Wpływ anodowej przezczaszkowej stymulacji prądem stałym na tworzenie i odzyskiwanie pamięci epizodycznej na obszarze brzuszno-bocznej kory przedczołowej

Streszczenie
W ostatnim dziesięcioleciu w kilku badaniach oceniano wpływ przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) na zdolności pamięci epizodycznej. Jednak szczególne warunki, w których tDCS wpływa na pamięć, pozostają w dużej mierze niejasne. Tutaj przedstawiono dane z 4 eksperymentów mających na celu zbadanie wpływu anodowego tDCS stosowanego na lewą brzuszno-boczną korę przedczołową (VLPFC) na werbalną pamięć epizodyczną. Oceniono efekty wywoływane przez tDCS na podstawie czasu zastosowania terapii, charakteru zadania kodowania pamięci i wieku uczestników. Znaczne zwiększenie wydajności pamięci stwierdzono tylko wtedy, gdy anodowe tDCS zostały dostarczone podczas celowego zapamiętywania. To ulepszenie było widoczne u młodych i starszych dorosłych. TDCS zastosowany podczas przypadkowego zapamiętywania lub podczas odzyskiwania pamięci nie indukował żadnej modulacji wydajności pamięci. Wyniki pokazują, że modulacja funkcji pamięci epizodycznej przez anodowy tDCS na lewym VLPFC zależy od czasu podania i charakteru zadania pamięciowego. Odkrycia mogą pomóc określić optymalne protokoły stymulacji dla interwencji neurorehabilitacyjnych u osób z osłabieniem pamięci.

Wprowadzenie

W ciągu ostatnich 15 lat przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) szybko stała się jedną z najczęściej stosowanych metod nieinwazyjnej stymulacji mózgu wśród neuronaukowców. TDCS polega na dostarczaniu słabych prądów elektrycznych do skóry głowy, które modulują neuronalne potencjały transbłonowe, a tym samym wpływają na procesy motoryczne, poznawcze i behawioralne połączone ze stymulowanymi obszarami mózgu. Biegunowość stymulacji określa wpływ tDCS na pobudliwość korową, tak że stymulacja anodowa indukuje depolaryzację stanu spoczynkowego potencjałów błony neuronów, a katodowe tDCS indukuje hiperpolaryzację. Możliwość zwiększenia pobudliwości korowej za pomocą anodowego tDCS, wraz z jej względną łatwością użycia, skłoniła naukowców do zbadania skuteczności tej techniki we wzmacnianiu i rehabilitacji funkcji poznawczych. Korzystne skutki anodowego tDCS opisano w wielu domenach poznawczych w populacjach zdrowych i neuropsychiatrycznych. Jednak wyniki w piśmiennictwie są mieszane i w różnych dziedzinach poznawczych podawanie anodowego tDCS nie skutkuje konsekwentnie wzmocnieniem funkcji poznawczych. Próbując rozwiązać te niepewności, ilość prac metaanalitycznych ostatnio wzrosła, ale wyniki nie zawsze przyczyniły się do wyjaśnienia skutków tDCS.

Ta niejednorodność wyników jest również widoczna w literaturze poświęconej pamięci epizodycznej. Pamięć epizodyczna, definiowana jako pamięć informacji z określonymi szczegółami przestrzennymi i czasowymi, jest szczególnie interesująca dla neuronaukowców, biorąc pod uwagę jej spadek w zdrowym i patologicznym starzeniu. Brak skutecznych interwencji farmakologicznych w celu przeciwdziałania temu spadkowi zachęcił naukowców do przetestowania możliwości, że nieinwazyjna stymulacja mózgu może służyć jako alternatywne narzędzie poprawy zdolności pamięci, począwszy od badań na młodszych dorosłych. Jednak spośród prawie 30 opublikowanych artykułów tylko kilka badań tDCS wykazało wzmacniające efekty anodowego tDCS, o czym świadczy wyższy wskaźnik prawidłowych odpowiedzi lub zmiany w połączonych wskaźnikach pamięci rozpoznawania. Inne badania nie wykazały żadnych efektów w jednym lub większej liczbie warunków eksperymentalnych, a nawet efekty osłabiające. Mieszane wyniki są prawdopodobnie spowodowane różnorodnością zastosowanych parametrów stymulacji, takich jak montaż, miejsce i czas trwania podania, faza zapamiętywania (kodowanie vs. pobieranie), czas podania stymulacji w odniesieniu do zadania (online vs offline ) lub konkretne wykorzystywane zadania kodowania lub pobierania (kodowanie przypadkowe a celowe, przypominanie a rozpoznawanie). Biorąc pod uwagę, że ta różnorodność wyników przyczyniła się w ciągu ostatnich kilku lat do narastającego sceptycyzmu co do skuteczności anodowego tDCS, uzasadnione są systematyczne badania parametrów stymulacji, które powodują tę zmienność.

