Informácie

Ako presne funguje transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS)?

Ako presne funguje transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS)?

Metóda transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS) zahŕňa tok elektrického náboja z kladnej elektródy na zápornú.

Táto metóda nie je práve stimulačnou metódou, pretože súčasný prúd nevyvoláva spustenie neurónov, ako je TMS (transkraniálna magnetická stimulácia), ale modulovať úroveň excitability neurónov. Ako sa stane táto modulácia excitability?

Moja otázka znie presne takto:

Ako tento pozitívny alebo negatívny prúd interferuje s elektrickými poľami generovanými neurónmi?

referencie:


Nie som si istý, na akej úrovni náročnosti očakávate túto odpoveď, ale základná teória fungovania tDCS na bunkovej úrovni spočíva v tom, že neuróny orientované zhruba rovnobežne s líniami elektrického poľa trpia (čiastočnou) depolarizáciou bunkovej membrány axónového kopca keď sú dendrity neurónu orientované k anóde konštantného elektrického poľa a k opačnému efektu (hyperpolarizácia vrcholovej membrány) dochádza, keď sú dendrity orientované ku katóde. (Niedermeyerova elektroencefalografia, 6. vydanie, s. 1136) A na tejto základnej teórii sa veľa nestane, ak je neurón kolmý na elektrické pole. Ďalší spôsob, ako povedať to isté (ale stručnejšie) od Lefaucheur a kol .:

Primárnym účinkom tDCS na neuróny je podprahový posun pokojových membránových potenciálov smerom k depolarizácii alebo hyperpolarizácii v závislosti od aktuálneho smeru toku vzhľadom na axonálnu orientáciu.

Jednoduchá teória uvedená vyššie platí pre bunku izolovane. Som si ešte menej istý, že rozumiem vašej podrobnej otázke „Ako tento pozitívny alebo negatívny prúd interferuje s elektrickými poľami generovanými neurónmi?“ V sofistikovanejších prístupoch tvary buniek ovplyvňujú aj elektrické pole ovplyvňujúce blízke bunky; pozri napríklad Ye & Steiger. Nakoniec, v nehomogénnom médiu, ako je mozog, je celkom netriviálne určiť orientáciu miestneho elektrického poľa indukovanú niektorými vzdialenými elektródami. Na získanie riešenia je potrebné simulovať celý mozog, ako to urobili Wagner a kol. napríklad.

Na overenie toho, že tDCS v zásade funguje takto (tj. Ako modulácia, ako ste správne pozorovali), je možné experimentálne pridať ďalší stimul, ktorý môže spustiť aktiváciu neurónov, napríklad TMS, a zmerať, koľko z tohto dodatočného stimulu je potrebných na dosiahnutie rovnakého účinku. s a bez tDCS. Urobilo sa to napríklad vo vysoko citovanej štúdii Nitscheho a Paulusa. Pri tejto metóde pozorovali zmeny excitability až o 40%.

Základná teória nevysvetľuje úplne všetko, čo sa týka tDCS, najmä nevysvetľuje, prečo niektoré efekty pretrvávajú určitý čas po vypnutí jednosmerného prúdu; rozsah týchto účinkov závisí od aktuálnej intenzity a trvania stimulácie. Nitsche a Paulus diskutujú o niektorých teóriách, ktoré s tým súvisia, pričom uvádzajú, že tDCS pravdepodobne vyvoláva zmeny aj v rýchlosti spontánneho vybíjania.


Transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS) ako intervencia na zlepšenie empatických schopností a zníženie násilného správania u forenzných páchateľov: protokol štúdie pre randomizovanú kontrolovanú štúdiu

Nedávne štúdie ukazujú, že zmeny v jednej z oblastí mozgu súvisiace s empatickými schopnosťami (t.j. ventromediálna prefrontálna kôra (vmPFC)) zohrávajú dôležitú úlohu pri násilnom správaní sa voči zneužívateľom alkoholu a kokaínu. Podľa modelov Jamesa Blaira je empatia potenciálnym inhibítorom násilného správania. Jedinci s menej empatickými schopnosťami môžu byť menej vnímaví a motivovaní brzdiť násilné správanie, čo spôsobuje vyššie riziko násilia. Nedávny neurovedecký výskum ukazuje, že modulácia (stimulácia alebo inhibícia) určitých oblastí mozgu by mohla byť sľubnou novou intervenciou pre zneužívanie návykových látok a pre zníženie násilného správania, ako je napríklad neurostimulačná technika transkraniálna jednosmerná stimulácia (tDCS). Táto štúdia si kladie za cieľ skúmať tDCS ako intervenciu na zvýšenie empatických schopností a zníženie násilného správania u páchateľov kriminalistického užívania návykových látok.

Metódy/návrh

V dvojito zaslepenej, placebom kontrolovanej štúdii bude testovaná celková vzorka 50 pacientov zneužívajúcich forenzné látky (25 aktívnych a 25 simulovaných stimulácií), z ktorých polovica pacientov dostane aktívnu stimuláciu plus liečbu ako obvykle (TAU) a druhá polovica dostane simulovanú stimuláciu (placebo) plus TAU. Pacienti v aktívnom stave budú dostávať viackanálové tDCS zamerané na bilaterálny vmPFC dvakrát denne počas 20 minút počas piatich po sebe nasledujúcich dní. Pred a po stimulačnom období pacienti dokončia merania podľa vlastného hlásenia, vykonajú paradigmu agresie bodového odčítania (PSAP) a úlohu pasívnej empatie. Elektroencefalografia v pokojovom stave (rsEEG) sa bude vykonávať pred a po liečebnom období. Následné opatrenia sa vykonajú po 6 mesiacoch. Primárnym výsledkom je skúmanie viackanálových tDCS ako nového zásahu na zvýšenie empatických schopností a zníženie násilného správania u páchateľov s problémami so zneužívaním návykových látok. Okrem toho určíme, či sú intervencie tDCS ovplyvnené elektrofyziologické reakcie v mozgu. Nakoniec sa budú skúmať účinky tDCS na zníženie chuti do jedla.

Diskusia

Táto štúdia je jednou z prvých štúdií používajúcich viackanálové tDCS zacielené na vmPFC vo forenznej vzorke. Táto štúdia bude skúmať príležitosti na zavedenie novej intervencie s cieľom zlepšiť empatické schopnosti a obmedziť násilie u páchateľov forenzného užívania návykových látok. Táto štúdia konkrétne môže poskytnúť pohľad na to, ako implementovať intervenciu tDCS do prostredia každodennej klinickej praxe v tejto komplexnej cieľovej skupine s mnohými problémami a ako prispieť k zníženiu recidívy.

Skúšobná registrácia

Holandský skúšobný register, NTR7701. Registrované 12. januára 2019. Prospektívne zaregistrované pred fázou náboru. https://www.trialregister.nl/trial/7459.

Nábor sa začal 1. februára 2019 a bude ukončený približne v zime roku 2019. Verzia protokolu 1. 22. mája 2019.


1. Úvod

Porucha pozornosti a hyperaktivity (ADHD) je prevládajúca vývojová porucha charakterizovaná nedostatočnou úrovňou pozornosti, hyperaktivitou a impulzivitou a často súbežne s inými psychiatrickými poruchami. [1] Podľa Americkej pediatrickej akadémie môžu byť v dôsledku ADHD ohrozené rôzne oblasti života dieťaťa, ako napríklad akademický výkon, medziľudské vzťahy a pohoda, čo vyvoláva potrebu účinnej liečby. [1,2] Hlavné súčasné odporúčané a široko používané terapeutické stratégie vychádzajú z psychostimulantov a behaviorálnych terapií. Ukázali sa ako účinné a nákladovo efektívne v krátkodobom horizonte [1], avšak v literatúre boli hlásené nežiaduce účinky u detí a mladistvých pri použití niektorých z týchto liekov, medzi nimi tachyfylaxia, zvýšený krvný tlak a srdce mieru, nespavosť a zníženú chuť do jedla. [3 𠄶]

Niektoré štúdie uvádzajú vzťah medzi symptómami ADHD a deficitmi výkonných funkcií. [7] Centrálnymi výkonnými funkciami sú kognitívna flexibilita, inhibičná kontrola (sebakontrola a samoregulácia) a pracovná pamäť. K najkomplexnejším výkonným funkciám patrí riešenie problémov, uvažovanie a plánovanie. [8] Inhibičná kontrola, schopnosť inhibovať prepotentné akcie, sa u detí a dospelých s ADHD mení. [9] Navrhlo sa, že opakovaná transkraniálna magnetická stimulácia a transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS) v dorsolaterálnom prefrontálnom kortexe by mohla zlepšiť inhibičnú kontrolu, impulzivitu a rozhodovanie. [10]

V posledných desaťročiach bolo testovaných niekoľko intervencií a diagnostických nástrojov na poruchy mozgu a mysle. [11 �] Medzi nimi je tDCS vznikajúca neuromodulačná technika, ktorá používa elektrickú stimuláciu s nízkou intenzitou na moduláciu cieľových oblastí mozgu a má potenciálny terapeutický prínos, pretože neurofyziologický účinok aplikovaného prúdu je trvanlivý v priebehu času po ukončení stimulácie. [24] Anodický tDCS je založený na elektrickom prúde z generátora, ktorého cieľom je stimulovať určité kortikálne oblasti, čo spôsobuje zvýšenie miestneho prietoku krvi mozgom. [25] Tento nástroj sa v súčasnosti používa na liečbu rôznych psychiatrických a neurologických porúch, ako je schizofrénia, [26] dyslexia, [27] autizmus, [28] cerebelárna ataxia, [29] epilepsia, [30] unipolárna a bipolárna depresia , [31] pretože je považovaný za bezpečný a relatívne lacnejší ako iné neinvazívne prístupy k stimulácii mozgu. [32,33] Výhody nákladovej efektívnosti tDCS by mohli byť ešte dôležitejšie vzhľadom na krajiny s nízkymi a strednými príjmami. [34,35]

Predchádzajúce štúdie ukázali, že tDCS je bezpečnou a povzbudivou možnosťou pri liečbe ADHD, [10,36 �], čo dokazuje opodstatnenosť výskumu tejto metódy a jej nepriaznivých účinkov. Niektoré deti a mladiství majú navyše kontraindikácie používania psychoaktívnych drog, ktoré si vyžadujú použitie alternatívnych metód. Pilotná otvorená štúdia, ktorú vykonali Bandeira a kol. [38], ukázala zlepšenie niektorých výkonných funkcií, ako je selektívna pozornosť a inhibičná kontrola pomocou tDCS u detí a dospievajúcich s ADHD. Na ďalšie skúmanie týchto zistení by sa však mali vykonať ďalšie štúdie s vhodnou randomizáciou, zaslepením a väčšími veľkosťami vzoriek. Hlavným cieľom tejto štúdie je rozšíriť rozsah predchádzajúceho skúmania a dokázať reprodukovateľnosť zistení, ako aj zaistiť bezpečnosť techniky v tejto populácii.


Transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom je bezpečná liečba

Kredit: CC0 Public Domain

Transkraniálna jednosmerná stimulácia, tDCS, je sľubnou liečbou stavov, ako je depresia a návykové poruchy. Nové dôkazy o bezpečnosti transkraniálnej stimulácie jednosmerným prúdom nedávno ponúkla nová štúdia, ktorá ukazuje, že tDCS neovplyvňuje metabolizmus.

Transkraniálna jednosmerná stimulácia je neinvazívna metóda na moduláciu neuronálnej aktivity zavedením malého elektrického prúdu do mozgu prostredníctvom elektród umiestnených na temene hlavy.

"V predchádzajúcich štúdiách sa zistilo, že transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom okrem iného mení metabolizmus glukózy a hladiny stresových hormónov. Naša štúdia však skúmala viac ako 100 molekúl a na žiadnej z nich sme nepozorovali vplyv," hovorí Ph. .D. poznamenáva študent Aaron Kortteenniemi, hlavný autor štúdie, z Východofínskej univerzity.

Štúdia vykonaná v spolupráci medzi Univerzitou vo východnom Fínsku a Univerzitou v Helsinkách analyzovala 79 zdravých dospelých mužov. Polovica z nich dostala transkraniálnu jednosmernú stimuláciu, zatiaľ čo druhá polovica dostala placebo stimuláciu. Každý účastník štúdie dostal stimuláciu päť po sebe nasledujúcich dní a v priebehu štúdie mu boli trikrát odobraté vzorky krvi na analýzu.

„Toto bol prekvapivý objav, pretože predchádzajúce štúdie ukázali, že transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom ovplyvňuje metabolizmus glukózy takým spôsobom, že vedci dokonca zvažovali jeho potenciál pri liečbe cukrovky,“ vysvetľuje Kortteenniemi.

"Naše zistenia však ukazujú, že neexistujú žiadne klinicky významné zmeny v nameraných hladinách metabolitov. To podporuje naše súčasné chápanie transkraniálnej stimulácie jednosmerným prúdom ako bezpečnej liečby aj pri zohľadnení metabolizmu."

Transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom tiež vzbudila záujem o liečbu stavov, ako je depresia a návykové poruchy. Tieto choroby sú významné tak pre kvalitu života jednotlivcov, ako aj pre národné ekonomiky. V budúcnosti by transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom mohla otvoriť nové možnosti liečby v situáciách, kde sú iné formy liečby nerealizovateľné.


