Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym a zwiększanie funkcji poznawczych

Wpływ terapii tDCS na poprawę funkcji poznawczych

Do tej pory większość badań, w których analizowano wpływ przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) na funkcje poznawcze człowieka i leżące u jego podstaw zasady neurofizjologiczne, dotyczyła młodych, zdrowych osób dorosłych. Dokonano przeglądu wpływu tDCS na funkcje poznawcze wysokiego poziomu w tej populacji, koncentrując się w szczególności na uwadze, funkcjach wykonawczych, kontroli hamowania, pamięci roboczej, percepcji, języku, zdolnościach matematycznych (poznanie liczbowym) oraz ogólnym uczeniu się i pamięci.

Wpływ tDCS na uwagę

Uwaga jest złożonym konstruktem, który można podzielić na trzy odrębne podskładniki: orientowanie, czujność i kontrola wykonawcza, z których każdy ma określone korelaty neuronalne w sieciach czołowo-ciemieniowych. Ponieważ uwaga ma fundamentalne znaczenie dla zdolności poznawczych, wiele badań tDCS obejmuje paradygmaty uwagi oprócz ich podstawowej funkcji poznawczej będącej przedmiotem zainteresowania, aby wykluczyć możliwość ogólnego wpływu na uwagę.

Fukai i in. zastosowali dwustronny tDCS na korę przedczołową. Następnie uczestnicy badania wykonywali zadanie trwałej uwagi wzrokowej, a aktywację ich układu dopaminowego oceniano za pomocą skanów [11C]-rakloprydowej pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). Aktywna stymulacja poprawiła czasy reakcji w porównaniu do pozorowanej. Zgodnie z behawioralnym efektem stymulacji, pomiary PET wykazały również istotne uwalnianie dopaminy w prawym brzusznym prążkowiu, co korelowało z poprawą behawioralną, potwierdzając w ten sposób kluczową rolę dopaminy w kontroli poznawczej.

Badanie przeprowadzone przez Stone’a i Teschego stanowiło pierwszą udaną modulację orientacji uwagi za pomocą tDCS. W tym przypadku, zarówno anodowy, jak i katodowy tDCS nad korą ciemieniową wiązał się ze zmniejszoną zdolnością do zmiany skupienia uwagi (tj. orientacji przestrzennej) z bodźców związanych z wąskimi kątami widzenia na te, które wiążą się z szerokimi kątami widzenia (przeniesienie uwagi z lokalnej do globalnej).

Roy i in. wykazali również, że stymulacja specyficznie zwiększyła średnią wydajność sieci dla celów prezentowanych w kontralateralnej półprzestrzeni (tj. w lewym polu widzenia), jednocześnie osłabiając efektywność sieci dla celów pojawiających się w ipsilateralnej półprzestrzeni (tj. w prawym polu widzenia).

Stosując test sieci uwagi, który wychwytuje wydajność we wszystkich trzech podkomponentach uwagi, Miler i in. zbadali różnicę w tDCS na te podkomponenty, gdy celowano w lewy i prawy DLPFC w montażu dwustronnym. Nie stwierdzono wpływu stymulacji na komponeny czujności lub orientacji, ani na globalne czasy reakcji i współczynniki błędów. Jednak kontrola uwagi wykonawczej została wzmocniona w porównaniu ze stanem pozorowanym. To odkrycie sugeruje potencjalną nadzieję na wykorzystanie tDCS do złagodzenia zaburzeń w określonych podkomponentach uwagi.

Inne badania wykazały, że orientujący komponent uwagi może być modulowany przez tDCS. Hanenberg i in. przetestowali, czy pojedyncza dawka 1 mA tDCS podawana przez 16 minut może modulować słuchową selektywną uwagę przestrzenną symulując sytuację „koktajlowego przyjęcia”. Jak pokazuje zmniejszony współczynnik błędu, uczestnicy skorzystali z anodowego tDCS w lokalizowaniu liczby docelowej z czterech kierunków, szczególnie w odniesieniu do ipsilateralnych prawych celów. Jednocześnie ani katodowa, ani pozorowana stymulacja nie prowadziła do żadnych istotnych zmian w wydajności uwagi. Ponadto istotna korelacja między zwiększoną dokładnością a zwiększoną amplitudą N2 po tDCS była ograniczona do celów ipsilateralnych. Uzupełniające badanie przeprowadzone przez tę samą grupę badawczą, przy użyciu tego samego zadania, ale stosując anodowy tDCS w podwójnym monopolarnym montażu na obu półkulach płata skroniowego, odtworzyło porównywalny wzrost wydajności uzyskany z anodowego tDCS. Skupiając się na domenie wzrokowej, McDermott i in. zbadali wpływ anodowego, katodowego i pozorowanego tDCS na płacie potylicznym na wydajność w opartej na strzałkach wersji zadania flankerów, jednocześnie obrazując odpowiedzi oscylacyjne za pomocą MEG. W anodowym tDCS uczestnicy wykazali wydłużony czas reakcji i podwyższoną spontaniczną aktywność w pasmach theta i alfa w korze przedczołowej i potylicznej, a także zmniejszoną związaną z zadaniem aktywność theta w lewej wyspie i obustronnej DLPFC. Co więcej, aktywność theta związana z zadaniem w trzech wyżej wymienionych obszarach mózgu była odwrotnie proporcjonalna do czasu reakcji, przy czym niższe odpowiedzi theta związane z zadaniem wiązały się z większymi opóźnieniami odpowiedzi. Zmiany te zostały zinterpretowane jako hamujący wpływ anodowego tDCS na przetwarzanie uwagi wzrokowej. Podsumowując, badania te wskazują na supramodalny wpływ tDCS na uwagę.

Biorąc pod uwagę wyniki podsumowane w tym miejscu, oczywiste jest, w jaki sposób poprawa uwagi wywołana przez tDCS może mieć ważne implikacje dla poprawy wydajności i bezpieczeństwa w wielu rzeczywistych zastosowaniach.

Wpływ tDCS na funkcje wykonawcze

Podejmowanie decyzji

Podejmowanie decyzji opisuje poznawczy proces wyboru jednej opcji z kilku możliwych alternatyw po zważeniu ze sobą potencjalnych wyników w celu wybrania sposobu działania, w którym potencjalne zyski przewyższają potencjalne straty zgodnie z obiektywnymi i/lub subiektywnymi wartościami i preferencjami.

Często nie wszystkie zmienne, które zapewniłyby absolutną pewność co do konsekwencji wyboru, są swobodnie dostępne, dlatego podejmowanie decyzji wiąże się również z podejmowaniem pewnego ryzyka. Aby ocenić zachowania związane z podejmowaniem ryzyka w laboratorium, badania opierają się na szeregu dobrze ustalonych zadań, takich jak zadanie ryzykownych zysków (RGT), zadanie ryzyka analogowego balonu (BART) lub zadanie hazardu Iowa (IGT), z których wszystkie wymagać od uczestników opracowania i dostosowania ich strategii w celu zwiększenia ich (zazwyczaj pieniężnych) nagród. Wiadomo, że zadania te aktywują czołowe obszary korowe, które w konsekwencji zostały wybrane jako regiony docelowe w badaniach tDCS.

