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.

NOT: Tüm katılımcılar bilgilendirilmiş onam verdi ve çalışma Birmingham Etik Komitesi Üniversitesi tarafından onaylanmıştır. 1. TEKMER screeningquestionnaire (Ek 1) bilgi sayfasını okumak ve tamamlamak için katılımcı isteyin ve performans TEKMER hiçbir kontrendikasyon yoksa, onay formunu imzalamak için isteyin. 2. deneyi bir (hesaplama görevleri) gerçekleştirin ve (oturumu bir) önce, sözde-rasgele sırayla, birbiri ardına iki (dil görevleri) deney ve (oturumu iki) dikkat dağıtıcı azaltmak için sessiz bir odada uyarım dönemi ve sonrası off-line hesaplanır işitsel tepki süreleri, doğru kayıt izin. 3. deneyde, bir de, (Malzeme / Ekipman Tablo) bir kulaklık üzerinde işitsel uyaranlar (yani., Sayılar) sunmak. Deneyde iki yılında, bir bilgisayar ekranında görsel uyaranlara (yani, kelime) sunmak. Her iki deneyde de, kapı headseKatılımcıların işitsel yanıtları genliği ile t mikrofon. NOT: Tüm görevler bilgisayarlı ve uyaran sunum ve kayıt yazılımı (Malzeme / Ekipman Tablo) tarafından kontrol edilen bir dizüstü bilgisayarda koştu. Sonunda 4. katılımcılara çalışmanın (yani, debrief) amacını açıklamak, ve 1 (kolay) bir ölçekte her görevin zorluğunu değerlendirmek için isteyin - 10 (sert). Ayrıca, en az 7 gün boyunca başka bir beyin stimülasyonu deneyde yer almak ve onlar TEKMER herhangi bir olumsuz etkilerini hissetmeye gerekiyorsa deneyci temas etmemesine katılımcılara açıklar. 5. Deney Bir (Hesaplama Görevler) 5.1) Pace İşitsel Seri İlavesi Görev Sahne NOT: PASAT 3 saniye ve 2 sn versiyonu geliyor. <ol><li> Sırasıyla ilave görev ve çıkarma görevi için 3 sn ve 2 sn sürümlerinde bulunan 60 ürün her kullanın. Furthermcevher, uyarım dönemi (oturum bir) önce PASAT-Form A öğeleri kullanmak, ve stimülasyon dönemi (oturum iki) sonra PASAT-Form B öğeler. NOT: Katılımcılar PASAT ve passt gerçekleştirmek sırayı dengelemek, yani bir görev bu performansı diğer transfer değil. </li><li> Daha sonra bilgisayar ekranı önünde katılımcı oturup onlar kulaklık aracılığıyla sayılar bir dizi duymak için gidiyoruz onlara açıklamak, ve onlar numara eklemek için gerekli olacağını onlar bunu hemen önce duydum numaraya duymak ve cevabı vocalise, ve (ve bir çalışan toplam vermek için değil) önce birine duydukları numarayı eklemeye devam. Görevi başlamadan önce katılımcının ağzının önünde mikrofonu yerleştirin. </li><li> Görevi başlatın ve resmen PASAT gerçekleştirmek açıklar bilgisayar ekranında, sunulan standart talimatları okumak için katılımcı isteyin. Gerçekleştirmekkatılımcı bir kez görev tam talimatları anladığından. NOT: Bir yazılı örnek de kendilerine sunulmuştur. Bu talimatlar görevin özgün sürümü benzemektedir. </li><li> Görev sırasında, sonraki doğrulama için basılı müsabaka cetveline (Ek 2) her cevap yazmak. Katılımcı bir yanlış cevap verir ya da yanıt başarısız olursa bir puan verin. Görev takip edilebilir (alternatif hoparlör aracılığıyla deneyi sunmak), ve sırayla her doğru cevabı işaretleyiniz böylece uyaranlar sesli olduğundan emin olun. </li><li> Katılımcılar konuşmak ve / veya sözlü hesaplamaları gerçekleştirmek için değil söyle (veya performansını yardımcı olmak için parmaklarınızı kullanın) görev sırasında ve tek cevap yüksek sesle konuşulan gerektiğini. </li></ol> 5.2) Pace İşitsel Seri Çıkarma Görev Sahne <ol><li> Çıkarma görevi için talimatlar (PASST) onlar bu süre hariç, ilave görev (PASAT) için aynı olduğunu anlatınonlar bunu hemen önce duydum sayı duymak numarayı çıkarma, ve sonra cevap vocalise ve hemen önce onlar birinden duymak numarayı çıkarmak için devam etmek için gerekli (ve çalışan toplam vermek değil). Yine, mikrofon uzak katılımcının ağzından taşındı olmadığından emin olun. </li><li> Katılımcı çıkarma görevle ilgili bilgisayar ekranında kendilerine sunulan talimatları okuyun ve tam olarak onları anlamış sonra - görevi yürütmek. Yine, ağızdan veya parmak yardımıyla hesaplamalar yapmak için katılımcılara hatırlatmak. </li></ol> 5.3) Pratik Sessions (PASAT VE passt perforan) NOT: Bir antrenman katılımcıların tavan etkilerini önlemek için belli bir limit dahilinde görevleri gerçekleştirebilirsiniz hızını belirlemek için deney bir de her görevi yürüten öncesinde her katılımcı tarafından gerçekleştirilir. S sırasında 45 ürün dahil ederek bunu başarmakractice (orijinal 10 maddelik karşı). <ol><li> Onlar PASAT ve / veya yukarıda anlatıldığı gibi (görev, ilk yapılacak olan bağlı) passt gerçekleştirmek için gidiyoruz katılımcıya açıklayın. Sadece antrenman sırasında, 4,2-1,8 sn aralığı aralığında, beş maddeden her bloktan sonra 300 milisaniye ile arası uyaran aralığı azaltarak işitsel öğelerin tanıtımı oranını artırmak. </li><li> Uygulama sırasında, 3 ardışık hataları yapmak (ama onları antrenman bitirmek için izin) ve görev sırasında bu kesme noktası önceki hızını kullanmak için katılımcı neden sunum hızını not. </li><li> Her katılımcı için uyaran sunum hızını seçin ve oturumlar bir ve iki (yani., Öncesi ve sonrası stimülasyon) arasındaki bu oran korumak. Katılımcıya her görev (yaklaşık 30 sn) arasında kısa bir mola verin. </li></ol> 6. experiement İki (Dil Görevler) 6.1) Fiil Nesil Görev Sahne NOT: fiil okuma görevi sunulan kelimeleri fiil nesil görevi değil başbakan daha hızlı yanıt yapmak, böylece isim okuma, fiil nesil ve (kısa bir mola ile ayrılmış) Bu sırayla fiil okuma görevi gerçekleştirin. Her görev 3 uygulama kelime ve 10 çalışmaların 6 bloktan oluşuyor. <ol><li> Araçlar / el veya ayakla manipüle edilebilir nesneler ve araçları ile yapılan eylemlerle ilgili 40 somut fiiller ile ilgili 40 somut isimlerin bir listesini oluşturun / katılımcıların bağımsız bir grup nesneleri aynı isim-fiil çiftleri oluşturulur sayede Papa ve Miall 1 olarak yarısından fazlasını