Name: modulating cognition using transcranial direct current stimulation of the cerebellum
Uploaded: 2015-02-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 47 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum at JoVE.com

Acknowledgement: This work was funded by Wellcome Trust grant WT087554.

HINWEIS: Alle Teilnehmer gaben informierte Zustimmung und die Studie wurde von der University of Birmingham Ethikkommission genehmigt. 1. Bitten Sie den Teilnehmer, um das Informationsblatt gelesen und füllen Sie die tDCS screeningquestionnaire (Anhang 1), und wenn es keine Kontraindikationen für die Durchführung tDCS, bitten Sie sie, die Einverständniserklärung unterschreiben. 2. Führen Sie ein Experiment (Berechnungsaufgaben) und experimentieren zwei (Sprachaufgaben), eine nach der anderen, in pseudo-zufälligen Reihenfolge vor (Sitzung ein) und nach (Sitzung zwei) die Stimulationsdauer in einem ruhigen Raum, um Ablenkungen zu reduzieren und erlauben eine genaue Aufzeichnung der auditorischen Ansprechzeiten, die offline berechnet werden. 3. In einem Experiment, präsentieren die auditive Reize (dh., Zahlen) über ein Headset (Tabelle der Materialien / Geräte). In Experiment zwei, zur Darstellung der visuellen Stimuli (dh Wörter) auf einem Computerbildschirm. In beiden Experimenten die Gate headset Mikrofon durch die Amplitude des Gehör Antworten der Teilnehmer. HINWEIS: Alle Aufgaben waren computerisiert und lief auf einem Laptop-Computer durch Reizdarbietung und Aufnahmesoftware (Tabelle der Materialien / Geräte) gesteuert. 4. Am Ende, erklären die Teilnehmer das Ziel der Studie (dh Nachbesprechung), und bitten Sie sie, um die Schwierigkeit der einzelnen Aufgaben auf einer Skala von 1 (leicht) zu bewerten - 10 (hart). Außerdem erklären die Teilnehmer nicht zur Teilnahme an einem anderen Hirnstimulation Experiment für mindestens 7 Tage zu nehmen, und die Versuchsleiter zu kontaktieren, wenn sie die negativen Auswirkungen der tDCS fühlen. 5. Ein Experiment (Berechnung Aufgaben) 5.1) Die Durchführung der Paced Auditive Serielle Addition Aufgabe HINWEIS: Die PASAT kommt in einer 3 Sekunden und einer 2 Sekunden-Version. <ol><li> Nutzen Sie die 60 Elemente jeweils in den 3 Sekunden und 2 Sekunden-Versionen für die Addition und Subtraktion Aufgabe Aufgabe bzw. enthalten. FurthermErz, verwenden Sie die Elemente auf der PASAT-Form A vor der Stimulationsperiode (Session eins), und die Gegenstände der PASAT-Form B, nach der Stimulationsperiode (Session zwei). HINWEIS: Front die Reihenfolge, in der die Teilnehmer führen die PASAT und die PASST, so dass die Leistung auf eine Aufgabe nicht auf den anderen übertragen. </li><li> Setzen Sie den Teilnehmer vor dem Computer-Bildschirm und ihnen erklären, dass sie gehen, um eine Reihe von Zahlen über das Headset zu hören, und dass sie aufgefordert werden, die Anzahl fügen sie an die Nummer, die sie unmittelbar vor davon gehört zu hören, und dann vokalisieren die Antwort, und auch weiterhin die Nummer, die sie hören, mit dem man hinzufügen, bevor er (und nicht um eine laufende Summe zu geben). Positionieren Sie das Mikrofon vor dem Mund des Teilnehmers vor dem Start der Aufgabe. </li><li> Starten Sie die Aufgabe und bitten die Teilnehmer, um die Standard-Anweisungen, die auf dem Computer-Bildschirm, die formell erklärt, wie die PASAT führen vorgestellt werden gelesen. Durchführendie Aufgabe, sobald der Teilnehmer hat verstanden die Anweisungen. HINWEIS: Eine schriftliche Beispiel auch, sie präsentiert. Diese Anweisungen sind vergleichbar mit denen der Originalversion der Aufgabe. </li><li> Bei der Aufgabe, notieren Sie jede Antwort auf der gedruckten Notenblatt (Anhang 2) auf nachträgliche Prüfung. Geben Sie keine Punkte, wenn der Teilnehmer bietet eine falsche Antwort oder nicht reagiert. Stellen Sie sicher, dass die Reize hörbar sind, so dass die Aufgabe verfolgt werden kann (alternativ zu präsentieren, das Experiment über Lautsprecher), und markieren Sie jede richtige Antwort wiederum. </li><li> An die Teilnehmer nicht zu sprechen und / oder durchführen oral Berechnungen (oder verwenden Sie die Finger, um die Leistung zu unterstützen) während der Aufgabe und dass nur die Antwort sollte laut ausgesprochen werden. </li></ol> 5.2) Die Durchführung der Paced Auditive Serielle Subtraktion Aufgabe <ol><li> An die Teilnehmer, dass die Anweisungen für die Subtraktion Aufgabe (PASST) sind für den Zusatz-Aufgabe (PASAT), mit Ausnahme dieser Zeit sinderforderlich, um die Nummer, die sie von der Zahl, die sie unmittelbar vor gehört hören subtrahieren und dann vokalisieren die Antwort, und weiterhin die Nummer, die sie von der einen zu hören, unmittelbar bevor er abgezogen wird (und nicht, um eine laufende Summe zu geben). Wieder stellen Sie sicher, dass das Mikrofon nicht vom Mund des Teilnehmers bewegt. </li><li> Sobald der Teilnehmer den Anweisungen, um sie auf dem Computerbildschirm, um die Subtraktion aufgabenbezogenen präsentiert gelesen und voll verstanden haben - die Durchführung der Aufgabe. Wiederum erinnern Teilnehmer nicht auf Berechnungen oral oder mit Hilfe der Finger führen. </li></ol> 5.3) Perforing den Trainings (PASAT UND PASST) HINWEIS: Ein Training wird von jedem Teilnehmer vor der Durchführung der einzelnen Aufgaben im Experiment ein, um die Geschwindigkeit, mit der die Teilnehmer die Aufgaben innerhalb einer bestimmten Grenze durchführen, um Deckeneffekte zu vermeiden zu bestimmen. Sie erreichen dies, indem 45 Gegenstände bei practice (zu den ursprünglichen 10 Elemente gegen). <ol><li> Erklären Sie den Teilnehmern, dass sie gehen, um die PASAT und / oder die PASST (je nachdem, welche Aufgabe zuerst ausgeführt werden muss) wie oben beschrieben durchzuführen. Während nur das Training, erhöhen Sie die Präsentationsrate der auditiven Elemente durch eine Verringerung der Inter-Stimulus-Intervall von 300 ms nach jedem Satz der fünf Elemente, zwischen dem Intervallbereich von 4,2 bis 1,8 Sekunden. </li><li> In der Praxis beachten Sie die Präsentation Rate, die die Teilnehmer verursacht bis 3 aufeinanderfolgenden Fehlern machen (aber es ihnen ermöglichen, das Training zu beenden), und verwenden Sie die Geschwindigkeit vor diesem Cut-off-Punkt während der Aufgabe. </li><li> Wählen Sie die Reizdarbietung Rate für jeden Teilnehmer und halten diese Rate zwischen den Sitzungen ein und zwei (dh., Vor und nach der Stimulation). Geben Sie dem Teilnehmer eine kurze Pause zwischen den einzelnen Aufgaben (ca. 30 sec). </li></ol> 6. Experiement Zwei (Sprache Aufgaben) 60,1) Durchführung der Verb-Generation Aufgabe HINWEIS: Führen Sie die Substantiv lesen, das Verb Generation und das Verb Leseaufgabe in dieser Reihenfolge (nach einer kurzen Pause getrennt), so dass die Worte in dem Verb Leseaufgabe präsentiert nicht prime eine schnellere Antwort in dem Verb Generation Aufgabe. Jede Aufgabe besteht aus 3 Praxis Wörter und 6 Blocks von 10 Studien gemacht. <ol><li> Konstruieren Sie eine Liste der 40 