для оценки поведенческих или физиологических эффектов одного сеанса tDCS, и когда неравные исходные линии не считаются проблемой для исследовательской гипотезы. При внутрисубпозитивном проектировании, оценивая эффекты одного сеанса tDCS, хорошей практикой является сохранение 7 дней между реальным и фиктивным сеансом tDCS, чтобы избежать эффектов переноса (однако некоторые исследования показывают, что даже более короткие периоды вымывания существенно не влияют на результаты29,30)и использовать параллельные формы задач памяти в уравновешенном порядке, чтобы свести к минимуму эффекты обучения и обучения между сессиями.

Когда используется проектирование между субъектами, контрольная группа должна быть тщательно подобрана для базовой производительности, а также других соответствующих характеристик, которые, как известно, имеют отношение к эффективности tDCS. Случайное групповое распределение может быть не лучшим подходом в небольших размерах выборки (например, <100), поскольку оно может привести к неоптимальному сопоставлению. В любом случае базовые показатели должны учитываться в статистическом анализе.

Размер выборки.
Один из часто задаваемых вопросов: «Сколько участников нужно для обнаружения эффектов tDCS». Ответ на этот вопрос зависит от нескольких аспектов исследования, включая экспериментальный дизайн, ожидаемые размеры эффектов, тип статистического анализа и т. Д. Размеры выборки в экспериментах по стимуляции мозга часто слишком малы, и, по оценкам, исследования в этой области упускают около 50% истинных положительных результатов, потому что они недостаточно сильны31. Анализ мощности позволяет определить адекватный размер выборки для каждого конкретного эксперимента на основе дизайна исследования и ожидаемого размера эффекта для запланированного статистического анализа. Анализ мощности может быть выполнен в среде R или с использованием свободного специализированного программного обеспечения, такого как G*Power32,и он всегда должен выполняться априори (т.е. до эксперимента). Мощность должна быть установлена на уровне >,80 (в идеале 0,95), а ожидаемый размер эффекта на задачи памяти после одного сеанса tDCS обычно составляет 0,15-0,20 (η2),то есть Коэн f 0,42-0,50. Поэтому обычно необходимо зарегистрировать 20-30 участников в общей сложности для эксперимента внутри субъекта и 30-40 участников в группе для межтемосного исследования, чтобы достичь удовлетворительной мощности и, таким образом, уменьшить ошибку типа II. Однако размер выборки зависит от количества других факторов, включая запланированный анализ, и чувствительности используемых мер поведения. Поэтому в идеале можно было бы провести первоначальный эксперимент, чтобы понять размеры эффекта для конкретного проекта и использовать эти данные в качестве входных данных для анализа мощности. Однако важно отметить, что проведение пилотного эксперимента только на нескольких участниках приведет к ошибочным и ненадежным оценкам размеров эффекта. Поэтому, если ресурсы ограничены, лучше полагаться на предыдущие исследования с сопоставимыми результатами и использовать несколько более консервативный подход, то есть оценивая несколько меньшие размеры эффекта, чем сообщается в литературе.

Показатели результатов
Для оценки эффективности tDCS на память необходимо выбрать адекватные поведенческие задачи. Фактически, выбор задачи памяти является одним из важнейших аспектов дизайна исследования, поскольку способность обнаруживать эффект tDCS напрямую зависит от чувствительности задачи. Проблема здесь заключается в том, что большинство стандартизированных инструментов оценки памяти или классических нейропсихологических задач могут быть недостаточно чувствительными для обнаружения эффектов tDCS в конкретных популяциях. Кроме того, большинство стандартизированных задач недоступны в двух или более параллельных формах и, следовательно, не могут использоваться в проектах внутри предметов. По этой причине в большинстве исследований памяти tDCS используются пользовательские задачи сборки. При разработке или выборе меры результата следует убедиться, что задача состоит из: (1) фокусной/селективной меры интересующей функции памяти; (2) чувствительные (т.е. что шкала достаточно тонкая, чтобы обнаружить даже небольшие изменения); (3) вызов для участников (т.е. что сложность задачи достаточна и, таким образом, позволяет избежать клеточных эффектов); (4) надежный (т.е. что погрешность измерения максимально сведена к минимуму). Поэтому следует использовать эмпирически подтвержденные строго параллельные формы запоминающих задач, которые имеют достаточное количество испытаний – как для обеспечения чувствительности меры, так и для максимизации ее достоверности. В идеале задания должны быть предварительно протестированы в группе, отобранной из той же популяции, что и участники эксперимента, чтобы убедиться, что максимальная производительность недостижима и что формы задач имеют равные показатели сложности. Наконец, лучше всего использовать компьютеризированные задачи, когда это возможно, поскольку они позволяют контролировать продолжительность и точное время. Таким образом, исследователи могут гарантировать, что все участники проходят оценку памяти одновременно в отношении времени стимуляции (либо во время, либо после tDCS). Продолжительность каждого задания или блока задач не должна превышать 10 минут, чтобы избежать усталости и колебаний уровня внимания; когнитивная оценка не должна быть длиннее 90 минут в общей сложности (включая задания как во время, так и после tDCS).