grup tarafından. Aynı yanıtlar üretmek isim-fiil çiftleri kaçının (örneğin, akşam-yemek elma yemek) veya insan eylemleri (örneğin, fırın fırında) ilgili değildir. Mevcut yarısı oturumunda bir kelime ve oturumda iki diğer yarısı. </li><li> Katılımcıya açıklayın onlar hsunulan isim (örneğin araba) yanıt olarak uygun bir fiil (örneğin, sürücü) söylemek ave. Görev başında katılımcılara bu isim-fiil ilişkisini netleştirin. </li><li> Bloklar 1-5 (tekrarlanan kelime) farklı bir rasgele sırayla bilgisayar ekranında merkezi kelimeleri sunun, ve blok 6 (roman kelime) yeni kelimeleri sunmak. Mikrofon yanıt algıladığında her kelime bir sonraki sözcüğün yerini emin olun. NOT: oturumlar bir ve iki kelime listeleri farklı ve katılımcılar arasında denge emin olun. </li><li> Görevi başlatın ve resmen fiil nesil görevi gerçekleştirmek açıklar bilgisayar ekranında, sunulan standart talimatları okumak için katılımcı isteyin. </li><li> Katılımcı tam olarak görevi anlamış sonra, ağız önündeki mikrofonu yerleştirin ve en kısa sürede bilgisayar ekranında göründüğü gibi kelimeleri üretmek söyleyin. </li><li> Yazın veya her cevap konuştu kayıtn yüksek sesle sonraki doğrulama için katılımcı tarafından. Herhangi bir hata veya cevapsız tepkiler not edin. </li></ol> 6.2) İsim ve Fiil Okuma Görevler Sahne NOT: Fiil nesil görev aynı şekilde kelimeleri sunun. Katılımcılar fiil okuma görevi isim okuma görevi isimler, fiiller ve okuyun. <ol><li> Her iki okuma görevler için, bilgisayar ekranında göründüğü gibi yüksek sesle kısa sürede her kelimeyi okumak için katılımcı talimat. </li><li> Katılımcı kelimeler yüksek sesle okunan gibi ekranına bakarak hem okuma görevleri sırasında doğru her kelimeyi okumak olduğunu doğrulayın. NOT: Mikrofonun konumu görevleri arasında katılımcının ağzından taşındı olmadığından emin olun. </li></ol> 7. Serebellar TEKMER Sahne NOT: TEKMER insanlarda kullanmak için güvenli olarak kabul edilir. Bununla birlikte, bu çalışmada TEKMER verilmesini araştırmacı ilk yardım uzmanı oldu. Bu zarf olduğunuOnlar prosedür sırasında baygınlık / kendinizi iyi hissetmiyorsanız katılımcıların güvenliği tehlikeye olmadığından emin olmak için, TEKMER yaparken Isable ilk yardım görevlisi elden olduğunu. TEKMER verilirken gözetimsiz bir katılımcıyı bırakmayın. <ol><li> Islatma iki sünger elektrotlar (yüzey alanı = 25 cm2) standart bir% 0.9 NaCI tuzlu su çözeltisi içinde doygun hale gelene kadar. </li><li> Sağ serebellar korteks üzerinde uyarıcı (anot) stimülasyon yönetmek için, kırmızı elektrot altında 1 cm ve oksipital kemik (INION) en önemli projeksiyon sağında 4 cm yerleştirin. NOT: kafa derisi üzerinde bu lateral pozisyon serebellar lopçuk VII yerini yakındır. </li><li> Elektrot montaj tamamlamak için, deltoid kası üzerinde sağ omzunda başvuru veya katot elektrot (mavi) yerleştirin. </li><li> (Inhibitör (katodal) uyarımı yönetmek yukarıdaki prosedürü tekrarlayın ve yuvarlak iki sünger elektrotlar başka bir yol konumlandırmak için, yani,kafasına mavi elektrot ve omzuna kırmızı elektrot) yerleştirin. </li><li> 20 dakika yerine uyarılması akımı (15, msn üzerinde her 550 milisaniye gibi, 110 uA) sahte stimülasyon teslim sahte TEKMER yönetmek için. Yukarıda aynı iki elektrot yerleştirin, ancak plasebo grubunda katılımcılar arasında kırmızı ve mavi elektrotlar konumunu dengelemek. </li><li> Lastik bantlarla veya kendinden yapışık şal ile baş ve üst kol sıkıca ıslak elektrotlar sabitleyin. Tuzlu su çözeltisi damlayan Paspas katılımcının ensesine etrafında bazı kağıt havlu yerleştirin. NOT: emniyete edildikten sonra elektrot amaçlanan pozisyonu taşındı olmadığını kontrol edin. Optimal elektrot-cilt arayüzü sağlamak için, elektrotlar saç derisi üzerinde düz yer değil emin olun. </li><li> Sırasıyla her uyarım müdahale artışı ve düşüşü, 10 saniye 38,39 üzerinde bir rampa benzeri şekilde DC akım başlama ve ofset.2 mA uyarılması yoğunluğunu ayarlayın ve güvenilir bir akım ayarlı DC uyarıcı (Malzeme / Ekipman Tablo) kullanılarak 20 dakika için teslim. NOT: Bu yoğunluk diğer 25 tarafından kullanılana benzer, ve de doku hasarına yol açan 41 için eşik değerinin altında, maruz kalma 40 arasında güvenli bir seviyede kabul edilir. </li><li> Yani potansiyel deney sonucunu etkileyebilecek karıştırıcı değişkenler almaktan kaçınması, stimülasyon döneminde dinlenmek / dinlenmek için katılımcı söyle, ve elektronik cihazlar kullanılarak onları vazgeçirmek. NOT: Katılımcılar birinde hafif bir kaşıntı hissi veya her ikisi elektrot siteleri (ve / veya ağızda metalik bir tat) stimülasyon akımı başlar hissetmek için yaygındır. Anlaşılmamış TEKMER bırakarak - bu duyumlar bir kaç saniye sonra kaybolur katılımcılara rahatlatın. </li><li> Sözde rastgele ord katılanların üç ayrı grup anot, katot veya sahte stimülasyon uygulayıner (arası katılımcılar, ilgisiz örnekler). Katılımcıların toplam sayısı, cinsiyet ve yaş ortalaması Papa ve Miall 1 gibi gruplar arasında karşılaştırılabilir olduğundan emin olun. </li></ol> 8. ardından beyin stimülasyonu, PASAT (adımları 5.1-5.1.5) ve bir karşı denge sırayla passt (adımlar 5.2-5.2.2) ve isim ve fiil okuma görevlerini (adımları 6.2-6.2.2) ve tekrar fiil nesil görevi bu sırada (adımları 6.1-6.1.6). Deney birini (hesaplama görevleri) gerçekleştirin ve sözde-rasgele sırayla iki (dil görevleri) deney. Beyin stimuation aşağıdaki iki görev uygulama vermeyin. NOT: biliş diğer çalışmalarda, gerçek ve sahte stimülasyon aynı kohort uygulanmış en az 5-7 gün 25,26 bir yıkama-out süresi ile ayrılmış, (, ilgili örnekler-katılımcılar içinde). Ancak, sham ve gerçek stimülasyon ayırt yüksek akım güçlü 42 de kolaydır. Bu bir probleme yol açabilmektediriçinde katılımcılar tasarım, ama burada değil açıklandığı gibi arası katılımcılar tasarım böylece.