konkrete Substantive, Werkzeuge / Objekte, die mit den Händen oder Füßen manipuliert werden könnte, und 40 konkrete Verben, um Aktionen mit den Werkzeugen durchgeführten Über verwandt / Objekte von einer unabhängigen Gruppe von Teilnehmern, wobei die gleiche Nomen-Verb-Paare erzeugt werden mehr als die Hälfte der Gruppe wie in Papst und Miall 1. Vermeiden Substantiv-Verb-Paare, die gleichen Reaktionen erzeugen (zB Essen-Essen, Apfel-Essen) oder nicht, um menschliche Handlungen (zB im Ofen backen) beziehen. Gegenwärtige Halb Wörter Sitzung eine und die andere Hälfte in der Sitzung zwei. </li><li> Erklären Sie den Teilnehmern, dass sie have, um eine geeignete verb (zB Antrieb) in Reaktion auf die präsentierte noun (zB Fahrzeug) sagen. Klären Sie dieses Substantiv-Verb-Beziehung, die Teilnehmer zu Beginn der Aufgabe. </li><li> Präsentieren Sie die Worte, zentral auf dem Computerbildschirm in einer anderen zufälligen Reihenfolge in Blöcken 1-5 (wiederholt Wörter) und präsentieren neue Wörter in Block 6 (Roman Wörter). Achten Sie darauf, jedes Wort durch das nächste Wort ersetzt, wenn das Mikrofon eine Antwort erkennt. HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Wortlisten in Sitzungen ein und zwei unterschiedlich sind, und zwischen den Teilnehmern gegenüber. </li><li> Starten Sie die Aufgabe und bitten die Teilnehmer, um die Standard-Anweisungen, die auf dem Computer-Bildschirm, die formell erklärt, wie man die Aufgabe Verb Generation führen vorgestellt werden gelesen. </li><li> Sobald der Teilnehmer vollständig die Aufgabe verstanden, das Mikrofon vor dem Mund, und sie anweisen, Worte, sobald sie auf dem Bildschirm erscheinen zu produzieren. </li><li> Notieren Sie sich oder nehmen Sie jede Antwort sprachn laut durch den Teilnehmer auf nachträgliche Prüfung. Notieren Sie sich etwaige Fehler oder fehlgeschlagenen Antworten. </li></ol> 6.2) Die Durchführung der Nomen und Verb Leseaufgaben HINWEIS: Präsentieren der Worte in der gleichen Weise wie in der Aufgaben verb Generation. Die Teilnehmer lesen Substantive im Substantiv Leseaufgabe und Verben in der Verb Leseaufgabe. <ol><li> Bei beiden Leseaufgaben, weisen Sie den Teilnehmer, jedes Wort laut zu lesen, sobald es auf dem Bildschirm erscheint. </li><li> Überprüfen Sie, ob der Teilnehmer jedes Wort korrekt in beiden Leseaufgaben durch Blick auf den Bildschirm, wie Wörter vorgelesen zu lesen. HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Position des Mikrofons nicht aus dem Mund des Teilnehmers zwischen Aufgaben verschoben. </li></ol> 7. Durchführen von Kleinhirn-tDCS HINWEIS: TDCS gilt als sicher, um bei Menschen verwendet werden. Der Forscher die Verwaltung tDCS in dieser Studie war jedoch ein Ersthelfer. Es ist advISA-Anlage geeigneter dass ein Ersthelfer ist nahe bei der Durchführung von tDCS, um sicherzustellen, dass die Sicherheit der Teilnehmer nicht beeinträchtigt wird, wenn sie sich unwohl fühlen / schwach während des Verfahrens. Lassen Sie einen Teilnehmer unbeaufsichtigt bei der Anwendung von tDCS. <ol><li> Voreinweichvorrichtung zwei Schwammelektroden (Oberfläche = 25 cm 2) in einem Standard-0,9% NaCl Kochsalzlösung, bis sie gesättigt sind. </li><li> Um erregenden (anodische) Stimulation über die rechte Kleinhirnrinde zu verwalten, stellen Sie den roten Elektrode 1 cm unter und 4 cm auf der rechten Seite der prominentesten Projektion der Hinterhauptbein (Inion). HINWEIS: Dieser Seitenlage auf der Kopfhaut in etwa der Lage der Kleinhirn lobule VII. </li><li> Um die Elektrode Montage abzuschließen, legen Sie die Referenz oder die kathodische Elektrode (blau) auf der rechten Schulter über den Deltamuskel. </li><li> Um hemmende (kathodische) Stimulation zu verabreichen, wiederholen Sie den Vorgang, und positionieren Sie die beiden Schwammelektroden umgekehrt (dhlegen Sie die blaue Elektrode auf dem Kopf und die rote Elektrode auf die Schulter). </li><li> Zum Schein-tDCS zu verwalten, zu liefern pseudo-Stimulation (zB 110 uA über 15 ms, alle 550 ms) für 20 Minuten statt der Reizstrom. Positionieren Sie die beiden Elektroden das gleiche wie oben, aber als Gegengewicht die Position der roten und blauen Elektroden zwischen den Teilnehmern in der Sham-Gruppe. </li><li> Sichern Sie sich die feuchten Elektroden fest auf den Kopf und Oberarm mit Gummibändern oder selbstklebe wickeln. Legen Sie Papier Handtuch um den Nacken des Teilnehmers zu säubern tropfen Kochsalzlösung. HINWEIS: Prüfen, ob die vorgesehene Position der Elektroden hat sich nicht bewegt, nachdem sie gesichert haben. Um eine optimale Elektrode-Haut-Schnittstelle zu gewährleisten, sind die Elektroden flach auf der Kopfhaut über das Haar gelegt, und nicht. </li><li> Zu Beginn und ausgleichen Stimulations Eingriff Zunahme und Abnahme bzw. den Gleichstrom in einer rampenartigen Weise über 10 sec 38,39.Stellen Sie die Intensität der Stimulation bei 2 mA liefern und für 20 min mit einem zuverlässigen stromgeregelten DC-Stimulator (Tabelle der Materialien / Geräte). HINWEIS: Diese Intensität ist ähnlich wie die von anderen 25 verwendet wird, und wird als eine sichere Expositionshöhe 40, weit unter dem Schwellenwert für die Gewebeschädigung 41. </li><li> Teilen Sie den Teilnehmern zur Ruhe / Entspannung während der Stimulationsdauer und davon abhalten, mit Hilfe elektronischer Geräte, so zu vermeiden, die Einführung Störvariablen, die möglicherweise Einfluss auf das Ergebnis des Experiments kann. HINWEIS: Es ist für die Teilnehmer, um einen milden Juckreiz an einem oder beiden Elektrodenstellen (und / oder einen metallischen Geschmack im Mund), wenn die Reizstrom beginnt zu fühlen. Versichern Sie den Teilnehmern, dass diese Empfindungen verschwinden nach wenigen Sekunden - lasse tDCS unbemerkt. </li><li> Bewerben anodale kathodische oder Schein-Stimulation, um drei separate Teilnehmergruppen in Pseudozufalls order (zwischen-Teilnehmer, unabhängige Stichproben). Stellen Sie sicher, dass die Gesamtanzahl, Geschlecht und Durchschnittsalter der Teilnehmer liegt zwischen Gruppen, wie in Papst und Miall 1 vergleichbar. </li></ol> 8. Nach Hirnstimulation, wiederholen Sie den PASAT (Schritte 5.1-5.1.5) und die PASST (Schritte 5.2-5.2.2) in ein Gegengewicht um, und die Nomen und Verb Leseaufgaben (Schritte 6.2-6.2.2) und der Aufgabe Verb Generation (Schritte 6.1-6.1.6) in dieser Reihenfolge. Führen Sie ein Experiment (Berechnungsaufgaben) und experimentieren zwei (Sprachaufgaben) in pseudo-zufälligen Reihenfolge. Geben Sie keine Praxis auf jeder Aufgabe nach Hirn stimuation. HINWEIS: In anderen Studien der Erkenntnis, hat zu realen und Schein-Stimulation der gleichen Kohorte angewendet (in-Teilnehmer, verwandte Proben), durch eine Wash-out-Laufzeit von mindestens 5-7 Tage 25,26 getrennt. , Differenzierende Schein und Echt Stimulation ist jedoch leichter bei höheren Stromstärken 42. Dies kann problematisch sein, in ein mitin-Teilnehmer Design, aber nicht so in einer zwischen-Teilnehmer Design wie hier beschrieben.

