Name: modulating cognition using transcranial direct current stimulation of the cerebellum
Uploaded: 2015-02-15T14:00:00
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.

MERK: Alle deltakerne ga informert samtykke og studien ble godkjent av University of Birmingham Ethics Committee. 1. Spør deltakeren til å lese informasjonsskrivet og fullføre tDCS screeningquestionnaire (vedlegg 1), og hvis det ikke er noen kontraindikasjoner utfører tDCS, be dem om å signere samtykkeskjema. 2. Utfør eksperimentet ett (beregningsoppgaver) og eksperimentere to (språkoppgaver), den ene etter den andre, i pseudo-tilfeldig rekkefølge, før (session en) og etter (session to) stimulering periode i et stille rom for å redusere distraksjoner og tillate nøyaktig registrering av auditiv respons, som er beregnet off-line. 3. I eksperiment en, presentere auditive stimuli (ie., Tall) over et headset (Table of Materials / utstyr). I forsøk to, presentere de visuelle stimuli (dvs. ord) på en dataskjerm. I begge forsøkene, gate den headset mikrofon ved amplitude av deltakernes auditive svar. MERK: Alle oppgavene var datastyrt og kjørte på en bærbar datamaskin styrt av stimulus presentasjon og innspillingen programvare (Table of Materials / utstyr). 4. På slutten, forklare deltakerne formålet med studien (dvs. debrief), og be dem om å vurdere vanskelighetsgraden av hver oppgave på en skala fra 1 (lett) - 10 (hard). Også forklare deltakerne ikke å ta del i en annen hjernestimulering eksperiment i minst 7 dager, og for å kontakte eksperimentator hvis de skulle føle noen bivirkninger av tDCS. 5. Experiment One (Beregningsoppgaver) 5.1) Utføre pacet Auditory Serial Tilsetting Task MERK: Pasat kommer i en 3 sek og en 2 sek versjon. <ol><li> Bruk 60 elementer hver som finnes i 3 sek og 2 sek versjoner for tilsetting oppgave og subtraksjon oppgave, henholdsvis. Furthermmalm, bruke elementene på Pasat-Form A før stimuleringsperioden (session en), og elementene på Pasat-Form B, etter stimulering periode (session to). MERK: Motvekt i hvilken rekkefølge deltakerne utføre Pasat og passt, slik at ytelsen på en oppgave overføres ikke til den andre. </li><li> Sitte deltakeren foran dataskjermen og forklare dem at de kommer til å høre en rekke tall gjennom headsettet, og at de vil være nødvendig å legge til nummeret de hører til antallet de hørte umiddelbart før det, og deretter vocalise svar, og fortsette å legge til nummeret de hører til den før det (og ikke for å gi en løpende sum). Plasser mikrofonen foran deltakerens munnen før du starter oppgaven. </li><li> Starte oppgaven og be deltakeren å lese standardinstruksjoner som presenteres på dataskjermen, som formelt forklarer hvordan du utfører Pasat. Gjennomføreoppgaven når deltakeren har fullt ut forstått instruksjonene. MERK: En skriftlig eksempel er også presentert for dem. Disse instruksjonene er de samme som for den opprinnelige versjon av oppgaven. </li><li> I løpet av oppgaven, skrive ned hvert svar på det trykte poengsum ark (vedlegg 2) om verifisering. Gi ikke score hvis deltakeren gir et feil svar eller unnlater å svare. Pass på at stimuli er hørbar, slik at oppgaven kan følges (alternativt presentere forsøket gjennom høyttalere), og merk hvert riktig svar i sving. </li><li> Fortell deltakerne ikke å snakke og / eller utføre oral beregninger (eller bruk fingrene til å bistå ytelse) i løpet av oppgaven, og at bare svaret bør snakkes høyt. </li></ol> 5.2) Utføre pacet Auditory Serial subtraksjon Task <ol><li> Fortell