Úvod

Schopnosť modulovať mozgovú aktivitu in vivo prostredníctvom neinvazívnych, reverzibilných mechanizmov je dôležitý pre pokrok v klinickom, translačnom a základnom výskume. Jednou sľubnou metódou neinvazívnej neuromodulácie je transkraniálna jednosmerná stimulácia (tDCS). tDCS je schopný zvýšiť alebo inhibovať mozgovú aktivitu v kortikálnych oblastiach zmenou rýchlosti spaľovania neurónov a koncentrácií neurotransmiterov [[1], [2], [3]]. Excitácia motorickej kôry prostredníctvom tDCS dôsledne vedie k zlepšeniu motorických funkcií [[4], [5], [6]], avšak účinky tDCS na iné oblasti mozgu, ako je frontálna kôra, ako aj účinky tDCS na doménach kognitívnych úloh sú menej jednotné [[7], [8], [9]]. Kriticky sa ukázalo, že táto metóda indukuje reorganizáciu funkčných sietí a má vplyv na neuroplasticitu [10,11].

Aj keď je tDCS schopný ovplyvňovať aktivitu v uzloch funkčných sietí pri zacielení iba na jedno kortikálne miesto, nie je jasné, ako účinný je tDCS pri modulácii subkortikálnych cieľov. Nedávny výskum napriek tomu odhaľuje sľubné dôkazy naznačujúce vplyv kortikálnej stimulácie na koncentrácie neurotransmiterov v striatálnych oblastiach [12,13], ako aj funkčnú konektivitu v kortiko-striatálnych a talamo-kortikálnych sieťach [14]. Konkrétne nás zaujímala možnosť použitia tDCS na stimuláciu dopaminergického stredného mozgu, subkortikálneho systému, ktorý je primárne zložený z dopaminergných neurónov v substantia nigra a ventrálnej tegmentálnej oblasti. Dopamín je dôležitý pre rôzne kognitívne a motorické správanie a najmä dopaminergický stredný mozog sa podieľa na rozhodovaní, učení a motivovanom správaní na základe odmeny, ako aj na patológii chorôb a starnutí [15,16]. Modulovanie stredného mozgu pomocou metódy, ako je tDCS, by mohlo prispieť k terapeutickému pokroku zameranému na správanie a choroby zahŕňajúce dopaminergnú dysfunkciu. Stredný mozog je pozoruhodne priamo aj nepriamo spojený s prefrontálnym kortexom mezokortikálnymi dopaminergickými dráhami [[17], [18], [19], [20]]. Zdá sa teda, že prefrontálna stimulácia spôsobuje downstream efekt v strednom mozgu prostredníctvom modulácie týchto spojení poháňaných dopamínom [12,13].

Kombinácia bifrontálnych tDCS do ľavého a pravého dorsolaterálneho prefrontálneho kortexu (DLPFC) s pozitrónovou emisnou tomografiou (PET), Fonteneau a kolegovia [12] nedávno ukázali, že stimulácia indukuje uvoľňovanie dopamínu vo ventrálnom striate, ktoré udržiava spojenie so stredným mozgom mezolimbickým dopaminergikom chodník. Podobne Fukai a kolegovia [13] demonštrovali zvýšené uvoľňovanie dopamínu v striate po bifrontálnej stimulácii DLPFC, čo bolo tiež spojené so zlepšenou presnosťou úlohy kontroly pozornosti. Tento vzťah medzi zvýšenou aktivitou striatálneho dopamínu a kognitívnym zlepšením po prefrontálnom tDCS podporuje myšlienku, že kortikálnu stimuláciu je možné použiť na ovplyvnenie subkortikálnych dopamínových systémov a súvisiacich behaviorálnych funkcií.

Štúdie tDCS a fMRI navyše ukázali, že čelná stimulácia zvyšuje intenzitu signálu v nucleus accumbens, zložke ventrálneho striata [1]. Klinické štúdie pacientov s veľkou depresívnou poruchou ukázali, že prefrontálna opakujúca sa transkraniálna magnetická stimulácia (rTMS) tiež zvyšuje uvoľňovanie dopamínu v striate, merané počítačovou tomografiou s jednou fotónovou emisiou (SPECT) [21,22]. Ďalej sa ukázalo, že prefrontálny rTMS má podobné účinky na dopaminergnú aktivitu v striate ako d -amfetamín, agonista dopamínu. Vyvíjajúci sa konsenzus z týchto štúdií je, že modulácia mezokortiko-limbickej dráhy môže byť možným mechanizmom účinku za zmenami v subkortikálnom dopamíne vyvolanými prefrontálnym tDCS, pretože táto cesta spája DLPFC s ventrálnym striatom. V nedávnej štúdii fMRI v pokojovom stave prefrontálne tDCS a podanie L-Dopa, prekurzora dopamínu, zvýšili spontánnu nervovú aktivitu v mezostriatálnych oblastiach [23]. Tento súbor výskumu teda podporuje myšlienku, že mezo-kortiko-limbická dráha môže byť zapojená do aplikácie prefrontálneho tDCS ako moderátora subkortikálnej dopamínovej aktivity.

Zatiaľ čo doteraz diskutovaný výskum zahŕňa priamejšie opatrenia mozgovej aktivity, ako sú PET a fMRI, na nepriamy odhad hladín dopamínu u ľudí sa použili nákladovo efektívnejšie a prístupnejšie behaviorálne a fyziologické opatrenia. Na meranie subkortikálneho dopamínu sa napríklad použili behaviorálne paradigmy využívajúce hodnotenie príťažlivosti tváre, pretože tento konkrétny typ úlohy preukázal asociáciu s aktivitou stredného mozgu [24]. Ako ukázali Chib a kolegovia [24], stimulácia prefrontálnej kôry pomocou tDCS bola úspešná pri zvyšovaní hodnotení príťažlivosti tváre, pravdepodobne prostredníctvom diaľkovej aktivácie dopaminergných dráh, ktoré vedú do stredného mozgu, čo má potom za následok zvýšenú aktivitu ventrálneho stredného mozgu. . Po podaní tDCS teda hodnotenie príťažlivosti tváre pozitívne korelovalo s aktivitou ventrálneho stredného mozgu [24]. Výskum tiež ukázal, že paradigmy príťažlivosti tváre aktivujú okruhy odmeňovania prostredníctvom dopaminergných dráh frontálno-striatálnych [[25], [26], [27], [28]]. Okrem toho sa ukázalo, že oblasti mozgu súvisiace s odmeňovaním vyjadrujú lineárnu zmenu aktivity s rastúcim alebo znižujúcim úsudkom o atraktivite, hoci niektoré z týchto oblastí reagujú prednostne na základe pohlavia subjektov [26]. Muži vykazujú silnejší vzťah medzi úsudkami o atraktivite a aktivitou v orbito-frontálnom kortexe, ale iné oblasti odmeňovania nepreukazujú rozdiely medzi pohlaviami. Vzhľadom na spojenie medzi hodnotením príťažlivosti tváre, oblasťami mozgu súvisiacimi s odmeňovaním a fungovaním dopamínu môže hodnotenie príťažlivosti tváre slúžiť ako zástupca subkortikálnych hladín dopamínu.

Výskum navyše naznačuje, že orientácia na zaujatosť vo vizuálnej pozornosti je ďalším potenciálnym zástupcom subkortikálneho fungovania dopamínu, pretože tento jav súvisí s asymetriou receptora D2 v striate [29]. Konkrétne sa predpokladá, že orientácia zaujatosti na ľavý vizuálny hemispace pochádza z pravej hemisférickej špecializácie na spracovanie priestorových informácií.Tento vzťah medzi orientačnou zaujatosťou a dopamínom je podložený dôkazmi PET, ktoré ukazujú, že pseudoneglect alebo prirodzená tendencia presúvať vizuálnu pozornosť na ľavý hemispace odráža rozdiely v lateralizácii dopamínových systémov v striate [30]. Rozdiely v priestorovej pozornosti boli navyše predpovedané genetickými variáciami génu transportéra dopamínu [31,32]. Mieru, v ktorej si jednotlivec udržiava zaujatosť orientovanú doľava, možno teda použiť ako dodatočnú premennú na nepriame informovanie o rozdieloch v subkortikálnej aktivite dopamínu.

A nakoniec, rýchlosť spontánneho žmurknutia (EBR) sa tiež často používa ako fyziologický zástupca pre hladiny dopamínu. Východisková rýchlosť žmurkania a tonická aktivita dopamínu boli pozitívne korelované v mnohých štúdiách [[33], [34], [35]]. Neurologické zobrazovanie ďalej preukázalo prepojenie medzi EBR a receptormi dopamínu D2 [36], aj keď novšie štúdie PET nedokázali tieto nálezy replikovať [37,38]. Agonisty D1 aj D2 sa však podieľajú na dávkovo závislom vzťahu s EBR [[39], [40], [41], [42]] a súčasný výskum naďalej používa túto metódu ako nepriamu mieru tonika fungovanie dopamínu [43]. Práca Slagtera a kolegov [44] navyše ukazuje, že EBR predpovedá individuálne rozdiely v pseudoneglecte, a keďže tieto opatrenia súvisia s dopaminergnou aktivitou, ich vzájomný vzťah ďalej implikuje EBR ako nepriamy korelát pre dopamín.

Aby sme rozšírili predchádzajúcu prácu, skúmali sme účinky prefrontálnych tDCS na subkortikálnu aktivitu dopamínu pomocou troch behaviorálnych a fyziologických korelátov dopamínu - hodnotenia príťažlivosti tváre, zaujatosti orientovanej na orientáciu a EBR. Našim primárnym cieľom bolo použiť nepriame opatrenia fungovania dopamínu na replikáciu predchádzajúcej práce, ktorá používala priamejšie opatrenia, ako sú PET a fMRI. Vytvorenie metódy, pomocou ktorej by bolo možné merať vplyv tDCS na dopamín bez nákladného zobrazovania fMRI alebo PET, by umožnilo prístupnejší prístup, ktorý môžu budúci vedci použiť na preskúmanie tohto vzťahu. Zaujímalo nás tiež vyhodnotenie možného vplyvu individuálnej variability v reakcii na tDCS pomocou vplyvu východiskového dopamínu na zmeny funkcie dopamínu po stimulácii prostredníctvom post hoc porovnania. Výskum naznačuje, že účinnosť tDCS môže súvisieť s individuálnymi rozdielmi v génoch dopamínu spojenými s rôznymi faktormi (napr. Zaujatosť orientovaná na pozornosť, odpoveď na odmenu a pracovná pamäť) [32,45,46] táto metóda preto môže vyvíjať rôzne účinky na správanie, v závislosti od toho, ako jednotlivec vníma stimuláciu [[47], [48], [49]]. Preto sme použili zmiešaný dizajn, v ktorom boli stimulačné podmienky (aktívne alebo fingované) implementované ako premenná medzi subjektmi, zatiaľ čo behaviorálne a fyziologické údaje boli zozbierané pred aj po stimulácii ako premenná medzi subjektmi. Pred aj po tDCS sme použili EBR, paradigmu príťažlivosti tváre a úlohu predpojatosti orientujúcu sa na stupne šedi ako viacvrstvový, nepriamy index subkortikálnych hladín dopamínu.

Existujú dôkazy, ktoré naznačujú, že účinnosť tDCS je ovplyvnená stimulačným prístupom (offline vs. online) [50]. V nedávnej metaanalýze sa zistilo, že stimulácia priniesla zlepšenie pracovnej pamäte u zdravých subjektov pre offline úlohy, ale nie pre online úlohy [51]. Výkon pracovnej pamäte je pozoruhodne spätý s prefrontálnym fungovaním dopamínu [52,53]. Offline stimulačný prístup teda môže byť účinnejší na pozorovanie účinkov tDCS na správanie súvisiace s dopamínom u zdravých jedincov. Ďalej Fonteneau a kolegovia [12] konkrétne pozorovali rozdiely v hladinách striatálneho dopamínu 20–35 minút po bifrontálnej stimulácii DLPFC, ale počas stimulačného obdobia sa nepozorovali žiadne rozdiely. To naznačuje, že online stimulácia DLPFC nemusí byť optimálna na meranie zmien v subkortikálnej aktivite dopamínu. Keďže sme sa zaujímali o vyhodnotenie účinku bifrontálnych tDCS na subkortikálnu aktivitu dopamínu u zdravých jedincov, rozhodli sme sa pre súčasnú štúdiu použiť prístup offline stimulácie.

Na stimulačnú montáž sme použili anódu nad ľavou dorsolaterálnou prefrontálnou kôrou (lDLPFC) a katódu nad pravú dorsolaterálnu prefrontálnu kôru (rDLPFC). Predošlý výskum demonštrujúci zvýšenie subkortikálnej aktivity dopamínu po bifrontálnej stimulácii u zdravých jedincov použil túto konkrétnu montáž [12,13] a náš experimentálny dizajn bol vopred zaregistrovaný ako replikácia tejto práce. RTMS nad lDLPFC je navyše u klinických pacientov spájaný so zvýšeným striatálnym dopamínom a vykazuje účinky podobné dopaminergným agonistom [21,22]. Preto sme sa rozhodli prijať túto špecifickú montáž pre súčasnú štúdiu, pretože naším cieľom bolo nepriamo modulovať subkortikálnu aktivitu dopamínu a pozorovať výsledné vplyvy na správanie súvisiace s dopamínom.