The author has nothing to disclose.

TDCS ist zu einem beliebten Werkzeug in den letzten Jahren zum Studium Gehirn-Verhalten Beziehungen. Der vorliegende Artikel beschreibt ein Verfahren zur Untersuchung kognitiver Funktionen des Kleinhirns mit tDCS und verschiedene Tests von arithmetischen und Sprache, die in unterschiedlichem Maße von Arbeitsgedächtnis und Aufmerksamkeit erfordern. Die Ergebnisse für Experiment hat gezeigt, wie man die kathodische Stimulation des rechten Kleinhirnhemisphäre verbessert Aufgabe Genauigkeit und verbale Reaktion Variabilität (bezogen auf die anodische und Schein-Stimulation) in einer schwierigen und kognitiv anspruchsvollen Datenverarbeitungsaufgabe, die geistige Subtraktion (das Tempo Gehör serielle Subtraktion Aufgabe [ PASST]), aber nicht während einer einfacheren und weniger anspruchsvolle Version mit psychischen hinaus (das Tempo Gehörserien hinaus Aufgabe [PASAT]). Da diese beiden Aufgaben haben ähnliche Motorsteuerung (dh mündliche Operationen), aber unterschiedliche kognitive Belastung (dh., Geistige Anstrengung), in unserer früheren Studie spekulierten wir1, dass die kathodische Vertiefung des rechten Kleinhirnrinde könnten zusätzliche kognitive Ressourcen freizugeben, wenn Aufgabenanforderungen sind hoch. Kathodische tDCS wurde erwartet, dass das Kleinhirn hyperpolarisieren, Purkinje-Zellen Ausgang drücken, und senken Kleinhirn-Hirn-Hemmung (CBI 20). Diese Ansicht wird durch die Feststellung, dass die funktionelle Konnektivität zwischen dem Kleinhirn und den präfrontalen Kortex (dh Kleinhirn thalamo-kortikalen Bahn 10) während der Rechen aufgaben- und difficulty- empfindliche 43 unterstützt. Die Ergebnisse aus dem Experiment kann man nicht durch irgendeine Änderung in cerebellar Beitrag zur Motorsteuerung erläutert, da diese in der PASAT und PASST vergleichbar, aber die mentale Prozesse erforderlich, um die Subtraktion gegen Addition auszuführen unterschiedlich sind. Die Ergebnisse aus diesem Experiment schlagen stattdessen vor, dass Auswirkungen von Kleinhirn-tDCS auf die Kognition dürften aufgaben- oder lastabhängig. In Experiment zwei kathodische Stimulation auch selektiv Aufgabenleistung verbesserte sich einSprachprotokoll, so dass Reaktionen schneller geworden und wurden konsequenter zeitlich über fünf aufeinanderfolgende Blöcke von Studien, in denen die Teilnehmer generiert Verben als Reaktion auf visuell dargestellt Substantive. Diese stimulierende Wirkung ergänzt die Ergebnisse aus dem Experiment ein, aber auch Erkenntnisse von anderen zeigen, wie die anodische tDCS über der linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) können Wortflüssigkeit 40 und Bild Benennungslatenzen 41,44 verbessern - Unterstützung der Hypothese, dass die gleichen Erleichterungen Muster kann Nach kathoden tDCS über der rechten Kleinhirnhemisphäre zu beachten (wie in Experiment zwei beobachtet). Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse unterstützen eine Rolle für das Kleinhirn - wenn auch indirekt - in der Sprache, Lernen und Gedächtnis 45, die Kreditvergabe weiter Unterstützung für die Idee, dass das Kleinhirn kann kognitive Prozesse im präfrontalen Kortex beeinflussen: ein wichtiger Ort für viele Arbeitsspeicher (WM ) Operationen. Kognitive Verbesserungen are physiologisch plausibel, weil das Kleinhirn übt einen Einfluss auf Fern Erregbarkeit im DLPFC über Anregung des cerebro - Kleinhirn Weg. Ein weiterer Beweis für die Kopplung zwischen dem Kleinhirn und dem präfrontalen Cortex wird in der Arbeit von Hamada und Kollegen, wobei assoziative Plastizität durch sensorische / Motor Stimuli bei 25 ms gepaart induzierten beschrieben - gepaart assoziativen Stimulation (PAS), wurde beobachtet, daß durch cerebellar- gesperrt werden tDCS 46. Und täglichen Sitzungen der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) über das Kleinhirn hat sich gezeigt, Haltungskontrolle und Wandern, und Dual-Tasking bei einem Patienten mit Kleinhirnatrophie 47 zu verbessern. Diese motorische und kognitive Verbesserungen wurden durch eine Erhöhung der Motor gekennzeichnet evozierte Potentiale moto kortikalen Stimulation induziert wird, wenn das Kleinhirn wurde auch angeregt wenige Millisekunden vorher (mit Doppelspule gepaart Puls TMS sucht), aufgrund der reduzierten cerebellar Hirn Hemmung ( CBI), dassdauerte 6 Monate nach der Behandlung. Farzan und Kollegen 47 gutgeschrieben die Verbesserungen der kognitiven Funktion, um eine Folge von verbesserten motorischen Funktion und die Befreiung von Ressourcen für die Leistung der Doppelaufgabe. Kleinhirn-Schaltungen - - Die Reduzierung der CBI durch TMS induzierte möglicherweise auch präfrontalen kortikalen Funktion direkt, durch spannende c erebro verbessert Verbesserung der kognitiven Fähigkeit. Diese letztere Erklärung ist in Übereinstimmung mit, dass mit den in diesem Artikel, die ein Verfahren zur selektiven nach Kleinhirn-tDCS Verbesserung verbale WM demonstrieren beschriebenen Methoden beobachtet. Die hier beschriebenen Methoden zeigen, wie elektrische Hirnstimulation des Kleinhirns kann kognitive Funktionen zu modulieren und die Leistung zu verbessern bei Aufgaben, die ein hohes Maß an kognitiven Belastung erfordern. Diese Feststellung parallel zu den positiven Effekten aus Stimulierung der DLPFC, die Rechenleistung über lange Laufzeiten 2 verbessern können </sup&gt; und ermöglichen eine Lösung Erzeugung für schwierige Probleme, aber nicht für einfache Aufgaben 3. In der Tat kann tDCS über präfrontalen Kortex Leistung in einer Vielzahl von kognitiven Aufgaben Probanden ohne 4,5 erhöhen, was Forscher Stimulation des Gehirns als therapeutisches Werkzeug zur Behandlung von kognitiven Defiziten bei Patienten nach Schlaganfall 48 zu verwenden, und bei Patienten mit Parkinson-Krankheit 41. In der Tat, künftige Richtungen für tDCS gehören seine Verwendung als Instrument für die Verhaltensänderung durch Induktion dauerhaften Veränderungen im Gehirn. TDCS als eine Form der Gehirnstimulationstherapie ist wert in Patientenpopulationen aus offensichtlichen Gründen 24. In diesem Artikel werden die wichtigsten Schritte für die erfolgreiche Modulation der Kognition mit tDCS sind: 1) Schneiderei aufgaben Schwierigkeit Teilnehmer Leistungsniveau; 2) eine konsistente und genaue Platzierung der Stimulationselektrode über die gewünschte Region des Gehirns; 3) Gewährleistung tHut beiden Elektroden werden in der gesamten Stimulationsperiode an den Stimulator Ausschalten verhindern feucht gehalten (Befeuchten mit zusätzlichen Salz falls erforderlich). Es ist auch wichtig, die Teilnehmer (Verringerung der Angst), die Empfindungen gefühlt während der Stimulation verschwinden nach wenigen Sekunden zu beruhigen - lasse tDCS unbemerkt. Zukünftige Änderungen könnte die Verabreichung tDCS bei Aufgabenerfüllung (oder so mit dem Verhalten überlappt), um Online-Effekte zu untersuchen. Aufgabenleistung würde dann zwischen aktiven und Ausgangsbedingungen (dh die anodische gegen Schein und / oder kathodische vs. Sham) verglichen werden, und nicht zum Vergleich der Leistung vor und nach der Stimulationsperiode. Die langfristige Wirksamkeit der DC-Stimulation ist auch einen Besuch wert aus der Perspektive mit tDCS, die Symptome von kognitiven Störungen zu beheben, zusammen mit Paradigmen, die robuster Wirkungen hervorrufen können. Dies kann Protokolle, die eine Abfolge von kurzen Perioden Stimulation liefern enthalten (anstelle einer einzigen block), wobei die nachfolgenden Sitzungen der tDCS &quot;top-up&quot; die Effekte aus der vorangegangenen Sitzung. Bereitstellung mehrerer Stimulationssitzungen können kumulative Leistungssteigerungen, anstatt kleinere Änderungen, die sich langsamer entwickeln als einer einzigen Sitzung zu produzieren. Herausforderungen wie diese und auch künftige Richtungen für die klinische Forschung mit tDCS wurden von Brunoni und Kollegen 49 überprüft. Das Potenzial für die Verwendung tDCS als therapeutisches Werkzeug zur Behebung der kognitive Symptome bestimmter Krankheiten wird nur entstehen, sobald das Verfahren wurde besser verstanden und gemeistert. Beispielsweise wurden die Wirkungen von tDCS über motorischen Cortex kürzlich gefunden hoch variabel zwischen Individuen zu sein, und nicht immer polaritätsspezifischen 22,23. Das gleiche ist auch für Auswirkungen der tDCS im kognitiven Bereich 23 gesagt worden. Es gibt noch eine begrenzte etwa von Daten, die sich auf die neurosteigernden Effekte von tDCS im Allgemeinen. Aber es kann der Fall sein, thbei Offline-Effekte der tDCS über das Kleinhirn sind die meisten in der Lage zu verbessern Verhalten, wenn Teilnehmer müssen vollständig mit einer schwierigen kognitive Aufgabe zu engagieren, oder wenn sie die Aufgabe schwierig durchzuführen, da sie hohe Anforderungen an WM und Aufmerksamkeitsressourcen zu finden. Diese Ansicht zeigt, dass die Auswirkungen der Kleinhirn-tDCS auf die Kognition kann aufgaben- oder lastabhängig sein: vielleicht durch die Verbesserung der kognitiven Funktionen in Teilen des Gehirn-Kleinhirn-Weg, der während der Stimulation aktiv sind, vermittelt. Diese Interpretation der Daten Parallelen weitgehend in die on-line Wirkungen tDCS auf Erkenntnis, die derzeit angenommen wird, während der Zeit der Stimulation 50 empfindlich auf den Zustand des aktiven Netzwerks zu sein. TDCS nicht auf Veränderungen in der Leistung führt, wenn es genügend kognitiven Ressourcen, um die Aufgabe, eine gute Leistung, aber nur, wenn das System eingelegt ist, so daß sie mehr Ressourcen verwendet. In der Tat zeigen Studien, wie fMRI neuronale Aktivität in einem Stirn-Scheitel Netzwerk positively mit erhöhten Aufgabenkomplexität 51 korreliert. Abschließend beschrieben in diesem Artikel eine Hirnstimulation Prozedur, die tDCS verwendet, um das Kleinhirn während einer Reihe von Informationsverarbeitungsaufgaben mit unterschiedlichen kognitiven Belastung, bei der die kathodische Depression des Kleinhirnaktivität (und nicht die anodische Anregung) verbesserte Leistung stimulieren während attentional anspruchsvoll und schwierig kognitiven Aufgaben. Wir vermuteten, ob dies durch dis-Inhibition von WM Regionen des präfrontalen Cortex erzielen: Schaffung zusätzlicher kognitiven Ressourcen, wenn bestimmte Aufgaben, schwierig durchzuführen sind. Ein besseres Verständnis der einzelnen Faktoren, die die Wirksamkeit von tDCS jetzt notwendig zu bestimmen, die hoffentlich entstehen wird von einer weiteren Studie, zusammen mit einer verbesserten Protokolle zum Abgeben elektrischer Hirnstimulation bei gesunden und Patientengruppen. So könnte künftige Bemühungen um die Behebung der kognitive Symptome bestimmter Krankheiten mit Hilfe der transkraniellen Elektro geführt werdenschen Hirnstimulation als kognitive Rehabilitation Werkzeug, um Gehirn-Kleinhirnschaltkreisen zu modulieren.