Protocol

Эта процедура была одобрена Комитетом по институциональной этике и соответствует Хельсинкской декларации и руководящим принципам исследований на людях. 1. Материалы ПРИМЕЧАНИЕ: Для каждой сессии tDCS подготовьте следующие материалы(рисунок 1). Получите устройство tDCS – используйте только устройство tDCS с батарейным питанием или подключенное к сети оптически изолированное устройство tDCS. Устройство должно функционировать как стимулятор постоянного тока с максимальной выходной мощностью, ограниченной предпочтительно диапазоном в несколько миллиампер. Устройство должно иметь одобрение регулирующих органов для использования человеком. Получить резиновые электроды – используйте либо 5 см х 5 см квадратной формы, либо 25см2 круглых электрода. Эти электроды будут иметь плотность тока между 0,06 мА/см2 и 0,08 мА/см2 для токов 1,5 мА-2 мА соответственно. Подготовьте губчатые карманы, которые подойдут к резиновым электродам. Если карман губки слишком большой, это увеличит поверхность контакта с кожей. Готовят физиологический раствор (стандартный 0,9% NaCl). Готовят алкоголь (70%). Получите регулируемый силиконовый колпачок – головные ремни также могут быть использованы, однако силиконовые колпачки ЭЭГ могут быть лучше отрегулированы под размер и форму головы участников и, следовательно, более удобны для размещения электродов. Получите измерительную ленту (гибкую; пластиковую или ленточную). Приобретите кожный маркер – карандаши для кожных маркеров или различные средства для макияжа (например, карандаш для глаз или карандаш для теней для век), последние могут быть еще удобнее, так как они дерматологически протестированы и легко снимаются. Приобретите ватные диски. Получите гребенчатые и одноразовые мини-силиконовые резинки для волос. Приобретите шприц или пластиковую пипетку. Подготовьте лист протокола – заполните форму для получения основной информации о сессии, т.е. удостоверения личности участников, идентификатора исследования, даты, времени, заметок и т.д. (см. Приложение для примера). Подготовьте таблицу с заранее рассчитанными головными мерами, чтобы помочь с размещением электродов.ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы ускорить процесс и уменьшить вероятность ошибок, желательно иметь эту таблицу готовой заранее. Измерение основано на системе размещения электродов ЭЭГ 10-20; значения, используемые для расчетов, представляют собой расстояния насион-инион/левый-правый-преаурикулярный (см. ниже). В таблице приведены значения 20% для диапазона значений расстояния. Мы сочли наиболее удобным встраивать таблицу в лист протокола (Приложение). Подготовьте анкеты. Для каждого сеанса соберите данные об ощущениях и побочных эффектах до и после tDCS; ощущения и уровень (не)приятности во время tDCS; настроение и общее субъективное состояние, т.е. свежесть/усталость. Рисунок 1:Материалы для эксперимента tDCS (подробнее см. текст). 1) устройство tDCS; 2) электроды; 3) губки; 4) солевой раствор; 5) алкоголь; 6) силиконовый колпачок; 7) измерительная лента; 8) кожный карандаш; 9) ватные диски; 10) расчески и силиконовые повязки для волос; 11) шприц Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. 2. Программирование протоколов стимуляции ПРИМЕЧАНИЕ: Точные шаги в программировании протокола tDCS различаются в зависимости от систем/устройств tDCS. Тем не менее, все устройства tDCS обеспечивают основные особенности – способность производить постоянный ток с желаемой интенсивностью стимуляции, способность постепенно наращивать вверх и вниз, а также метод установки продолжительности стимуляции. Более продвинутые протоколы, такие как тета-колебательный tDCS, требуют устройств / систем, которые позволяют использовать пользовательские протоколы стимуляции. Постоянный анодальный tDCS Определите стандартный протокол постоянной анодальной tDCS(рисунок 2A)как: (1) период затухания в 30 секунд, когда интенсивность тока постепенно увеличивается с 0 мА до целевой интенсивности (мы обычно используем 1,5 мА, но можно использовать и другие интенсивности, при условии, что они остаются в пределах безопасности); (2) период стимуляции, в течение которого подается постоянный ток целевой интенсивности (например, 1,5 мА); и (3) период затухания в 30 секунд, когда интенсивность тока постепенно снижается до 0 мА. Рисунок 