deltakerne at instruksjonene for subtraksjon oppgave (passt) er de samme for tillegg oppgave (Pasat), bortsett fra denne tiden de erpålagt å trekke nummeret de høre fra nummeret de hørte umiddelbart før det, og deretter vocalise svar, og fortsette å trekke nummeret de høre fra den ene rett før det (og ikke for å gi en kjører totalt). Igjen, sørg for at mikrofonen ikke har beveget seg bort fra deltakerens munn. </li><li> Når deltakeren har lest instruksjonene presentert for dem på dataskjermen knyttet til subtraksjon oppgave, og forstått dem - utføre oppgaven. Igjen, minne deltakerne ikke å utføre beregninger muntlig eller ved hjelp av fingrene. </li></ol> 5.3) Perforing Practice Sessions (Pasat OG passt) MERK: En øvelse utføres av hver deltaker før utførelse av hver oppgave i en eksperiment for å bestemme hastigheten som deltakerne kan utføre de oppgaver innenfor en viss grense for å unngå tak effekter. Oppnå dette ved å inkludere 45 varer under practice (i motsetning til de opprinnelige 10 stk). <ol><li> Forklar til deltakeren at de kommer til å utføre Pasat og / eller passt (avhengig av hvilken oppgave skal utføres først) som beskrevet ovenfor. I praksisen økten, øke presentasjonen frekvensen av de auditive elementer ved å redusere den inter-stimulus intervall med 300 msek etter hver blokk med fem elementer, mellom intervallet utvalg av 4.2 til 1.8 sek. </li><li> Under praksis, merk presentasjonen sats som forårsaket deltakeren til å gjøre tre påfølgende feil (men tillate dem å fullføre praksis økt), og bruke den satsen før denne cut-off point under oppgaven. </li><li> Velg stimulus presentasjon sats for hver deltaker, og opprettholde denne hastigheten mellom øktene en og to (ie., Før og etter stimulering). Gi deltakeren en kort pause mellom hver oppgave (ca. 30 sek). </li></ol> 6. experiement Two (Språk Oppgaver) 60,1) Utføre Verb Generation Task MERK: Utfør substantivet lesing, verbet generasjon og verbet å lese oppgaven i denne rekkefølgen (atskilt med en kort pause) slik at ordene som presenteres i verbet å lese oppgaven ikke prime en raskere respons i verbet generasjon oppgave. Hver oppgave består av tre praksis ord og seks blokker på 10 forsøk. <ol><li> Konstruer en liste med 40 konkrete substantiver knyttet til verktøy / gjenstander som kan bli manipulert med hender eller føtter, og 40 konkrete verb knyttet til handlinger som utføres med verktøy / objekter fra en uavhengig gruppe deltakere der de samme substantiv-verb parene er generert med mer enn halvparten av gruppen som i pave og MI Alle 1. Unngå substantiv-verb parene som genererer de samme svarene (f.eks middag-spise, eple-spise) eller ikke forholder seg til menneskelige handlinger (f.eks, stekeovn-bake). Present halvparten av ordene i økten ene og den andre halvparten i økten to. </li><li> Forklar til deltakeren at de have å si en passende verb (f.eks stasjon) som respons på det presenterte substantiv (f.eks bil). Avklare dette substantiv-verb forhold til deltakerne i begynnelsen av oppgaven. </li><li> Presentere ordene sentralt på dataskjermen i en annen tilfeldig rekkefølge i blokkene 1-5 (gjentatte ord), og presentere nye ord i blokk 6 (nye ord). Sørg for at hvert ord er erstattet av det neste ordet når mikrofonen oppdager et svar. MERK: Pass på at ordlister i økter en og to er forskjellige, og motvekts mellom deltakerne. </li><li> Starte oppgaven og be deltakeren å lese standardinstruksjoner som presenteres på dataskjermen, som formelt forklarer hvordan