Strom wird in der Medizin seit über 100 Jahren verwendet. Heute Hirnstimulation wird immer häufiger in verschiedenen Labors und Kliniken als Recherche-Tool zum Testen von Hypothesen darüber, wie motorischen und kognitiven Funktionen werden durch das Großhirn und Kleinhirn und wie Verbindungen zwischen diesen beiden Hirnregionen zu unterstützen diese Funktionen ausgeführt verwendet. Im Hinblick auf das Kleinhirn, dies ist zum Teil, weil die seitlichen Kleinhirnhemisphären, die vermutlich in Kognition werden (siehe unten), zugänglich sind transkranialen Elektrostimulation, sind empfindlich gegenüber den Auswirkungen der Polarisationsströme, und da das Verfahren relativ kostengünstig und leicht im menschlichen Teilnehmern durchzuführen. Die in diesem Artikel beschriebenen Hirnstimulation Verfahren beschreibt, wie kognitive Prozesse wie Arbeitsgedächtnis und Aufmerksamkeit während Aufgaben, die &quot;mehr&quot; und nicht &quot;weniger&quot; kognitiv anspruchs 1 sind erleichtert werden. Die Interpretationation dieser aufgabenspezifische Ergebnisse, fest durch das Verständnis der Physiologie des Gehirn-Kleinhirn Weg eingeschränkt. Neuro-Verstärkungseffekte, auch wenn die Aufgabe schwierig, auch nachdem die elektrische Stimulation des präfrontalen Cortex 2,3,4,5 beobachtet. Das Kleinhirn spielen eine wichtige Rolle bei der Vorhersage, Timing und Ausführen Wanderung 6. Doch nun schlagen verschiedenen Linien der Forschung, dass das Kleinhirn kann kognitive Prozesse zu beeinflussen. In der anatomischen Domäne beispielsweise zahlreiche Studien haben vorgeschlagen, dass die gegenseitige Verbindungen zwischen Regionen des präfrontalen Kortex und Kleinhirn (dh die hirnKleinHirn Weg) könnte Erkenntnis unterstützt 7,8,9,10,11,12. In der klinischen Domäne, einige Patienten mit Schäden an bestimmten Teilen der hinteren Kleinhirn mit intellektuellen und emotionalen Probleme, deren Symptome sind in der &quot;Dysmetrie Gedanken Hypothese konzipiert Gegenwart undklinisch der so genannten &quot;cerebellar kognitiven affektiven Syndrom (CCAS), während diejenigen, die mit einer Schädigung Abschnitten des Kleinhirns, mit motorischen Beeinträchtigungen (zB Ataxie) vorhanden ist und so konzipiert anterioren &#39;dysmetria Bewegungs&#39; 13,14,15. In der bildgebenden Domäne Schmahmann und Kollegen 16,17 haben die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) und funktionelle Konnektivität zum aufgabenspezifischen Regionen des Kleinhirns Karte und die Verbindungen diese Bereiche machen mit dem präfrontalen Lappen während der motorischen und kognitiven Aufgaben. Die kognitiven Aufgaben in dieser Studie wurden ausgewählt, weil sie zuvor gezeigt worden, um sogenannte Nichtantriebsbereiche des Kleinhirns zu aktivieren. Aber sie konnten wir auch partitionieren aus motorischen und kognitiven Aufgabe Komponenten, die durch Variation der Ebene der kognitiven relativ zum Motor Anforderungen, die erforderlich sind, um sie korrekt ausführen erreicht wurde, und die Intervention eines Hirnstimulation procedure, die zuvor gezeigt wurde, dass Gehirn-Verhalten Beziehungen modulieren. Neuere Versuche, die Gehirnfunktion und das Verhalten zu modulieren haben die Verwendung von Polarisationsströme auf der Kopfhaut, genannt, die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) enthalten. In der Tat haben Kliniker wurden die Förderung der Kleinhirnrinde mit implantierten Elektroden in Patientenpopulationen seit den 1970er Jahren mit ermutigenden therapeutischen Ergebnisse 18. Heute Stimulation des Gehirns auf der Kopfhaut realisiert wird zur Untersuchung von Gehirn-Verhalten Beziehungen in gesunden Probanden zu sein. TDCS beim Menschen üblicherweise an Liefern einer niedrigen (1-2 mA) Gleichstrom (DC) kontinuierlich durch ein Paar von Kochsalzlösung getränkten Elektroden für 15-20 min. Eine typische Elektrodenmontage zur Stimulation des Gehirns könnte man (anodische) Elektrode umfassen, die auf dem Kopf (über das Gehirn Region of Interest) platziert, und die andere (kathodische) Elektrode auf die Wange (Kopf-) oder Schulter gelegt (keinen-cephalica) auf der contralateralen Seite des Körpers. Im Falle der Stimulation des Kleinhirns, hat intrazerebrale Stromfluss zwischen den beiden Elektroden relativ wenig funktionelle Ausbreitung auf den umliegenden Regionen (zB Sehrinde 19) und wird gedacht, um anzuregen oder drücken Purkinje-Zellen im Kleinhirnrinde 20. Herstellung sowohl neurophysiologischen und verhaltens ändert. Die Verbreitung von aktuellen und Auswirkungen von Kleinhirn-tDCS beim Menschen sind von der Modellierung von Daten oder aus tierexperimentellen Studien und aus indirekten Auswirkungen auf die motorischen Kortex abgeleitet. Im Motordomäne, werden die Effekte auch gezeigt Polarität spezifisch sein, wie durch die Auswirkungen der zerebellären Stimulation auf motorischen Cortex Erregbarkeit 20 belegt. Zum Beispiel hat anodische Stimulation allgemein eine erregende Wirkung und erhöht die Leistung der Purkinje-Zellen; zunehmende Hemmung der Facilitatory Wegs aus den Hirnkerne zur Hirnrinde, während Kathodenstimulation hat im allgemeinen einen gegenüberliegenden effect dh Enthemmung der Großhirnrinde durch Verringerung Purkinjezelle Hemmung der Kleinhirnkernen. Anatomische Studien an Primaten zeigen, wie Purkinje-Zellen konnte eine fazilitierenden Platte auf beiden motorischen und kognitiven Schaltungen ausüben, über eine synaptischen Relais im ventralen-lateralen Thalamus 21. , Den letzten tDCS Studien am Menschen deuten jedoch darauf hin, dass die anodische-kathodische Unterscheidung kann nicht eindeutig