2:протоколы tDCS: (A) Константная анодальная tDCS; (B) Тета-колебательная tDCS; (3) Фиктивный tDCS. Затухание в период отмечено оранжевым цветом; Период затухания отмечен зеленым цветом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Тета-колебательный tDCS Тета-колебательный tDCS подает ток различной интенсивности, но не переключает полярности(рисунок 2B). Поэтому определите форму сигнала, в которой подается ток, следующим образом: (1) период затухания в 30 секунд, когда интенсивность тока постепенно увеличивается с 0 мА до целевой интенсивности (например, 1,5 мА); (2) период стимуляции в 19 минут, в течение которого ток колеблется вокруг целевой интенсивности в пределах заданного диапазона амплитуд (мы используем колебания ± 0,5 мА целевой интенсивности) на выбранной частоте (мы обычно используем частоту 5 Гц в качестве репрезентативного для тета-ритма); и (3) период затухания в 30 секунд для доведения интенсивности тока до 0 мА.ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол может быть сгенерирован любым экспериментальным управляющим программным обеспечением (например, CED Signal) и доставлен через интеллектуальный интерфейс (например, диапазон устройств CED 1401), совместимый с устройством tDCS, которое должно использоваться. Некоторые более продвинутые специализированные системы транскраниальной электрической стимуляции (tES), помимо tDCS, также могут обеспечивать переменный ток (tACS) и случайную шумовую стимуляцию (tRNS). Они также могут быть использованы для генерации колебательного протокола tDCS. Например, в StarStim тета-колебательный протокол tDCS определяется как линейная комбинация tDCS (1,5 мА) и tACS (±0,5 мА, 5 Гц). Этот тип протокола может быть персонализирован в том смысле, что не все участники получают колебательную стимуляцию на одной частоте (т. Е. 5 Гц), но частота настраивается на доминирующую частоту в тета-диапазоне для каждого человека (например, Человек 1: 5 Гц, Человек 2: 6 Гц, Человек 3: 4,5 Гц и т. Д.).     Фиктивный tDCS Используйте фиктивный протокол с той же длительностью, что и константа/колебательная tDCS(рисунок 2C). А именно, определите его как: (1) первый период затухания/выцветания, в течение которого ток постепенно увеличивается до целевой интенсивности (например, 1,5 мА) и постепенно снижается до 0 мА в течение первых 60 секунд (2) 18 минут 0 мА, и (3) второй период затухания/ выцветания, который снова длится 60 секунд.ПРИМЕЧАНИЕ: Альтернативным подходом было бы использование очень низкой интенсивности тока в течение всего периода стимуляции (20 мин). Этот тип фиктивного протокола запрограммирован так же, как и анодальная стимуляция (только интенсивность тока установлена на (0,1 мА) и предназначена для создания кожных ощущений, но интенсивность слишком неделю, чтобы произвести какие-либо физиологические эффекты33. 3. Размещение электродов(рисунок 3) Монтаж электродов DLPFC: Для стимуляции DLPFC поместите целевой (анодальный) электрод на F3 (слева) или F4 (справа) международной системы ЭЭГ 10-20. Поместите возвратный электрод (катодальный) на контралатеральную щеку – т.е. правую щеку для анода F3 и левую щеку для анода F4. Монтаж электродов PPC: Для стимуляции над PPC поместите целевой (анодальный) электрод на P3 (слева) или P4 (справа) международной системы ЭЭГ 10-20. Поместите возвратный электрод (катодальный) на контралатеральную щеку так же, как и при монтаже DLPFC. Размещение электрода мишени Найти F3 на голове участников Используйте измерительную ленту для измерения расстояния между носом (самая глубокая точка носового моста) и инионом (наиболее выраженной точкой наружного затылочного выступа), проходящим через верхнюю часть головы. Отметьте расстояние на полпути маркером кожи тонкой линией. Измерьте расстояние между ушами (используйте преаурикулярные точки в качестве ориентиров), проходящие через верхнюю часть головы, и отметьте расстояние на полпути тонкой линией. Найдите центральную позицию вершины или средней линии, называемую Cz, на пересечении двух средних линий. Четко отметьте его маркером кожи. Измерьте еще раз расстояние между носом, но на этот раз над Cz, и запишите расстояние как меру A. Снова измерьте расстояние между ушами, на этот раз пройдя над Cz, и запишите расстояние как меру B. Рассчитайте 20% расстояния A и 20% расстояния B (или