Nejati i in. zbadali wpływ katodowego i anodowego tDCS na zachowania związane z podejmowaniem ryzyka i podejmowanie ryzykownych decyzji. W porównaniu z pozorowanym, oba warunki stymulacji zmniejszyły liczbę pomp w BART i zmniejszyły stopę dyskontowania w zadaniu czasowego dyskontowania, co wskazuje na bardziej zdyscyplinowany styl reakcji i awersję do ryzyka. Cheng i Lee zmierzyli wpływ obustronnego tDCS na wydajność w dwóch zadaniach podejmowania ryzyka, RGT i BART. Co ciekawe, ryzykowna postawa uczestników była pod różnym wpływem w zależności od zadania. Chociaż nie było znaczących różnic między warunkami w BART, uczestnicy dokonali znacznie mniej ryzykownych wyborów w połączeniu z większą liczbą bezpiecznych wyborów w RGT w konfiguracji elektrody lewa katoda/prawa anoda w porównaniu ze stymulacją pozorowaną. Wielkości efektów były szczególnie duże u osób wykazujących wysoką impulsywność wyjściową, co wskazuje na potencjał terapeutyczny tDCS u pacjentów, którzy angażują się w psychopatologiczne ryzykowne zachowania, takie jak uzależnienie lub celowe samookaleczanie. Z drugiej strony nie wystąpił żaden efekt, gdy montaż elektrod został odwrócony. Wykorzystując ten sam montaż elektrod, Edgcumbe i in. potwierdzają rolę kory przedczołowej w zarządzaniu procesem analitycznym w podejmowaniu decyzji, który hamuje początkowo bardziej impulsywne odpowiedzi, co prowadzi do bardziej poprawnych osądów. Przenosząc te wyniki do scenariuszy realnego świata, Wen i in. ocenili postawy i intencje studentów uniwersytetu w stosunku do realistycznych codziennych scenariuszy, które albo niosły ze sobą minimalne ryzyko (np. odwiedzanie sklepu internetowego, angażowanie się w działania społeczne) albo zostały uznane za ryzykowne (np. niebezpieczne przejście przez jezdnię, niezabezpieczony stosunek seksualny, nieetyczne postępowanie w nauce). Zgodnie z powyższymi badaniami, zastosowanie katodowego tDCS, ponownie wykorzystującego konfigurację HD, spowodowało spadek ryzykownych zachowań w ryzykownych, ale nie normalnych scenariuszach, podczas gdy nie zaobserwowano zmiany od wartości wyjściowych w warunku pozorowanym. Mimo że rozbieżności między zadaniami wymagają dalszego wyjaśnienia, badania te wskazują na wywołujący ostrożność wpływ katodowego tDCS na lewą korę przedczołową, prawdopodobnie poprzez zmniejszenie przetwarzania pozytywnych aspektów wyborów, co podkreśla ryzykowną stronę wyborów.

Zestaw czterech badań dalej badał wpływ tDCS na różne błędy decyzyjne. Opierając się na ramach dysonansu poznawczego, który ilustruje, w jaki sposób ludzie dopasowują obecne wybory do wcześniejszych decyzji, Mengarelli i in. zbadali wpływ katodowego tDCS na zmiany preferencji wywołane wyborami. Zazwyczaj wymuszony wybór między równie pożądanymi alternatywami prowadzi do zmiany ocen atrakcyjności podczas ponownej oceny opcji zgodnie z wymuszonym wyborem. Gdy zastosowano stymulację po lewej, ale nie po prawej stronie kory przedczołowej, efekt ten uległ zmniejszeniu. W innym błędzie znanym jako efekt kosztów utopionych ludzie niechętnie rezygnują z opcji, gdy już w nią zainwestowali. Jak wykazali Bogdanov i in., błąd ten był jeszcze wyraźniejszy, gdy anodowy tDCS, ale nie pozorowany lub katodowy, został zastosowany nad prawą korą przedczołową, zwłaszcza w przypadku opcji o niskiej wartości oczekiwanej. Tak więc ostatnie dwa badania dostarczają zbieżnych dowodów na to, że kora przedczołowa odgrywa rolę w trzymaniu się wcześniejszego wyboru. Soutschek i in. badali wpływ obu polaryzacji tDCS lewej kory czołowej na wstępne zaangażowanie w zadaniu samokontroli, w którym uczestnicy albo wcześniej otrzymywali niewielką nagrodę, albo później większą. Anodowy tDCS promował wstępne zaangażowanie w większą nagrodę później, podczas gdy wyniki wstępnego zaangażowania nie różniły się znacząco między stymulacją katodową i pozorowaną, co sugeruje możliwe zastosowanie w zwiększaniu samokontroli. Jednocześnie badanie to nie wykazało związanych z tDCS zmian w impulsywności lub preferencjach nagrody. W czwartym badaniu zastosowano anodowy lub katodowy tDCS nad prawą korą czołowo-biegunową, podczas gdy uczestnicy musieli zdecydować, czy zaangażować się w wysiłki poznawcze, czy fizyczne, aby otrzymać nagrodę. W porównaniu z pozorowaną, anodowy tDCS zmniejszył dyskontowanie nagród ze względu na poziom wysiłku bez modulowania izolowanej wrażliwości na zyski i straty. W przeciwieństwie do tego katodowy tDCS nie zmienił chęci uczestników do angażowania się w nagradzane wysiłki w porównaniu do pozorowanego tDCS. Wyniki te potwierdzają pogląd, że prawa kora czołowo-biegunowa działa jako czynnik ułatwiający motywację podczas porównywania wysiłku z nagrodą.

Odchodząc od skupienia się na korze przedczołowej, Ouellet i in. byli zainteresowani zaangażowaniem kory oczodołowo-czołowej (OFC) w podejmowanie decyzji i kontrolę impulsów. Ponownie na wyniki BART nie wpłynęło obustronne zastosowanie tDCS w obu montażach elektrod. Jednak oba aktywne warunki spowodowały wyższy wynik netto w IGT i lepszą poznawczą kontrolę impulsów w zadaniu Stroopa, co czyni to badanie pierwszym wykazującym zaangażowanie OFC w te funkcje poznawcze.

Podsumowując, badania w tej części pokazują, że tDCS może dwukierunkowo modulować podejmowanie decyzji, wywołując bardziej zuchwałe lub ostrożniejsze postawy, w zależności od wybranych parametrów stymulacji. Zawsze przy założeniu, że zastosowane protokoły stymulacji są wystarczająco wiarygodne, stronniczość w obu kierunkach może być korzystna w warunkach klinicznych, w których pacjenci wykazują aberracje w kierunku nadmiernej ostrożności (np. w przypadku dużych zaburzeń depresyjnych lub schizofrenii) lub odwrotnie, nadmiernej lekkomyślności (np. w zaburzeniu osobowości typu borderline lub nadużywaniu substancji).