Tutaj, w 4 eksperymentach, postanowiono zastosować systematyczne podejście do profilowania okoliczności, w których anodowe tDCS skutecznie zmieniają funkcje pamięci epizodycznej. We wszystkich eksperymentach badano werbalną pamięć epizodyczną i używano bodźców słownych. Skoncentrowano zainteresowanie na lewej brzuszno-bocznej korze przedczołowej (VLPFC). Chociaż nie jest to tradycyjny region docelowy w badaniach nad tDCS i pamięcią epizodyczną, lewy VLPFC jest konsekwentnie związany z kodowaniem i odtwarzaniem pamięci epizodycznej w badaniach funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Ponadto, ostatnie badania przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) wykazały, że wydajność pamięci epizodycznej jest bardziej efektywnie modulowana przez stymulację lewego VLPFC, w przeciwieństwie do lewej grzbietowo-bocznej kory przedczołowej (DLPFC), która jest częstszym celem badań nad tDCS i pamięcią epizodyczną.

Najpierw zbadano optymalny czas podania anodowego tDCS, aby wywołać wpływ na poprawę zdolności pamięci epizodycznej za pomocą zadania pamięci intencjonalnej, w którym uczestnicy mieli zapamiętać słowa, jednocześnie wykonując przyjemne zadanie na słowach. Przeanalizowano czas administracji stymulacją w odniesieniu do zadania (online podczas zadania vs. offline bezpośrednio przed zadaniem) oraz w odniesieniu do fazy pamięci (kodowanie vs. pobieranie). Istniejące wyniki piśmiennictwa nie pozwalają na ustalenie optymalnego czasu podania tDCS do wywołania efektów w pamięci epizodycznej. Niektóre badania ukierunkowane na DLPFC donosiły o skutkach ułatwiających, gdy anodowy tDCS podawano podczas kodowania online lub offline, podczas gdy inne zgłaszały osłabienie lub brak efektów. Ułatwiający wpływ anodowego tDCS na korę przedczołową podczas wyszukiwani pamięci stwierdzono podczas stymulacji offline, ale inne badania nie wykazały znaczącego wpływu. Zastosowano międzypodmiotowy projekt z próbą pozorowaną, aby porównać efekty stymulacji online i offline, gdy stymulacja została dostarczona podczas kodowania (eksperyment 1) lub odzyskiwania (eksperyment 2). W eksperymencie 3 zbadano efekty tDCS za pomocą zadania zapamiętywania incydentalnego. W tym celu zaaplikowano anodowe tDCS na lewy VLPFC, podczas gdy badani kodowali słowa przy użyciu głębokiego lub płytkiego zadania kodowania, i oceniono wpływ stymulacji na późniejsze zadanie pamięciowe z rozpoznawaniem, przeprowadzone z zaskoczenia. Aby wyjaśnić różnicę w regionach mózgu zaangażowanych w głębokie i płytkie kodowanie epizodyczne, Eksperyment 3 obejmował również grupę, która otrzymała stymulację anodową lewej kory ciemieniowej. W eksperymencie 4 wykorzystano wyniki z młodymi dorosłymi i zbadano, czy parametry stymulacji, które skutecznie poprawiły wydajność pamięci w poprzednich eksperymentach, były równie skuteczne w próbce starszych dorosłych. To pytanie ma potencjalne znaczenie kliniczne, ponieważ, jak wspomniano wcześniej, pamięć epizodyczna pogarsza się wraz z wiekiem.

Eksperyment 1: Skutki anodowego tDCS podczas celowego kodowania

Uczestnicy

Ogółem do tego eksperymentu zrekrutowano 54 uczestników (40 kobiet; średni wiek ± odchylenie standardowe (SD): 24 ± 5 lat; zakres: 19–41 lat). Uczestnicy zostali losowo przydzieleni do 1 z 3 grup: Online tDCS, Offline tDCS lub pozorowana (Sham). Pięciu uczestników wzięło udział w fazie badań, ale nie wróciło następnego dnia na fazę testową. Dało to próbę 49 uczestników (17 w grupie Online tDCS, 15 w grupie Offline tDCS i 17 w grupie Sham). Wszyscy uczestnicy mieli widzenie normalne lub skorygowane do normalnego, bez niedawnej historii poważnej choroby psychiatrycznej i byli rodzimymi użytkownikami języka angielskiego. Uczestnicy otrzymali kredyty kursowe lub 13 GBP za udział. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę. Badanie zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Uniwersytetu w Kingston.

Materiały

Bodźce składały się z 248 słów (średnia liczba liter w słowach 6,17, SD = 1,96), wyodrębnionych z psycholingwistycznej bazy danych MRC. Dla każdego badanego losowo wybrano 160 słów z tej puli, które miały być prezentowane jako stare pozycje w fazie badania, a 81 słów zostało losowo wybranych, aby zaprezentować je jako nowe pozycje w fazie testowej. Siedem słów zostało wykorzystanych do stworzenia list ćwiczeń do zadań badawczych i testowych.