sein. Beispielsweise sind die Nachwirkungen tDCS über motorischen Cortex hoch variabel zwischen Individuen, die nicht immer Polarität spezifische 22. Ähnliche Kritik richtet sich auch gegenüber führt zu kognitiven Bereich 23 erhoben. Dies kann helfen, zu erklären, warum Auswirkungen auf kognitive Funktionen sind schwieriger zu erkennen und zu interpretieren als die direkten Auswirkungen des Kleinhirns auf motorischen Areale durch Kleinhirn-Hirn-Hemmung (CBI 20). Solche Beobachtungen machen deutlich, dass die einzelnen Faktoren, die die Wirksamkeit des Gehirns stimulat bestimmen, besser zu verstehen,Ion und eine verbesserte Protokolle zur Stimulation des Gehirns zu entwickeln. Änderungen sowohl motorischen und kognitiven Funktionen sind physiologisch plausible über elektrische Stimulation des Kleinhirn thalamo-kortikalen Bahn 24. Im Hinblick auf die kognitiven Funktionen wurde eine modulierende Wirkung von Kleinhirn-tDCS auf verbalen Arbeitsgedächtnisses wurde berichtet 25,26. Und dauerhafte Auswirkungen auf die Kognition von anregenden Regionen des präfrontalen Kortex werden auch beobachtet 2,3,4,5. Allerdings sind die physiologischen Wirkungen von Hirnstimulation auf Neuronen unterschiedlich, je nachdem, ob das Verhalten getestet während (Online-Effekte) oder nach (Offline-Effekte) der Stimulationsperiode 27. Es wurde vorgeschlagen, dass die Online-Effekte können Änderungen in der intrazellulären Umgebung (z. B. Ionenkonzentrationen) und die elektrochemischen Gradienten (zB Membranpotentialen) umfassen, während Offline-Effekte möglicherweise länger anhaltenden Veränderungen der neuronalen activi gehörenty durch veränderte intrazelluläre Prozesse (zB Rezeptor-Plastizität) 27. Die vorliegende Studie untersucht Offline-Effekte, wobei tDCS ist in-zwischen zwei Sitzungen von kognitiven Tests angewendet, und das Verhalten zwischen den beiden Sitzungen verglichen. Untersuchung auf eine Rolle des Kleinhirns in Erkenntnis wird durch die Verwendung von Aufgaben, die bisher gezeigt wurde, daß cerebellar Funktionsweise beinhalten unterstützt. Eine besondere Aufgabe besteht darin, arithmetischer Logik und geteilte Aufmerksamkeit und wird als Paced Auditive Serielle Addition Aufgabe (PASAT 28). Es wurde ausgiebig genutzt, um verschiedene kognitive Funktionen bei gesunden und Patientengruppen zu bewerten. Die Prüfung umfasst in der Regel die Teilnehmer hören Zahlen präsentiert alle 3 Sek, und das Hinzufügen der Nummer, die sie an die Nummer, die sie schon einmal gehört (und nicht was eine laufende Summe) zu hören. Es ist eine anspruchsvolle Aufgabe und legt einen hohen Grad der WM, Aufmerksamkeit und Rechenfähigkeit. Dazu gehört auch aktivität im Großhirn und Kleinhirn mit diesen Besonderheiten der Aufgabe verbunden, wie PET und MRT 29 30 offenbart. Um die Aufgabe kognitiv schwer und attentional fordern (wie von anderen in einer aktuellen Studie 31 bestätigt zu machen, wurden die Originalbetriebsanleitung geändert, so dass die Teilnehmer wurden aufgefordert, die Nummer, die sie aus der Nummer, die sie schon einmal gehört hören zu subtrahieren. Wir nennen diese neue Aufgabe der Tempo Auditory Serien Subtraktion Aufgabe (PASST 1), und es ist schwieriger durchzuführen als die PASAT durch subjektive Bewertungen der Aufgabenschwierigkeit und deutlich längere Reaktionszeiten 1 belegt. Beide Versionen der Aufgabe wurden so aufgenommen, dass man kognitiv war schwierig und attentional anspruchsvolle durchzuführen ist als die andere, während Motor Anforderungen (verdeckte Sprach Operationen) waren vergleichbar zwischen den Aufgaben. Wenn das Kleinhirn in Kognition beteiligt sind, könnten dann mit tDCS stören ihre Funktion mit der Rolle dieser s störenTRUKTUR während der Leistung auf dem PASST, aber nicht notwendigerweise auf der PASAT. Eine weitere Aufgabe umfassend genutzt, um eine Rolle des Kleinhirns bei Sprech- und Sprach Aspekte der Wahrnehmung zu untersuchen ist die Verb-Generation Aufgabe (VGT 32,33,34,35,36,37). Wie die PASAT wurde extensiv verwendet, um verbale Arbeitsspeicher in gesunden und Patientengruppen zu testen. Grundsätzlich ist die VGT erfordert beteiligt, laut in Reaktion auf eine visuell dargestellt Substantiv (zB Auto) sagen, ein Verb (zB Drive), verglichen mit der Leistung auf einer Steuerungsaufgabe bei dem die Teilnehmer lesen Substantive laut. Generieren von Verben und Substantiven Lesen ähnliche Wahrnehmungs- und Bewegungsanforderungen, aber unterschiedliche verbale WM Anforderungen (dh mehr semantische Analyse). Und größere Aktivität in einem Gehirn-Kleinhirn-Netzwerk mit der Erzeugung von Verben im Vergleich mit dem Lesen von Substantiven 34,35,36 verbunden. Wörter werden auch schneller (ein Effekt der Grundierung), wenn die Aufgaben erzeugtenwiederholt mit den gleichen Worten (in zufälliger Reihenfolge) in Blöcke und hirnKleinHirnAktivität erhöht sich auf 33 PET und fMRT 37 beobachtet. In diesem Artikel wird ein Verfahren zum Aufbringen von tDCS über das Kleinhirn, eine Rolle für diese Hirnstruktur in Erkenntnis zu untersuchen zusammen mit zwei Rechen (Experiment eins) und drei Sprachaufgaben (Experiment zwei) mit unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden, die drei separate Gruppen von beschrieben, Teilnehmer durchgeführt vor und nach der Stimulationsperiode. Wir nahmen an, da eine Rolle für das Kleinhirn in der Erkenntnis, dass sich die Performance an den anspruchsvollere Aufgaben (dh PASST und Verb Generation) wäre durch tDCS (Offline-Effekte) als Leistung auf weniger anspruchsvolle Aufgaben (PASAT und Substantiv betroffen sein / Verb Lesung).