The author has nothing to disclose.

TEKMER beyin-davranış ilişkileri incelemek için son yıllarda popüler bir araç haline gelmiştir. Bu makale TEKMER ve çalışma belleği ve dikkat değişen derecelerde gerektiren aritmetik ve dilin çeşitli testler kullanarak beyincik bilişsel işlevlerini araştırmak için bir yordam açıklanır. deney sonuçları, bir zihinsel çıkarma (tempolu işitsel seri çıkarma görevi [içeren bir zor ve bilişsel zorlu bilgi işlem görevi sırasında nasıl katot (anot göre ve sahte stimülasyonu) sağ serebellar hemisfer geliştirilmiş görev doğruluğu ve sözlü tepki değişkenlik uyarılması gösterdi PASST]), fakat zihinsel ek (tempolu işitsel seri ekleme görevi [PASAT]) içeren basit ve daha az talepkar sürümü sırasında. Bu görevler, hem benzer motor kontrolü (yani, sözel operasyonlar), ancak farklı bilişsel yükü (yani., Zihinsel çaba) paylaşan yana, bizim önceki çalışmamızda spekülasyonGörev talepleri yüksek olduğunda 1 sağ serebellar korteksin bu katot depresyon ekstra bilişsel kaynakları serbest olabilir. Katot TEKMER, beyincik hiper Purkinje hücre çıkışı basın ve (CBI 20) beyincik beyin engellenmesini azaltmak için bekleniyordu. Bu görüş beyincik ve prefrontal korteks arasındaki fonksiyonel bağlantı (yani, serebello-talamo-kortikal yolu 10) aritmetik sırasında görevle ve difficulty- duyarlı 43 olduğu bulgusuna tarafından desteklenmektedir. Bir bunlar, motor kontrolü serebellar katkı herhangi bir değişiklik ile açıklanamaz deneyin sonuçları PASAT ve passt olarak karşılaştırılabilir, ancak ek olarak karşı çıkarma işlemleri için gerekli olan zihinsel süreçler farklıdır. Bu deneyden elde edilen sonuçlar biliş serebellar-TEKMER etkileri büyük ihtimalle görevle veya yük özgü yerine göstermektedir. Deney, iki, katot uyarımı da selektif bir şekilde sırasında görev performansını artırdığıtepkiler hızlı var ve daha tutarlı katılımcılar görsel olarak sunulan isimlerin yanıt fiilleri oluşturulan hangi çalışmaların beş ardışık bloklar zaman aşımına şekilde dil protokolü. Bu emişli etkisi sözel akıcılık 40 ve resim adlandırma latans 41,44 artırabilir sol dorsolateral prefrontal korteks (DLPFK) üzerinden nasıl anot TEKMER gösteren başkaları tarafından da deney sonuçları, bir ve bulgular tamamlanmaktadır - hipotez destekleyen aynı kolaylaştırma desenler olabilir ki (deneyde iki görüldüğü gibi) sağ serebellar hemisferde üzerinde katot TEKMER sonra görülmektedir. Birlikte ele alındığında, bu bulgular beyincik bir rol desteği - dolaylı da olsa - dilde, beyincik prefrontal kortekste bilişsel süreçleri etkileyebilir fikrine daha fazla destek kredi, öğrenme ve hafıza 45: (birçok çalışma belleği için önemli bir sitenin WM ) işlemleri. Bilişsel geliştirmeleri are beyincik serebro uyarma yoluyla, DLFPC eksitabilitenin üzerinden uzak bir etkisi bulunmayan, çünkü fizyolojik makul - serebellar yolun. Beyincik ve prefrontal korteks arasındaki bağlantı için daha fazla kanıt 25 ms eşleştirilmiş duyusal / Motor uyaranlar tarafından uyarılan birleştirici plastisite sayede Hamada ve meslektaşları, çalışmalarının açıklanan - ilişkisel stimülasyon (PAS) eşleştirilmiş, cerebellar- tarafından bloke edilmesi gözlendi TEKMER 46. Ve beyincik üzerinde transkranial manyetik stimülasyon (TMS) günlük oturumları serebellar atrofi 47 olan bir hastada postural kontrol ve yürüyüş, ve çift-tasking geliştirmek için gösterilmiştir. Bunlar, motor ve bilişsel gelişmeler motorda bir artış işaretlenen uyarılmış beyincik de önceden (dual-bobin, eşleştirilmiş-nabız TMS ile incelenmiştir) bir kaç milisaniye heyecanlı zaman azalan beyincik beyin inhibisyonuna, motor kortikal stimülasyon tarafından uyarılan potansiyeller ( CBI) o6 ay sonra devam etti. Farzan ve arkadaşları 47 gelişmiş motor fonksiyon sonucu ve çift-görev performansı için kaynakların kurtuluş bilişsel fonksiyon iyileştirmeler yatırıldı. serebellar devrelerde - - TMS tarafından uyarılan CBI azalma da heyecan verici c erebro doğrudan prefrontal korteks fonksiyonu, gelişmiş olabilir bilişsel kapasitenin geliştirilmesi. Bu seçici beyincik TEKMER sonra sözlü WM iyileştirmek için bir prosedürü göstermektedir, bu maddede tarif edilen metotlar kullanılarak gözlenen ile bu ikinci açıklama uyumludur. Burada açıklanan yöntemler beyincik elektrik beyin stimülasyonu bilişsel işlevlerini modüle ve bilişsel yük düzeyinin yüksek olması gerekir görevler sırasında performansı artırabilirsiniz nasıl göstermek. Bu bulgu, uzun süreler boyunca 2 aritmetik performansını artırabilir DLPFC, uyarıcı gelen olumlu etkileri paralellik </sup&gt; ve zor problemler için çözüm üretimi kolaylaştırmak, ama kolay değil problemlerin 3. Aslında, prefrontal korteks