Procedura

Procedura była identyczna dla 3 grup, z wyjątkiem czasu podania tDCS podczas kodowania (patrz poniżej). Pierwszego dnia eksperymentator przyłożył elektrody, wydał instrukcje i przeprowadził próby praktyczne dla fazy badań. Następnie poproszono uczestników o czytanie tygodnika przez 10 minut. Faza badania rozpoczęła się natychmiast po upływie 10 minut. Podczas fazy badania uczestnicy widzieli słowa pojawiające się na ekranie jeden po drugim w 4 blokach po 40 słów. Każda próba rozpoczynała się od znaku fiksacji pokazywanego przez 500 ms, po którym następowało prezentowanie słowa przez 1000 ms. Pomiędzy przesunięciem słowa a początkiem kolejnego znacznika fiksacji występował przerwa 1000 ms, podczas której wyświetlany był pusty ekran. Uczestnicy zostali poproszeni o zapamiętanie każdego słowa do kolejnego testu pamięci i naciśnięcie litery A na klawiaturze, jeśli myśleli, że słowo odnosiło się do przyjemnego przedmiotu, lub litery L, jeśli myśleli, że słowo odnosi się do nieprzyjemnego przedmiotu. Zadanie to zapewniało, że zajmowali się słowami przez cały czas trwania fazy badania. Biorąc pod uwagę subiektywny charakter tego zadania, nie analizowano wyników w tym zadaniu.

Uczestnicy wrócili do laboratorium po około 24 godzinach na fazę testową. Ta sama procedura fazy badania (przyłożenie elektrody, instrukcja, próba ćwiczeniowa, czytanie czasopism przez 10 min) została powtórzona, aby umożliwić porównanie z eksperymentem 2, w którym stymulacja została dostarczona przy pobieraniu. W fazie testowej uczestnicy otrzymali 201 słów w 3 blokach po 67 słów. Każdy blok składał się z 40 starych słów i 27 nowych. Aby zapewnić równy czas trwania fazy badania i testów, przy uwzględnieniu nowych prób, tylko stare słowa przedstawione w drugim, trzecim i czwartym bloku fazy nauki zostały powtórzone w fazie testowej. Prezentacja bloków odbywała się w tej samej kolejności, co w fazie nauki (np. słowa, które zostały zaprezentowane w drugim bloku w fazie nauki, zostały zaprezentowane w pierwszym bloku fazy testowej). Każda próba rozpoczynała się od znaku fiksacji pokazywanego przez 500 ms, po którym następowało prezentowanie słowa przez 500 ms i odstęp między próbami wynoszący 1000 ms. Uczestnicy zostali poproszeni o rozróżnienie między poprzednio przedstawionymi a nowymi słowami, naciskając 1 z 2 klawiszy lewym lub prawym palcem wskazującym. Ręka odpowiedzi została zrównoważona między uczestnikami. Zarówno podczas nauki, jak i testu, słowa były przedstawiane białą wielką literą, czcionką Helvetica na szarym tle. Ekran mieścił się w odległości około 55 cm, słowa odpowiadały kątowi widzenia 1,6 ° w pionie i od 4,3 ° do 11,6 ° w poziomie.

TDCS

TDCS podawano za pomocą stymulatora prądu zasilanego z baterii (DC-STIMULATOR PLUS, Neuroconn, Niemcy) przez parę elektrod gąbkowych nasączonych solą fizjologiczną o wymiarach 5 × 7 cm2. Anodę umieszczono w miejscu F7 zgodnie z systemem 10–20 EEG do umieszczenia elektrod. To miejsce było używane we wcześniejszych badaniach do stymulowania VLPFC. Elektrodę katodową umieszczono poza czaszką nad mięśniem naramiennym po przeciwnej stronie, aby uniknąć przeciwnej polaryzacji w innym obszarze mózgu. Aktywną stymulację dostarczano prądem 2 mA. W grupie Offline tDCS stymulacja rozpoczęła się w tym samym czasie, co zadanie z czytaniem i trwała do rozpoczęcia fazy kodowania (10 min). W grupie Online tDCS stymulacja rozpoczynała się wraz z początkiem fazy kodowania i obejmowała cały jej czas (około 9 min). W grupie pozorowanej stymulacja trwała 30 sekund. Stymulacje offline, online i pozorowane obejmowały 10-sekundowe przyspieszenie. W przypadku stymulacji pozorowanej wywołano przemijające uczucie mrowienia na skórze głowy, które znika po kilku sekundach, naśladując odczucia odczuwane na początku stymulacji anodowej, a tym samym zapewnia ślepą próbę u uczestników na stan stymulacji. W tej grupie stymulacja rozpoczęła się wraz z początkiem fazy kodowania u połowy uczestników, a wraz z rozpoczęciem czytania u drugiej połowy. Badanie było eksperymentem z pojedynczą ślepą próbą: uczestnicy nie byli świadomi otrzymywanej stymulacji, ale eksperymentator był w pełni poinformowany.