Predpovedali sme, že aktívny tDCS zvýši hladiny dopamínu v strednom mozgu, čo dokazuje následný vplyv na správanie a fyziológiu. Konkrétnejšie sme očakávali vyššie hodnotenia paradigmy príťažlivosti tváre a zníženie zaujatosti pozornosti doľava po aktívnej stimulácii v porovnaní s fingovanou, ako aj zvýšenie priemernej EBR. Tieto hypotézy sú založené na literatúre, ktorá implikuje mezo-kortiko-limbickú dopamínovú dráhu pri hodnotení príťažlivosti tváre, vizuálnej priestorovej pozornosti a rýchlosti žmurkania [[26], [27], [28], [29], [30]]. Pri zohľadnení individuálnych rozdielov sme však ďalej predpovedali, že východiskové hladiny dopamínu, kvantifikované behaviorálnymi a fyziologickými proxy, budú mať vplyv na reakciu na tDCS. Táto hypotéza je založená na výskume, v ktorom sa ukázalo, že interindividuálne rozdiely v základnom dopamíne ako produkte genetickej variability ovplyvňujú výsledky správania, ako je zaujatosť pozornosti a aktivácia systémov odmeňovania [32,45,46]. Náš experimentálny dizajn a osnova pre a priori analýzy boli predregistrované v Open Science Framework predtým, ako sa začal zber údajov, a naše post hoc analýzy sú načrtnuté so štatistickým prístupom pre túto štúdiu.


Ako transkraniálna jednosmerná stimulácia ovplyvňuje neuróny?

Na skupinu neurónov je možné zacieliť pomocou tDCS, ktorá používa elektrický prúd na zmenu elektrochemickej aktivity konkrétnej oblasti mozgu. Dve gumové elektródy sú umiestnené na hlave, aby zamerali oblasť záujmu mozgu, a tieto elektródy vytvárajú elektrický obvod vysielaním prúdu cez kožu a lebku, pričom pôsobia na mozog pod ním (obrázok 2) [1].

  • Obrázok 2 - Možné nastavenie elektród tDCS.
  • V tomto prípade bude ľavý DLPFC dostávať negatívne nabitú stimuláciu. Ako naznačujú šípky, prúd prúdi zo zariadenia tDCS červeným vodičom do zápornej elektródy. Potom prúd pokračuje z negatívnej elektródy na pozitívnu elektródu (cez lebku a mozog osoby) a potom späť cez modrý drôt k samotnému stroju, čím sa vytvorí kompletný obvod. V dôsledku tohto toku prúdu sú cieľové neuróny v ľavom DLPFC menej pravdepodobné, že budú vysielať signály do iných častí mozgu v dôsledku negatívneho náboja v mozgu v blízkosti tejto elektródy.

Čo tieto elektrické polia robia pre zmenu neuronálnej aktivity? Pretože tDCS vysiela prúd z jednej elektródy do druhej iba v jednom smere, stimulácia vytvára pod jednou elektródou kladný náboj a pod druhým záporný náboj. Tieto náboje ovplyvňujú neuróny rôznymi spôsobmi. Keď sa vrátime k analógii zápasu, rôzne podmienky môžu spôsobiť, že zápas bude viac alebo menej horieť, napríklad byť na horúcom slnku vs. vo vlhkom podnebí. tDCS funguje buď zvýšením alebo znížením náboja obklopujúceho populácie neurónov, čím je väčšia alebo menšia pravdepodobnosť, že budú vysielať signály. Ak by ste mali zoradiť zápasy, zapálenie jedného by zapálilo ďalšie. Neuróny komunikujú podobným spôsobom a vysielajú signály susedným neurónom, ktoré potom vysielajú signály ďalším neurónom atď.


Dôkaz proti výhodám kognitívneho tréningu a transkraniálnej stimulácii jednosmerným prúdom u zdravých starších dospelých

Kognitívny tréning a stimulácia mozgu sú prísľubom zlepšenia neurokognitívneho poklesu súvisiaceho s vekom. Dôkazy o tom sú však kontroverzné. V registrovanej správe sme skúmali účinky týchto intervencií, kde bolo 133 starších dospelých zaradených do štyroch skupín (anodálna transkraniálna stimulácia ľavého prefrontálneho kortexu (tDCS) s tréningom rozhodovania a tri kontrolné skupiny) a vyškolení počas 5 dní. . Absolvovali batériu úloh/dotazníkov pred a po školení a po 1 a 3 mesačnom sledovaní. KOMT a BDNF Tiež boli hodnotené Val/Met polymorfizmy. Na rozdiel od práce u mladších dospelých existovali dôkazy proti zlepšeniu školenia vyvolaného tDCS o rozhodovacej úlohe. Okrem toho existovali dôkazy proti prenosu výsledkov z výcviku na netrénované úlohy alebo každodenné funkčné opatrenia v akýchkoľvek časových bodoch po intervencii. Ako naznačujú prieskumné práce, výsledky môžu ovplyvniť individuálne rozdiely. Celkovo sa však zdá, že súčasné školenie o rozhodovaní a protokol tDCS pravdepodobne nebudú prínosom pre starších dospelých.


METÓDY

Prehľad štúdie

Všetci účastníci dokončili zjavnú sémantickú úlohu generovania slov počas funkčnej MRI s tDCS podávaným súčasne do primárnej motorickej kôry (M1). Ukázalo sa, že táto montáž zlepšuje jazykové funkcie u zdravého starnutia (Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014) a u pacientov s poškodením jazyka po cievnej mozgovej príhode (Meinzer et al., 2016). Štúdia použila trojsmerný, falošne kontrolovaný, krížený, medziodborový návrh na posúdenie vplyvu jednostranných a dvojstranných („duálnych tDCS“) M1-tDCS na charakteristiky funkčnej siete v oboch vekových skupinách. Počas každého sedenia účastníci najskôr absolvovali skenovanie v pokojovom stave, po ktorom nasledovala úloha na získanie sémantického slova (Upozorňujeme, že výsledky analýzy údajov v pokojovom stave boli uvedené skôr Lindenberg et al., 2016 Lindenberg, Nachtigall, Meinzer, Sieg, & amp. Flöel, 2013). Tri relácie skenovania boli oddelené približne 1 týždňom, aby sa zabránilo prenosovým účinkom aktívnych stimulačných podmienok, a poradie stimulačných podmienok bolo medzi účastníkmi vyvážené. Boli hlásené údaje zo staršej skupiny (Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014). V tejto štúdii však boli hlásené iba jednorozmerné analýzy údajov fMRI, ktoré nedokázali zachytiť funkčné sieťové efekty. Štúdiu schválila etická komisia Univerzitnej nemocnice Charité (Berlín, Nemecko).

Účastníci

Do tejto štúdie bolo prijatých dvadsaťštyri zdravých mladých dospelých (12 mužov, 12 žien s priemerným vekom = 26,7 ± 3,8) a 18 zdravých starších dospelých (9 mužov, 9 žien s priemerným vekom = 68,4 ± 5,2 roka). Všetci účastníci boli pravou rukou podľa Edinburgh Handedness Inventory (všetci ≥ 0,9 Oldfield, 1971), nezúčastnili sa predchádzajúcich štúdií tDCS a nehlásili psychoaktívne lieky alebo rekreačné užívanie drog alebo anamnézu súčasnej alebo predchádzajúcej neurologickej alebo psychiatrickej poruchy . Väčšina mladých a starších účastníkov mala stredoškolské vzdelanie (13 -ročné vzdelanie mladý: 19/24, starší: 15/18). Zostávajúci absolvovali najmenej 11 rokov formálneho vzdelávania. Pred zaradením do štúdie poskytli účastníci písomný informovaný súhlas.

Transkraniálna stimulácia jednosmerného prúdu

Konštantný jednosmerný prúd (1 mA) bol podávaný stimulátorom kompatibilným s MRI (DC-Stimulator Plus, NeuroConn, Ilmenau, Nemecko) pomocou zavedeného nastavenia (Meinzer, Lindenberg, Darkow, et al., 2014). Anóda bola vždy umiestnená do vrecka špongie nasiaknutého fyziologickým roztokom 5 × 7 cm 2 a pripevnená k M1 za všetkých stimulačných podmienok (C3 systému 10–20 EEG), ako bolo opísané vyššie (Lindenberg et al., 2013, 2016 Meinzer, Lindenberg, Sieg a kol., 2014). Počas unihemisférických podmienok bola nad pravú supraorbitálnu oblasť umiestnená väčšia funkčne inertná referenčná elektróda (10 × 10 cm 2). Pri duálnych tDCS bola referenčná elektróda (5 × 7 cm2) umiestnená nad pravú M1 (poloha C4). Počas simulovaného tDCS bola referenčná elektróda pseudonáhodne priradená buď k pravej supraorbitálnej oblasti alebo k pravej M1 u polovice účastníkov.

Vo všetkých stimulačných podmienkach bol prúd spočiatku zvýšený na 1 mA počas rampy v priebehu 10 sekúnd krátko pred začiatkom sekvencie v pokojovom stave a zostal konštantný 30 minút počas unihemisférického a duálneho tDCS, čím pokrýval celé trvanie jazyková úloha, ktorá trvala približne 11 minút (pozri nižšie). Počas falošných tDCS bol prúd vypnutý po 30 sekundách pred začiatkom sekvencie pokojového stavu. Na konci stimulácie sa za každých podmienok prúd zvyšoval počas 10 sekúnd.

Parametre fMRI a charakteristiky úlohy

Údaje z magnetickej rezonancie boli získané pomocou skenera 3-T Trio MR (Siemens, Erlangen, Nemecko) v berlínskom Centre for Advanced Neuroimaging (Univerzitná nemocnica Charité, Berlín, Nemecko). Podrobnosti o paradigme súvisiacej s úlohou už boli popísané skôr (Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014 Lindenberg et al., 2013). Stručne povedané, použili sme sekvenciu EPI váženú T2*(čas opakovania/čas akvizície = 6000/2000 ms): čas ozveny = 30 ms, uhol preklopenia = 90 °, 32 priečnych rezov, medzera = 0,75 mm, prekladané získavanie, pole zorného poľa = 192 × 192, akvizičná matica = 64 × 64, 104 zväzkov) a dočasný riedky vzorkovací návrh. To umožňuje vyhodnotiť zjavné verbálne reakcie počas fázy vypnutia skenera, aby sa predišlo artefaktom súvisiacim s artikuláciou.

Šesť sémantických kategórií (šesť blokov po sebe nasledujúcich 10 pokusov tej istej kategórie, trvanie pokusu 3,8 s) bolo predstavených pomocou projektora a systému zrkadiel. Účastníci dostali pokyn, aby počas každého pokusu vytvorili jeden príklad alebo odpovedali „ďalším“, ak na odpoveď nevedeli myslieť. Medzi pokusmi sa zobrazila čierna obrazovka (2,2 s) a získala sa hemodynamická odpoveď (riedke vzorkovanie). Bloky úloh sa striedali s jednoduchou základnou podmienkou motorickej reči (slovo „odpočívaj“ päť po sebe nasledujúcich pokusov v reakcii na písomné narážky). Osemnásť vopred vybraných kategórií bolo rozdelených do troch sád podľa publikovaných noriem a behaviorálnej pilotnej štúdie (sada 1: stromy, hmyz, šport, vybavenie, časti tela, nápoje, povolania, sada 2: kvety, ryby, kuchynské spotrebiče, oblečenie, jedlo, záľuby Sada 3: korenie, vtáky, hračky, farby, automatické súčiastky, hudobné nástroje (podrobnosti nájdete v témach Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014). Tieto tri sady boli v skupinách vyvážené. Pred skenovaním boli účastníci školení pomocou iný súbor kategórií. Počas skenovania boli zjavné reakcie zaznamenané pomocou mikrofónu kompatibilného s MRI a prepísané na následnú analýzu. Odozvy zaznamenali dvaja hodnotitelia, zaslepení podmienkami stimulácie. Nesprávne reakcie (príklady, ktoré nepatria do danej kategórie) ), opomenutia a opakovania príkladu (rovnaký príklad, synonymá) boli hodnotené ako chyby. V prípade nesúhlasu dosiahli dvaja hodnotitelia konsenzus. Všetky správne skúšky boli zaradené do e Analýza nezávislých komponentov (ICA).

Behaviorálna analýza

Opakované merania ANOVA (RM-ANOVA) porovnávali výkonnostné úrovne v troch stimulačných podmienkach s vekovou skupinou zahrnutou medzi faktormi medzi subjektmi. Všetky porovnania boli opravené o Bonferroniho.

FMRI analýza

Predspracovanie sa uskutočnilo pomocou štatistického parametrického modelovania (SPM8, Wellcome Department of Imaging Neuroscience, Londýn, Veľká Británia). Predspracovanie údajov bolo identické ako v našej predchádzajúcej štúdii (Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014) a zahŕňalo opätovné zarovnanie funkčných obrazov s prvým obrázkom časového radu, súbežnú registráciu s anatomickým obrazom jednotlivých účastníkov, jednotnú segmentáciu a registrácia do štandardizovaného priestoru MNI a priestorové vyhladzovanie pomocou gaussovského jadra 8 × 8 × 8 mm 3. Pre každého účastníka boli navrhnuté návrhové matice s podrobnosťami o počiatkoch úloh sémantického vyhľadávania slov a základných motorických rečí.