üzerinde TEKMER inme 48. sonrası hastalarda bilişsel açıkları tedavisi için bir tedavi aracı olarak elektriksel beyin stimülasyonu istihdam araştırmacılar lider, sağlıklı katılımcıların 4,5 bilişsel görevler çeşitli performansını artırmak ve Parkinson hastalığı olan hastalarda yapabilirsiniz 41. Nitekim, TEKMER için geleceğe yönelik beyinde kalıcı değişiklikler uyararak davranışını değiştirmek için bir araç olarak kullanımını içerir. Beyin stimülasyonu tedavisi biçimi olarak TEKMER bariz nedenlerle 24 hasta popülasyonlarında keşfetmeye değer. Bu makalede, biliş kullanarak TEKMER başarılı modülasyonu için en kritik adımlar şunlardır: performans katılımcıların düzeyine 1) terzilik görev zorluk; 2) İstenen beyin bölge üzerinde stimülasyon elektrot tutarlı ve doğru yerleştirme; 3) sağlanması tşapka hem elektrotlar kapatarak uyarıcı önlemek için uyarım dönemi boyunca nemli tutulur (ekstra tuz gerekirse nemlendirin). Anlaşılmamış TEKMER bırakarak - O da duyumlar bir kaç saniye sonra kaybolur uyarılması sırasında keçe katılımcıları (indirgeyici anksiyete) ikna etmek için önemlidir. Gelecek değişiklikler on-line etkilerini araştırmak için (ya da öyle davranışları ile örtüşür) görev ifası sırasında TEKMER uygulanmasını içerebilir. Görev performansı daha sonra aktif ve bazal koşullarda (yani, anot vs sahte ve / veya sahte vs katot) arasında karşılaştırıldığında olacağını, oldukça öncesi ve stimülasyon süre sonra performansı karşılaştırarak daha. DC stimülasyon uzun süreli etkinliği daha sağlam etkilere neden olabilir paradigmalar ile birlikte, aynı zamanda bilişsel işlev bozukluğu belirtileri gidermek için TEKMER kullanarak açısından keşfetmeye değer. Bu kısa stimülasyon dönemleri bir arkaya teslim protokolleri içerebilir (yerine tek bir blo dahack), böylece TEKMER &#39;üst-up&#39; önceki oturumdan etkileri sonraki oturumları. Birden fazla stimülasyon oturumları teslim yerine tek oturumda üzerinde daha yavaş gelişebilir az değişikliklere göre daha performans kümülatif artışlar, üretebilir. Bu tür ve TEKMER klinik araştırmalar için de gelecek yönleri Zorluklar BRUNONI ve arkadaşları 49 tarafından gözden geçirilmiştir. prosedür daha iyi anlaşılır ve hakim olmuştur sadece bir kez ortaya çıkacak bazı hastalıkların bilişsel belirtiler giderilmesi için bir tedavi aracı olarak TEKMER kullanarak potansiyel. Örneğin, motor korteks üzerinde TEKMER etkileri son bireyler arasında çok değişken olduğu tespit edilmiştir ve 22,23 her zaman kutup özel olabilir. Aynı zamanda bilişsel etki 23 TEKMER etkileri söylenmiştir. Genel olarak TEKMER nöro-arttırıcı etkileri ilişkin verilerin ilgili sınırlı hala var. Ama inci durum olabiliroff-line olarak beyincik üzerinde TEKMER etkileri katılımcıların tamamen zor bir bilişsel görev ile meşgul olduğunda davranışı geliştirme en yetenekli, ya onlar WM ve dikkat kaynaklar yüksek talepleri yapar çünkü gerçekleştirmek için zor bir görev bulduğunda. Bu görünüm biliş üzerindeki serebellar-TEKMER etkileri görevle ya da yüke bağlı olabileceğini düşündürmektedir: uyarılması sırasında aktif olan beyin-beyincik yolunun bölgelerinde bilişsel işlevleri geliştirerek belki aracılı. Iyi şu anda stimülasyon 50 döneminde aktif bir ağa durumuna duyarlı olduğu düşünülen biliş üzerindeki TEKMER, on-line etkileri olduğu bizim veri paralellik Bu yorumu. Iyi görevi gerçekleştirmek için kullanılabilir yeterli bilişsel kaynaklar varsa TEKMER ama daha kaynaklarını kullanır, böylece sistemin devreye yalnızca, performans değişikliklere yol açabilir. Nitekim, fMRI çalışmaları frontal-parietal ağında sinirsel aktivite positi nasıl göstermekf artan görev karmaşıklığı 51 ile ilişkili. Sonuç olarak, bu makalenin attentionally zorlu ve zor sırasında serebellar aktivite (ve anot uyarım) geliştirilmiş performans depresyon katot hangi bilişsel yükü, değişen bilgi işleme görevleri bir dizi sırasında beyincik uyarmak için TEKMER kullanılan bir beyin stimülasyonu prosedürü tarif bilişsel görevler. Ekstra bilişsel kaynakların serbest belirli görevleri gerçekleştirmek için zor zaman: Biz bu prefrontal korteksin WM bölgelerinin dis-engellenmesi yoluyla elde edilebilir olup olmadığını speküle. Umarım sağlıklı ve hasta popülasyonlarında elektriksel beyin stimülasyonu sunmak için geliştirilmiş protokoller ile birlikte, fazla çalışma çıkacak TEKMER etkinliği artık gerekli olup olmadığını belirlemek bireysel faktörlerin daha iyi anlaşılması. Böylece, gelecekteki çabalar transkranial Electr kullanarak bazı hastalıkların bilişsel belirtiler giderilmesi yönünde rehberlik olabilirserebro-serebellar devreleri modüle bir bilişsel rehabilitasyon aracı olarak nik beyin stimülasyonu.