см. лист протокола для предварительно рассчитанных значений). Переместите 20% расстояния А вперед от Cz вдоль линии назиона, чтобы достичь Fz (средняя линия фронта) и отметить место. Переместите 20% расстояния B влево от Cz вдоль межаурикулярной линии, чтобы достичь C3 (левый центральный) и отметить место. Двигайтесь на 20% вперед от формы C3 (параллельно линии назиона-иниона) и на 20% влево от Fz (параллельно с межаурикулярной линией), чтобы достичь F3 на пересечении. Отметьте F3 маркером кожи и поместите центр электрода в точку. Чтобы найти F4,выполните ту же процедуру только на правой стороне головы. Найти P3 на голове участников Выполните шаги 3.3.1.1-3.3.1.5, как описано выше (найдите Cz, обратите внимание на расстояние A и B, рассчитайте 20%). Переместите на 20% расстояния A назад от Cz вдоль насион-иниона, чтобы достичь Pz (теменной средней линии) и отметить пятно. Переместите 20% расстояния B влево от Cz вдоль межаурикулярной линии, чтобы достичь C3 и отметить место. Двигайтесь на 20% назад от C3 (параллельно линии назиона-иниона) и на 20% влево от Pz (параллельно с межаурикулярной линией), чтобы достичь P3 на их пересечении. Отметьте P3 маркером кожи и поместите центр электрода в точку. Чтобы найти P4,выполните ту же процедуру только на правой стороне головы. Размещение возвратного электрода После закрепления целевого электрода регулируемым силиконовым колпачком (см. пошаговую процедуру) вставьте возвратный электрод ниже подбородочной ленты, чтобы закрепить контакт электрода с контралатеральной щекой. Рисунок 3:Схема размещения электродов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. 4. Пошаговая процедура Перед сеансом tDCS Проверьте, удовлетворяет ли каждый участник критериям включения, определенным в этическом одобрении исследования (см. Приложение для наиболее распространенных критериев включения/исключения). Попросите участника заполнить информационный лист Участника (включая всю соответствующую информацию, такую как возраст, пол, потребление никотина / алкоголя и т. Д.34). Следуйте этическим рекомендациям институционального наблюдательного совета и попросите участника подписать информированное согласие. Используйте эту возможность, чтобы объяснить основные аспекты процедуры, которую они будут проходить, и ответить на любые вопросы, которые могут возникнуть у участников. В зависимости от дизайна исследования, выполните базовую когнитивную оценку (память и / или другие когнитивные функции). Настройка и стимуляция tDCSУдобно усадьте участника в кресло. Попросите участника заполнить контрольный список ощущений до tDCS и сообщить об общем состоянии (т. Е. Текущее настроение; свежесть / усталость – их можно оценить либо как один элемент типа Лайкерта, либо с помощью стандартизированных анкет, таких как Краткая шкала самоанализа настроения35). Принимайте головные меры с помощью измерительной ленты. Для обнаружения DLPFC или PPC следуйте описанной выше процедуре (размещение электродов). Запишите меры в лист протокола для каждого участника. Они могут быть использованы для проверки при измерении в последующих сеансах. Чтобы увеличить проводимость, отодвиньте волосы участника от места стимуляции (используйте расческу и резинки для волос для участников с длинными волосами). Осмотрите на наличие признаков повреждения кожи в месте стимуляции. Избегайте размещения электродов над поврежденной кожей. Очистите поверхность кожи, где будут размещены электроды, используя пропитанные спиртом ватные диски для удаления жира, грязи и т. Д., И дайте ей высохнуть (используйте средство для снятия макияжа, если у участника тяжелый макияж на щеке). Наденьте силиконовый колпачок на голову участника и закрепите его подбородком. Не делайте колпачок тугим (это будет сделано позже). Замочите карманы губки солевым раствором и поместите внутрь электроды. Губки должны быть влажными, но не капающими; обычно достаточно 10-15 мл физиологического раствора на губку. Если губки слишком сухие, это вызовет высокое сопротивление и приведет к плохой проводимости, даже потеряв соединение цепи.