Na posúdenie rozdielov v štruktúre funkčnej siete súvisiacej s úlohami vo vekových skupinách a potenciálnych efektoch tDCS sme použili ICA. ICA identifikuje maximálne nezávislé mozgové siete, ktoré tvoria celkový BOLD signál. Táto technika sa bežne používa s údajmi v pokojovom stave a identifikovala siete oblastí mozgu, ktoré konzistentne vykazujú dočasne synchronizované TLAČIVÉ signály. Tieto siete sú spoľahlivé medzi účastníkmi a medzi účastníkmi s bežnými príkladmi, ako je predvolený režim alebo sieť chrbtovej pozornosti. ICA je do značnej miery založená na dátach a nevyžaduje a priori predpoklady o základnej štruktúre siete (Margulies et al., 2010) Tento prístup bol tiež použitý na pochopenie VÝZNAMNÝCH fluktuácií, pokiaľ ide o kognitívne úlohy, ktoré vyvolávajú koordinovanú aktivitu v špecializovaných podsieťach zaoberajúcich sa rôznymi aspekty úlohy (napr. motorické, vizuálne alebo sluchové spracovanie Gess, Fausett, Kearney-Ramos, Kilts, & amp James, 2014). Začlenenie tejto metódy do štúdie starnutia a vplyvu tDCS môže umožniť posúdenie rozdielov na úrovni siete medzi mladými a staršími účastníkmi a posúdenie potenciálnych rozdielových účinkov tDCS v oboch skupinách.

V tejto štúdii bola ICA vykonaná pomocou súboru nástrojov GIFT (verzia 4.0a, icatb.sourceforge.net). Pre mladých aj starších dospelých (celkom n = 42), predbežne spracované obrázky boli vložené do analýzy ICA. Podrobnosti o algoritme ICA sú uvedené v Calhoun, Adali, Pearlson a Pekar (2001). Stručne povedané, pomocou modifikovaného algoritmu minimálnej dĺžky popisu (Li a kol., 2007) a dvoch krokov PCA boli jednotlivé súbory údajov fMRI redukované na 23 priestorovo nezávislých komponentov. Potom sa vykonala skupinová priestorová ICA pomocou algoritmu infomax (Bell & amp Sejnowski, 1995), čo viedlo k nezávislým priestorovým mapám a časovým kurzom pre každú zložku, predmet a reláciu. Algoritmus infomax sa potom opakoval 10 -krát pomocou ICASSO (Himberg & amp Hyvarinen, 2003), aby sa zlepšila spoľahlivosť rozkladu. Priestorové integrované obvody sa potom znova zrekonštruovali na každého jednotlivca. Komponenty sa považovali za artefakty a boli odstránené z úvahy, ak bola spektrálna frekvencia neprimerane vo vysokom rozsahu v porovnaní s inými sieťami alebo ak bolo zaznamenané značné prekrývanie s bielou hmotou a/alebo mozgovomiechovým mokom.Tým sa odstránili aj súčasti, o ktorých sa zistilo, že sú spôsobené pohybom alebo súvisia s fyziologickým hlukom. Výsledkom bolo odstránenie šiestich zložiek, pričom 17 záujmových zložiek bolo použitých na analýzu súvisiacu s úlohou a úroveň významnosti upravenú o Bonferroniho p & lt, 003 (0,05/17). Na stanovenie komponentov spojených s úlohami sémantického vyhľadávania slov alebo základných motorických rečí bola na časových kurzoch ICA vykonaná regresná analýza pomocou návrhovej matice vytvorenej v SPM v softvéri GIFT. Pohybové parametre boli zahrnuté do regresnej analýzy na kontrolu artefaktov súvisiacich s pohybom pri aktivácii na úrovni siete.

Siete súvisiace s úlohami

Na určenie sietí, ktoré boli pozitívne modulované ktoroukoľvek úlohou, je jedna vzorka t bol vykonaný test. Uvažovalo sa o sieťach, u ktorých bola zistená významná pozitívna aktivácia spojená s jednou úlohou a negatívna aktivácia s druhou úlohou. Výsledkom boli tri siete spojené s úlohou sémantického vyhľadávania slov a štyri s úlohou základnej línie motorickej reči (pozri tabuľky 1 a 2 obrázky 1 a 2).

Špičková aktivita v komponentoch je identifikovaná ako pozitívna asociácia so sémantickým získavaním slov a negatívna asociácia so základnou úlohou motorickej reči - konvencia pomenovania: je potrebné vysvetliť (prekrývanie so známymi sieťami/maximálna aktivita/rozsah)

Regióny mozgu . Pologuľa . Maximálne hodnoty t (súradnice MNI) . Skóre F . p .
10 Ľavá frontoparietálna 492.9 & lt.001
Stredný frontálny gyrus L 4.7 (−48, 33, 18)
Nižší frontálny gyrus L 4.6 (−48, 36, 15)
Vynikajúci parietálny lalok L 4.4 (−27, −72, 48)
Precuneus L 3.9 (−24, −72, 51)
Nižší parietálny lalok L 3.1 (−36, −63, 48)
15 pCC 83.0 & lt.001
Zadný cingulárny gyrus R. 3.5 (3, −69, 12)
Zadný cingulárny gyrus L 3.4 (−3, −72, 9)
Cuneus R. 3.4 (3, −72, 9)
Cuneus L 3.2 (−3, −69, 6)
Precuneus R. 2.7 (3, −69, 18)
22 Dorsal ACC 38.9 & lt.001
Predný cingulárny gyrus R. 3.4 (3, 36, 12)
Predný cingulárny gyrus L 3.1 (−3, 36, 12)
Stredný frontálny gyrus R. 2.7 (3, 42, 18)
Vynikajúci frontálny gyrus R. 2.6 (27, 57, 6)
Stredný frontálny gyrus R. 2.5 (30, 57, 9)
Regióny mozgu . Pologuľa . Maximálne hodnoty t (súradnice MNI) . Skóre F . p .
10 Ľavá frontoparietálna 492.9 & lt.001
Stredný frontálny gyrus L 4.7 (−48, 33, 18)
Nižší frontálny gyrus L 4.6 (−48, 36, 15)
Superior parietálny lalok L 4.4 (−27, −72, 48)
Precuneus L 3.9 (−24, −72, 51)
Nižší parietálny lalok L 3.1 (−36, −63, 48)
15 pCC 83.0 & lt.001
Zadný cingulárny gyrus R. 3.5 (3, −69, 12)
Zadný cingulárny gyrus L 3.4 (−3, −72, 9)
Cuneus R. 3.4 (3, −72, 9)
Cuneus L 3.2 (−3, −69, 6)
Precuneus R. 2.7 (3, −69, 18)
22 Dorsal ACC 38.9 & lt.001
Predný cingulárny gyrus R. 3.4 (3, 36, 12)
Predný cingulárny gyrus L 3.1 (−3, 36, 12)
Stredný frontálny gyrus R. 2.7 (3, 42, 18)
Vynikajúci frontálny gyrus R. 2.6 (27, 57, 6)
Stredný frontálny gyrus R. 2.5 (30, 57, 9)

Špičková aktivita v komponentoch je identifikovaná ako pozitívna asociácia s východiskovou úlohou motorickej reči a negatívna asociácia s úlohou sémantického vyhľadávania slov

Regióny mozguPologuľaMaximálne hodnoty t (súradnice MNI)Skóre Fp
6 Predný časový/ostrovček 99.3 & lt.001
Superior temporálny gyrus L 4.3 (−39, 9, −18)
Nižší frontálny gyrus L 3.7 (−36, 9, −15)
Insula L 3.4 (−42, −3, −6)
Superior temporálny gyrus R. 3.3 (45, 0, −9)
Parahippocampal gyrus L 3.0 (−30, 6, −18)
12 Ventral ACC 250.0 & lt.001
Predný cingulát L 6.9 (−3, 12, −3)
Predný cingulát R. 6.8 (3, 12, −3)
Caudate L 5.8 (−6, 12, −6)
Kaudát R. 5.7 (6, 12, 0)
Stredný frontálny gyrus L 3.8 (−3, 27, −12)
13 Motor 22.71 & lt.001
Postcentrálny gyrus R. 3.3 (33, −39, 66)
Precentrálny gyrus R. 3.2 (24, −27, 72)
Postcentrálny gyrus L 3.0 (−9, −45, 69)
Paracentrálny lalok L 2.9 (−3, −42, 66)
Precentrálny gyrus L 2.9 (−21, −27, 72)
17 Predvolený režim 135.58 & lt.001
Zadný cingulát L 4.9 (0, −48, 24)
Cingulárny gyrus L 4.9 (0, −51, 27)
Precuneus L 4.7 (0, −63, 36)
Zadný cingulát R. 4.5 (3, −51, 24)
Cingulárny gyrus R. 4.5 (3, −48, 27)
11 Pravá frontoparietálna a
Nižší parietálny lalok R. 8.3 (42, −53, 52)
Precuneus R. 4.5 (9, −67, 50)
Nižší parietálny lalok L 4.2 (−45, −50, 49)
Vynikajúci frontálny gyrus R. 3.5 (30, 58, 0)
Stredný frontálny gyrus R. 2.7 (45, 17, 43)
Regióny mozguPologuľaMaximálne hodnoty t (súradnice MNI)Skóre Fp
6 Predný časový/ostrovček 99.3 & lt.001
Superior temporálny gyrus L 4.3 (−39, 9, −18)
Nižší frontálny gyrus L 3.7 (−36, 9, −15)
Insula L 3.4 (−42, −3, −6)
Superior temporálny gyrus R. 3.3 (45, 0, −9)
Parahippocampal gyrus L 3.0 (−30, 6, −18)
12 Ventral ACC 250.0 & lt.001
Predný cingulát L 6.9 (−3, 12, −3)
Predný cingulát R. 6.8 (3, 12, −3)
Caudate L 5.8 (−6, 12, −6)
Kaudát R. 5.7 (6, 12, 0)
Stredný frontálny gyrus L 3.8 (−3, 27, −12)
13 Motor 22.71 & lt.001
Postcentrálny gyrus R. 3.3 (33, −39, 66)
Precentrálny gyrus R. 3.2 (24, −27, 72)
Postcentrálny gyrus L 3.0 (−9, −45, 69)
Paracentrálny lalok L 2.9 (−3, −42, 66)
Precentrálny gyrus L 2.9 (−21, −27, 72)
17 Predvolený režim 135.58 & lt.001
Zadný cingulát L 4.9 (0, −48, 24)
Cingulárny gyrus L 4.9 (0, −51, 27)
Precuneus L 4.7 (0, −63, 36)
Zadný cingulát R. 4.5 (3, −51, 24)
Cingulárny gyrus R. 4.5 (3, −48, 27)
11 Pravá frontoparietálna a
Nižší parietálny lalok R. 8.3 (42, −53, 52)
Precuneus R. 4.5 (9, −67, 50)
Nižší parietálny lalok L 4.2 (−45, −50, 49)
Vynikajúci frontálny gyrus R. 3.5 (30, 58, 0)
Stredný frontálny gyrus R. 2.7 (45, 17, 43)

Negatívne spojená so sémantickou plynulosťou a motorickou rečou je však aktivácia výrazne viac počas úlohy motorickej reči (-0,38 vs. -0,26, F = 16.31, p & lt, 001).


Hlavné vlastnosti zariadenia Soterix Medical HD-tDCS ™

Objav montáže 4x1 HD-tDCS ™. Datta a kol. 2009

Jediný hardvér overený na bezpečnú a tolerovanú stimuláciu v multicentrických klinických skúškach.

Ostatné technológie a zariadenia predávané na „transkraniálnu stimuláciu malými elektródami“ nie sú schválené spoločnosťou Soterix Medical a sú indikované na použitie s akýmkoľvek stimulátorom alebo softvérom Soterix Medical, vrátane 4x1 HD-tDCS. Spoločnosť Soterix Medical sa zaväzuje k pokroku racionálnej neinvazívnej neuromodulácie prostredníctvom uplatňovania najvyšších vedeckých a lekárskych štandardov.

Exkluzívny softvér na neurotargeting na optimalizáciu dávky.

Vzhľadom na flexibilitu HD-tDCS ™ s nezávisle riadenými elektródami umiestnenými kdekoľvek na hlave je softvér, ktorý umožňuje jednoduché a optimalizované nastavenie, rozhodujúci. Spoločnosť Soterix Medical vyvinula softvér neurotargetingu presne na tento účel vrátane radu exkluzívnych funkcií, ktoré boli navrhnuté tak, aby bola optimalizácia dávky pre vašu klinickú štúdiu jednoduchá a pohodlná.

Vykonajte klinické štúdie s najmodernejšími kontrolnými a bezpečnostnými prvkami.

Soterix Medical vyvinul HD-tDCS ™ a klinickí pracovníci dôverujú nášmu tímu vedcov a biomedicínskych inžinierov, aby zaistili, že každé zariadenie HD-tDCS ™ bude navrhnuté a vyrobené na základe najmodernejších dôkazov a techník. Soterix Medical je priemyselným štandardom pre neinvazívnu mozgovú stimuláciu a nikde nie je taký dôležitý ako v HD-tDCS.

Zaistite jednoduché a pohodlné nastavenie a stimuláciu.

Použiteľnosť a jednoduchosť je základom každého zdravotníckeho zariadenia Soterix a HD-tDCS ™ nie je výnimkou. Uznávame, že najmodernejšie nástroje neuromodulácie sú len také účinné, ako ich môžu operátori pochopiť a ovládať. Naši inžinieri v oblasti ľudských faktorov skúmajú každý aspekt stimulátora HD-tDCS ™ a príslušenstva, aby sa ubezpečili, že pokročilá neuromodulácia nie je na úkor zložitosti používania. Naša bezkonkurenčná zákaznícka podpora zaisťuje, že máte k dispozícii všetky rady a podporu, kedykoľvek ju potrebujete.