Elektrik, 100 yılı aşkın bir süredir tıpta kullanılmaktadır. Bugün, beyin stimülasyonu daha sık Motor ve bilişsel işlevler beyin ve beyincik ve nasıl bu iki beyin bölgeleri arasındaki bağlantılar bu işlevleri desteklemesi tarafından yapılmaktadır nasıl test hipotezler için bir araştırma aracı olarak çeşitli laboratuarlarda ve kliniklerde kullanılan hale gelmektedir. Beyincik ile ilgili olarak, bu işlem nispeten çünkü biliş dahil olduğu düşünülen yan serebellar hemisfer, transkranial elektrik stimülasyonu erişilebilir, (aşağıya bakınız) polarize akımların etkilerine duyarlı ve kısmen çünkü ucuz ve kolay insan katılımcılara gerçekleştirmek için. Bu makalede anlatılan beyin stimülasyonu prosedürü gibi çalışan bellek ve dikkat gibi bilişsel süreçler &#39;fazla&#39; yerine &#39;az&#39; bilişsel 1 talep olan görevler sırasında kolaylaştırılabilir gösterilmiştir. yorumlamakBu görev özgü sonuçların tirme, sıkıca serebro-serebellar yolun fizyolojisi bir anlayış ile sınırlıdır. Nöro-geliştirme etkileri, görevler zor olsa bile, aynı zamanda prefrontal korteks 2,3,4,5 elektrik stimülasyonu sonra gözlenir. beyincik hareketleri 6, tahmin zamanlama ve yürütülmesinde önemli bir rol oynar. Ancak, araştırma çeşitli çizgiler artık beyincik bilişsel süreçleri üzerinde etkili olabileceğini düşündürmektedir. Anatomik etki, örneğin, pek çok çalışma prefrontal korteks bölgelerinde ve (yani, serebro-serebellar yolu) beyincik arasında karşılıklı bağlantıları 7,8,9,10,11,12 biliş destek olabileceğini öne sürdüler. Klinik etki alanında, semptomları &#39;dismetri düşünce&#39; hipotezi kavramsallaştırma entelektüel ve duygusal sorunları olan mevcut arka beyincik belirli bölgelerinde hasar olan bazı hastalar, ve13,14,15 &#39;hareketinin dismetri&#39; hasar olan motor bozukluk (örneğin, ataksi) ile mevcut ve olduğu gibi kavramsallaştırılmış beyincik bölümlerini, anterior ise, serebellar bilişsel duyuşsal sendromu (CCAS) &#39;klinik olarak adlandırılan. Beyin görüntüleme alanında, Schmahmann ve arkadaşları 16,17 beyincik görevi özel bölgeleri harita fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ve işlevsel bağlantı kullanmış ve bağlantıları bu alanlar, motor ve bilişsel görevler sırasında prefrontal lob ile yapmak. daha önce beyincik sözde motor olmayan bölgeleri aktive etmek için gösterilmiştir, çünkü bu çalışmada sunulan kognitif işlemlerini seçilmiştir. Ama onlar da motor ve bunları doğru şekilde gerçekleştirmek için gerekli olan motorlu taleplerine bilişsel akrabası seviyesini değiştirerek elde edildi bilişsel görev bileşenleri, ve bir beyin stimülasyonu pr müdahale dışarı bölümlemek sağladıDaha önce, beyin-davranışını modüle ettiği gösterilmiştir ocedure. Beyin fonksiyonlarını ve davranışlarını modüle için Son girişimler kafa derisi, olarak adlandırılan, transkranial doğru akım uyarımı (TEKMER) karşısında akımları polarize kullanımı dahil ettik. Aslında, klinisyenlerin tedavi sonuçları 18 teşvik ile 1970 yılından bu yana hasta popülasyonlarında implante elektrotlar ile serebellar korteks uyarıcı edilmiştir. Bugün, kafa derisi üzerinde beyin sağlıklı katılımcıların beyin-davranış ilişkileri incelemek için yararlı olduğu fark edilir uyarıcı. İnsanlarda TEKMER normal olarak 15-20 dakika boyunca tuzlu su ile ıslatılmış bir elektrot çifti boyunca sürekli olarak akım (DC) (1-2 mA) düşük sunmaya içerir. Hayır (beyni uyarıcı için tipik bir elektrot montaj (ilgi beyin bölgesi üzerinde) kafasına konuyor bir (anot) elektrodu içerebilir, ve diğer (katot) elektrot yanak (sefalik) veya omuz üzerine konuyorn-sefalik) vücudun karşı tarafında. Beyincik uyarıcı durumunda, iki elektrot arasındaki intraserebral akım yakın bölgelerde (örneğin, görsel korteks 19) nispeten az fonksiyonel yayıldı ve nörofizyolojik ve davranışsal hem üreten, heyecanlandırmak ya da serebellar korteks 20 Purkinje hücrelerini bastırmak düşünülmektedir değişir. Mevcut ve insanlarda beyincik-TEKMER etkileri yayılması modelleme verilerinden veya hayvan çalışmalarında ve motor korteks üzerinde dolaylı etkileri çıkarılmaktadır. Motor etki alanında, etkileri de motor korteks uyarılma 20 serebellar stimülasyon sonuçları ile kanıtlandığı gibi kutupluluk özgü olduğu gösterilmiştir. Örneğin, anot uyarımı, genel olarak, bir uyarıcı etkisi olduğu ve Purkinje hücrelerinin üretimini arttırır; katot uyarımı, genellikle bir karşı effe sahipken, beyin korteksinde serebellar çekirdeklerine kolaylaştırıcı yolunun önlenmesini artırmakct yani, serebellar çekirdeklerin Purkinje hücre inhibisyonu azaltarak serebral korteksin dis-engellenmesi. Primatlarda anatomik çalışmalar Purkinje hücreleri ventral-yanal talamus 21 bir sinaptik röle üzerinden, motor ve bilişsel devrelerin hem üzerine bir kolaylaştırıcı sürücü uygulamak nasıl ortaya. Ancak, insanlarda son TEKMER çalışmalar anot-katot ayrım çok net