Rezultaty

Porównania parami wykazały, że w porównaniu z grupą pozorowaną, wydajność pamięci była wyższa u uczestników, którzy otrzymali stymulację online, ale nie u uczestników, którzy otrzymali stymulację offline. Błąd odpowiedzi nie różnił się istotnie między 3 grupam. Następnie przeprowadzono oddzielne analizy ANOVA dotyczące proporcji trafień i fałszywych alarmów i stwierdzono, że te 3 grupy różniły się odsetkiem fałszywych alarmów. Odsetek fałszywych alarmów był niższy w grupie tDCS online w porównaniu z grupą pozorowaną. Nie było znaczącej różnicy w odsetku trafień w 3 grupach. Wskazuje to, że wzrost dokładności pamięci u uczestników, którzy otrzymali stymulację podczas kodowania, wynikał głównie ze zmniejszenia liczby fałszywych alarmów. Na proporcję trafień nie wpłynęła ocena przyjemności w fazie badania.

Eksperyment 2: Skutki anodowego tDCS podczas przypominania informacji

Uczestnicy

W sumie do tego eksperymentu zrekrutowano 54 uczestników (42 kobiety; średni wiek ± SD = 22 ± 3 lata; zakres: 19–30 lat). Uczestnicy zostali losowo przydzieleni do 1 z 3 grup: Online, Offline lub pozorowana (Sham). Trzy grupy nie różniły się wiekiem. Dane od 5 uczestników wykluczono z analizy statystycznej, ponieważ (1) uczestnicy nie wrócili na drugą sesję eksperymentalną (1 uczestnik w grupie Online), (2) uczestnicy odczuwali dyskomfort podczas stymulacji (1 uczestnik z grupy Online i 1 uczestnik w grupie Offline) i (3) wystąpiły awarie techniczne (2 uczestników w grupie Offline). Pozostałych 49 uczestników (16 w grupie online, 15 w grupie offline i 18 w grupie pozorowanej) miało normalne lub skorygowane do normalnego widzenie, brak niedawnej historii poważnych chorób psychicznych i byli rodzimymi użytkownikami języka angielskiego. Uczestnicy otrzymali kredyty kursowe lub 13 GBP za udział. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę. Badanie zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Uniwersytetu w Kingston.

Materiały, procedura i tDCS

Bodźce, procedura i podawanie tDCS były identyczne jak w Eksperymencie 1, z wyjątkiem tego, że dla grup aktywnej stymulacji tDCS był dostarczany drugiego dnia przez 10 minut na początku zadania czytania lub na początku zadania z pamięcią przypominania.

Rezultaty

Dokładność była istotnie taka sama w 3 grupach. Nie było znaczącej różnicy między grupami pod względem jakiejkolwiek miary dokładności lub czasów odpowiedzi.

Eksperyment 3: Skutki anodowego tDCS podczas przypadkowego kodowania

Uczestnicy

Ogółem do tego eksperymentu zrekrutowano 36 uczestników (21 kobiet; średni wiek ± SD = 23 ± 5 lat; zakres 19–39 lat). Uczestnicy zostali losowo przydzieleni do grupy stymulacji czołowej lub ciemieniowej. Obie grupy nie różniły się wiekiem. Dane od 5 uczestników wykluczono z analizy statystycznej, ponieważ uczestnicy (1) nie wrócili na drugą sesję eksperymentalną (3 w grupie czołowej i 1 w grupie ciemieniowej) oraz (2) nie ukończyli pierwszej sesji eksperymentalnej z powodu problemów technicznych (1 uczestnik grupy ciemieniowej). Pozostałych 31 uczestników (15 w grupie ze stymulacją czołową, 16 w grupie ze stymulacją ciemieniową) miało normalne lub skorygowane do normalnego widzenie, bez niedawnej historii chorób psychicznych i byli rodzimymi użytkownikami języka angielskiego. Uczestnicy otrzymali kredyty kursowe lub 30 £ za udział. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę. Badanie zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Uniwersytetu w Kingston.

Materiały

Bodźcami były 504 słowa (średnia liczba liter w słowach 6,51, SD = 2,15) wyodrębnione z psycholingwistycznej bazy danych MRC. Połowa słów zawierała literę „e”, druga połowa nie zawierała litery „e”, z taką samą liczbą słów odnoszących się do bytów ożywionych i nieożywionych. Dla każdego badanego losowo wybrano 252 słowa z tej puli, które miały być zaprezentowane podczas aktywnej stymulacji, pozostałe 252 zostały wybrane do stymulacji pozorowanej. W każdym warunku stymulacji, 150 słów zostało losowo wyznaczonych jako stare pozycje do fazy badania i 102 jako nowe pozycje do fazy testowej. Z bazy danych MRC wybrano dodatkowe 12 słów, aby utworzyć listy ćwiczeń do zadań badawczych i testowych.