    Datta A, Bansal V, Diaz J, Patel J, Reato D, Bikson M. (2009) Villamar MF, Wivatvongvana P, Patumanond J, Bikson M, Truong DQ, Datta A, Fregni F. (2012) Borckardt JJ, Bikson M , Frohman H, Reeves ST, Datta A, Bansal V, Madan A, Barth K, George MS. (2011) Kuo HI, Bikson M, Datta A, Minhas P, Paulus W, Kuo MF, Nitsche MA. (2012)

Abstrakt

Neuroimagingové údaje ukázali, že aktivita v laterálnej zadnej parietálnej kôre (PPC) koreluje s rozpoznávaním položiek a spomienkou na zdroj, ale existuje značná diskusia o jej konkrétnych príspevkoch. Výkon pri úlohách s položkovou aj zdrojovou pamäťou sa porovnával medzi účastníkmi, ktorým bola poskytnutá bilaterálna transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS) cez parietálny kortex, s tými, ktorí dostali prefrontálny alebo simulovaný tDCS. Parietálna skupina tDCS, ale nie prefrontálna skupina, vykazovala znížené falošné rozpoznávanie a menšiu zaujatosť pri úlohách týkajúcich sa diskriminácie položiek a zdrojov v porovnaní s fingovanou stimuláciou. Tieto výsledky sú v súlade s príčinnou úlohou PPC pri získavaní pamäte položky a zdroja, pravdepodobne na základe zaujatosti pozornosti a rozhodovania.


Dôkaz proti výhodám kognitívneho tréningu a transkraniálnej stimulácii jednosmerným prúdom u zdravých starších dospelých

Kognitívny tréning a stimulácia mozgu sú prísľubom zlepšenia neurokognitívneho poklesu súvisiaceho s vekom. Dôkazy o tom sú však kontroverzné. V registrovanej správe sme skúmali účinky týchto intervencií, kde bolo 133 starších dospelých zaradených do štyroch skupín (anodálna transkraniálna stimulácia ľavého prefrontálneho kortexu (tDCS) s tréningom rozhodovania a tri kontrolné skupiny) a vyškolení počas 5 dní. . Absolvovali batériu úloh/dotazníkov pred a po školení a po 1 a 3 mesačnom sledovaní. KOMT a BDNF Tiež boli hodnotené Val/Met polymorfizmy. Na rozdiel od práce u mladších dospelých existovali dôkazy proti zlepšeniu školenia vyvolaného tDCS o rozhodovacej úlohe. Okrem toho existovali dôkazy proti prenosu výsledkov z výcviku na netrénované úlohy alebo každodenné funkčné opatrenia v akýchkoľvek časových bodoch po intervencii. Ako naznačujú prieskumné práce, výsledky môžu ovplyvniť individuálne rozdiely. Celkovo sa však zdá, že súčasné školenie o rozhodovaní a protokol tDCS pravdepodobne nebudú prínosom pre starších dospelých.


Ako transkraniálna jednosmerná stimulácia ovplyvňuje neuróny?

Na skupinu neurónov je možné zacieliť pomocou tDCS, ktorá používa elektrický prúd na zmenu elektrochemickej aktivity konkrétnej oblasti mozgu. Dve gumové elektródy sú umiestnené na hlave, aby zamerali oblasť záujmu mozgu, a tieto elektródy vytvárajú elektrický obvod vysielaním prúdu cez kožu a lebku, pričom pôsobia na mozog pod ním (obrázok 2) [1].

  • Obrázok 2 - Možné nastavenie elektród tDCS.
  • V tomto prípade bude ľavý DLPFC dostávať negatívne nabitú stimuláciu. Ako naznačujú šípky, prúd prúdi zo zariadenia tDCS červeným vodičom do zápornej elektródy. Potom prúd pokračuje z negatívnej elektródy na pozitívnu elektródu (cez lebku a mozog osoby) a potom späť cez modrý drôt k samotnému stroju, čím sa vytvorí kompletný obvod. V dôsledku tohto toku prúdu sú cieľové neuróny v ľavom DLPFC menej pravdepodobné, že budú vysielať signály do iných častí mozgu v dôsledku negatívneho náboja v mozgu v blízkosti tejto elektródy.

Čo tieto elektrické polia robia pre zmenu neuronálnej aktivity? Pretože tDCS vysiela prúd z jednej elektródy do druhej iba v jednom smere, stimulácia vytvára pod jednou elektródou kladný náboj a pod druhým záporný náboj. Tieto náboje ovplyvňujú neuróny rôznymi spôsobmi. Keď sa vrátime k analógii zápasu, rôzne podmienky môžu spôsobiť, že zápas bude viac alebo menej horieť, napríklad byť na horúcom slnku vs. vo vlhkom podnebí. tDCS funguje buď zvýšením alebo znížením náboja obklopujúceho populácie neurónov, čím je väčšia alebo menšia pravdepodobnosť, že budú vysielať signály. Ak by ste mali zoradiť zápasy, zapálenie jedného by zapálilo ďalšie. Neuróny komunikujú podobným spôsobom a vysielajú signály susedným neurónom, ktoré potom vysielajú signály ďalším neurónom atď.


Transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom je bezpečná liečba

Kredit: CC0 Public Domain

Transkraniálna jednosmerná stimulácia, tDCS, je sľubnou liečbou stavov, ako je depresia a návykové poruchy. Nové dôkazy o bezpečnosti transkraniálnej stimulácie jednosmerným prúdom nedávno ponúkla nová štúdia, ktorá ukazuje, že tDCS neovplyvňuje metabolizmus.

Transkraniálna jednosmerná stimulácia je neinvazívna metóda na moduláciu neuronálnej aktivity zavedením malého elektrického prúdu do mozgu prostredníctvom elektród umiestnených na temene hlavy.

"V predchádzajúcich štúdiách sa zistilo, že transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom okrem iného mení metabolizmus glukózy a hladiny stresových hormónov. Naša štúdia však skúmala viac ako 100 molekúl a na žiadnej z nich sme nepozorovali vplyv," hovorí Ph. .D. poznamenáva študent Aaron Kortteenniemi, hlavný autor štúdie, z Východofínskej univerzity.

Štúdia vykonaná v spolupráci medzi Univerzitou vo východnom Fínsku a Univerzitou v Helsinkách analyzovala 79 zdravých dospelých mužov. Polovica z nich dostala transkraniálnu jednosmernú stimuláciu, zatiaľ čo druhá polovica dostala placebo stimuláciu. Každý účastník štúdie dostal stimuláciu päť po sebe nasledujúcich dní a v priebehu štúdie mu boli trikrát odobraté vzorky krvi na analýzu.

„Toto bol prekvapivý objav, pretože predchádzajúce štúdie ukázali, že transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom ovplyvňuje metabolizmus glukózy takým spôsobom, že vedci dokonca zvažovali jeho potenciál pri liečbe cukrovky,“ vysvetľuje Kortteenniemi.

"Naše zistenia však ukazujú, že neexistujú žiadne klinicky významné zmeny v nameraných hladinách metabolitov. To podporuje naše súčasné chápanie transkraniálnej stimulácie jednosmerným prúdom ako bezpečnej liečby aj pri zohľadnení metabolizmu."

Transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom tiež vzbudila záujem o liečbu stavov, ako je depresia a návykové poruchy. Tieto choroby sú významné tak pre kvalitu života jednotlivcov, ako aj pre národné ekonomiky. V budúcnosti by transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom mohla otvoriť nové možnosti liečby v situáciách, kde sú iné formy liečby nerealizovateľné.


Transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS) ako intervencia na zlepšenie empatických schopností a zníženie násilného správania u forenzných páchateľov: protokol štúdie pre randomizovanú kontrolovanú štúdiu

Nedávne štúdie ukazujú, že zmeny v jednej z oblastí mozgu súvisiace s empatickými schopnosťami (t.j. ventromediálna prefrontálna kôra (vmPFC)) zohrávajú dôležitú úlohu pri násilnom správaní sa voči zneužívateľom alkoholu a kokaínu. Podľa modelov Jamesa Blaira je empatia potenciálnym inhibítorom násilného správania. Jedinci s menej empatickými schopnosťami môžu byť menej vnímaví a motivovaní brzdiť násilné správanie, čo spôsobuje vyššie riziko násilia. Nedávny neurovedecký výskum ukazuje, že modulácia (stimulácia alebo inhibícia) určitých oblastí mozgu by mohla byť sľubnou novou intervenciou pre zneužívanie návykových látok a pre zníženie násilného správania, ako je napríklad neurostimulačná technika transkraniálna jednosmerná stimulácia (tDCS). Táto štúdia si kladie za cieľ skúmať tDCS ako intervenciu na zvýšenie empatických schopností a zníženie násilného správania u páchateľov kriminalistického užívania návykových látok.

Metódy/návrh

V dvojito zaslepenej, placebom kontrolovanej štúdii bude testovaná celková vzorka 50 pacientov zneužívajúcich forenzné látky (25 aktívnych a 25 simulovaných stimulácií), z ktorých polovica pacientov dostane aktívnu stimuláciu plus liečbu ako obvykle (TAU) a druhá polovica dostane simulovanú stimuláciu (placebo) plus TAU. Pacienti v aktívnom stave budú dostávať viackanálové tDCS zamerané na bilaterálny vmPFC dvakrát denne počas 20 minút počas piatich po sebe nasledujúcich dní. Pred a po stimulačnom období pacienti dokončia merania podľa vlastného hlásenia, vykonajú paradigmu agresie bodového odčítania (PSAP) a úlohu pasívnej empatie. Elektroencefalografia v pokojovom stave (rsEEG) sa bude vykonávať pred a po liečebnom období. Následné opatrenia sa vykonajú po 6 mesiacoch. Primárnym výsledkom je skúmanie viackanálových tDCS ako nového zásahu na zvýšenie empatických schopností a zníženie násilného správania u páchateľov s problémami so zneužívaním návykových látok. Okrem toho určíme, či sú intervencie tDCS ovplyvnené elektrofyziologické reakcie v mozgu. Nakoniec sa budú skúmať účinky tDCS na zníženie chuti do jedla.

Diskusia

Táto štúdia je jednou z prvých štúdií používajúcich viackanálové tDCS zacielené na vmPFC vo forenznej vzorke. Táto štúdia bude skúmať príležitosti na zavedenie novej intervencie s cieľom zlepšiť empatické schopnosti a obmedziť násilie u páchateľov forenzného užívania návykových látok. Táto štúdia konkrétne môže poskytnúť pohľad na to, ako implementovať intervenciu tDCS do prostredia každodennej klinickej praxe v tejto komplexnej cieľovej skupine s mnohými problémami a ako prispieť k zníženiu recidívy.

Skúšobná registrácia

Holandský skúšobný register, NTR7701. Registrované 12. januára 2019. Prospektívne zaregistrované pred fázou náboru. https://www.trialregister.nl/trial/7459.

Nábor sa začal 1. februára 2019 a bude ukončený približne v zime roku 2019. Verzia protokolu 1. 22. mája 2019.


Hlavné vlastnosti zariadenia Soterix Medical HD-tDCS ™

Objav montáže 4x1 HD-tDCS ™. Datta a kol. 2009

Jediný hardvér overený na bezpečnú a tolerovanú stimuláciu v multicentrických klinických skúškach.

Ostatné technológie a zariadenia predávané na základe „transkraniálnej stimulácie malými elektródami“ nie sú schválené spoločnosťou Soterix Medical a sú indikované na použitie s akýmkoľvek stimulátorom alebo softvérom Soterix Medical, vrátane 4x1 HD-tDCS. Spoločnosť Soterix Medical sa zaväzuje k pokroku racionálnej neinvazívnej neuromodulácie prostredníctvom uplatňovania najvyšších vedeckých a lekárskych štandardov.

Exkluzívny softvér na neurotargeting na optimalizáciu dávky.

Vzhľadom na flexibilitu HD-tDCS ™ s nezávisle riadenými elektródami umiestnenými kdekoľvek na hlave je softvér, ktorý umožňuje jednoduché a optimalizované nastavenie, rozhodujúci. Spoločnosť Soterix Medical vyvinula softvér neurotargetingu presne na tento účel vrátane radu exkluzívnych funkcií, ktoré boli navrhnuté tak, aby bola optimalizácia dávky pre vašu klinickú štúdiu jednoduchá a pohodlná.

Vykonajte klinické štúdie s najmodernejšími kontrolnými a bezpečnostnými prvkami.

Soterix Medical vyvinul HD-tDCS ™ a klinickí pracovníci dôverujú nášmu tímu vedcov a biomedicínskych inžinierov, aby zaistili, že každé zariadenie HD-tDCS ™ bude navrhnuté a vyrobené na základe najmodernejších dôkazov a techník. Soterix Medical je priemyselným štandardom pre neinvazívnu mozgovú stimuláciu a nikde nie je taký dôležitý ako v HD-tDCS.

Zaistite jednoduché a pohodlné nastavenie a stimuláciu.