olmayabilir düşündürmektedir. Örneğin, motor korteks üzerinde TEKMER sonrası etkileri bireyler arasında oldukça değişkendir ve her zaman kutupluluk özgü 22 değil. Benzer eleştiriler de bilişsel etki 23 sonuçları doğru tarh edilir. Bilişsel işlevler üzerindeki etkileri tespit etmek ve beyincik beyin inhibisyonuna bağlı motorlu alanlarda beyincik doğrudan etkileri (CBI 20) daha yorumlamak daha zor neden bu açıklamaya yardımcı olabilir. Bu tür gözlemler daha beyin stimulat etkinliğini belirlemek bireysel faktörleri anlamak gerektiğini vurgulamakiyon ve beyni uyarıcı için geliştirilmiş protokoller geliştirmek. Motor ve bilişsel işlevler hem de değişiklikler serebello-talamo-kortikal yolunun 24 elektrik stimülasyonu yoluyla fizyolojik makul bulunmaktadır. Bilişsel işlevler açısından, sözel çalışma belleği üzerindeki serebellar-TEKMER bir modüle etkisi 25,26 bildirilmiştir. Ve prefrontal korteks bölgeleri uyarıcı gelen biliş üzerindeki kalıcı etkileri de 2,3,4,5 gözlenmiştir. Bununla birlikte, nöronlara beyin uyarımı fizyolojik etkileri davranışı sırasında (on-line etkileri) test edilmesine bağlı olarak ya da uyarım süresinden 27 (hat-dışı etkiler) sonra farklıdır. Off-line etkileri sinir eylemlerinde uzun süreli değişiklikler içerebilir ise on-line etkileri, hücre içi çevrede meydana gelen değişiklikler (örn., Iyon konsantrasyonu) ve elektrokimyasal gradyanı (örneğin, membran potansiyeli) içerebilir öne sürülmüştürty nedeniyle değişmiş hücre içi süreçleri (örneğin, alıcı plastisite) 27. TEKMER bilişsel test iki seans arasında uygulanan edilir ve davranış iki seans arasında karşılaştırıldı böylece Bu çalışmada, off-line etkilerini incelemektedir. Biliş beyincik bir rol incelenmesi önceden serebellar işleyişini dahil gösterilmiştir görevler kullanımı ile desteklenir. Belirli bir görevi aritmetik muhakeme ve bölünmüş dikkat gerektirir ve Pace İşitsel Seri İlavesi Görev (PASAT 28) denir. Sağlıklı ve hasta popülasyonlarında hem de çeşitli bilişsel işlevleri değerlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Test genellikle sayılar dinlerken katılımcılar, her 3 saniyede sunulan ve onlar daha önce duydum sayı (ziyade bir çalışan toplam veren) duymak numarayı ekleyerek içerir. Bu zor bir iştir ve WM, dikkat ve aritmetik yeteneği yüksek derecede dayatır. Ayrıca acti içerirbeyin içinde vite ve PET 29 ve MR 30 ortaya olarak görev bu özel unsurları ile ilişkili beyincik. Daha bilişsel zor ve son çalışmada 31 başkaları tarafından onaylandıktan attentionally (talep görevi yapmak için, orijinal talimatlar katılımcıların onlar daha önce duydum sayı duymak numarayı çıkarmak için gerekli olduğunu söyledi. Bu yeni görevi diyoruz böylece değişti tempolu İşitsel ve görev zorluk öznel değerlendirmesi ve önemli ölçüde daha uzun reaksiyon süreleri 1 ile kanıtlandığı gibi PASAT daha gerçekleştirmek için daha zordur. görevin Her iki versiyon da o bir daha bilişsel zordu ve bu yüzden alındı ​​Çıkarma Görev (PASST 1) Seri Motor talepleri (gizli konuşma işlemleri) görevler arasında karşılaştırılabilir iken attentionally, diğerinden daha gerçekleştirmek için talep. beyincik biliş söz konusu ise, o zaman TEKMER ile işlevini bozucu bu s rolü ile etkileşebilirpasst performansı sırasında tructure, ama ille PASAT üzerinde. Biliş konuşma ve dil yönüyle sırasında beyincik için rolünü araştırmak için yaygın olarak kullanılan bir diğer görevi Fiil Nesil Görev (VGT 32,33,34,35,36,37) &#39;dir. PASAT gibi, sağlıklı ve hasta popülasyonlarında sözel çalışma belleği test etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Temelde, VGT katılımcılar yüksek sesle isimler okumak sayede bir kontrol görev performansı ile karşılaştırıldığında, bir görsel olarak sunulan isim (örneğin, araba) yanıt olarak yüksek sesle bir fiil (örneğin, sürücü) demek katılır gerektirir. Yaratma fiiller ve okuma isimler benzer algısal ve motor talepleri var, ancak farklı sözel WM talepleri (örneğin, daha semantik analiz). Ve bir serebro-serebellar ağda daha yüksek aktivite isim 34,35,36 okunması ile karşılaştırıldığında fiiller üretilmesi ile bağlantılıdır. Kelimeler de daha hızlı (emişli bir etkisi) görevleri olduğunda oluşturulanPET 33 ve fMRI 37 gözlenen aynı (rastgele sırayla) kelimeleri bloklar arasında, ve beyin-beyincik aktivite artar kullanılarak tekrarlandı. Bu makalede, bir prosedür değişen zorluk iki aritmetik (deney bir) ve üç dil görevleri (deney iki), üç ayrı grup ile birlikte, biliş, bu beyin yapısı için bir rolünü araştırmak için beyincik üzerinde TEKMER uygulamak için tarif edilmiştir Katılımcılar öncesi ve stimülasyon döneminden sonra yapılan. Biz daha zorlu görevler bu performans (yani, PASST ve fiil nesil) daha az zorlu görevler performansı daha TEKMER (off-line etkileri) (PASAT ve ismin daha etkilenecektir, biliş beyincik bir rol verilmiş, varsaydık / fiil okuma).