Kontrola hamowania

Podczas gdy funkcje poznawcze są często utożsamiane ze zdolnością do wytworzenia odpowiedniej odpowiedzi na bodziec, równie ważne jest hamowanie odpowiedzi, czyli zdolność do przerwania lub stłumienia niewystarczającej odpowiedzi. W warunkach laboratoryjnych odpowiednia zdolność do wstrzymania odpowiedzi nasilonej jest zasadniczo oceniana za pomocą jednego z dwóch paradygmatów. Opracowane przez Logana i Cowana zadanie sygnału stopu (SST) wymaga od uczestnika jak najszybszej odpowiedzi na sygnał startu i przerwania jakiejkolwiek odpowiedzi, gdy tylko pojawi się sygnał stopu. Odpowiednio, w zadaniu go/no-go (GNGT) uczestnicy są również proszeni o natychmiastową reakcję na pojawienie się sygnału startu i wstrzymanie go po pojawieniu się rzadszego sygnału stop. Wymagania podwójnego zadania polegające na konfliktowaniu procesów „go” i „stop/no-go” są również doceniane przez oddzielną ocenę dokładności i czasu reakcji w dwóch typach prób. Podobnie jak w przypadku innych funkcji wykonawczych, zaangażowanie w te zadania aktywuje regiony czołowe i ciemieniowe mózgu.

Cunillera i in. wykorzystali zaadaptowany GNGT, który zawierał elementy SST. Stosując tDCS obustronnie z montażem prawym anodowym/lewym katodowym podczas wykonywania zadania, wykazali wydłużenie czasu reakcji w próbach „go” i skrócenie czasu reakcji sygnału stopu (SSRT). Opierając się na tych podwójnych wynikach, autorzy wnioskują, że stymulacja poprawiła jednocześnie hamowanie proaktywne i hamowanie reaktywne. Dwa dodatkowe badania wykazały zgodne ustalenia dotyczące pozytywnego wpływu anodowego tDCS na hamowanie reaktywne, ale nie potwierdziły danych dotyczących hamowania proaktywnego.

Sandrini i in. dodatkowo wzmocnili dowody na ułatwiającą rolę obszaru IFC w hamowaniu odpowiedzi, zdobywając uzupełniające dane z neuroobrazowania. Dokładniej, anodowy tDCS zwiększył funkcjonalną łączność między siecią hamowania zwojów czołowo-podstawnych w spoczynku, podczas gdy odpowiedziom stop towarzyszył znaczny wzrost łączności między prawym przednim obszarem ruchowym a jądrami podwzgórza, z których oba są uważane za integralne węzły dla szybkich odpowiedzi hamujących.

Odbiegając od skupienia się na prawej półkuli, w dwóch badaniach tej samej grupy badawczej wybrano lewą korę przedczołową jako region docelowy dla tDCS przed wykonaniem SST. Chociaż w żadnym z tych dwóch nie zgłoszono istotnego wpływu na ogólną wydajność w zadaniu, Fehring i in. wykazali, że efekty stymulacji anodowej zależą od poziomu wiedzy specjalistycznej w SST. W tym zakresie poprawa proaktywnej i reaktywnej kontroli hamowania w trakcie sesji była ograniczona do 1 tygodnia w warunku anodowym, podczas gdy występowały w obu tygodniach 1 i 2 w pozorowanym. Ponadto Mansouri i in. ujawnili zróżnicowany wpływ warunku stymulacji na koszt zmiany reguły. Podczas otrzymywania anodowego tDCS, w porównaniu do pozorowanego i katodowego tDCS, uczestnicy byli znacznie wolniejsi w próbie „go” po nieudanej próbie stłumienia odpowiedzi w poprzedniej próbie „no-go”. Co ciekawe, to spowolnienie po błędzie zaobserwowano również, gdy badani wykonywali Test Sortowania Kart Wisconsin (WCST), inny test, który służy do oceny kontroli wykonawczej, ale tylko w katodowym tDCS. To uogólnienie efektu na inny paradygmat potwierdza założenie, że tDCS z powodzeniem moduluje obwody neuronalne, które wspierają kontrolę hamowania, w przeciwieństwie do efektu bardziej specyficznego dla zadania. To z kolei daje podstawę do optymizmu, że te odkrycia mogą mieć potencjał translacyjny poza ustawieniami testów laboratoryjnych.

Jak argumentowali Raud i in., zadania takie jak SST i GNGT, które są często stosowane zamiennie, niekoniecznie odnoszą się do tych samych procesów hamowania. Bardziej konkretnie, SST wymaga silniejszego hamowania reaktywnego w porównaniu do bardziej proaktywnego hamowania związanego z GNGT. W konsekwencji ich wymienne stosowanie również komplikuje bazę dowodową wyników tDCS w tym obszarze. Uznając te subtelne, ale znaczące różnice między tymi zadaniami, Leite i in. ocenili wyraźny wpływ tDCS na wykonywanie różnych zadań kontroli hamowania w jednym badaniu. Zastosowanie jedno- lub dwupółkulowego tDCS poprawiło dokładność kosztem szybkości odpowiedzi w zadaniu hamowania odpowiedzi o dużej sile, przy jednoczesnym braku wywołania istotnych zmian behawioralnych w GNGT w obu warunkach stymulacji. Nejati i in. wykazali wzrost wydajności w GNGT podczas stosowania anodowego tDCS. Co ciekawe, poprawa dokładności i czasu reakcji w GNGT była związana z lepszą wydajnością w Wieży Hanoi, bardziej ostrożnym podejściem do BART, a także preferencją dla większych opóźnionych a nie mniejszych natychmiastowych nagród w zadaniu czasowej zniżki. Zgodnie z tymi wynikami, w innym badaniu potwierdzono, że anodowy tDCS na korze przedczołowej może również modulować wydajność w innym paradygmacie proaktywnej kontroli. Uczestników poproszono o odpowiedź na określony cel, gdy był on poprzedzony wzorcem wskazówki i wstrzymanie odpowiedzi w przypadku celów nie będących celami lub bez wskazówek. Wyniki pokazały, że uczestnicy grupy anodowego tDCS polegali bardziej na sygnałach poprzedzających cel niż ich rówieśnicy w stanie pozorowanym, wykazując wyższy odsetek fałszywych alarmów w warunku ze wskazówkami i niższy odsetek fałszywych alarmów warunku bez wskazówek. Efekt ten był napędzany przez zwiększoną niską moc gamma po braku wskazówek w porównaniu do wskazówek w okresie opóźnienia w warunku aktywnej stymulacji. W innym badaniu, w którym zastosowano obustronny montaż elektrody lewej anody/prawej katody na korze przedczołowej, wykazano również zwiększone wykorzystanie kontekstowych wskazówek w warunku tDCS.

Oprócz hamowania konkurencyjnego zestawu reguł, które są wprowadzane do zadania lub zestawu zadań, kontrola hamowania ma również kluczowe znaczenie dla blokowania nieistotnego dla zadania występowania bodźców, które zakłócają bieżące wymagania zadania. Kilka badań dotyczyło kwestii, czy tDCS moduluje również rozwiązywanie tego typu konfliktów. Korzystając z zadania wizualnego flankera, Gbadeyan i in. wykazali, że anodowy HD-tDCS wzmocnił efekt adaptacji konfliktu, o ile efekt flankera wzrastał po zgodnych próbach i zmniejszał się po niezgodnych próbach. Biorąc pod uwagę, że nie uzyskano takiego wzmocnienia w przypadku montażu elektrod ukierunkowanych na lewy lub prawy główny pierwotny obszar ruchowy, autorzy wykazali również, że efekt był specyficzny dla regionu. Rola lewej kory przedczołowej w ocenie niejawnych skojarzeń została również potwierdzona w badaniu przeprowadzonym przez Schroedera i in., w którym zastosowanie katodowego tDCS nad lewą DLPFC zmniejszyło niejawną stronniczość w teście niejawnych skojarzeń w porównaniu z warunkiem pozorowanym. Co więcej, Adelhöfer i in. przetestowali, czy stymulacja anodowa nad prawą korą przedczołową będzie modulować słuchową percepcyjno-uwagową stronniczość. Wyniki zadania słuchania dychotycznego ujawniły, że w porównaniu z pozorowaną stymulacją zdolność uczestników do rozwiązania konfliktu była zwiększona w przypadku anodowego tDCS w stanie wysokiego konfliktu tylko wtedy, gdy uwaga była skupiona na lewym uchu.