<table><tbody><tr><td>Headset</td><td>Beyerdynamic</td><td>DT234 Pro</td><td>Ensure the microphone does not move from the participants mouth in between testing.</td></tr><tr><td>DC stimulator</td><td>Magstim</td><td>DC Stimulator Plus</td><td>Electrode placement is a critical success factor for tDCS efficacy</td></tr><tr><td>Stimulus presentation and recording software&amp;nbsp;</td><td>www.neurobs.com</td><td>Presentation (Version 14.2)</td><td>Maintain participant-specific stimulus presentation rate between sessions in experiment one</td></tr></tbody></table>

modulating cognition using transcranial direct current stimulation of the cerebellum

Zahlreiche Studien haben vor kurzem entstanden, die die Möglichkeit der Modulation zu demonstrieren, und in einigen Fällen verbessert, kognitive Prozesse durch spannende Hirnregionen im Arbeitsgedächtnis und die Aufmerksamkeit mit transkranielle Stimulation des Gehirns beteiligt. Einige Forscher glauben jetzt, das Kleinhirn unterstützt Erkenntnis, möglicherweise über eine Fern neuromodulatorischen Wirkung auf den präfrontalen Kortex. Dieser Beitrag beschreibt ein Verfahren zur Untersuchung eine Rolle für das Kleinhirn in der Erkenntnis mit der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS), und eine Auswahl von Datenverarbeitungsaufgaben mit unterschiedlichen Aufgabenschwierigkeit, die bisher gezeigt haben, Arbeitsgedächtnis, Aufmerksamkeit und Kleinhirnfunktions einbeziehen . Eine Aufgabe wird als Paced Auditive Serielle Addition Aufgabe (PASAT) und die andere eine neue Variante dieser Aufgabe genannt Paced Auditive Serielle Subtraktion Aufgabe (PASST). Ein Verb Generation Aufgabe und seine beiden Kontrollen (Substantiv und Verb Lesung) wurden ebenfalls untersucht. Alle fünf tfordert wurden durch drei getrennte Teilnehmergruppen vor und nach der Modulation von cortico-zerebelläre Konnektivität mit anodischer kathodische oder Schein tDCS über dem rechten Hirnrinde durchgeführt. Die Vorgehensweise zeigt, wie Performance (Genauigkeit, verbale Reaktion Latenz und Variabilität) selektiv nach kathodische Stimulation, aber nur während der Aufgaben, die die Teilnehmer als schwierig, und nicht einfach bewertet verbessert werden. Die Leistung war unverändert durch anodische oder Schein-Stimulation. Diese Ergebnisse belegen eine Rolle für das Kleinhirn der Kognition, wobei Aktivität im linken präfrontalen Kortex durch kathodische tDCS über der rechten Kleinhirnrinde wahrscheinlich dis inhibierten. Transkranielle Hirnstimulation wird immer beliebter in verschiedenen Labors und Kliniken. Jedoch sind die Nachwirkungen tDCS inkonsistent zwischen Individuen und nicht immer polaritätsabhängig und kann auch aufgaben oder lastspezifischen, von denen alle erfordert weitere Untersuchungen sein. Zukünftige Bemühungen könnte auch zu neuro enhanc geführt werdenement in cerebellar Patienten mit kognitiver Beeinträchtigung, wenn ein besseres Verständnis der Hirnstimulation Mechanismen herausgebildet.

<html> Datenanalyse In einem Experiment wurden die Ergebnisse in Bezug auf die Anzahl der richtigen Antworten oder Genauigkeit Partituren analysiert (ausgedrückt in Prozent richtig), und dem Mittelwert und Variabilität (Standardabweichung) der verbalen Antwortzeiten der Teilnehmer mit separaten Misch ANOVAs, für beide Aufgaben ( PASAT vs. PASST), zwischen den Sitzungen (vor vs. nach) und in Gruppen (anodale kathodische oder Schein). In Experiment zwei wurden der Mittelwert und die Variabilität der mündlichen Antworten der Teilnehmer durch einen Vergleich zwischen dem ersten (Block 1) und letzten (Block 5) Satz von Wortwiederholungen (Gesamtmenge des Lernens) mit separaten Misch ANOVAs innerhalb jeder Aufgabe (Verb analysiert Generation vs. Substantiv lesen gegen Verb Lesung), Session (vor vs. nach) und Gruppe (anodale kathodische oder Schein). Die Ergebnisse aus den falschen Antworten wurden von allen Datenanalyse mit Antworten, die verlängert wurden (mehr als + 2 SD des Mittelwerts) in nur zwei Experiment ausgeschlossen, zusammen. ove_content &quot;&gt; Experiment One (Arithmetic Tasks) Stimulus Präsentation Bewerten Paarweisen t-Tests für Mehrfachvergleiche angepasst bestätigt, dass die in der Praxis festgestellt teilnehmerspezifische Reizdarbietung Raten unterschieden sich nicht signifikant zwischen den drei Gruppen (Schein, die anodische und die kathodische Gruppen, 2,56, 2,50 und 2,49 s bzw. F 2, 63 = 0,23 P = 0,79). Genauigkeit Ticker Die Anzahl der richtigen Antworten auf erhöhte Sitzung zwei (84,47%) im Vergleich zu einer Sitzung (76,30%) vermutlich auf die Praxis (Abbildung 1), aber um so mehr, nachdem die kathodische (77,50 vs. 89,32%), als nach anodale (77,80 vs . 82,80%) oder Schein (77,81 vs. 80,91%) Stimulation, wie eine Aufgabe x Sitzung x Gruppe Interaktion, die mit bedeutenden Varianzanalyse wurde bestätigt (F 2,63 = 4,61, p &lt;0,05). <img alt="Figur 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig1highres.jpg" width="600" /> Abb. 1: Genauigkeitswerte vor und nach der Kleinhirn tDCS Die Zahl der richtigen Antworten (Mittelwert ein SEM, n = 20), die selektiv nach kathodische Stimulation von Sitzung ein (Vorstimulation) zu Sitzung zwei (nach der Stimulation), verbesserte sich deutlich mehr in der Subtraktion Task (PASST) als bei der Zugabe Task (PASAT). Sternchen zeigen signifikante Unterschiede (p &lt;0,05) als bei korrigierte paarweisen Vergleiche zeigten. Diese Zahl hat sich von Papst und Miall 1 modifiziert. Mündliche Reaktionszeiten Richtige Antworten waren deutlich schneller im PASAT als im PASST (1372 vs 1447 msec; F 1,57 = 11,70, p &lt;0,001), und um so mehr nach tDCS (1446 vs 1374 msec; F 1,57 = 36,43, p &lt;0,001). Tatsächlich ist die Aufgabe nach Sitzung von Konzernzusammenspiel war fast signifikant (F 1,57 = 2,65, p = 0,08), wobei die Reaktionszeit bei der PASST sank mehr, nachdem die kathodische Stimulation (1509 vs. 1322 ms), als nach anodale (1491 vs . 1427 ms) oder Schein (1504 vs. 1427 ms) Stimulation. Diese Entwicklung war nicht während der PASAT offensichtlich. Ansprechzeit Variabilität Die Konsistenz der Reaktionszeiten auch deutlich zurückgegangen Sitzung zwischen einem (386 ms) und zwei (354 ms; F 1,57 = 16,86, p &lt;0,001), wie in 2b gezeigt. Von besonderem Interesse ist die Aufgabe x Sitzung x Gruppe Interaktion war signifikant (F 2,57 = 11,16, p &lt;0,001). Dieses Ergebnis legt nahe, dass Reaktionszeit-Variabilität während der PASST sank mehr, nachdem die kathodische (403 vs.273 ms), als nach anodale (418 vs. 398 ms) oder Schein (396 vs. 368 ms). Die Verringerung der Reaktionszeit Variabilität war während der Zugabe Aufgabe für die drei Stimulationsgruppen gleich. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig2highres.jpg" /> Abbildung 2: (A) Mittlerer verbale Reaktionszeiten vor und nach cerebellar tDCS. Der Mittelwert der verbalen Antwortzeiten der Teilnehmer (Durchschnitts ein SEM, n = 20), die selektiv nach kathodische Stimulation von Sitzung ein (Vorstimulation) zu Sitzung zwei (nach der Stimulation) verbessert, wenn auch nicht signifikant (p = 0,08) in der Subtraktion Aufgabe, als bei der Addition Aufgabe. Diese Zahl hat sich von Papst und Miall 1. (B) Mündliche Reaktionszeit Variabilität vor und nach Kleinhirn tDCS modifiziert. Die Variabilität (Standardabweichung) der verbalen Antwortzeiten der Teilnehmer (im Mittel ein SEM, n = 20) selektiv zu verbessernd signifikant nach kathodische Stimulation zwischen den Sitzungen während Subtraktion, aber nicht während der Zugabe. Diese Zahl hat sich von Papst und Miall 1 modifiziert. Experiment Zwei (Sprache Aufgaben) Die mittleren Gesamt Lernen Ein Effekt des Lernens zwischen den Blöcken 1-5 wurde für jeden Teilnehmer berechnet und festgestellt, während das Verb Generation Aufgabe während des Substantiv (0,03 sec) und Verb (0,03 sec) Leseaufgaben vergleichbar, aber größer zu sein (0,20 Sek [siehe Abbildung 3] ), wie durch einen signifikanten Haupteffekt der Aufgabe (F 2,56 = 67,17, p &lt;0,001) offenbart. Interessant ist, dass ein bedeutender Session x Task-x-Gruppe Interaktion (F 4114 = 2,44, p = 0,05) vorgeschlagen, dass tDCS selektiv verbessert das Lernen zwischen den Sitzungen auf dem Verb Generation Aufgabe nach kathodische (0,18 vs. 0,31 sec), aber nicht nach der anodischen (0,18 vs. 0,17 sec) oder Schein (0,17 vs. 0,19 sec). <img alt="Figur 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig3highres.jpg" width="600" /> Abb. 3: Die mittlere Gesamt Lernen zwischen wiederholten Blöcke Mittlere Antworten (Mittelwert ein SEM, n = 20) zwischen den Blöcken 1-5 waren schneller nach tDCS in der (VG) Aufgabe Verb Generation, als während des Substantiv lesen (NR), Verb Lesen (VR) Aufgaben. Sternchen zeigen signifikante Unterschiede (p &lt;0,05) als bei korrigierte paarweisen Vergleiche zeigten. Diese Zahl hat sich von Papst und Miall 1 modifiziert. Gesamtlern Variabilität Die Konsistenz des Lernens zwischen den Blöcken 1-5 wurde ebenfalls berechnet (siehe Abbildung 4), und festgestellt, dass während des Verbs Generation Aufgabe nach kathodische (0,08 vs. 0,19 sec) selektiv verbessert werden, jedoch nicht nach der anodischen (0,08 vs. 0,08 sec) oder Schein (0,08 vs. 0,06 sec) tDCS als durch eine signif markierticant Session x Task-x-Gruppe Interaktion (F 4114 = 2,23 P &lt;0,05). <img alt="4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig4highres.jpg" width="600" /> Abb. 4: Gesamtlern Variabilität zwischen wiederholten Blöcken Die Variabilität der Antworten (Mittelwert SD ein SEM, n = 20) zwischen den Blöcken 1-5 waren konsequenter nach tDCS in der (VG) Aufgabe Verb Generation, als während des Substantiv lesen ( NR), Verb lesen (VR) Aufgaben. Sternchen zeigen signifikante Unterschiede (p &lt;0,05) als bei korrigierte paarweisen Vergleiche zeigten. Diese Zahl hat sich von Papst und Miall 1 modifiziert.