<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

Çeşitli çalışmalar modüle olasılığını göstermektedir ki son zamanlarda ortaya çıkan ve bazı durumlarda, transkranial elektrik stimülasyonu beyin kullanarak bellek ve dikkat çalışma katılan heyecan verici beyin bölgelere göre bilişsel süreçleri artırıcı var. Bazı araştırmacılar şimdi beyincik muhtemelen prefrontal korteks uzak bir nöromodülatör etkisi yoluyla, bilişi destekler inanıyorum. Bu kağıt transkranial doğru akım uyarımı (TEKMER) ile biliş beyincik bir rol araştırmak için bir prosedür ve daha önce çalışma belleği, dikkat ve serebellar işleyişini dahil gösterilmiştir değişen görev zorluk bilgi işleme görevleri, bir seçim açıklanır . Bir görev Pace İşitsel Seri İlavesi Görev (PASAT) ve bu görevin diğer bir yeni varyant Pace İşitsel Seri Çıkarma Görevi (PASST) denir denir. Bir fiil nesil görev ve onun iki kontrol (isim ve fiil okuma) da incelendi. Beş tönce katılımcılara üç ayrı grup tarafından ve sağ serebellar korteks üzerinde anot, katot veya sahte TEKMER kullanarak kortiko-serebellar bağlantı modülasyonu sonra yapıldı sorar. prosedür performansı (doğruluk, sözel yanıt gecikmesi ve değişkenliği) seçici katot uyarımı sonra, ancak katılımcıların zor ve kolay değil puan görevler sırasında geliştirilebilir nasıl gösterir. Performans anodal veya sahte stimülasyonu ile değişmedi. Bu bulgular sol prefrontal kortekste aktivite muhtemel sağ serebellar korteks üzerinde katot TEKMER tarafından dis-inhibe olduğu sayede biliş beyincik, bir rol göstermektedir. Transkranial beyin stimülasyonu çeşitli laboratuarlarda ve kliniklerde popülaritesi artıyor. Bununla birlikte, TEKMER sonrası etkileri bireyler ve her zaman polarite özgü arasında oluşan farklı ve hatta görevle veya yük-özgü, daha fazla çalışma gerektiren her biri olabilir. Gelecek çabaları da nöro-Enhanc doğru rehberlik olabilirbilişsel bozukluğu ile başvuran hastalarda serebellar ası, bir kez beyin stimülasyonu mekanizmalarının daha iyi anlaşılması ortaya çıkmıştır.