ПРИМЕЧАНИЕ: Большинство устройств tDCS имеют индикаторы сопротивления; однако губки следует время от времени проверять на влажность. С другой стороны, если губки чрезмерно влажные, это может привести к тому, что ток сместится по голове во время стимуляции. Рекомендуется иметь губки средне влажными и использовать шприц, чтобы добавить больше физиологического раствора во время эксперимента, если губки становятся слишком сухими. Поместите губчатый электрод под силиконовые ремни и расположите центр целевого электрода на отмеченном месте головки. Установите возвратный электрод на контралатеральную щеку. Используйте силиконовые ремни, чтобы отрегулировать колпачок в соответствии с размером и формой головы участника. Колпачок должен быть плотным, чтобы электроды не могли двигаться, но все равно удобными для участника. Включите стимулятор, выберите и запустите предопределенный протокол tDCS (активная анодальная стимуляция или фиктивная). Попросите участника расслабиться и позвольте ему сообщить, как он себя чувствует в течение первых нескольких минут стимуляции (1-3 минуты). Объясните, что ощущения будут медленно исчезать, когда они привыкают к этому или когда они начинают фокусировать свое внимание на какой-то другой деятельности. Чтобы избежать неструктурированных действий, которые могут мешать эффектам стимуляции, используйте легкое когнитивное взаимодействие во время tDCS. Например, участники могут выполнять практические испытания когнитивных задач или участвовать в легких играх на память во время стимуляции (начиная с 3-5 минут стимуляции). Этот тип когнитивного взаимодействия во время стимуляции может способствовать эффектам tDCS и поможет участникам удерживать ум от кожных ощущений, вызванных tDCS. Попросите участника сообщить, как он себя чувствует несколько раз во время стимуляции (например, сообщать об уровне неприятностей по 10-балльной шкале каждые 5 минут стимуляции, 1 – полностью отсутствует, 10 – очень интенсивно). Более высокие уровни неприятностей (>6) можно было ожидать во время периодов затухания у некоторых участников. Если уровень неприятностей остается высоким, через 5 минут прервать стимуляцию. По истечении заданного протокола выключите стимулятор. Сначала снимите губчатые электроды, а затем снимите силиконовый колпачок. Попросите участника заполнить контрольный список ощущений после tDCS и сообщить о любых побочных эффектах, которые еще не перечислены. Очистите кожу на местах, где она была отмечена и осмотрите кожу на предмет каких-либо изменений. Если есть кожная реакция (например, местная вазодилатация, то есть покраснение кожи на щеке), следите за тем, как она исчезает, так как это обычно преходящая реакция у участников с чувствительной кожей, и должна исчезнуть в течение 10-15 минут. Оценка памяти Чтобы стандартизировать оценку среди участников, используйте компьютеризированные инструменты оценки, то есть задачи памяти с автоматическим подсчетом баллов. Несколько задач WM (например, вербальные и пространственные задачи с 3-х спиной) и am заданий (вербальное парное обучение; запоминание лицевого слова, местоположение объекта и т. Д.) Можно найти здесь: https://osf.io/f28ak/?view_only=f8d5e8dd71d24127b3668ac3d8769408 Для оценки специфичности влияния tDCS на память целесообразно включить контрольные задачи, то есть задачи, включающие другие когнитивные или двигательные функции. Окончание экспериментальной сессии/исследования После (последнего) экспериментального сеанса в исследовании попросите участника попытаться угадать сеансы, в которых они получили реальную и фиктивную стимуляцию. Запишите все ответы и посмотрите, выше ли полученные пропорции вероятности случайности. Если нет, то ослепление было успешным. Если бы участники смогли отличить реальную стимуляцию от фиктивной, проанализируйте данные для тех, кто угадал правильно, и тех, кто не проверил, повлияло ли неудачное ослепление на эффекты tDCS. В соответствии с этическими принципами, подробно проведите брифинг для участников после завершения их участия. После экспериментальной сессии Вымойте губки проточной водой с мылом, чтобы солевой раствор полностью смыло. Дайте губке полностью высохнуть, прежде чем убирать их. Используйте теплую воду и спирт для очистки всех многоразовых материалов, включая гребень, силиконовый колпачок и измерительную ленту. Делайте заметки обо всех необычных, неожиданных или незапланированных событиях, которые могли произойти во время сеанса, включая любые неисправности оборудования, соответствующие комментарии, сделанные участником, перерывы и т. Д.