Použiteľnosť a jednoduchosť je základom každého zdravotníckeho zariadenia Soterix a HD-tDCS ™ nie je výnimkou. Uznávame, že najmodernejšie nástroje neuromodulácie sú len také účinné, ako ich môžu operátori pochopiť a ovládať. Naši inžinieri v oblasti ľudských faktorov skúmajú každý aspekt stimulátora HD-tDCS ™ a príslušenstva, aby sa ubezpečili, že pokročilá neuromodulácia nie je na úkor zložitosti používania. Naša bezkonkurenčná zákaznícka podpora zaisťuje, že máte k dispozícii všetky rady a podporu, kedykoľvek ju potrebujete.

    Datta A, Bansal V, Diaz J, Patel J, Reato D, Bikson M. (2009) Villamar MF, Wivatvongvana P, Patumanond J, Bikson M, Truong DQ, Datta A, Fregni F. (2012) Borckardt JJ, Bikson M , Frohman H, Reeves ST, Datta A, Bansal V, Madan A, Barth K, George MS. (2011) Kuo HI, Bikson M, Datta A, Minhas P, Paulus W, Kuo MF, Nitsche MA. (2012)

METÓDY

Prehľad štúdie

Všetci účastníci dokončili zjavnú sémantickú úlohu generovania slov počas funkčnej MRI s tDCS podávaným súčasne do primárnej motorickej kôry (M1).Ukázalo sa, že táto montáž zlepšuje jazykové funkcie u zdravého starnutia (Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014) a u pacientov s poškodením jazyka po cievnej mozgovej príhode (Meinzer et al., 2016). Štúdia použila trojsmerný, falošne kontrolovaný, krížený, medziodborový návrh na posúdenie vplyvu jednostranných a dvojstranných („duálnych tDCS“) M1-tDCS na charakteristiky funkčnej siete v oboch vekových skupinách. Počas každého sedenia účastníci najskôr absolvovali skenovanie v pokojovom stave, po ktorom nasledovala úloha na získanie sémantického slova (Upozorňujeme, že výsledky analýzy údajov v pokojovom stave boli uvedené skôr Lindenberg et al., 2016 Lindenberg, Nachtigall, Meinzer, Sieg, & amp. Flöel, 2013). Tri relácie skenovania boli oddelené približne 1 týždňom, aby sa zabránilo prenosovým účinkom aktívnych stimulačných podmienok, a poradie stimulačných podmienok bolo medzi účastníkmi vyvážené. Boli hlásené údaje zo staršej skupiny (Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014). V tejto štúdii však boli hlásené iba jednorozmerné analýzy údajov fMRI, ktoré nedokázali zachytiť funkčné sieťové efekty. Štúdiu schválila etická komisia Univerzitnej nemocnice Charité (Berlín, Nemecko).

Účastníci

Do tejto štúdie bolo prijatých dvadsaťštyri zdravých mladých dospelých (12 mužov, 12 žien s priemerným vekom = 26,7 ± 3,8) a 18 zdravých starších dospelých (9 mužov, 9 žien s priemerným vekom = 68,4 ± 5,2 roka). Všetci účastníci boli pravou rukou podľa Edinburgh Handedness Inventory (všetci ≥ 0,9 Oldfield, 1971), nezúčastnili sa predchádzajúcich štúdií tDCS a nehlásili psychoaktívne lieky alebo rekreačné užívanie drog alebo anamnézu súčasnej alebo predchádzajúcej neurologickej alebo psychiatrickej poruchy . Väčšina mladých a starších účastníkov mala stredoškolské vzdelanie (13 -ročné vzdelanie mladý: 19/24, starší: 15/18). Zostávajúci absolvovali najmenej 11 rokov formálneho vzdelávania. Pred zaradením do štúdie poskytli účastníci písomný informovaný súhlas.

Transkraniálna stimulácia jednosmerného prúdu

Konštantný jednosmerný prúd (1 mA) bol podávaný stimulátorom kompatibilným s MRI (DC-Stimulator Plus, NeuroConn, Ilmenau, Nemecko) pomocou zavedeného nastavenia (Meinzer, Lindenberg, Darkow, et al., 2014). Anóda bola vždy umiestnená do vrecka špongie nasiaknutého fyziologickým roztokom 5 × 7 cm 2 a pripevnená k M1 za všetkých stimulačných podmienok (C3 systému 10–20 EEG), ako bolo opísané vyššie (Lindenberg et al., 2013, 2016 Meinzer, Lindenberg, Sieg a kol., 2014). Počas unihemisférických podmienok bola nad pravú supraorbitálnu oblasť umiestnená väčšia funkčne inertná referenčná elektróda (10 × 10 cm 2). Pri duálnych tDCS bola referenčná elektróda (5 × 7 cm2) umiestnená nad pravú M1 (poloha C4). Počas simulovaného tDCS bola referenčná elektróda pseudonáhodne priradená buď k pravej supraorbitálnej oblasti alebo k pravej M1 u polovice účastníkov.

Vo všetkých stimulačných podmienkach bol prúd spočiatku zvýšený na 1 mA počas rampy v priebehu 10 sekúnd krátko pred začiatkom sekvencie v pokojovom stave a zostal konštantný 30 minút počas unihemisférického a duálneho tDCS, čím pokrýval celé trvanie jazyková úloha, ktorá trvala približne 11 minút (pozri nižšie). Počas falošných tDCS bol prúd vypnutý po 30 sekundách pred začiatkom sekvencie pokojového stavu. Na konci stimulácie sa za každých podmienok prúd zvyšoval počas 10 sekúnd.

Parametre fMRI a charakteristiky úlohy

Údaje z magnetickej rezonancie boli získané pomocou skenera 3-T Trio MR (Siemens, Erlangen, Nemecko) v berlínskom Centre for Advanced Neuroimaging (Univerzitná nemocnica Charité, Berlín, Nemecko). Podrobnosti o paradigme súvisiacej s úlohou už boli popísané skôr (Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014 Lindenberg et al., 2013). Stručne povedané, použili sme sekvenciu EPI váženú T2*(čas opakovania/čas akvizície = 6000/2000 ms): čas ozveny = 30 ms, uhol preklopenia = 90 °, 32 priečnych rezov, medzera = 0,75 mm, prekladané získavanie, pole zorného poľa = 192 × 192, akvizičná matica = 64 × 64, 104 zväzkov) a dočasný riedky vzorkovací návrh. To umožňuje vyhodnotiť zjavné verbálne reakcie počas fázy vypnutia skenera, aby sa predišlo artefaktom súvisiacim s artikuláciou.

Šesť sémantických kategórií (šesť blokov po sebe nasledujúcich 10 pokusov tej istej kategórie, trvanie pokusu 3,8 s) bolo predstavených pomocou projektora a systému zrkadiel. Účastníci dostali pokyn, aby počas každého pokusu vytvorili jeden príklad alebo odpovedali „ďalším“, ak na odpoveď nevedeli myslieť. Medzi pokusmi sa zobrazila čierna obrazovka (2,2 s) a získala sa hemodynamická odpoveď (riedke vzorkovanie). Bloky úloh sa striedali s jednoduchou základnou podmienkou motorickej reči (slovo „odpočívaj“ päť po sebe nasledujúcich pokusov v reakcii na písomné narážky). Osemnásť vopred vybraných kategórií bolo rozdelených do troch sád podľa publikovaných noriem a behaviorálnej pilotnej štúdie (sada 1: stromy, hmyz, šport, vybavenie, časti tela, nápoje, povolania, sada 2: kvety, ryby, kuchynské spotrebiče, oblečenie, jedlo, záľuby Sada 3: korenie, vtáky, hračky, farby, automatické súčiastky, hudobné nástroje (podrobnosti nájdete v témach Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014). Tieto tri sady boli v skupinách vyvážené. Pred skenovaním boli účastníci školení pomocou iný súbor kategórií. Počas skenovania boli zjavné reakcie zaznamenané pomocou mikrofónu kompatibilného s MRI a prepísané na následnú analýzu. Odozvy zaznamenali dvaja hodnotitelia, zaslepení podmienkami stimulácie. Nesprávne reakcie (príklady, ktoré nepatria do danej kategórie) ), opomenutia a opakovania príkladu (rovnaký príklad, synonymá) boli hodnotené ako chyby. V prípade nesúhlasu dosiahli dvaja hodnotitelia konsenzus. Všetky správne skúšky boli zaradené do e Analýza nezávislých komponentov (ICA).

Behaviorálna analýza

Opakované merania ANOVA (RM-ANOVA) porovnávali výkonnostné úrovne v troch stimulačných podmienkach s vekovou skupinou zahrnutou medzi faktormi medzi subjektmi. Všetky porovnania boli opravené o Bonferroniho.

FMRI analýza

Predspracovanie sa uskutočnilo pomocou štatistického parametrického modelovania (SPM8, Wellcome Department of Imaging Neuroscience, Londýn, Veľká Británia). Predspracovanie údajov bolo identické ako v našej predchádzajúcej štúdii (Meinzer, Lindenberg, Sieg, et al., 2014) a zahŕňalo opätovné zarovnanie funkčných obrazov s prvým obrázkom časového radu, súbežnú registráciu s anatomickým obrazom jednotlivých účastníkov, jednotnú segmentáciu a registrácia do štandardizovaného priestoru MNI a priestorové vyhladzovanie pomocou gaussovského jadra 8 × 8 × 8 mm 3. Pre každého účastníka boli navrhnuté návrhové matice s podrobnosťami o počiatkoch úloh sémantického vyhľadávania slov a základných motorických rečí.

Na posúdenie rozdielov v štruktúre funkčnej siete súvisiacej s úlohami vo vekových skupinách a potenciálnych efektoch tDCS sme použili ICA. ICA identifikuje maximálne nezávislé mozgové siete, ktoré tvoria celkový BOLD signál. Táto technika sa bežne používa s údajmi v pokojovom stave a identifikovala siete oblastí mozgu, ktoré konzistentne vykazujú dočasne synchronizované TLAČIVÉ signály. Tieto siete sú spoľahlivé medzi účastníkmi a medzi účastníkmi s bežnými príkladmi, ako je predvolený režim alebo sieť chrbtovej pozornosti. ICA je do značnej miery založená na dátach a nevyžaduje a priori predpoklady o základnej štruktúre siete (Margulies et al., 2010) Tento prístup bol tiež použitý na pochopenie VÝZNAMNÝCH fluktuácií, pokiaľ ide o kognitívne úlohy, ktoré vyvolávajú koordinovanú aktivitu v špecializovaných podsieťach zaoberajúcich sa rôznymi aspekty úlohy (napr. motorické, vizuálne alebo sluchové spracovanie Gess, Fausett, Kearney-Ramos, Kilts, & amp James, 2014). Začlenenie tejto metódy do štúdie starnutia a vplyvu tDCS môže umožniť posúdenie rozdielov na úrovni siete medzi mladými a staršími účastníkmi a posúdenie potenciálnych rozdielových účinkov tDCS v oboch skupinách.

V tejto štúdii bola ICA vykonaná pomocou súboru nástrojov GIFT (verzia 4.0a, icatb.sourceforge.net). Pre mladých aj starších dospelých (celkom n = 42), predbežne spracované obrázky boli vložené do analýzy ICA. Podrobnosti o algoritme ICA sú uvedené v Calhoun, Adali, Pearlson a Pekar (2001). Stručne povedané, pomocou modifikovaného algoritmu minimálnej dĺžky popisu (Li a kol., 2007) a dvoch krokov PCA boli jednotlivé súbory údajov fMRI redukované na 23 priestorovo nezávislých komponentov. Potom sa vykonala skupinová priestorová ICA pomocou algoritmu infomax (Bell & amp Sejnowski, 1995), čo viedlo k nezávislým priestorovým mapám a časovým kurzom pre každú zložku, predmet a reláciu. Algoritmus infomax sa potom opakoval 10 -krát pomocou ICASSO (Himberg & amp Hyvarinen, 2003), aby sa zlepšila spoľahlivosť rozkladu. Priestorové integrované obvody sa potom znova zrekonštruovali na každého jednotlivca. Komponenty sa považovali za artefakty a boli odstránené z úvahy, ak bola spektrálna frekvencia neprimerane vo vysokom rozsahu v porovnaní s inými sieťami alebo ak bolo zaznamenané značné prekrývanie s bielou hmotou a/alebo mozgovomiechovým mokom. Tým sa odstránili aj súčasti, o ktorých sa zistilo, že sú spôsobené pohybom alebo súvisia s fyziologickým hlukom. Výsledkom bolo odstránenie šiestich zložiek, pričom 17 záujmových zložiek bolo použitých na analýzu súvisiacu s úlohou a úroveň významnosti upravenú o Bonferroniho p & lt, 003 (0,05/17). Na stanovenie komponentov spojených s úlohami sémantického vyhľadávania slov alebo základných motorických rečí bola na časových kurzoch ICA vykonaná regresná analýza pomocou návrhovej matice vytvorenej v SPM v softvéri GIFT. Pohybové parametre boli zahrnuté do regresnej analýzy na kontrolu artefaktov súvisiacich s pohybom pri aktivácii na úrovni siete.

Siete súvisiace s úlohami

Na určenie sietí, ktoré boli pozitívne modulované ktoroukoľvek úlohou, je jedna vzorka t bol vykonaný test. Uvažovalo sa o sieťach, u ktorých bola zistená významná pozitívna aktivácia spojená s jednou úlohou a negatívna aktivácia s druhou úlohou. Výsledkom boli tri siete spojené s úlohou sémantického vyhľadávania slov a štyri s úlohou základnej línie motorickej reči (pozri tabuľky 1 a 2 obrázky 1 a 2).