<html> Veri Analizi Deneyde, bir, sonuçlar doğru yanıtları veya doğruluk puanları sayısı bakımından analiz edilmiştir Her iki Görevler ve ortalama ve ayrı karışık ANOVA&#39;lar kullanarak katılımcıların sözel yanıt süreleri, değişkenliği (standart sapma) ((yüzde doğru olarak ifade edilir) passt vs PASAT), Sessions arasında () Gruplar (anot, katot veya sahte sonra vs önce) ve karşısında. Deneyde iki yılında, ortalama ve katılımcıların sözlü tepkilerin değişkenlik her Görev (fiil içinde ayrı karışık ANOVA&#39;lar kullanılarak tekrarlanan kelimelerin (Blok 5) (Blok 1) ilk ve son seti (öğrenme toplam miktar) arasında karşılaştırarak analiz edildi vs önce fiil okuma vs vs nesil isim okuma), Oturum (sonra) ve Grup (anot, katot veya sahte). Yanlış cevaplar sonuçları deney iki sadece (ortalama + 2 standart aşan) uzamış cevapları ile birlikte, tüm veriler analize dahil edildi. &quot;ove_content&gt; Deney Bir (Aritmetik Görevler) Uyarıcı Sunum Oranı Çoklu karşılaştırmalar için ayarlanmış Pair-bilge t-testi uygulama sırasında kurulan katılımcı özel uyaran sunum oranları üç gruba (sham, anodal hem de katot gruplar, 2.56, 2.50 ve 2.49 sn arasında anlamlı farklılık olmadığını doğruladı, sırasıyla, F 2, 63 = 0.23, p = 0.79). Doğruluk Skorlar Doğru cevapların sayısı muhtemelen nedeniyle uygulamaya oturumda bir (76,30%) üzerine (Şekil 1) ile karşılaştırıldığında oturumda iki (84,47%) artmış, ama daha çok vs sonra anot katot daha (77.50 vs 89,32%), (77,80 sonra . 82.80%) veya sahte (ANOVA ile anlamlı bir görev x Oturum x Grup etkileşimi tarafından onaylandıktan 77,81 vs 80,91%) stimülasyon, (F 2,63 = 4.61, p &lt;0.05). <img alt="Şekil 1," fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig1highres.jpg" width="600" /> Şekil 1:. Öncesi ve serebellar TEKMER sonra Doğruluk puanları doğru cevapların sayısı seçici oturumunda iki (post-stimülasyon), oturuma bir (ön-uyarı) den katot uyarımı sonra düzeldi önemli ölçüde daha fazla (1 SEM, n = 20 ortalama) ilave görev (PASAT) daha çıkarma görevi (PASST) içinde. Yıldız düzeltilmiş eşleştirilmiş-karşılaştırmalar ile ortaya gibi önemli farklılıklar (p &lt;0.05). Bu rakam Papa ve Miall 1 modifiye edilmiştir. Sözlü tepki süreleri (F 1,57 = 11.70, p &lt;0.001 1.372 vs 1447 msn), ve daha çok TEKMER (1446 vs 1374 msn sonra, Doğru cevaplar passt sırasında daha PASAT sırasında önemli ölçüde daha hızlı olan F 1,57 = 36.43, p &lt;0.001). Nitekim, Grup etkileşim yoluyla Oturum Görev vs (F 1,57 = 2.65, p = 0.08), passt sırasında tepki süreleri sonra anot daha, katot uyarımı (1509 vs 1322 msn) sonra daha fazla azalma sayede (1491 neredeyse anlamlı oldu . 1427 msn) veya sahte (1504 vs 1427 milisaniye) stimülasyon. Bu eğilim PASAT sırasında belirgin değildi. Tepki süresi değişkenlik yanıt süreleri tutarlılığı da anlamlı oturumda bir (386 msn) ve iki arasında azalmıştır (354 milisaniye; F 1,57 = 16,86, p &lt;0.001) Şekil 2b gösterildiği gibi. Özel ilgi, Görev Oturum Grubu etkileşim anlamlı idi x (F 2,57 = 11,16, p &lt;0.001) x. Bu sonuç, passt sırasında tepki süresi değişkenlik katot (403 vs sonra daha azaldığını göstermektedir273 msn), daha anodal (418 vs 398 msn) veya plasebo (396 vs 368 milisaniye sonra). tepki süresi değişkenlik azalma ekleme görevi sırasında üç stimülasyon grupları arasında eşit oldu. <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/52302/52302fig2highres.jpg" /> Şekil 2: önce ve serebellar TEKMER sonra (A) Ortalama sözlü tepki süreleri. Katılımcıların sözel yanıt süreleri ortalama seçici değil ölçüde de olsa, oturumdan oturuma bir (ön-uyarı) den katot uyarımı iki (post-stimülasyon) sonra düzeldi (P = 0.08) (+1 SEM, n = 20 ortalama) ilave görev daha çıkarma görevi. Bu rakam Papa ve Miall 1. (B) öncesi ve serebellar TEKMER sonra Sözel tepki süresi değişkenlik modifiye edilmiştir. Katılımcıların sözel yanıt süreleri değişkenlik (standart sapma) (+1 SEM, n = 20) seçici geliştirmekönemli ölçüde çıkarma sırasında oturumları arasında katot uyarımı sonra, ancak ek sırasında d. Bu rakam Papa ve Miall 1 modifiye edilmiştir. İki (Dil Görevler) Deney Ortalama toplam öğrenme Bloklar 1-5 arasında bir öğrenme etkisi her bir katılımcı için hesaplanır ve fiil nesil görevi sırasında isim (0.03 sn) ve fiil (0.03 sn) okuma görevleri sırasında karşılaştırılabilir, ancak daha büyük olduğu tespit edildi (0.20 sn [Şekil 3 Bkz] ) Görev önemli bir ana etkisi (F 2,56 = 67,17, p &lt;0.001) ortaya koyduğu gibi. İlginçtir, önemli Oturum x Görev x Grup etkileşimi, (F = 2.44 4114, p = 0.05) TEKMER seçici değil sonra anot, katot sonra fiil nesil görev (0.18 vs 0.31 sn) üzerine oturumlar arasında öğrenme geliştirilmiş önerdi (0.18 vs 0.17 sn) veya sahte (0.17 vs 0.19 sn). <img alt="Şekil 3," fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig3highres.jpg" width="600" /> Şekil 3:. Bloklar 1-5 noun (NR) okuma, fiil sırasında daha fiil nesil (VG) görev sırasında TEKMER sonra daha hızlı olduğu arasında tekrarlanan bloklar arasındaki toplam öğrenmeyi ortalama ortalama yanıtları (+1 SEM, n = 20 ortalama) (VR) görevleri okuma. Yıldız düzeltilmiş eşleştirilmiş-karşılaştırmalar ile ortaya gibi önemli farklılıklar (p &lt;0.05). Bu rakam Papa ve Miall 1 modifiye edilmiştir. Toplam öğrenme değişkenliği bloklar 1-5 arasında öğrenme tutarlılık da (Şekil 4 bakınız) bilgisayarlı ve seçici katot (0.08 vs 0.19 sn) sonra fiil nesil görevi sırasında geliştirilebilir bulundu, fakat sonra değil anot (0.08 vs 0.08 sn) veya sahte (0.08 vs 0.06 sn) TEKMER bir anlaml tarafından işaretlenmiş olarakicant Oturum Görev Grubu etkileşim, (F = 2.23 4114 p &lt;0.05) x x. <img alt="Şekil 4," fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig4highres.jpg" width="600" /> Şekil 4:. Tekrarlanan bloklar arasındaki toplam öğrenme değişkenlik yanıtları değişkenlik blokları 1-5 okuma isim esnasında daha fiil nesil (VG) görev sırasında TEKMER sonra daha tutarlı arasında ((20 SD 1 SEM, n =) NR), fiil okuma (VR) görevleri. Yıldız düzeltilmiş eşleştirilmiş-karşılaştırmalar ile ortaya gibi önemli farklılıklar (p &lt;0.05). Bu rakam Papa ve Miall 1 modifiye edilmiştir.

Watch this Scientific Journal Video about Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum at JoVE.com

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.

Serebellumunda ve Transkraniyal Doğru Akım Uyarım kullanma Modülasyonlu Biliş

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 Görüntüleme.  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.

Video: 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.

Transkraniyal Doğru Akım Uyarım sırasında eş zamanlı EEG İzleme

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

Davranış

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.

Transkranyal Doğru Akım Uyarım ve Simultane Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme

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.

İnsan Motor Fonksiyon Modülasyon Non-İnvaziv Elektrik beyin stimülasyonu Montajları

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.

Eşzamanlı Transkranial Alternatif Akım Uyarma ve Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme

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.

Wernicke 'nin ve Broca 'nın dil öğrenme ve kelime edinme çalışmaları alanlarındaki Transkraniyal doğrudan akım stimülasyon (tDCS)

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.

Transkraniyal manyetik stimülasyon ile transkranyal alternatif akım stimülasyon Online kombine yaklaşım tarafından birincil Motor korteks üzerinde etkileri

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

Nörobilim

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.

Uzaktan denetlenen Transkraniyal doğrudan geçerli stimülasyon: Bir güncelleştirme güvenliği ve tolerabilite

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.

Transkraniyal elektrik beyin stimülasyonu uyarı Rodents

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).

Transkraniyal Doğru Akım Stimülasyonu Dahil Olmak Üzere Güvenilir, Kolay ve Tolere Edilen Transkraniyal Elektriksel Stimülasyon için Güncellenmiş Teknik

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

Tıp

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.

Bellek Geliştirme için Transkraniyal Doğru Akım Stimülasyonu (tDCS)

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