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Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum

Transcranial direct current stimulation (tDCS) over the cerebellum exerts a remote effect on the prefrontal cortex, which can modulate cognition and performance. This was demonstrated using two information-processing tasks of varying complexity, whereby only cathodal tDCS improved performance when the task was difficult, but not easy.

Stetig Cognition Mit Transkranielle Gleichstromstimulation des Kleinhirns

Numerous studies have emerged recently that demonstrate the possibility of modulating, and in some cases enhancing, cognitive processes by exciting brain ...

modulating-cognition-using-transcranial-direct-current-stimulation

Research

JoVE Journal

Behavior

28.5K Aufrufe.  University of Birmingham. Transcranial direct current stimulation (tDCS) over the cerebellum exerts a remote effect on the prefrontal cortex, which can modulate cognition and performance. This was demonstrated using two information-processing tasks of varying complexity, whereby only cathodal tDCS improved performance when the task was difficult, but not easy.

Serie: Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric currents through the scalp. This constant electric current induces shifts in neuronal membrane excitability, resulting in secondary changes in cortical activity. Although tDCS has most of its neuromodulatory effects on the underlying cortex, tDCS effects can also be observed in distant neural networks. Therefore, concomitant EEG monitoring of the effects of tDCS can provide valuable information on the mechanisms of tDCS. In addition, EEG findings can be an important surrogate marker for the effects of tDCS and thus can be used to optimize its parameters. This combined EEG-tDCS system can also be used for preventive treatment of neurological conditions characterized by abnormal peaks of cortical excitability, such as seizures. Such a system would be the basis of a non-invasive closed-loop device. In this article, we present a novel device that is capable of utilizing tDCS and EEG simultaneously. For that, we describe in a step-by-step fashion the main procedures of the application of this device using schematic figures, tables and video demonstrations. Additionally, we provide a literature review on clinical uses of tDCS and its cortical effects measured by EEG techniques.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive brain stimulation technique that has shown initial therapeutic effects in several neurological conditions. The main mechanism underlying these therapeutic effects is the modulation of cortical excitability. Therefore, online monitoring of cortical excitability would help guide stimulation parameters and optimize its therapeutic effects. In the present article we review the use of a novel device that combines simultaneous tDCS and EEG monitoring in real time.

Simultane EEG Überwachung Während transkranielle Gleichstrom-Stimulation

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

Forschung

Verhalten

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp to manipulate cortical excitability and, consequently, behavior and brain function. In the last decade, numerous studies have addressed short-term and long-term effects of tDCS on different measures of behavioral performance during motor and cognitive tasks, both in healthy individuals and in a number of different patient populations. So far, however, little is known about the neural underpinnings of tDCS-action in humans with regard to large-scale brain networks. This issue can be addressed by combining tDCS with functional brain imaging techniques like functional magnetic resonance imaging (fMRI) or electroencephalography (EEG).
In particular, fMRI is the most widely used brain imaging technique to investigate the neural mechanisms underlying cognition and motor functions. Application of tDCS during fMRI allows analysis of the neural mechanisms underlying behavioral tDCS effects with high spatial resolution across the entire brain. Recent studies using this technique identified stimulation induced changes in task-related functional brain activity at the stimulation site&#160;and also in more distant brain regions, which were associated with behavioral improvement. In addition, tDCS administered during resting-state fMRI allowed identification of widespread changes in whole brain functional connectivity.
Future studies using this combined protocol should yield new insights into the mechanisms of tDCS action in health and disease and new options for more targeted application of tDCS in research and clinical settings. The present manuscript describes this novel technique in a step-by-step fashion, with a focus on technical aspects of tDCS administered during fMRI.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique. It has successfully been used in basic research and clinical settings to modulate brain function in humans. This article describes the implementation of tDCS and simultaneous functional magnetic resonance imaging (fMRI), to investigate the neural basis of tDCS effects.

Transkranielle Gleichstromstimulation und Simultan Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, NEBS can be applied transcranially either as direct current stimulation (tDCS) or alternating current stimulation (tACS). These stimulation types exert time-, dose- and in the case of tDCS polarity-specific effects on motor function and skill learning in healthy subjects. Lately, tDCS has been used to augment the therapy of motor disabilities in patients with stroke or movement disorders. This article provides a step-by-step protocol for targeting the primary motor cortex with tDCS and transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range. The setup of two different stimulation montages is explained. In both montages the emitting electrode (the anode for tDCS) is placed on the primary motor cortex of interest. For unilateral motor cortex stimulation the receiving electrode is placed on the contralateral forehead while for bilateral motor cortex stimulation the receiving electrode is placed on the opposite primary motor cortex. The advantages and disadvantages of each montage for the modulation of cortical excitability and motor function including learning are discussed, as well as safety, tolerability and blinding aspects.

Non-invasive electrical brain stimulation can modulate cortical function and behavior, both for research and clinical purposes. This protocol describes different brain stimulation approaches for modulation of the human motor system.

Nicht-invasive Stimulation des Gehirns Montagen für die Modulation der Menschen Motor Function

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, ...

Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs frequency-specific stimulation of the human brain through current applied to the scalp with surface electrodes. Most current knowledge of the technique is based on behavioral studies; thus, combining the method with brain imaging holds potential to better understand the mechanisms of tACS. Because of electrical and susceptibility artifacts, combining tACS with brain imaging can be challenging, however, one brain imaging technique that is well suited to be applied simultaneously with tACS is functional magnetic resonance imaging (fMRI). In our lab, we have successfully combined tACS with simultaneous fMRI measurements to show that tACS effects are state, current, and frequency dependent, and that modulation of brain activity is not limited to the area directly below the electrodes. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with visual task fMRI studies, which can lend to understanding oscillatory brain function as well as the effects of tACS on the brain.

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations, though its effects are not completely understood. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with functional magnetic resonance imaging, which can increase understanding oscillatory brain function and effects of tACS.

Gleichzeitige transkranielle Wechselstromstimulation und funktionelle Magnetresonanztomographie

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs ...

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) of Wernicke's and Broca's Areas in Studies of Language Learning and Word Acquisition

Language is a highly important yet poorly understood function of the human brain. While studies of brain activation patterns during language comprehension are abundant, what is often critically missing is causal evidence of brain areas&#39; involvement in a particular linguistic function, not least due to the unique human nature of this ability and a shortage of neurophysiological tools to study causal relationships in the human brain noninvasively. Recent years have seen a rapid rise in the use of transcranial direct current stimulation (tDCS) of the human brain, an easy, inexpensive and safe noninvasive technique that can modulate the state of the stimulated brain area (putatively by shifting excitation/inhibition thresholds), enabling a study of its particular contribution to specific functions. While mostly focusing on motor control, the use of tDCS is becoming more widespread in both basic and clinical research on higher cognitive functions, language included, but the procedures for its application remain variable. Here, we describe the use of tDCS in a psycholinguistic word-learning experiment. We present the techniques and procedures for application of cathodal and anodal stimulation of core language areas of Broca and Wernicke in the left hemisphere of the human brain, describe the procedures of creating balanced sets of psycholinguistic stimuli, a controlled yet naturalistic learning regime, and a comprehensive set of techniques to assess the learning outcomes and tDCS effects. As an example of tDCS application, we show that cathodal stimulation of Wernicke&#39;s area prior to a learning session can impact word learning efficiency. This impact is both present immediately after learning and, importantly, preserved over longer time after the physical effects of stimulation wear off, suggesting that tDCS can have long-term influence on linguistic storage and representations in the human brain.