Špičková aktivita v komponentoch je identifikovaná ako pozitívna asociácia so sémantickým získavaním slov a negatívna asociácia so základnou úlohou motorickej reči - konvencia pomenovania: je potrebné vysvetliť (prekrývanie so známymi sieťami/maximálna aktivita/rozsah)

Regióny mozgu . Pologuľa . Maximálne hodnoty t (súradnice MNI) . Skóre F . p .
10 Ľavá frontoparietálna 492.9 & lt.001
Stredný frontálny gyrus L 4.7 (−48, 33, 18)
Nižší frontálny gyrus L 4.6 (−48, 36, 15)
Superior parietálny lalok L 4.4 (−27, −72, 48)
Precuneus L 3.9 (−24, −72, 51)
Nižší parietálny lalok L 3.1 (−36, −63, 48)
15 pCC 83.0 & lt.001
Zadný cingulárny gyrus R. 3.5 (3, −69, 12)
Zadný cingulárny gyrus L 3.4 (−3, −72, 9)
Cuneus R. 3.4 (3, −72, 9)
Cuneus L 3.2 (−3, −69, 6)
Precuneus R. 2.7 (3, −69, 18)
22 Dorsal ACC 38.9 & lt.001
Predný cingulárny gyrus R. 3.4 (3, 36, 12)
Predný cingulárny gyrus L 3.1 (−3, 36, 12)
Stredný frontálny gyrus R. 2.7 (3, 42, 18)
Vynikajúci frontálny gyrus R. 2.6 (27, 57, 6)
Stredný frontálny gyrus R. 2.5 (30, 57, 9)
Regióny mozgu . Pologuľa . Maximálne hodnoty t (súradnice MNI) . Skóre F . p .
10 Ľavá frontoparietálna 492.9 & lt.001
Stredný frontálny gyrus L 4.7 (−48, 33, 18)
Nižší frontálny gyrus L 4.6 (−48, 36, 15)
Superior parietálny lalok L 4.4 (−27, −72, 48)
Precuneus L 3.9 (−24, −72, 51)
Nižší parietálny lalok L 3.1 (−36, −63, 48)
15 pCC 83.0 & lt.001
Zadný cingulárny gyrus R. 3.5 (3, −69, 12)
Zadný cingulárny gyrus L 3.4 (−3, −72, 9)
Cuneus R. 3.4 (3, −72, 9)
Cuneus L 3.2 (−3, −69, 6)
Precuneus R. 2.7 (3, −69, 18)
22 Dorsal ACC 38.9 & lt.001
Predný cingulárny gyrus R. 3.4 (3, 36, 12)
Predný cingulárny gyrus L 3.1 (−3, 36, 12)
Stredný frontálny gyrus R. 2.7 (3, 42, 18)
Vynikajúci frontálny gyrus R. 2.6 (27, 57, 6)
Stredný frontálny gyrus R. 2.5 (30, 57, 9)

Špičková aktivita v komponentoch je identifikovaná ako pozitívna asociácia s východiskovou úlohou motorickej reči a negatívna asociácia s úlohou sémantického vyhľadávania slov

Regióny mozguPologuľaMaximálne hodnoty t (súradnice MNI)Skóre Fp
6 Predný časový/ostrovček 99.3 & lt.001
Superior temporálny gyrus L 4.3 (−39, 9, −18)
Nižší frontálny gyrus L 3.7 (−36, 9, −15)
Insula L 3.4 (−42, −3, −6)
Superior temporálny gyrus R. 3.3 (45, 0, −9)
Parahippocampal gyrus L 3.0 (−30, 6, −18)
12 Ventral ACC 250.0 & lt.001
Predný cingulát L 6.9 (−3, 12, −3)
Predný cingulát R. 6.8 (3, 12, −3)
Kaudát L 5.8 (−6, 12, −6)
Kaudát R. 5.7 (6, 12, 0)
Stredný frontálny gyrus L 3.8 (−3, 27, −12)
13 Motor 22.71 & lt.001
Postcentrálny gyrus R. 3.3 (33, −39, 66)
Precentrálny gyrus R. 3.2 (24, −27, 72)
Postcentrálny gyrus L 3.0 (−9, −45, 69)
Paracentrálny lalok L 2.9 (−3, −42, 66)
Precentrálny gyrus L 2.9 (−21, −27, 72)
17 Predvolený režim 135.58 & lt.001
Zadný cingulát L 4.9 (0, −48, 24)
Cingulárny gyrus L 4.9 (0, −51, 27)
Precuneus L 4.7 (0, −63, 36)
Zadný cingulát R. 4.5 (3, −51, 24)
Cingulárny gyrus R. 4.5 (3, −48, 27)
11 Pravá frontoparietálna a
Nižší parietálny lalok R. 8.3 (42, −53, 52)
Precuneus R. 4.5 (9, −67, 50)
Nižší parietálny lalok L 4.2 (−45, −50, 49)
Vynikajúci frontálny gyrus R. 3.5 (30, 58, 0)
Stredný frontálny gyrus R. 2.7 (45, 17, 43)
Regióny mozguPologuľaMaximálne hodnoty t (súradnice MNI)Skóre Fp
6 Predný časový/ostrovček 99.3 & lt.001
Superior temporálny gyrus L 4.3 (−39, 9, −18)
Nižší frontálny gyrus L 3.7 (−36, 9, −15)
Insula L 3.4 (−42, −3, −6)
Superior temporálny gyrus R. 3.3 (45, 0, −9)
Parahippocampal gyrus L 3.0 (−30, 6, −18)
12 Ventral ACC 250.0 & lt.001
Predný cingulát L 6.9 (−3, 12, −3)
Predný cingulát R. 6.8 (3, 12, −3)
Kaudát L 5.8 (−6, 12, −6)
Kaudát R. 5.7 (6, 12, 0)
Stredný frontálny gyrus L 3.8 (−3, 27, −12)
13 Motor 22.71 & lt.001
Postcentrálny gyrus R. 3.3 (33, −39, 66)
Precentrálny gyrus R. 3.2 (24, −27, 72)
Postcentrálny gyrus L 3.0 (−9, −45, 69)
Paracentrálny lalok L 2.9 (−3, −42, 66)
Precentrálny gyrus L 2.9 (−21, −27, 72)
17 Predvolený režim 135.58 & lt.001
Zadný cingulát L 4.9 (0, −48, 24)
Cingulárny gyrus L 4.9 (0, −51, 27)
Precuneus L 4.7 (0, −63, 36)
Zadný cingulát R. 4.5 (3, −51, 24)
Cingulárny gyrus R. 4.5 (3, −48, 27)
11 Pravá frontoparietálna a
Nižší parietálny lalok R. 8.3 (42, −53, 52)
Precuneus R. 4.5 (9, −67, 50)
Nižší parietálny lalok L 4.2 (−45, −50, 49)
Vynikajúci frontálny gyrus R. 3.5 (30, 58, 0)
Stredný frontálny gyrus R. 2.7 (45, 17, 43)

Negatívne spojená so sémantickou plynulosťou a motorickou rečou je však aktivácia výrazne viac počas úlohy motorickej reči (-0,38 vs. -0,26, F = 16.31, p & lt, 001).


Abstrakt

Neuroimagingové údaje ukázali, že aktivita v laterálnej zadnej parietálnej kôre (PPC) koreluje s rozpoznávaním položiek a spomienkou na zdroj, ale existuje značná diskusia o jej konkrétnych príspevkoch. Výkon pri úlohách s položkovou aj zdrojovou pamäťou sa porovnával medzi účastníkmi, ktorým bola poskytnutá bilaterálna transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS) cez parietálny kortex, s tými, ktorí dostali prefrontálny alebo simulovaný tDCS. Parietálna skupina tDCS, ale nie prefrontálna skupina, vykazovala znížené falošné rozpoznávanie a menšiu zaujatosť pri úlohách týkajúcich sa diskriminácie položiek a zdrojov v porovnaní s fingovanou stimuláciou. Tieto výsledky sú v súlade s príčinnou úlohou PPC pri získavaní pamäte položky a zdroja, pravdepodobne na základe zaujatosti pozornosti a rozhodovania.


Úvod

Schopnosť modulovať mozgovú aktivitu in vivo prostredníctvom neinvazívnych, reverzibilných mechanizmov je dôležitý pre pokrok v klinickom, translačnom a základnom výskume. Jednou sľubnou metódou neinvazívnej neuromodulácie je transkraniálna jednosmerná stimulácia (tDCS). tDCS je schopný zvýšiť alebo inhibovať mozgovú aktivitu v kortikálnych oblastiach zmenou rýchlosti spaľovania neurónov a koncentrácií neurotransmiterov [[1], [2], [3]]. Excitácia motorickej kôry prostredníctvom tDCS dôsledne vedie k zlepšeniu motorických funkcií [[4], [5], [6]], avšak účinky tDCS na iné oblasti mozgu, ako je frontálna kôra, ako aj účinky tDCS na doménach kognitívnych úloh sú menej jednotné [[7], [8], [9]]. Kriticky sa ukázalo, že táto metóda indukuje reorganizáciu funkčných sietí a má vplyv na neuroplasticitu [10,11].

Aj keď je tDCS schopný ovplyvňovať aktivitu v uzloch funkčných sietí pri zacielení iba na jedno kortikálne miesto, nie je jasné, ako účinný je tDCS pri modulácii subkortikálnych cieľov. Nedávny výskum napriek tomu odhaľuje sľubné dôkazy naznačujúce vplyv kortikálnej stimulácie na koncentrácie neurotransmiterov v striatálnych oblastiach [12,13], ako aj funkčnú konektivitu v kortiko-striatálnych a talamo-kortikálnych sieťach [14]. Konkrétne nás zaujímala možnosť použitia tDCS na stimuláciu dopaminergického stredného mozgu, subkortikálneho systému, ktorý je primárne zložený z dopaminergných neurónov v substantia nigra a ventrálnej tegmentálnej oblasti. Dopamín je dôležitý pre rôzne kognitívne a motorické správanie a najmä dopaminergický stredný mozog sa podieľa na rozhodovaní, učení a motivovanom správaní na základe odmeny, ako aj na patológii chorôb a starnutí [15,16]. Modulovanie stredného mozgu pomocou metódy, ako je tDCS, by mohlo prispieť k terapeutickému pokroku zameranému na správanie a choroby zahŕňajúce dopaminergnú dysfunkciu. Stredný mozog je pozoruhodne priamo aj nepriamo spojený s prefrontálnym kortexom mezokortikálnymi dopaminergickými dráhami [[17], [18], [19], [20]]. Zdá sa teda, že prefrontálna stimulácia spôsobuje downstream efekt v strednom mozgu prostredníctvom modulácie týchto spojení poháňaných dopamínom [12,13].

Kombinácia bifrontálnych tDCS do ľavého a pravého dorsolaterálneho prefrontálneho kortexu (DLPFC) s pozitrónovou emisnou tomografiou (PET), Fonteneau a kolegovia [12] nedávno ukázali, že stimulácia indukuje uvoľňovanie dopamínu vo ventrálnom striate, ktoré udržiava spojenie so stredným mozgom mezolimbickým dopaminergikom chodník. Podobne Fukai a kolegovia [13] demonštrovali zvýšené uvoľňovanie dopamínu v striate po bifrontálnej stimulácii DLPFC, čo bolo tiež spojené so zlepšenou presnosťou úlohy kontroly pozornosti. Tento vzťah medzi zvýšenou aktivitou striatálneho dopamínu a kognitívnym zlepšením po prefrontálnom tDCS podporuje myšlienku, že kortikálnu stimuláciu je možné použiť na ovplyvnenie subkortikálnych dopamínových systémov a súvisiacich behaviorálnych funkcií.

Štúdie tDCS a fMRI navyše ukázali, že čelná stimulácia zvyšuje intenzitu signálu v nucleus accumbens, zložke ventrálneho striata [1]. Klinické štúdie pacientov s veľkou depresívnou poruchou ukázali, že prefrontálna opakujúca sa transkraniálna magnetická stimulácia (rTMS) tiež zvyšuje uvoľňovanie dopamínu v striate, merané počítačovou tomografiou s jednou fotónovou emisiou (SPECT) [21,22]. Ďalej sa ukázalo, že prefrontálny rTMS má podobné účinky na dopaminergnú aktivitu v striate ako d -amfetamín, agonista dopamínu. Vyvíjajúci sa konsenzus z týchto štúdií je, že modulácia mezokortiko-limbickej dráhy môže byť možným mechanizmom účinku za zmenami v subkortikálnom dopamíne vyvolanými prefrontálnym tDCS, pretože táto cesta spája DLPFC s ventrálnym striatom. V nedávnej štúdii fMRI v pokojovom stave prefrontálne tDCS a podanie L-Dopa, prekurzora dopamínu, zvýšili spontánnu nervovú aktivitu v mezostriatálnych oblastiach [23]. Tento súbor výskumu teda podporuje myšlienku, že mezo-kortiko-limbická dráha môže byť zapojená do aplikácie prefrontálneho tDCS ako moderátora subkortikálnej dopamínovej aktivity.