Ten przegląd wpływu tDCS na kontrolę hamowania podkreśla potencjalną obietnicę tDCS dla pacjentów wykazujących słabą samokontrolę, takich jak zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) lub uzależnienie. Na podstawie przedstawionych badań nie tylko IFC i kora przedczołowa, ale również preSMA wydają się obiecującymi regionami docelowymi dla tej linii zastosowań.

Pamięć robocza

Pamięć robocza (WM) odnosi się do umysłowej przestrzeni roboczej, która ułatwia tymczasowe przechowywanie i manipulowanie online informacjami istotnymi dla celu, ignorując informacje nieistotne. WM jest wymagana dla szerokiego zakresu zdolności poznawczych, takich jak rozwiązywanie problemów, rozumowanie, język i uczenie się, a zatem jest krytycznie zaangażowana w wiele aspektów codziennego funkcjonowania. Wydaje się również, że WM jest szczególnie podatna na zakłócenia, o czym świadczy wiele schorzeń psychiatrycznych i neurologicznych, które charakteryzują się upośledzeniem WM. Na poziomie neuronowym procesy WM opierają się głównie na sieci czołowo-ciemieniowej składającej się z kory przedczołowej i PPC. Kora przedczołowa ma szczególne znaczenie przy aktualizowaniu reprezentacji celów w oparciu o kontekst i kodowanie reguł istotnych dla zadania, powiązanych odpowiedzi, funkcji bodźców i konfliktów. Z drugiej strony PPC zajmuje się przede wszystkim przechowywaniem atrybutów percepcyjnych odnoszących się do lokalizacji przestrzennych. Zgodnie z tą wiedzą na temat neuronowych podstaw WM, zdecydowana większość badań tDCS była ukierunkowana na korę przedczołową lub PPC. Mimo niewielkich różnic między badaniami pod względem zastosowanych paradygmatów, w większości badań stosuje się zadanie n-back. Zadanie to wymaga od uczestników monitorowania ciągu bodźców wzrokowych lub słuchowych i porównywania każdego bodźca z bodźcem prezentowanym wcześniej w n próbach. Obciążenie zadania zazwyczaj waha się od 0 do 3-back, co odpowiada parametrycznie wymaganiom poznawczym zadania. Wydajność zadania n-back jest oceniana pod kątem czasów odpowiedzi i dokładności wykrywania bodźców.

Fregni i in. byli jednymi z pierwszych, którzy zbadali wpływ tDCS na WM. W swoim badaniu weryfikacyjnym wykazali, że po zaledwie 10 minutach anodowego tDCS na lewą korą przedczołową uczestnicy osiągeli znacznie mniej błędów i więcej poprawnych odpowiedzi w zadaniu WM 3-back. W eksperymencie kontrolnym z zaledwie siedmioma uczestnikami wykazali również, że efekty te były specyficzne dla biegunowości i miejsca, ponieważ ani katodowy tDCS na tym samym obszarze, ani anodowy tDCS na pierwotnej korze ruchowej nie miały żadnego wpływu. Stosując bardzo podobne zadanie, Ohn i in. wykazali, że korzystny wpływ anodowego tDCS na dokładność działania pozostawał stabilny do 30 minut po zakończeniu stymulacji, co ma szczególne znaczenie dla potencjału translacyjnego tych wyników. Nawet trwalsze przyrosty wydajności w wykonywaniu zadań n-back zostały potwierdzone w podobnym badaniu przeprowadzonym przez Talsma i in., w którym korzystne efekty pojedynczej sesji anodowego tDCS utrzymywały się przez 24 godziny. Jednak wbrew oczekiwaniom autorów, korzyści z tDCS nie uległy dalszemu zwiększeniu w kolejnych dwóch sesjach. Poza poprawą WM per se, Bogdanov i Schwabe wykazali, że anodowy tDCS zastosowany na prawy DLPFC łagodzi destrukcyjny wpływ stresorów na wydajność w zadaniu wzrokowo-przestrzennym WM, a także w zadaniu rozpiętości cyfr do tyłu.

W innym zestawie badań, w którym badano wpływ anodowego tDCS na lewą korę przedczołową na WM, nie znaleziono zmian w dokładności wykonania. Zamiast tego poprawa funkcji poznawczych była ograniczona do parametrów czasu odpowiedzi lub była całkowicie nieobecna na poziomie grupy. Przyczyny tych rozbieżnych wyników nie są jasne. Możliwe, że w niektórych przypadkach różne wyniki mogły wynikać z większego nacisku na szybkość, a nie dokładność podczas instruowania uczestników. Poza tym, pułapowe efekty dokładności na linii bazowej lub w stanie pozorowanym mogły uniemożliwić dalszą poprawę. Jednak pewną rolę mogło odegrać wiele innych różnic w protokołach stymulacji. Na przykład Hoy i in. wykazali, że natężenie 1 mA spowodowało wyraźniejsze skrócenie czasu reakcji w porównaniu z 2 mA. Warto zauważyć, że ten efekt behawioralny znalazł również odzwierciedlenie we wzroście synchronizacji theta związanej ze zdarzeniami i desynchronizacji alfa.

Rzeczywiście, biorąc pod uwagę heterogeniczne efekty tDCS na poziomie behawioralnym, szczególną uwagę należy poświęcić dodatkowemu gromadzeniu danych neurofizjologicznych w celu przetestowania efektów tDCS na poziomie neuronalnym, które są warunkiem wstępnym dla efektów stymulacji na poziomie behawioralnym. Wykonywanie zadań n-back powiązano ze zróżnicowaną aktywnością pasm theta i alfa. Zgodnie z tym, Zaehle i in. opisali specyficzne dla polaryzacji efekty na moc oscylacyjną w pasmach alfa i theta. Dokładniej, aktywność oscylacyjna w tych pasmach była wzmacniana po anodowym tDCS na lewej DLPFC i zmniejszała się po katodowym tDCS. Wyniki te wpisują się w zakładaną rolę aktywności pasma alfa w hamowaniu procesów niezwiązanych z zadaniem oraz rolę aktywności pasma theta w wykonawczych aspektach WM. Hill i in. wykazali również wzrost mocy theta na obszarze czołowo-centralnym po anodowym tDCS w miejscu czołowo-ciemieniowym (z montażami HD skierowanymi jednocześnie na pozycje F3 i P3 w EEG), ale nie przy zastosowaniu HD-tDCS tylko na lewą DLPFC. Ponadto wykazali wpływ stymulacji na pobudliwość korową, indeksowaną przez wzmocniony składnik P60 w potencjale wywołanym przezczaszkową stymulacją magnetyczną (TMS) w następstwie zastosowania anodowego tDCS w montażach DLPFC i DLPFC+PC, w ten sposób odtwarzając jeden z ich poprzednich ustaleń. Potwierdzając widoczną subtelność zmian neurofizjologicznych związanych z tDCS, które niekoniecznie przekładają się na zmienioną wydajność, Nikolin i in. stwierdzili zwiększoną czołową amplitudę P3 dla natężenia prądu 2 mA, 1 mA i 0,034 mA (to ostatnie natężenie stanowi stan pozorowany) w porównaniu do stanu, w którym nie było żadnego prądu. Warto zauważyć, że efekt ten był największy przy 1 mA i umiarkowanie skorelowany ze zmianami dokładności WM od wartości wyjściowych do ocen po tDCS, podkreślając, że większe natężenia prądu niekoniecznie pokrywają się z większymi przyrostami związanymi z tDCS.