Representative Results

Описанный протокол был успешно использован для повышения производительности памяти в нескольких исследованиях в нашей лаборатории. Однако аналогичные протоколы использовались и в других исследовательских лабораториях (например, см.36,37). Когда дело доходит до рабочей памяти, наши результаты показали, что 20-минутный правый фронтальный tDCS (местоположение F4; постоянный ток 1,8 мА) усилил вербальный WM, в то время как тот же протокол стимуляции, примененный к левой теменной коре (местоположение P3), привел к улучшению пространственной производительности WM. Напротив, не было обнаружено значимых эффектов, когда один и тот же протокол стимуляции применялся над левой лобной (F3) и правой теменной (P4) корой. На рисунке 4 показаны репрезентативные результаты моделирования электрического поля, генерируемого tDCS, а также показатели производительности после активного и фиктивного tDCS на основе данных, представленных в Živanović et al., 202138. Рисунок 4:(A) Влияние постоянного анодального tDCS левого PPC (P3-контралатеральный монтаж щек) на производительность пространственной рабочей памяти (пространственная задача 3-back); (B) Влияние постоянного анодального tDCS правого DLPFC (F4-контралатеральный монтаж щеки) на вербальную производительность WM (вербальная задача 3-back). На рисунке показано моделирование электрических полей, индуцированных tDCS, наброски испытаний задач и производительность внутри субъектов в активном и фиктивном состоянии (значения центрированы в порядке сеанса для учета уравновешивания, то есть положительные значения указывают на производительность выше среднего, в то время как отрицательные значения указывают на производительность ниже среднего на сеансе). Моделирование локальных электрических полей, генерируемых электродной установкой, выполняется с помощью набора инструментов COMETS2 MATLAB 41. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Влияние теменной tDCS на ассоциативную память было последовательным и надежным. То есть в серии экспериментов внутри субъекта мы показали, что 20 минут tDCS над левым PPC (местоположение P3; постоянный ток 1,5 мА) улучшает память на фейсворные ассоциации27,39,40. На рисунке 5 показаны репрезентативные задачи и результаты. Кроме того, сопоставимые эффекты наблюдались на am задаче оценки ассоциаций объект-местоположение, когда правильный PPC (местоположение P4) стимулируется с использованием того же постоянного протоколаtDCS 40. Рисунок 5:Влияние константного анодального tDCS левого PPC (P3-контралатеральный монтаж щеки) на производительность ассоциативной памяти (A)Задача пар лиц-слов; (B) Влияние постоянного анодального tDCS левого PPC (P3-контралатеральный монтаж щеки) на производительность ассоциативной памяти (доля правильно вспоминаемых слов на сигнале). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Более продвинутые протоколы, такие как тета-колебательный tDCS, были менее широко изучены, однако исследование Ланга и его коллег26, а также недавнее исследование, проведенное в нашей лаборатории27, показали улучшение качества AM после тета-колебательного протокола tDCS по сравнению с фикцией. На анимированном рисунке показано моделирование электрического поля, индуцированного тета-колебательным tDCS над левым PPC. Видео 1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео. Приложение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эти файлы. 

Discussion

Результат исследования памяти tDCS зависит от ряда факторов, и некоторые из которых, например, однородность / неоднородность выборки, достаточная статистическая мощность, сложность задач памяти и мотивация участников обсуждались ранее (см. Berryhill, 2014). Несколько отличных работ по методу tDCS, а также более общие учебные пособия по применению tDCS для изучения когнитивных функций доступны и могут быть хорошо применены к исследованиям памяти (см.17,43,44,45,46,47). Здесь мы сосредоточимся на аспектах протокола, которые, исходя из нашего опыта, актуальны, но часто упускаются из виду или не обсуждаются достаточно подробно в других местах.