Procedura

Zadanie składało się z incydentalnego zadania pamięciowego, po którym następował test pamięci rozpoznawania po upływie około 1 godziny. Uczestnicy przeszli 2 cykle badawczo-testowe, jeden dla aktywnej stymulacji i jeden dla pozorowanej. Aby uniknąć oczekiwania testu pamięci w drugiej sesji, uczestników zrekrutowanych do eksperymentu z oceną słów poinformowano, że zadania zostały wybrane losowo, tak, aby zadania na pierwszej i drugiej sesji były inne. Podczas badania uczestnicy obejrzeli w sumie 150 słów, prezentowanych pojedynczo. Każde słowo było poprzedzone wskazówką, która składała się z prezentacji litery O lub litery X. Kiedy pojawiło się O, badanym poinstruowano, aby poinformowali, czy następne słowo odnosi się do żywej czy nieożywionej istoty (ocena animacji, zadanie z głębokim kodowaniem). Kiedy znak X poprzedzał słowo, badani musieli zdecydować, czy słowo zawierało literę „e”, czy nie (ocena alfabetyczna, zadanie płytkiego kodowania). Animacja i oceny alfabetyczne były jednakowo prawdopodobne. W obu zadaniach badani odpowiadali, naciskając 1 z 2 przycisków na klawiaturze prawym lub lewym palcem wskazującym. Ręka, z jaką podejmowano każdą ocenę, była równoważona między uczestnikami, aby zapobiec efektom reguł. W fazie testowej 150 słów z każdego bloku badawczego zostało przeplatanych 102 nowymi słowami i ponownie przedstawionych do zadania z pamięcią rozpoznawania. Dla każdego słowa uczestnicy musieli zdecydować, czy widzieli to słowo w fazie nauki, naciskając 1 z 2 klawiszy prawym lub lewym palcem wskazującym. Przypisanie dawnych odpowiedzi do lewej lub prawej ręki było równoważone między badanymi.

Zarówno w badaniu, jak i teście, każda próba rozpoczynała się od prezentacji znaku fiksacji przez 500 ms, po czym następowało prezentowanie słowa, które pozostawało na ekranie przez 500 ms. W fazie badawczej każde słowo poprzedzone było prezentacją wskazówki, która trwała 2600 ms. Wystąpił interwał 2800 ms plus losowe opóźnienie między 0 a 1000 ms między przesunięciem słowa a początkiem kolejnej próby, podczas której wyświetlany był pusty ekran. Kolejność badania i testu słów była losowana na nowo dla każdego uczestnika. Wskazówki i słowa zostały przedstawione białą wielką literą, czcinką Helvetica na szarym tle. Ekran mieścił się w odległości około 55 cm, słowa odpowiadały kątowi widzenia 1,6 ° w pionie i od 4,3 ° do 11,6 ° w poziomie. Wskaźniki mierzyły 1,6 ° × 1,4 ° kąta widzenia.

TDCS

TDCS podawano za pomocą stymulatora prądu zasilanego z baterii (DC-STIMULATOR PLUS, Neuroconn, Niemcy) przez parę elektrod gąbkowych nasączonych solą fizjologiczną o wymiarach 5 × 7 cm2. W grupie stymulacji czołowej anodę umieszczono nad miejscem F7 zgodnie z systemem 10–20 EEG w celu umieszczenia elektrod. W grupie stymulacji ciemieniowej anodę umieszczono nad miejscem P3. W obu grupach elektrodę katodową umieszczono poza czaszką nad mięśniem naramiennym po stronie przeciwnej. Pozorowana lub aktywna stymulacja była dostarczana online podczas kodowania w 2 oddzielnych sesjach w odstępie jednego tygodnia. W sesji stymulacji anodowej, stymulacja trwała 15 minut, w tym 10-sekundowe przyspieszenie (tym samym obejmując cały czas trwania fazy kodowania) prądem 1,5 mA. W sesji pozorowanej stymulacja trwała 30 s, w tym 10-sekundowe przyspieszenie. Kolejność stymulacji została zrównoważona między badanymi, tak że w każdej grupie połowa badanych zaczynała od stymulacji anodowej, a druga połowa od pozorowanej. Badanie było eksperymentem z pojedynczą ślepą próbą: uczestnicy nie byli świadomi otrzymywanej stymulacji, ale eksperymentator był w pełni poinformowany.

Rezultaty

Zadanie kodowania

Dokładność i czasy odpowiedzi oceny kodowania analizowano za pomocą mieszanego modelu ANOVA z czynnikami wewnątrzpodmiotowymi: Stymulacja (Aktywna, Pozorowana) i Zadanie Kodowania (Głębokie, Płytkie) oraz międzypodmiotowym czynnikiem: Miejsce (Czołowe, Ciemieniowe). Oceny głębokiego kodowania były dokładniejsze niż oceny płytkiego kodowania. Nie było znaczących efektów głównych ani interakcji z udziałem czynnika Stymulacja. Analiza czasów odpowiedzi nie wykazała żadnych znaczących efektów.

Zadanie pamięciowe

Model mieszany ANOVA z czynnikami wewnątrzpodmiotowymi Stymulacja (Aktywna, Pozorowana) i Zadaniem Kodowania (Głębokie, Płytkie) oraz czynnikiem międzypodmiotowym Miejsce (Czołowe, Ciemieniowe) ujawniły główny efekt w zadania kodowania na wskaźnik dyskryminacji Pr (F1,29 = 91,11, P <0,001, η2 = 0,759), stronniczość odpowiedzi Br (F1,29 = 88,96, P <0,001, η2 = 0,754) i czasy odpowiedzi (F1,29 = 12,34, P = 0,001, η2 = 0,29). Wskazuje to, że w obu grupach słowa zakodowane za pomocą zadania głębokiego kodowania zapewniały wyższą dokładność pamięci, mniej ostrożną stronniczość odpowiedzi i szybsze czasy odpowiedzi w porównaniu ze słowami kodowanymi za pomocą zadania płytkiego kodowania. Stymulacja nie modulowała wydajności pamięci w żadnej z grup, o czym świadczy nieistotny efekt główny stymulacji oraz brak istotnych interakcji obejmujących ten czynnik we wszystkich miarach.