Heinen i in. zbadali wpływ ciemieniowego tDCS na zadanie wzrokowe WM. W trzech oddzielnych eksperymentach zastosowali tDCS dwustronnie lub jednostronnie na PPC, zmieniając jednocześnie pozycje anody i katody. Ich wyniki pokazały, że niezależnie od polaryzacji elektrody, obustronny tDCS poprawił poziomy wydajności, zwłaszcza u początkowych słabych wykonawców. Ten wzrost wydajności przypisywano jednak tłumieniu różnego rodzaju błędów. Podczas gdy konfiguracja prawa anodowa/lewa katodowa zmniejszała prawdopodobieństwo przypadkowych odpowiedzi, wzrost wydajności w konfiguracji odwróconej elektrody objawiał się niższym wskaźnikiem błędów błędnego wiązania. Jeśli chodzi o jednostronne zastosowanie tDCS, korzyści ze stymulacji ograniczały się do warunku katodowego i były obserwowane wyłącznie u uczestników, którzy wykazywali niską wydajność na początku badania. Zatem ten ostatni eksperyment jest kolejnym przykładem tego, jak katodowy tDCS, a nie anodowy, może generować wzrost wydajności poznawczej.

Należy również wziąć pod uwagę potencjalny pośredni wpływ tDCS na wzrost wydajności WM poprzez modulowanie procesów uwagi. Na przykład badanie przeprowadzone przez Li i in. dostarczyło dowodów sugerujących, że poprawa wydajności w zadaniu wzrokowej WM może wynikać z różnych ról prawej kory przedczołowej i prawego PPC w, odpowiednio, kontroli uwagi i zakresie uwagi.

Podsumowując, zgromadzono spory materiał dowodowy sugerujący, że tDCS stosowany na korę przedczołową, PPC i VLPFC jest w stanie zmienić wydajność WM u młodych zdrowych osób dorosłych.

Wpływ tDCS na percepcję

Wpływ tDCS na percepcję badano w domenach wzrokowych, somatosensorycznych i słuchowych, a także w przetwarzaniu multimodalnym.

W jednym z najwcześniejszych badań badano wpływ stymulacji na pierwszorzędową korę wzrokową i percepcję kontrastu. Ten obszar korowy jest istotny dla percepcji elementarnych bodźców wzrokowych. W tym badaniu stosunkowo krótki (7 minut) katodowy tDCS zmniejszył percepcję kontrastu, podczas gdy stymulacja anodowa nie przyniosła efektów. W badaniu uzupełniającym z dłuższym czasem trwania stymulacji wykazano, że anodowy tDCS na tym samym obszarze może poprawić postrzeganie kontrastu. Wyniki te są zgodne z efektami elektrofizjologicznymi tDCS, które ujawniły wpływ katodowego, ale nie anodowego tDCS na wzrokowe potencjały wywołane z czasem trwania stymulacji poniżej 15 min.

W zestawie badań percepcji ruchu z wykorzystaniem paradygmatu ruchomej kropki wykazano, że odpowiedź na tDCS była krytycznie zależna od charakterystyki bodźca. Anodowy tDCS nad obszarem V5, krytycznym dla percepcji ruchu, zmniejsz progi percepcji dla spójnie poruszających się kropek, a tym samym poprawił wydajność, podczas gdy katodowy tDCS poprawił wydajność w „hałaśliwym” stanie percepcji, w którym spójnie poruszające się kropki były wymieszane z kropkami poruszającymi się w losowych kierunkach. Odkrycia te zostały potwierdzone w innym badaniu, w którym stymulacja katodowa, ale nie anodowa lub pozorowana, poprawiła percepcję w złożonym, „hałaśliwym” zadaniu percepcji ruchu. W zadaniu spójnych kropek, zwiększenie pobudliwości za pomocą anodowego tDCS mogło ułatwić reprezentacje punktów spójnych związane z ruchem, a tym samym poprawić wydajność. W hałaśliwych warunkach zadania reprezentacje hałasu również uległyby poprawie, a zatem stymulacja anodowa nie była związana z poprawą wydajności. Zamiast tego katodowy tDCS zmniejszający pobudliwość może zmniejszać podatność na „hałaśliwą” aktywność, a tym samym poprawiać wydajność. Dlatego tDCS może wywoływać zróżnicowane efekty w zależności od bodźca i charakterystyki zadania. Połączenie narzędzi elektrofizjologicznych i psychofizycznych może dodatkowo pomóc w określeniu precyzyjnych ścieżek neuronowych i grup komórek w korze wzrokowej, na które tDCS wywiera swoje działanie. Oprócz wspomnianych powyżej stosunkowo elementarnych percepcji, dowody sugerują, że tDCS może również modyfikować percepcję złożonych obiektów wizualnych oraz funkcje kontrolowane przez wyższe obszary widzenia.

Przeprowadzono kilka badań w celu zbadania wpływu tDCS na różne cechy somatosensoryczne. Badania te teoretyzują, że wzmocnienie aktywności somatosensorycznej kory jest fizjologicznym korelatem zwiększonej percepcji somatosensorycznej, a wzmocnienie aktywności pierwszorzędowej kory ruchowej zmniejsza percepcję somatosensoryczną poprzez pętle korowo-wzgórzowe. Odpowiednio, katodowy tDCS nad korą somatosensoryczną i anodowy tDCS nad pierwszorzędową korą ruchową zostały powiązane ze zmniejszeniem odczuwania bólu. Wykazano również, że katodowy tDCS w korze somatosensorycznej zmniejsza progi dyskryminacji wibracji, a tym samym poprawia wydajność, podczas gdy anodowy tDCS na tym samym obszarze poprawił ostrość przestrzenną.