Transcranial Direct Current Stimulation tDCS of Wernicke's and Broca's Areas in Studies of Language Learning and Word Acquisition

Here, we describe a protocol for using transcranial direct current stimulation for psycho- and neurolinguistic experiments aimed at studying, in a naturalistic yet fully controlled way, the role of cortical areas of the human brain in word learning, and a comprehensive set of behavioral procedures for assessing the outcomes.

Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) der Bereiche Wernicke und Broca in Studien zum Sprachenlernen und Worterwerb

Language is a highly important yet poorly understood function of the human brain. While studies of brain activation patterns during language comprehension ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific frequency and in turn modulate ongoing cortical oscillatory activity. This neurotool allows the establishment of a causal link between endogenous oscillatory activity and behavior. Most of the tACS studies have shown online effects of tACS. However, little is known about the underlying action mechanisms of this technique because of the AC-induced artifacts on Electroencephalography (EEG) signals. Here we show a unique approach to investigate online physiological frequency-specific effects of tACS of the primary motor cortex (M1) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to probe cortical excitability changes. In our setup, the TMS coil is placed over the tACS electrode while Motor Evoked Potentials (MEPs) are collected to test the effects of the ongoing M1-tACS. So far, this approach has mainly been used to study the visual and motor systems. However, the current tACS-TMS setup can pave the way for future investigations of cognitive functions. Therefore, we provide a step-by-step manual and video guidelines for the procedure.

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) allows the modulation of cortical excitability in a frequency-specific fashion. Here we show a unique approach which combines online tACS with single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in order to "probe" cortical excitability by means of Motor Evoked Potentials.

Effekte der transkraniellen Wechselstrom Stimulation auf Primärbewegungsrinde durch Online-kombinierter Ansatz mit Transcranial magnetische Anregung

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Neurowissenschaften

Remotely Supervised Transcranial Direct Current Stimulation: An Update on Safety and Tolerability

The remotely supervised tDCS (RS-tDCS) protocol enables participation from home through guided and monitored self-administration of tDCS treatment while maintaining clinical standards. The current consensus regarding the efficacy of tDCS is that multiple treatment sessions are needed to observe targeted behavioral reductions in symptom burden. However, the requirement for patients to travel to clinic daily for stimulation sessions presents a major obstacle for potential participants, due to work or family obligations or limited ability to travel. This study presents a protocol that directly overcomes these obstacles by eliminating the need to travel to clinic for daily sessions.
This is an updated protocol for remotely supervised self-administration of tDCS for daily treatment sessions paired with a program of computer-based cognitive training for use in clinical trials. Participants only need to attend clinic twice, for a baseline and study-end visit. At baseline, participants are trained and provided with a study stimulation device, and a small laptop computer. Participants then complete the remainder of their stimulation sessions at home while they are monitored via videoconferencing software.
Participants complete computerized cognitive remediation during stimulation sessions, which may serve a therapeutic role or as a &#34;placeholder&#34; for other computer-based activity. Computers are enabled for real-time monitoring and remote control by study staff.
Outcome measures that assess feasibility and tolerance are administered remotely with the aid of visual analogue scales that are presented onscreen. Following completion of all RS-tDCS sessions, participants return to clinic for a study end visit in which all study equipment is returned.
Results support the safety, feasibility, and scalability of the RS-tDCS protocol for use in clinical trials. Across 46 patients, 748 RS-tDCS sessions have been completed. This protocol serves as a model for use in future clinical trials involving tDCS.

This manuscript provides an updated remote supervision protocol that enables participation in transcranial direct current stimulation (tDCS) clinical trials while receiving treatment sessions from home. The protocol has been successfully piloted in both patients with multiple sclerosis and Parkinson&#39;s disease.

Aus der Ferne überwacht Transcranial Direct aktuelle Stimulation: Ein Update auf Sicherheit und Verträglichkeit

The remotely supervised tDCS (RS-tDCS) protocol enables participation from home through guided and monitored self-administration of tDCS treatment while ...

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in humans is transcranial direct current stimulation (tDCS). Less frequently, transcranial alternating current stimulation (tACS) or transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range, is used. The increase of noninvasive electrical brain stimulation research in humans, both for experimental and clinical purposes, has yielded an increased need for basic, mechanistic, safety studies in animals. This article describes a model for transcranial electrical brain stimulation (tES) through the intact skull targeting the motor system in alert rodents. The protocol provides step-by-step instructions for the surgical set-up of a permanent epicranial electrode socket combined with an implanted counter electrode on the chest. By placing a stimulation electrode into the epicranial socket, different electrical stimulation types, comparable to tDCS, tACS, and tRNS in humans, can be delivered. Moreover, the practical steps for tES in alert rodents are introduced. The applied current density, stimulation duration, and stimulation type may be chosen depending on the experimental needs. The caveats, advantages, and disadvantages of this set-up are discussed, as well as safety and tolerability aspects.

This protocol describes a surgical set-up for a permanent epicranial electrode socket and an implanted chest electrode in rodents. By placing a second electrode into the socket, different types of transcranial electrical brain stimulation can be delivered to the motor system in alert animals through the intact skull.

Transkranielle elektrische Hirnstimulation in Alert Nagetiere

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

Updated Technique for Reliable, Easy, and Tolerated Transcranial Electrical Stimulation Including Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive method of neuromodulation using low-intensity direct electrical currents. This method of brain stimulation presents several potential advantages compared to other techniques, as it is noninvasive, cost-effective, broadly deployable, and well-tolerated provided proper equipment and protocols are administered. Even though tDCS is apparently simple to perform, correct administration of the tDCS session, especially the electrode positioning and preparation, is vital for ensuring reproducibility and tolerability. The electrode positioning and preparation steps are traditionally also the most time consuming and error-prone. To address these challenges, modern tDCS techniques, using fixed-position headgear and pre-assembled sponge electrodes, reduce complexity and setup time while also ensuring that the electrodes are consistently placed as intended. These modern tDCS methods present advantages for research, clinic, and remote-supervised (at home) settings. This article provides a comprehensive step-by-step guide for administering a tDCS session using fixed-position headgear and pre-assembled sponge electrodes. This guide demonstrates tDCS using commonly applied montages intended for motor cortex and dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) stimulation. As described, selection of the head size and montage-specific headgear automates electrode positioning. Fully assembled pre-saturated snap-electrodes are simply affixed to the set position snap-connectors on the headgear. The modern tDCS method is shown to reduce setup time and reduce errors for both novice and expert operators. The methods outlined in this article can be adapted to different applications of tDCS as well as other forms of transcranial electrical stimulation (tES) such as transcranial alternating current stimulation (tACS) and transcranial random noise stimulation (tRNS). However, since tES is application specific, as appropriate, any methods recipe is customized to accommodate subject, indication, environment, and outcome specific features.

When administering transcranial direct current stimulation (tDCS), reproducible electrode preparation and placement are vital for a tolerated and effective session. The purpose of this article is to demonstrate updated modern setup procedures for the administration of tDCS and related transcranial electrical stimulation techniques, such as transcranial alternating current stimulation (tACS).

Aktualisierte Technik für zuverlässige, einfache und tolerierte transkranielle elektrische Stimulation einschließlich transkranieller Gleichstromstimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive method of neuromodulation using low-intensity direct electrical currents. This method of ...

Medizin

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for Memory Enhancement

Memory enhancement is one of the great challenges in cognitive neuroscience and neurorehabilitation. Among various techniques used for memory enhancement, transcranial direct current stimulation (tDCS) is emerging as an especially promising tool for improvement of memory functions in a non-invasive manner. Here, we present a tDCS protocol that can be applied for memory enhancement in healthy-participant studies as well as in aging and dementia research. The protocol uses weak constant anodal current to stimulate cortical targets within cortico-hippocampal functional network engaged in memory processes. The target electrode is placed either on the posterior parietal cortex (PPC) or the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), while the return electrode is placed extracranially (i.e., on the contralateral cheek). In addition, we outline a more advanced method of oscillatory tDCS, mimicking a natural brain rhythm to promote hippocampus-dependent memory functions, which can be applied in a personalized and non-personalized manner. We present illustrative results of associative and working memory improvement following single tDCS sessions (20 minutes) in which the described electrode montages were used with current intensities between 1.5 mA and 1.8 mA. Finally, we discuss crucial steps in the protocol and methodological decisions that must be made when designing a tDCS study on memory.

Transcranial Direct Current Stimulation tDCS for Memory Enhancement

A protocol for memory enhancement by using transcranial direct current stimulation (tDCS) targeting dorsolateral prefrontal and posterior parietal cortices, as core cortical nodes within hippocampo-cortical network, is presented. The protocol has been well evaluated in healthy-participant studies and is applicable to aging and dementia research as well.

Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) zur Gedächtnisverbesserung

Memory enhancement is one of the great challenges in cognitive neuroscience and neurorehabilitation. Among various techniques used for memory enhancement, ...