Eksperyment 4: Skutki anodowego tDCS podczas celowego kodowania u starszych dorosłych

Uczestnicy

W sumie do tego eksperymentu zrekrutowano 26 uczestników (17 kobiet; średni wiek ± SD = 73 ± 6 lat; zakres 65–88 lat; średni okres odbytego kształcenia ± SD = 14 ± 2 lata, zakres 10–17). Uczestnikami były starsze osoby dorosłe bez oznak patologicznego pogorszenia funkcji poznawczych związanego z wiekiem, ocenianego za pomocą Mini Mental State Examination (MMSE) po przybyciu do laboratorium (średni wynik ± SD = 28,6 ± 1,4; zakres 25–30). Uczestnicy zostali losowo przydzieleni do stymulacji online lub do grupy pozorowanej. Obie grupy nie różniły się wiekiem, liczbą lat nauki ani wynikami MMSE. Dane od 4 uczestników wykluczono z analizy statystycznej, ponieważ (1) uczestnicy nie wrócili na drugą sesję eksperymentalną (1 uczestnik w grupie Online), (2) uczestnicy opuścili eksperyment (1 uczestnik w grupie online i 1 uczestnik w grupie pozorowanej (Sham) i (3) wystąpiły awarie techniczne (1 uczestnik w grupie Sham). Pozostałych 22 uczestników (11 w grupie online i 11 w grupie pozorowanej) miało wzrok normalny lub skorygowany do normalnego, było rodzimymi użytkownikami języka angielskiego i było w dobrym stanie ogólnym. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę. Badanie zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Uniwersytetu w Kingston.

Materiały, procedura i tDCS

Bodźce, procedura i podawanie tDCS były identyczne jak w Eksperymencie 1, z wyjątkiem tego, że uwzględniono tylko grupę stymulacji online, a słowa były prezentowane przez 1,5 sekundy zamiast 1, aby uwzględnić ogólne spowolnienie szybkości przetwarzania związane z wiekiem.

Rezultaty

Niezależny test t dla próbek wykazał, że dokładność rozróżniania była wyższa u uczestników z grupy aktywnej stymulacji w porównaniu z grupą pozorowaną. Nie było różnicy między dwiema grupami pod względem częstości trafień i fałszywych alarmów, błędu odpowiedzi lub czasu odpowiedzi.

Dyskusja
Zbadano okoliczności, w których anodowy tDCS nad lewym VLPFC skutecznie poprawia zdolności pamięci epizodycznej. Wykazano znaczną poprawę wydajności pamięci tylko wtedy, gdy anodowy tDCS były dostarczany online podczas celowego zapamiętywania. To odkrycie zostało powtórzone na próbie starszych osób dorosłych. TDCS podawany online podczas przypadkowego zapamiętywania lub podczas odzyskiwania pamięci nie indukował żadnej modulacji wydajności pamięci, ani stosowany w trybie offline.

Obserwacja, że anodowy tDCS dostarczony do lewego obszaru VLPFC podczas kodowania poprawił późniejszą zdolność zapamiętywania, jest zgodna z wieloma badaniami funkcjonalnego rezonansu magnetycznego i przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, które wykazały udział tego regionu mózgu w tworzeniu śladów pamięci werbalnej. Analiza trafień i fałszywych alarmów wyjaśniła specyficzne mechanizmy działania tDCS podczas kodowania. Fałszywe alarmy zostały zredukowane o 20% przez anodowe tDCS, podczas gdy stymulacja nie wpłynęła na trafienia i błąd odpowiedzi. Dlatego tDCS zwiększyło dokładność pamięci, działając na procesy, które zmniejszają późniejsze fałszywe rozpoznawanie nowych pozycji, zamiast wzmacniać ślady pamięciowe starych. Można by pomyśleć, że każdy taki proces zostałby wywołany przez prezentację nowych słów przy wyszukiwaniu. Jednak neuroobrazowanie i dowody behawioralne sugerują, że proces kodowania ma kluczowe znaczenie dla generowania fałszywego zapamiętywania. Jedna z hipotez głosi, że anodowy tDCS wzmacnia charakterystyczne przetwarzanie podczas kodowania. Idea ta jest zgodna z sugerowaną rolą obszaru VLPFC w selekcji informacji o przedmiotach podczas kodowania, co przyczynia się do charakterystycznego przetwarzania. Udoskonalenie charakterystycznego przetwarzania z pewnością wpłynęłoby korzystnie na wydajność pamięci w kontekście niniejszych eksperymentów, ponieważ długie listy słów wywoływały wysoki stopień podobieństwa semantycznego, a w konsekwencji wysoki poziom fałszywych alarmów. Mówiąc dokładniej, sugeruje się, że anodowy tDCS podczas celowego kodowania wzmacnia charakter odróżniający poprzez podkreślenie cech charakterystycznych dla poszczególnych elementów na liście słów. Co ciekawe, wykazano, że to specyficzne dla elementu przetwarzanie podczas kodowania zmniejsza fałszywe rozpoznawanie, pozostawiając niezmienione wskaźniki trafień i błędów odpowiedzi, co zostało odzwierciedlone w efektach tDCS zaobserwowanych w Eksperymencie 1.