Tylko niewielka liczba badań dotyczyła wpływu tDCS na percepcję słuchową. Niektóre z tych badań skupiały się na zmianach wywołanych stymulacją w słuchowych potencjałach wywołanych. Anodowy tDCS zastosowany na korę słuchową (obszary skroniowe) zwiększył amplitudę komponentu P50. Ponadto, chociaż zaobserwowano, że anodowy tDCS na połączeniu skroniowo-ciemieniowym zmniejsza latencję N1, katodowy tDCS w tym samym rejonie zwiększa amplitudę N1. Oprócz zmian w neurofizjologii słuchu, istnieje kilka badań, w których wykazano, że tDCS nad korą słuchową wpływa na percepcję słuchową. Na przykład katodowy tDCS na korze słuchowej zmniejszył dyskryminację tonu. W innym badaniu badacze odkryli, że czasowe przetwarzanie informacji słuchowych zostało ulepszone przez anodowy tDCS, ale osłabione przez stymulację katodową. Inne intrygujące badanie dotyczyło związku przyczynowego między aktywnością w sieci, która obejmuje górną skroniową i dolną korę czołową, a wydajnością w zadaniach z wysokościami tonu. Katodowy tDCS w obu górnych skroniowych i dolnych obszarach czołowych zmniejszył wydajność w tym zadaniu, potwierdzając pogląd, że oba obszary są integralnymi składnikami sieci percepcji wysokości tonu. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki badań poznawczych potwierdzają wyniki elektrofizjologiczne opisane powyżej.

Oprócz jednomodalnych skutków tDCS w kilku badaniach zbadano jego wpływ na integrację multisensoryczną. Większość z tych badań dotyczyła kory ciemieniowej, ponieważ uważa się ją za ważny ośrodek integracji multisensorycznej. Wykazano, że anodowy tDCS zakłóca integrację multisensoryczną w badaniu, w którym stymulowano prawą tylną korę ciemieniową, jednak w innym badaniu stwierdzono zwiększoną integrację bodźców audiowizualnych. TDCS katodowy na obszarach ciemieniowych ma działanie antagonistyczne. W innym badaniu tDCS nad unimodalnymi obszarami korowymi, takimi jak kora skroniowa i ciemieniowa, zaangażowane w kodowanie / dekodowanie bodźców i integrację multisensoryczną, zwiększyło pobudliwość w odległych obszarach widzenia niższego poziomu, sugerując modulację w szerokiej sieci funkcjonalnej. Jest to wyłaniająca się dziedzina badań, która w nadchodzących latach dostarczy interesujących dowodów dotyczących specyficznych dla polaryzacji i czasowo odrębnych skutków tDCS w różnych obszarach w ramach rozległych sieci multisensorycznych.

Wpływ tDCS na język

Język odnosi się do złożonej zdolności rozumienia i wyrażania treści umysłowych za pomocą wysoce ustrukturyzowanych zestawów dźwięków, gestów ręcznych i pisanych symboli. Do tej pory większość badań, w których badano wpływ tDCS na język zdrowych młodych osób dorosłych, skupiało się na nazywaniu obrazów, płynności słownej i czytaniu ze zrozumieniem. Funkcje te opierają się głównie na lewostronnych, aczkolwiek rozproszonych, obszarach kory czołowej, skroniowej i ciemieniowej. Jednak kilka badań docenia również rolę pętli przedczołowo-móżdżkowych we wspieraniu funkcji językowych.

Stosując 2 mA anodowego lub katodowego tDCS na obszarze Wernickego, Sparing i in. sprawdzili, czy może modulować wydajność w nazewnictwie obrazów. Badani reagowali znacznie szybciej w przypadku anodowego tDCS na obszarze Wernickego w porównaniu ze stymulacją pozorowaną i katodową. Czasy odpowiedzi nie różniły się między stymulacją katodową a pozorowaną, a zastosowanie na obszarze homologicznym w prawej półkuli nie wywoływało żadnego istotnego efektu. Autorzy zaobserwowali jednak, że efekt ułatwiający nie przetrwał stymulacji online. Zastosowanie anodowego tDCS na obszarze Wernickego również okazało się korzystne podczas asocjacyjnej nauki języka, podczas gdy stymulacja katodowa nie miała znaczącego wpływu na przyswajanie nowego słownictwa.

W oparciu o udaną modulację produkcji języka we wcześniejszych badaniach z mniejszą liczbą uczestników Wirth i in. wybrali lewą korę przedczołową jako region docelowy dla anodowego tDCS. Ponadto starali się zbadać elektrofizjologiczne podstawy wywołanych przez tDCS zmian w nazewnictwie obrazów i zadaniu interferencji semantycznej w EEG. W tym ostatnim zadaniu interferencja semantyczna została zdefiniowana jako różnica w czasie odpowiedzi, kiedy badani muszą odpowiedzieć na obiekty wyświetlane w semantycznie jednorodnych w przeciwieństwie do niejednorodnych kontekstach. Na poziomie behawioralnym autorzy zaobserwowali zmniejszenie interferencji semantycznej podczas anodowego tDCS online. Podobnie jak w badaniu przeprowadzonym przez Sparing i in., nie znaleziono efektu offline anodowego tDCS w przypadku nazewnictwa obrazów. W odniesieniu do wyników EEG stwierdzono, że behawioralna redukcja zakłóceń semantycznych korelowała ze wzrostem amplitudy potencjałów związanych ze zdarzeniami nad lewymi, ale nie prawymi miejscami elektrod skroniowych. Wyniki te zinterpretowano jako odzwierciedlające lepsze dostrojenie odpowiedzi neuronalnych w podłożu związanym z językiem. Pomimo braku behawioralnego wpływu następczego na nazewnictwo obrazów, aktywność delta została zmniejszona podczas nazewnictwa obrazów i w spoczynku po zakończeniu stymulacji. To odkrycie jest zgodne z poglądem, że anodowy tDCS miał pobudzający wpływ na procesy nerwowe pośredniczone czołowo i powiązane funkcje językowe, który trwa dłużej niż okres stymulacji.

De Vries i in. zbadali wpływ anodowego tDCS na obszar Broki, gdy zastosowano go podczas sztucznego paradygmatu uczenia się gramatyki. Anodowy tDCS wiązał się z lepszą wydajnością w subsekwencyjnym gramatycznym zadaniu decyzyjnym w porównaniu z pozorowanym tDCS i anodowym tDCS nad kontralateralną półkulą. Ta poprawa związana z tDCS była szczególnie widoczna w przypadku wykrywania naruszeń składniowych, co może mieć przyszłe implikacje dla ułatwienia powrotu do zdrowia u niektórych pacjentów z afazją poudarową.

Fiori i in. celowali w lewy IFG za pomocą anodowego tDCS i zbadali neuronalne korelaty efektu stymulacji w zadaniu uczenia się werbalnego w paradygmacie fMRI. W porównaniu ze stymulacją pozorowaną uczestnicy dawali bardziej poprawne odpowiedzi w warunku anodowego tDCS. Ten wzrost dokładności był ujemnie skorelowany z zadaniowym funkcjonalnym sprzężeniem między lewym IFG a prawą wyspą. Co więcej, anodowy tDCS zmniejszał aktywność zadaniową w docelowym lewym IFG, a także w homologicznym obszarze prawej półkuli. To zmniejszenie sygnału BOLD w obszarze Broki w stosunku do wydajności pochodzącej z tDCS daje wskazówki na temat nieliniowego związku między aktywnością korową a wydajnością w zadania, prawdopodobnie w postaci odwróconej krzywej U.