Размещение возвратного электрода. Важно иметь в виду, что возвратный электрод является не пассивным, а клеммой отрицательной полярности (т.е. катодом). Поэтому он может вызывать физиологические эффекты, противоположные электроду-мишени. Кроме того, поток тока зависит от позиционирования возврата так же, как и от целевого электрода. Более того, поскольку ток течет по пути наименьшего сопротивления, если анод и катод расположены слишком близко друг к другу, ток может протекать только по поверхности кожи и/или через спинномозговую жидкость между электродами, оставляя таким образом кортикальную ткань незатронутой. По этим причинам тщательный выбор возвратного электрода так же важен, как и положение целевого электрода. Существуют метааналитические данные, свидетельствующие о том, что экстракраниальные катоды с большей вероятностью производят значительные эффекты48. Позиционирование возвратного электрода на контралатеральной щеке для улучшения памяти было основано на моделировании текущего потока и выбрано, чтобы избежать потенциальных смешанных эффектов генерации отрицательной полярности над областями мозга, не имеющими отношения к функциям. Позиционирование возвратного электрода на контралатеральной щеке успешно использовалось в предыдущих исследованиях WM (см.36,37,38,49,а также в исследованиях AM27,39,40)и было выделено как хороший выбор для монтажей tDCS, направленных на модуляцию других когнитивных функций, а также45.

Ослепление. В одиночных слепых экспериментах, чтобы обеспечить ослепление участника, положение стимулятора и/или дисплей мониторинга должны быть вне поля зрения участника. Это особенно важно при использовании стимуляторов, которые имеют индикаторы, указывающие, когда устройство включено и / или дает ток. Для двойных слепых конструкций (когда и участник, и экспериментатор не знают о протоколе, который администрируется), следует использовать опцию двойного слепого или аналогичную опцию, доступную для данного устройства. Если такой вариант отсутствует, то рекомендуется использовать процедуру с двумя экспериментаторами. То есть один экспериментатор приходит только для запуска протокола стимуляции, в то время как другой экспериментатор, который проводит участника через эксперимент, включая последующую задачу памяти и анализирует данные, покидает комнату непосредственно перед и во время стимуляции. По методологическим стандартам, двойные слепые эксперименты предпочтительнее однослепых конструкций, потому что они уменьшают предвзятость или эффекты «экспериментатора». Это очень актуально при проведении клинических испытаний и/или использовании основанных на интервью оценок когнитивных функций. Тем не менее, ослепление экспериментатора является меньшей проблемой, когда участники высоко мотивированы максимизировать свою производительность (что в основном имеет место в оценке памяти или когнитивном улучшении в целом), и когда задача управляется, а также оценивается автоматически (т. Е. Когда экспериментатор практически не участвует в фазе оценки).

Активность во время tDCS. Авторы статей tDCS редко сообщают о том, что делали участники во время стимуляции. Когда о деятельности не сообщается, обычно подразумевается, что участникам было поручено удобно сидеть и расслабляться. Однако отсутствие структурированной активности представляет собой источник неконтролируемого «шума» в экспериментах. А именно, 20 минут – это довольно большой срок, поэтому некоторые участники могут использовать время, чтобы расслабиться (с возможностью даже заснуть), в то время как другие могут сосредоточиться на ощущениях tDCS или начать размышлять или чрезмерно думать о некоторых не связанных с tDCS темах. Имеются данные, свидетельствующие о том, что функциональная, но не утомительная деятельность, выполняемая во время tDCS, может способствовать эффектам tDCS50. По этим причинам в наших экспериментах участники выполняют либо практические испытания задач памяти, которые будут использоваться в качестве показателей результатов, либо аналогичные задачи памяти. Практические испытания являются хорошим выбором, потому что они задействуют те же нейронные сети, что и целевая функция, но проще и, следовательно, не разочаровывают и не утомляют участников. Кроме того, выполнение практических испытаний во время стимуляции является экономичным в том смысле, что сокращает время тестирования после tDCS, что является преимуществом, особенно когда дизайн исследования включает в себя несколько задач, которые должны быть выполнены после tDCS. Тем не менее, практические испытания обычно намного короче, чем 20 минут, поэтому альтернативная деятельность также должна быть представлена. Для этой цели мы использовали общие игры памяти40,которые держат участников сосредоточенными, помогают им скоротать время и удерживать ум от ощущений, вызванных tDCS, и делают их в целом более комфортными в условиях тестирования. Несколько вещей, которые следует иметь в виду при выборе задачи памяти, которая будет выполняться во время tDCS, заключаются в том, что задача не должна быть сложной, но и не скучной (адаптивные задачи, поставленные с 80% успешностью, хороши в этом контексте); задание не должно иметь материала, который может помешать последующей оценке памяти (например, при оценке памяти для лиц и слов можно использовать абстрактные пары изображений/форм). Другим важным вопросом является продолжительность «периода привыкания», то есть как долго после начала стимуляции участники должны начать выполнять «отвлекающих действий». Существуют индивидуальные различия в интенсивности ощущения и времени привыкания, но большинство участников будут готовы начать деятельность через 3-5 минут стимуляции.