Nie wykryto żadnego wpływu anodowego tDCS, gdy stymulacja była dostarczana w trybie offline lub online podczas odzyskiwania pamięci lub przypadkowego kodowania. Może to wskazywać, że we wszystkich tych przypadkach lewy obszar VLPFC był bezczynny lub nie był intensywnie aktywowany, zapobiegając w ten sposób wpływowi tDCS na wydajność pamięci. Jest to zrozumiałe przy założeniu zależności od stanu efektów tDCS. Efekty indukowane przez tDCS są wrażliwe na stan sieci i modulują odpalanie tych neuronów, które są już aktywowane przez dane zadanie. W konsekwencji, jeśli lewe VLPFC nie zostało specjalnie aktywowane, gdy uczestnicy wykonywali zadanie rozpoznawania (stan online w Eksperymencie 2) lub głebokiego zadania przetwarzania podczas kodowania incydentalnego (Eksperyment 3), nie można by oczekiwać żadnego wiarygodnego efektu tDCS. Możliwe, że regiony mózgu inne niż lewe VLPFC były aktywne podczas odzyskiwania pamięci w Eksperymencie 2, takie jak tylna kora ciemieniowa, hipokamp lub grzbietowo-boczna kora przedczołowa. W odniesieniu do Eksperymentu 3 należy zauważyć, że chociaż kilka badań fMRI ujawniło udział lewego VLPFC w tworzeniu pamięci incydentalnej, aktywacje tego regionu mózgu były specyficznie związane z tworzeniem pamięci dla pozycji głęboko zakodowanych. W Eksperymencie 3 tDCS nie modulował selektywnie wydajności kodowania lub odtwarzania dla głęboko zakodowanych elementów, stąd dokładny udział lewego VLPFC w tym eksperymencie nie jest do końca jasny.

Kolejną obserwacją dotyczącą Eksperymentu 3 jest to, że pamięć była badana z opóźnieniem wynoszącym 1 godzinę. Jest to znacznie krótsze niż opóźnienie w Eksperymentach 1 i 4, które również obejmowały tDCS online podczas kodowania. Można spekulować, że przerwa między końcem stymulacji a testem pamięci w Eksperymencie 3 nie była wystarczająco długa, aby wywołać długotrwałą konsolidację zakodowanego materiału. Nie możemy wykluczyć takiej możliwości na podstawie dostępnego zbioru danych. Jednak biorąc pod uwagę, że uważa się, że poprawa wywołana tDCS jest oparta na długotrwałym, podobnym do wzmocnienia, zwiększeniu siły synaptycznej, które występuje stosunkowo wcześnie po nauce, uzasadnione jest założenie, że procesy konsolidacji synaptycznej przynajmniej częściowo wystąpiły w okresie zapamiętywania w Eksperymencie 3. Ponadto, odstęp czasu zapamiętywania wynoszący 1 godzinę lub mniej był wystarczający we wcześniejszych badaniach anodowych tDCS z korą przedczołową (PFC), aby wykazać wzrost wydajności pamięci epizodycznej, chociaż nie konsekwentnie. Potrzebne są bardziej systematyczne podejścia, aby zrozumieć schemat skutków tDCS w czasie.
Wreszcie, odkrycie, że stan offline w Eksperymentach 1 i 2 nie wpłynął na wydajność, sugeruje, że przynajmniej w domenie pamięci epizodycznej i lewego obszaru VLPFC, efekty tDCS mają miejsce podczas stymulacji, a nie po jej zakończeniu. Jest to sprzeczne z wynikami wcześniejszych badań, w których systematycznie porównywano stymulację online i offline w innych domenach i stwierdzono znaczące efekty offline, a także w badaniach pamięci epizodycznej, w których nie stwierdzono wpływu tDCS na tempo uczenia się podczas stymulacji, ale zauważono efekty po stymulacji offline po pewnym czasie. Podsumowując, sugeruje się, że nie ma ogólnych wskazówek co do tego, czy tDCS jest bardziej skuteczny w trybie online czy offline. Przeciwnie, czasowa specyficzność tDCS zmienia się w zależności od zaangażowania stymulowanego regionu mózgu na określonym etapie przetwarzania i związanych z nim funkcji poznawczych.
W Eksperymencie 4 pokazano, że efekty tDCS stwierdzone u młodszych dorosłych w Eksperymencie 1 mogą być replikowane w próbie starszych osób. Wydajność pamięci osób starszych została poprawiona przez anodowy tDCS podawany online podczas celowego zadania kodowania. Efekt ten był specyficzny dla wskaźnika dyskryminacji. Znaleziono liczbową, ale nie statystyczną różnicę w odsetku fałszywych alarmów między aktywną stymulacją a symulacją, naśladując wzorzec odpowiedzi obserwowany u młodszych dorosłych. Podczas gdy wielkość próbki zapewniła wystarczającą moc do wykrycia dużego wpływu na wskaźnik dyskryminacji, mogła nie być wystarczająco duża, aby wykryć mniejszy wpływ na wskaźniki fałszywych alarmów. Dalsze badania będą musiały ustalić, czy modulacja tDCS dokładności pamięci u osób starszych jest spowodowana zmianami w fałszywym rozpoznawaniu. Wynik poprawy rozróżniania jest zasadniczo zgodny z 2 wcześniejszymi badaniami, które wykazały poprawę zdolności pamięci epizodycznej po anodowym tDCS u osób starszych. Oba badania dotyczyły DLPFC, a efekty były widoczne, gdy stymulacja została dostarczona podczas pobierania lub podczas sesji rekonsolidacji między kodowaniem a pobieraniem. Obecnie tych wyników nie da się łatwo pogodzić z obecnymi wynikami dotyczącymi efektów kodowania tDCS. Ogólnie jednak wyniki Eksperymentu 4 pokazują jeden ze sposobów, w jaki funkcje pamięci epizodycznej u osób starszych można poprawić dzięki zastosowaniu anodowego tDCS. Wynik ten otwiera drogę do przyszłych badań mających na celu zbadanie skutków tDCS w stanach patologicznego starzenia się, charakteryzujących się utratą zdolności pamięci epizodycznej, takich jak choroba Alzheimera.