Zestaw badań potwierdził, w jaki sposób zastosowanie anodowego tDCS na obszarze Broki zmniejszyło efekt interferencji w zadaniu produkcji słów, jednocześnie podnosząc poziom wydajności w rozumieniu zdań. Co ciekawe, zarówno anodowy, jak i katodowy tDCS skrócił czasy reakcji w zadaniach dotyczących percepcji kategorycznej i nazywania słów w badaniu przeprowadzonym przez Rodrigues de Almeid i in. Autorzy zaproponowali, że korzystny efekt katodowego tDCS, który jest sprzeczny z powszechnymi założeniami, wskazuje na mechanizmy kompensacyjne przesuwające względne udziały różnych węzłów w realizacji zadania.

Zwracając się w stronę przetwarzania semantycznego, w dwóch badaniach wybrano zakręt kątowy jako region docelowy. W pierwszym przypadku Price i in. odkryli, że anodowy tDCS na lewym zakręcie kątowym skutkował znacznie krótszymi czasami reakcji w identyfikacji znaczących par słów w porównaniu z nieznaczącymi. Efekt ten został oceniony na poziomie pojedynczego elementu tak, że większa spójność semantyczna pary słów skutkowała większym efektem stymulacji. Ani stymulacja katodowa, ani pozorowana, nie skutkowały podobnym efektem dysocjacji. W badaniu Cummine i in. ujawniono komplementarną współzależność między treścią semantyczną a efektem stymulacyjnym. W tym przypadku pozytywny wpływ wyniku obrazowalności na czasy czytania odpowiedniego słowa został zmniejszony zarówno przez anodowy, jak i katodowy tDCS, szczególnie u uczestników, którzy wykazali największy efekt obrazowalności przed stymulacją. Chcąc w podobny sposób wpłynąć na przetwarzanie semantyczne, Brückner i Kammer zastosowali anodowy lub katodowy tDCS nad obszarem Wernickego przed zadaniem decyzji leksykalnej, w którym uczestnicy musieli zdecydować, czy prezentowany rzeczownik jest prawdziwym słowem, czy nie. Chociaż dokładność odpowiedzi nie została zmieniona przez żaden z dwóch warunków stymulacji w porównaniu z pozorowaną, katodowy tDCS znacząco skrócił czas reakcji, podczas gdy anodowy tDCS wykazywał tendencję w tym samym kierunku.

Wpływ tDCS na poznanie numeryczne

Obejmujące reprezentację i manipulację wielkościami i liczbami, poznanie numeryczne jest kluczowym elementem rozwoju intelektualnego. W świetle rosnącego zainteresowania naszego społeczeństwa obliczeniami i danymi, umiejętność ta stała się coraz bardziej niezbędną umiejętnością w życiu codziennym. W związku z tym dyskalkulia, brak rozumienia arytmetyki, może stwarzać poważne problemy osobiste, społeczne i ekonomiczne. Jak dotąd, funkcjonalne neuroobrazowanie i badania TMS konsekwentnie podkreślały znaczenie bruzdy śródciemieniowej (IPS) i otaczających ją struktur płata ciemieniowego w przetwarzaniu numerycznym.

W badaniu przeprowadzonym przez Hausera i in. nakierowanie na lewy IPS za pomocą anodowego tDCS przed operacjami arytmetycznymi znacznie zwiększyło dokładność w zadaniu porównywania liczb i skróciło czasy reakcji w zadaniu odejmowania. Ani stymulacja anodowa prawego IPS, obustronna stymulacja anodowa ani obustronna stymulacja katodowa nie spowodowały żadnych zmian w wynikach w porównaniu z stymulacją pozorowaną.

Zgodnie z tymi wynikami, Kasahara i in. potwierdzili znaczenie lewego IPS w swoim badaniu, w którym również uzyskali pomiary fMRI. W tym przypadku dodatkową uwagę zwrócono na kwestię, czy indywidualne różnice w lateralizacji aktywności ciemieniowej podczas obliczeń umysłowych będą moderować stopień, w jakim uczestnicy odniosą korzyści z tDCS lewego anodowego/prawego katodowego lub lewego anodowego/prawego anodowego. Odkryli, że tDCS lewy anodowy/prawy katodowy wiązał się ze skróceniem czasu reakcji wyłącznie u tych uczestników, którzy wcześniej wykazywali dominację lewej półkuli w aktywności mózgu, gdy rozwiązywali te same problemy arytmetyczne na początku, podczas gdy uczestnicy z obustronną aktywacją nie wykazali tego efektu.

Oprócz podziału badanej populacji według cech indywidualnych, włączenie miar neuroobrazowania do badań tDCS przyczynia się również do lepszego zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw korzyści behawioralnych lub ich braku. W związku z tym Hauser i in. wykorzystali równoczesny fMRI, aby wyjaśnić, w jaki sposób wpływ tDCS na aktywność sieci neuronowych związanych z zadaniem może pośredniczyć w skutkach złożonych problemów z odejmowaniem. Podczas gdy uczestnicy nie doświadczyli żadnych korzyści poznawczych z lewego anodowego tDCS, w porównaniu do pozorowanego, zarówno w powtarzających się, jak i nowych problemach arytmetycznych, tDCS wywierał specyficzny dla zadania wpływ na aktywność neuronalną. Dokładniej, prawy IPS wykazał zmniejszoną aktywację w nowych, a nie powtarzających się problemów w grupie pozorowanej, podczas gdy taka rozbieżność nie pojawiła się w grupie, która otrzymała 30 minut aktywnego tDCS do lewego IPS równocześnie z zadaniem. Autorzy przypisali ten efekt wpływowi zmniejszenia pobudliwości katody. Umieszczona nad prawym obszarem nadoczodołowym, krawędzie katody graniczyły z prawym IFC, w którym wykryto efekt w fMRI i dla którego symulacje gęstości prądu przewidziały największy efekt.

Korzystając ze projektu krzyżowego, Artemenko i in. przetestowali wpływ tDCS w pięciu różnych konfiguracjach elektrod. Podawali stymulację obu polaryzacji (tj. anodowej lub katodowej) jednostronnie do prawego lub lewego IPS lub w stanie pozorowanym. Ogólnie czasy reakcji w zadaniu odejmowania nie różniły się w zależności od warunków stymulacji. Jednak tDCS nad prawym IPS modulował określony składnik zadania, a mianowicie integrację z wartością miejsca, z anodowym tDCS zwiększającym ten efekt w porównaniu ze stymulacją katodową.

W większości omówione w tej części badania tDCS zbiegają się z poglądem, że płaty ciemieniowe są krytycznymi substratami neuronalnymi dla poznania numerycznego. Chociaż jednostronny anodowy tDCS może wystarczyć do wywołania poprawy, efekty obserwowane przy montażu dwustronnym skłoniły autorów do spekulacji, że zmniejszenie konkurencji między półkulami może pośredniczyć w oddziaływaniu na przetwarzanie numeryczne.

Wpływ tDCS na uczenie się i pamięć

Studiując własne procesy uczenia się i zapominania, Ebbinghaus rozpoczął badania nad toczeniem się pamięci. Od tego czasu zidentyfikowano różne typy pamięci. Oprócz pamięci roboczej są to pamięć krótkotrwała i długotrwała, które, jak stwierdzono, są ze sobą ściśle powiązane. W ramach tych procesów hipokamp jest uznawany za kluczowy węzeł w wiązaniu informacji z różnych źródeł, a zatem może być uważany za odpowiedni cel dla tDCS. Podczas gdy niektóre badania dowodzą, że możliwa jest pośrednia stymulacja hipokampa poprzez jego wysoką łączność z bardziej dostępnymi regionami korowymi, większość badań nad wpływem tDCS na uczenie się i pamięć koncentruje się na celach korowych, w szczególności na korze przedczołowej i ciemieniowej.