Кожные ощущения. Некоторые участники могут быть более чувствительны к кожным эффектам tDCS, сообщая о повышенном уровне дискомфорта, хотя это происходит не очень часто. Важно информировать участников о потенциальных ощущениях, которые они могут испытать до эксперимента. Если кто-то боится процедуры, мы часто позволяем участникам «почувствовать» ток на руке, прежде чем надеть губки на голову. Участники должны постоянно контролироваться и просить их предоставлять обратную связь об их уровне комфорта и ощущений через регулярные промежутки времени. Если участник сообщает о повышенном уровне дискомфорта, всегда предлагайте прервать эксперимент. Важно, чтобы участники знали, что стимуляция может быть остановлена в любое время, если они попросят. Если участник решает прекратить стимуляцию, ток должен медленно отключаться (резкая отмена протокола стимуляции может вызвать еще более сильные ощущения). Часто рекомендуется, чтобы в случае неприятных ощущений интенсивность тока временно понижалась до максимально комфортного уровня, пока участник не приспособится, а затем постепенно возвращалась к целевой интенсивности. Это кажется подходящей альтернативой прекращению протокола стимуляции, особенно если tDCS используется в клинических условиях. Однако, когда tDCS используется для исследовательских целей, и особенно в относительно небольших выборках, важно, чтобы все участники проходили одну и ту же процедуру. Поэтому прекращение эксперимента предпочтительнее снижения интенсивности стимуляции для некоторых участников на некоторое время.

Представление методологии tDCS и мониторинг потенциальных путаниц. Область исследований tDCS очень неоднородна в отношении методов и мер, поэтому важно четко сообщать обо всех аспектах процедуры tDCS, включая процедуру ослепления и оценку; позиционирование головы мишени, а также положение возвратного электрода; размер и форма электродов; тип используемого проводящего вещества (физиологический раствор или гель); интенсивность тока (мА) и плотность(мА/см2),а также продолжительность периода затухания/выцветания; уровни импеданса при измерении; продолжительность стимуляции (включая период затухания/выцветания); подробный отчет о мероприятиях, в которые участники были вовлечены во время стимуляции; сроки и продолжительность когнитивных задач после стимуляции (включая перерывы, если таковые есть). Этот тип информации облегчает стандартизацию и систематический анализ опубликованных исследований (см. недавний обзор,например, 51). Аспекты, о которых редко сообщается, – это эффект потенциально модерировки / смешения переменных, таких как время дня сеанса tDCS, уровень усталости / настроения, о котором сообщают участники, успешность ослепления (т. Е. Убеждения о типе стимуляции, которую они получают), порядок экспериментальных сеансов в внутрипредметных проектах и т. Д. Сообщалось, что большинство из этих переменных модулируют эффекты tDCS, но их эффект остается недостаточно изученным и непоследовательно сообщается. Поэтому исследования tDCS должны обеспечивать сбор и отчет о любых потенциально смешанных переменных; в таблицах 10A, 10B, 11 Antal и коллег34.

Применение описанного протокола для анодального tDCS либо в его стандартном, либо, более того, в его продвинутом виде (т.е. колебательно-модулированном tDCS) обеспечивает средство не только для усиления функций памяти (и перспективного использования в клинических популяциях), но и позволяет и исследование нейробиологии функциональных нейронных сетей, стоящих за этими функциями.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было поддержано Научным фондом Республики Сербия, PROMIS, грантом No #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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS)Memory EnhancementWorking MemoryAssociative MemoryNon-invasive Brain StimulationAnodal StimulationDorsolateral Prefrontal CortexPosterior Parietal CortexCortical-hippocampal Network

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
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