Wspomniano wcześniej, że lewy DLPFC jest bardziej powszechnym obszarem docelowym badań nad pamięcią epizodyczną. Warto więc zbadać, jak wyniki tego badania porównują się z badaniami nad werbalną pamięcią epizodyczną, gdy zastosowano anodowy tDCS w tym regionie. Zidentyfikowano 7 badań, wszystkie z użyciem zadania z celowym kodowaniem. Gdy stymulacja została dostarczona podczas kodowania, tDCS online zmniejszyło dokładność pamięci rozpoznawania, a tDCS offline ją zwiększyło. Stymulacja między kodowaniem a odzyskiwaniem pamięci nie modulowała pamięci rozpoznawania lub zwiększała ją tylko w połączeniu z sesją konsolidującą. Wreszcie, stymulacja online podczas odzyskiwania lub obejmująca zarówno kodowanie, jak i odzyskiwanie, zmniejszyła dokładność pamięci lub nie wywołała żadnego efektu. Brak porównania w ramach tej samej konfiguracji eksperymentalnej uniemożliwia wyciągnięcie prostego wniosku na temat optymalnych czasów lewej stymulacji DLPFC, ale przeanalizowane powyższego badania wydaje się sugerować, że efekty offline są silniejsze niż efekty online. Bardzo interesujące będzie przetestowanie tego założenia bezpośrednio w przyszłych badaniach.

Należy wspomnieć o dwóch ograniczeniach obecnego zestawu badań. Po pierwsze, chociaż stymulowano tylko lewy obszar VLPFC, rozmiar elektrody stymulującej nie może wykluczyć, że pobudzenie wpłynęło również na sąsiednie obszary kory przedczołowej. Ponadto, z powodu braku kontrolnego miejsca stymulacji, nie można wykluczyć specyficznych efektów stymulacji. Jednak każdy taki efekt byłby trudny do pogodzenia z obserwacją, że efekty tDCS stwierdzono w niektórych warunkach eksperymentalnych, ale nie w innych.
Wyniki bieżących badań pomagają wyjaśnić optymalną konfigurację, jaką mogą przyjąć przyszłe badania rehabilitacyjne, aby wzmocnić zdolności pamięci epizodycznej u pacjentów. Uważa się również, że oprócz ich potencjalnego znaczenia klinicznego, powyższe odkrycia pomagają udoskonalić wiedzę na temat warunków, w których anodowy tDCS jest i – co równie ważne – nie jest skuteczny w modulowaniu funkcji pamięci.

 

Opracowano na podstawie: A. Medvedeva, M. Materassi, V. Neacsu, J. Beresford-Webb, A. Hussin, N. Khan, F. Newton, G. Galli „Effects of anodal transcranial direct current stimulation over the ventrolateral prefrontal cortex on episodic memory formation and retrieval”.

To może Ciebie zainteresować

Aby umówić się na wizytę diagnostyczną i wstępną sesję terapeutyczną, prosimy o kontakt telefoniczny lub mailowy.

+48 503 526 907

centrumneuroterapii@gmail.com

Zachodniopomorskie Centrum Neuroterapii

ul. 3 Maja 25-27, piętro II, gabinet 311.
70-215 Szczecin
NIP: 8522666280