Do tej pory kilka badań dotyczyło wpływu tDCS na pamięć krótkotrwałą. Jedno z badań wykazało korzystny wpływ tDCS na lewą korę przedczołową podczas wykonywania zmodyfikowanego zadania Sternberga. Jednak autorzy zaobserwowali znaczną poprawę czasu reakcji tylko wtedy, gdy dodatkowe bodźce dystraktorowe były prezentowane w okresie opóźnienia. Taki specyficzny efekt wskazuje, że może wynikać z modulacji funkcji wykonawczych, takich jak procesy hamujące, o których wiadomo, że angażują sieci czołowe. Nie zgłoszono żadnego wpływu na dokładność.

Heimrath i in. stwierdzili poprawę w zadaniu przestrzennym dopasowania do próbki z opóźnieniem podczas umieszczania katody nad prawą korą ciemieniową. Zaangażowanie prawego PPC w pamięć krótkotrwałą zostało potwierdzone przez Wang i in., których odpowiednio wzmocnione badanie krzyżowe na 20 uczestnikach wykazało, że pojemność wzrokowej pamięci krótkotrwałej, ale nie precyzję, można zwiększyć za pomocą anodowego tDCS. Ten efekt wystąpił tylko przy największym ustawionym rozmiarze, to znaczy wtedy, gdy liczba elementów do zapamiętania przekroczyła limit pojemności.

W badaniu Zwisslera i in. anodowy tDCS nad lewą korą przedczołową zastosowany podczas kodowania obrazów spowodował wzrost liczby fałszywych alarmów, podczas gdy katodowy tDCS zmniejszył liczbę fałszywych alarmów podczas testów rozpoznawania. Autorzy przypisują korzystny efekt stymulacji katodowej jej potencjalnej zdolności filtrowania szumów. Z drugiej strony gorszą wydajność przy stymulacji anodowej przypisuje się pogorszeniu stosunku sygnału do szumu ze względu na wpływ stymulacji zwiększający pobudliwość.

Liczne badania koncentrowały się również na zaangażowaniu obszarów kory ciemieniowej w procesy pamięciowe. Jones i in. umieścili anodę nad lewym lub prawym PPC i stwierdzili znaczną poprawę uczenia się i rozpoznawania tylko wtedy, gdy stymulację stosowano nad lewą, ale nie prawą częścią ciemieniową, i tylko podczas kodowania, ale nie przed odzyskiewaniem. W badaniu przeprowadzonym przez Bjekić i in. zastosowanie anodowego tDCS zarówno na lewym, jak i prawym PPC okazało się korzystne dla wydajności pamięci skojarzeniowej twarz-słowo. Jest rzeczą zrozumiałą, że ta rozbieżność mogła być spowodowana różnymi wyborami rozmieszczenia katod w obu badaniach, z których jedno umiejscawiało ją nad kontrlateralnym obszarem nadoczodołowym, a drugie poza głową na kontralateralnym policzku, tworząc w ten sposób różne rozkłady pól elektrycznych. Ponadto Bjekić i in. przedstawili dowody potwierdzające utrzymywanie się efektów stymulacji lewej ciemieniowej, z przyrostem wydajności w swobodnych przywołaniach trwającym do 4 dni po stymulacji. Analogicznie do wyników w korze przedczołowej, katodowy tDCS nad lewym PPC, ale nie nad pierwotną korą ruchową, która służyła jako aktywny obszar kontrolny, obniżył wydajność pamięci źródłowej, podczas gdy wydajność rozpoznawania pozostała nienaruszona. W tym samym badaniu nie wykryto żadnego znaczącego efektu dla anodowego tDCS.

Jacobson i in. stwierdzili poprawę pamięci werbalnej podczas podawania obustronnego tDCS z anodą nad lewą i katodą nad prawą korą ciemieniową podczas kodowania werbalnego, ale nie odwrotnie. Przeciwnie, podobny dwustronny montaż nad PPC, jak również odwrócony układ elektrod, prowadziły do wyższych wskaźników fałszywych alarmów. Co więcej, badanie ujawniło, że subiektywne aspekty pamięci również uległy zmianie z większą pewnością fałszywych alarmów w stosunku do chybień z montażem CP3/CP4.

Boggio i in. umieścili anodę na lewym przednim płacie skroniowym, a katodę na kontralateralnym obszarze homologicznym. Ta ostatnia była albo tego samego rozmiaru co anoda, albo powiększona w celu naśladowania jednostronnej stymulacji. Niezależnie od wielkości katody, oba stany aktywne znacząco redukowały ilość fałszywych wspomnieni w porównaniu ze stymulacją pozorowaną. Nowsze badanie wykazało również korzyści z anodowego tDCS nad lewym przednim płatem skroniowym, tym razem umieszczając katodę na prawym ramieniu, w zmniejszaniu fałszywego rozpoznawania list asocjacyjnych, ale nie kategorycznych. Perceval i in. przeprowadzili badanie nad pamięcią skojarzeniową twarz-imię. Anodowy HD-tDCS na korze skroniowo-ciemieniowej skrócił czas reakcji, ale nie wpłynął na dokładność w zadaniu rozpoznawania.

Wreszcie Schaal i in. zbadali wkład lewego i prawego zakrętu nadbrzeżnego w pamięć wysokości tonu i rytmu. Ich badanie ujawniło specyficzne dla półkuli oddziaływanie anodowego tDCS. W szczególności pamięć wysokości tonu była wspomagana stymulacją lewą anodową, podczas gdy pamięć rytmu była nienaruszona. Pojawił się odwrotny wzorzec dla prawej stymulacji anodowej, która zwiększyła pamięć rytmu bez modulowania pamięci wysokości tonu.

Jak wynika z literatury przeanalizowanej w tej części, wykazano, że tDCS skutecznie moduluje wiele aspektów uczenia się i pamięci. Należy jednak zauważyć, że wiele stosowanych paradygmatów pamięci wymaga elementów funkcjonowania wykonawczego, takich jak kontrola hamowania, podejmowanie decyzji i pamięć robocza, a także uwaga, które, jak wiadomo, wykorzystują sieci czołowe i czołowo-ciemieniowe. Na przykład Pergolizzi i Chua odkryli, że prawidłowe wskaźniki odrzucenia podczas zadania rozpoznawania zostały zwiększone dzięki bardziej efektywnemu wykorzystaniu wskazówek, podkreślając, że korzystne wyniki w dziedzinie pamięci mogą przynajmniej częściowo odzwierciedlać pośredni wpływ na funkcje wykonawcze.

Wnioski

Badania nad modulacją funkcji poznawczych za pomocą tDCS są obecnie jednym z najszybciej rozwijających się obszarów neuronauki poznawczej. Technika ta jest bardzo obiecująca jako narzędzie do badania nowych hipotez teoretycznych, a także do poprawy funkcji poznawczych, zwłaszcza w młodych zdrowych populacjach, co również znalazło odzwierciedlenie w licznych metaanalizach.

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