Zatiaľ čo doteraz diskutovaný výskum zahŕňa priamejšie opatrenia mozgovej aktivity, ako sú PET a fMRI, na nepriamy odhad hladín dopamínu u ľudí sa použili nákladovo efektívnejšie a prístupnejšie behaviorálne a fyziologické opatrenia.Na meranie subkortikálneho dopamínu sa napríklad použili behaviorálne paradigmy využívajúce hodnotenie príťažlivosti tváre, pretože tento konkrétny typ úlohy preukázal asociáciu s aktivitou stredného mozgu [24]. Ako ukázali Chib a kolegovia [24], stimulácia prefrontálnej kôry pomocou tDCS bola úspešná pri zvyšovaní hodnotení príťažlivosti tváre, pravdepodobne prostredníctvom diaľkovej aktivácie dopaminergných dráh, ktoré vedú do stredného mozgu, čo má potom za následok zvýšenú aktivitu ventrálneho stredného mozgu. . Po podaní tDCS teda hodnotenie príťažlivosti tváre pozitívne korelovalo s aktivitou ventrálneho stredného mozgu [24]. Výskum tiež ukázal, že paradigmy príťažlivosti tváre aktivujú okruhy odmeňovania prostredníctvom dopaminergných dráh frontálno-striatálnych [[25], [26], [27], [28]]. Okrem toho sa ukázalo, že oblasti mozgu súvisiace s odmeňovaním vyjadrujú lineárnu zmenu aktivity s rastúcim alebo znižujúcim úsudkom o atraktivite, hoci niektoré z týchto oblastí reagujú prednostne na základe pohlavia subjektov [26]. Muži vykazujú silnejší vzťah medzi úsudkami o atraktivite a aktivitou v orbito-frontálnom kortexe, ale iné oblasti odmeňovania nepreukazujú rozdiely medzi pohlaviami. Vzhľadom na spojenie medzi hodnotením príťažlivosti tváre, oblasťami mozgu súvisiacimi s odmeňovaním a fungovaním dopamínu môže hodnotenie príťažlivosti tváre slúžiť ako zástupca subkortikálnych hladín dopamínu.

Výskum navyše naznačuje, že orientácia na zaujatosť vo vizuálnej pozornosti je ďalším potenciálnym zástupcom subkortikálneho fungovania dopamínu, pretože tento jav súvisí s asymetriou receptora D2 v striate [29]. Konkrétne sa predpokladá, že orientácia zaujatosti na ľavý vizuálny hemispace pochádza z pravej hemisférickej špecializácie na spracovanie priestorových informácií. Tento vzťah medzi orientačnou zaujatosťou a dopamínom je podložený dôkazmi PET, ktoré ukazujú, že pseudoneglect alebo prirodzená tendencia presúvať vizuálnu pozornosť na ľavý hemispace odráža rozdiely v lateralizácii dopamínových systémov v striate [30]. Rozdiely v priestorovej pozornosti boli navyše predpovedané genetickými variáciami génu transportéra dopamínu [31,32]. Mieru, v ktorej si jednotlivec udržiava zaujatosť orientovanú doľava, možno teda použiť ako dodatočnú premennú na nepriame informovanie o rozdieloch v subkortikálnej aktivite dopamínu.

A nakoniec, rýchlosť spontánneho žmurknutia (EBR) sa tiež často používa ako fyziologický zástupca pre hladiny dopamínu. Východisková rýchlosť žmurkania a tonická aktivita dopamínu boli pozitívne korelované v mnohých štúdiách [[33], [34], [35]]. Neurologické zobrazovanie ďalej preukázalo prepojenie medzi EBR a receptormi dopamínu D2 [36], aj keď novšie štúdie PET nedokázali tieto nálezy replikovať [37,38]. Agonisty D1 aj D2 sa však podieľajú na dávkovo závislom vzťahu s EBR [[39], [40], [41], [42]] a súčasný výskum naďalej používa túto metódu ako nepriamu mieru tonika fungovanie dopamínu [43]. Práca Slagtera a kolegov [44] navyše ukazuje, že EBR predpovedá individuálne rozdiely v pseudoneglecte, a keďže tieto opatrenia súvisia s dopaminergnou aktivitou, ich vzájomný vzťah ďalej implikuje EBR ako nepriamy korelát pre dopamín.

Aby sme rozšírili predchádzajúcu prácu, skúmali sme účinky prefrontálnych tDCS na subkortikálnu aktivitu dopamínu pomocou troch behaviorálnych a fyziologických korelátov dopamínu - hodnotenia príťažlivosti tváre, zaujatosti orientovanej na orientáciu a EBR. Našim primárnym cieľom bolo použiť nepriame opatrenia fungovania dopamínu na replikáciu predchádzajúcej práce, ktorá používala priamejšie opatrenia, ako sú PET a fMRI. Vytvorenie metódy, pomocou ktorej by bolo možné merať vplyv tDCS na dopamín bez nákladného zobrazovania fMRI alebo PET, by umožnilo prístupnejší prístup, ktorý môžu budúci vedci použiť na preskúmanie tohto vzťahu. Zaujímalo nás tiež vyhodnotenie možného vplyvu individuálnej variability v reakcii na tDCS pomocou vplyvu východiskového dopamínu na zmeny funkcie dopamínu po stimulácii prostredníctvom post hoc porovnania. Výskum naznačuje, že účinnosť tDCS môže súvisieť s individuálnymi rozdielmi v génoch dopamínu spojenými s rôznymi faktormi (napr. Zaujatosť orientovaná na pozornosť, odpoveď na odmenu a pracovná pamäť) [32,45,46] táto metóda preto môže vyvíjať rôzne účinky na správanie, v závislosti od toho, ako jednotlivec vníma stimuláciu [[47], [48], [49]]. Preto sme použili zmiešaný dizajn, v ktorom boli stimulačné podmienky (aktívne alebo fingované) implementované ako premenná medzi subjektmi, zatiaľ čo behaviorálne a fyziologické údaje boli zozbierané pred aj po stimulácii ako premenná medzi subjektmi. Pred aj po tDCS sme použili EBR, paradigmu príťažlivosti tváre a úlohu predpojatosti orientujúcu sa na stupne šedi ako viacvrstvový, nepriamy index subkortikálnych hladín dopamínu.

Existujú dôkazy, ktoré naznačujú, že účinnosť tDCS je ovplyvnená stimulačným prístupom (offline vs. online) [50]. V nedávnej metaanalýze sa zistilo, že stimulácia priniesla zlepšenie pracovnej pamäte u zdravých subjektov pre offline úlohy, ale nie pre online úlohy [51]. Výkon pracovnej pamäte je pozoruhodne spätý s prefrontálnym fungovaním dopamínu [52,53]. Offline stimulačný prístup teda môže byť účinnejší na pozorovanie účinkov tDCS na správanie súvisiace s dopamínom u zdravých jedincov. Ďalej Fonteneau a kolegovia [12] konkrétne pozorovali rozdiely v hladinách striatálneho dopamínu 20–35 minút po bifrontálnej stimulácii DLPFC, ale počas stimulačného obdobia sa nepozorovali žiadne rozdiely. To naznačuje, že online stimulácia DLPFC nemusí byť optimálna na meranie zmien v subkortikálnej aktivite dopamínu. Keďže sme sa zaujímali o vyhodnotenie účinku bifrontálnych tDCS na subkortikálnu aktivitu dopamínu u zdravých jedincov, rozhodli sme sa pre súčasnú štúdiu použiť prístup offline stimulácie.

Na stimulačnú montáž sme použili anódu nad ľavou dorsolaterálnou prefrontálnou kôrou (lDLPFC) a katódu nad pravú dorsolaterálnu prefrontálnu kôru (rDLPFC). Predošlý výskum demonštrujúci zvýšenie subkortikálnej aktivity dopamínu po bifrontálnej stimulácii u zdravých jedincov použil túto konkrétnu montáž [12,13] a náš experimentálny dizajn bol vopred zaregistrovaný ako replikácia tejto práce. RTMS nad lDLPFC je navyše u klinických pacientov spájaný so zvýšeným striatálnym dopamínom a vykazuje účinky podobné dopaminergným agonistom [21,22]. Preto sme sa rozhodli prijať túto špecifickú montáž pre súčasnú štúdiu, pretože naším cieľom bolo nepriamo modulovať subkortikálnu aktivitu dopamínu a pozorovať výsledné vplyvy na správanie súvisiace s dopamínom.

Predpovedali sme, že aktívny tDCS zvýši hladiny dopamínu v strednom mozgu, čo dokazuje následný vplyv na správanie a fyziológiu. Konkrétnejšie sme očakávali vyššie hodnotenia paradigmy príťažlivosti tváre a zníženie zaujatosti pozornosti doľava po aktívnej stimulácii v porovnaní s fingovanou, ako aj zvýšenie priemernej EBR. Tieto hypotézy sú založené na literatúre, ktorá implikuje mezo-kortiko-limbickú dopamínovú dráhu pri hodnotení príťažlivosti tváre, vizuálnej priestorovej pozornosti a rýchlosti žmurkania [[26], [27], [28], [29], [30]]. Pri zohľadnení individuálnych rozdielov sme však ďalej predpovedali, že východiskové hladiny dopamínu, kvantifikované behaviorálnymi a fyziologickými proxy, budú mať vplyv na reakciu na tDCS. Táto hypotéza je založená na výskume, v ktorom sa ukázalo, že interindividuálne rozdiely v základnom dopamíne ako produkte genetickej variability ovplyvňujú výsledky správania, ako je zaujatosť pozornosti a aktivácia systémov odmeňovania [32,45,46]. Náš experimentálny dizajn a osnova pre a priori analýzy boli predregistrované v Open Science Framework predtým, ako sa začal zber údajov, a naše post hoc analýzy sú načrtnuté so štatistickým prístupom pre túto štúdiu.


1. Úvod

Porucha pozornosti a hyperaktivity (ADHD) je prevládajúca vývojová porucha charakterizovaná nedostatočnou úrovňou pozornosti, hyperaktivitou a impulzivitou a často súbežne s inými psychiatrickými poruchami. [1] Podľa Americkej pediatrickej akadémie môžu byť v dôsledku ADHD ohrozené rôzne oblasti života dieťaťa, ako napríklad akademický výkon, medziľudské vzťahy a pohoda, čo vyvoláva potrebu účinnej liečby. [1,2] Hlavné súčasné odporúčané a široko používané terapeutické stratégie vychádzajú z psychostimulantov a behaviorálnych terapií. Ukázali sa ako účinné a nákladovo efektívne v krátkodobom horizonte [1], avšak v literatúre boli hlásené nežiaduce účinky u detí a mladistvých pri použití niektorých z týchto liekov, medzi nimi tachyfylaxia, zvýšený krvný tlak a srdce mieru, nespavosť a zníženú chuť do jedla. [3 𠄶]

Niektoré štúdie uvádzajú vzťah medzi symptómami ADHD a deficitmi výkonných funkcií. [7] Centrálnymi výkonnými funkciami sú kognitívna flexibilita, inhibičná kontrola (sebakontrola a samoregulácia) a pracovná pamäť. K najkomplexnejším výkonným funkciám patrí riešenie problémov, uvažovanie a plánovanie. [8] Inhibičná kontrola, schopnosť inhibovať prepotentné akcie, sa u detí a dospelých s ADHD mení. [9] Navrhlo sa, že opakovaná transkraniálna magnetická stimulácia a transkraniálna stimulácia jednosmerným prúdom (tDCS) v dorsolaterálnom prefrontálnom kortexe by mohla zlepšiť inhibičnú kontrolu, impulzivitu a rozhodovanie. [10]

V posledných desaťročiach bolo testovaných niekoľko intervencií a diagnostických nástrojov na poruchy mozgu a mysle. [11 �] Medzi nimi je tDCS vznikajúca neuromodulačná technika, ktorá používa elektrickú stimuláciu s nízkou intenzitou na moduláciu cieľových oblastí mozgu a má potenciálny terapeutický prínos, pretože neurofyziologický účinok aplikovaného prúdu je trvanlivý v priebehu času po ukončení stimulácie. [24] Anodický tDCS je založený na elektrickom prúde z generátora, ktorého cieľom je stimulovať určité kortikálne oblasti, čo spôsobuje zvýšenie miestneho prietoku krvi mozgom. [25] Tento nástroj sa v súčasnosti používa na liečbu rôznych psychiatrických a neurologických porúch, ako je schizofrénia, [26] dyslexia, [27] autizmus, [28] cerebelárna ataxia, [29] epilepsia, [30] unipolárna a bipolárna depresia , [31] pretože je považovaný za bezpečný a relatívne lacnejší ako iné neinvazívne prístupy k stimulácii mozgu. [32,33] Výhody nákladovej efektívnosti tDCS by mohli byť ešte dôležitejšie vzhľadom na krajiny s nízkymi a strednými príjmami. [34,35]

Predchádzajúce štúdie ukázali, že tDCS je bezpečnou a povzbudivou možnosťou pri liečbe ADHD, [10,36 �], čo dokazuje opodstatnenosť výskumu tejto metódy a jej nepriaznivých účinkov. Niektoré deti a mladiství majú navyše kontraindikácie používania psychoaktívnych drog, ktoré si vyžadujú použitie alternatívnych metód. Pilotná otvorená štúdia, ktorú vykonali Bandeira a kol. [38], ukázala zlepšenie niektorých výkonných funkcií, ako je selektívna pozornosť a inhibičná kontrola pomocou tDCS u detí a dospievajúcich s ADHD. Na ďalšie skúmanie týchto zistení by sa však mali vykonať ďalšie štúdie s vhodnou randomizáciou, zaslepením a väčšími veľkosťami vzoriek. Hlavným cieľom tejto štúdie je rozšíriť rozsah predchádzajúceho skúmania a dokázať reprodukovateľnosť zistení, ako aj zaistiť bezpečnosť techniky v tejto populácii.