du utfører verbet generasjon oppgave. </li><li> Når deltakeren har forstått hele oppgaven, plassere mikrofonen foran munnen, og instruere dem til å produsere ord så snart de dukker opp på dataskjermen. </li><li> Skriv ned eller ta opp hvert svar snakketn høyt av deltakeren om verifisering. Noter eventuelle feil eller ubesvarte svar. </li></ol> 6.2) Utføre substantivet og Verb leseoppgaver MERK: Presenter ordene på samme måte som i verbet generasjon oppgave. Deltakerne lese substantiver i substantiv lesing oppgave, og verb i verbet å lese oppgaven. <ol><li> For begge leseoppgaver, instruere deltakeren til å lese hvert ord høyt så snart det vises på dataskjermen. </li><li> Kontroller at deltakeren har lest hvert ord riktig under begge leseoppgaver ved å se på skjermen som ord blir lest opp. MERK: Kontroller at plasseringen av mikrofonen ikke har flyttet fra deltakerens munn i mellom oppgaver. </li></ol> 7. Utføre Cerebellar tDCS MERK: TDCS regnes som trygt å bruke i mennesker. Men forskeren administrere tDCS i denne studien var en førstehjelper. Det er advIsable at en førstehjelper er for hånden når du utfører tDCS, for å sikre at deltakernes sikkerhet ikke blir svekket hvis de føler seg uvel / svak under prosedyren. La aldri en deltaker uten tilsyn ved administrering tDCS. <ol><li> Presoak to svamp elektroder (overflateareal = 25 cm 2) i en standard 0,9% NaCl saltvannsoppløsning til de er mettet. </li><li> Å administrere eksitatorisk (anodisk) stimulering over høyre lillehjernen cortex, plasser den røde elektrode, en cm i henhold til, og 4 cm til høyre for den mest fremtredende projeksjon av nakkeknøl (inion). MERK: Dette lateral posisjon i hodebunnen tilnærmet plasseringen av lillehjernen lobule VII. </li><li> For å fullføre elektrode montage, plasserer referanse eller katodisk elektrode (blå) på høyre skulder over deltamuskelen. </li><li> Å administrere hemmende (katodisk) stimulering, gjenta prosedyren ovenfor og plassere de to svamp elektroder omvendt (dvs.Plasser blått elektrode på hodet, og den røde elektroden på skulderen). </li><li> For administrasjon av narre tDCS, leverer pseudo stimulering (for eksempel 110 uA over 15 msek, hver 550 msek) i 20 minutter i stedet for stimulering strøm. Plasser de to elektrodene på samme måte som ovenfor, men motvekt posisjonen av de røde og blå elektroder mellom deltakerne i sham-gruppen. </li><li> Sikre de våte elektrodene fast til hodet og overarmen med gummistropper eller selvheftende bandasje. Plassere noen papirhåndkle rundt baksiden av deltakerens hals for å tørke opp dryppende saltløsning. MERK: Kontroller at den planlagte plasseringen av elektrodene ikke har beveget seg etter at de har blitt sikret. For å sikre optimal elektrode-hud-grensesnittet, må du kontrollere at elektrodene er plassert flatt på hodebunnen, og ikke over håret. </li><li> For utvikling og utlignet hver stimulering intervensjon økning og reduksjon henholdsvis likestrømmen i en ramp-aktig måte over 10 sek 38,39.Angi intensitet for stimulering på 2 mA og levere i 20 min ved hjelp av en pålitelig strøm regulert DC stimulator (Table of Materials / utstyr). MERK: Denne intensiteten er lik den som brukes av andre 25, og regnes som en sikker eksponeringsgrad 40, godt under terskelen for å forårsake vevsskade 41. </li><li> Fortell deltakeren å hvile / slappe av i løpet av stimulering periode, og hindre dem fra å bruke elektronisk utstyr, så for å unngå å introdusere konfunderende variabler som potensielt kan påvirke utfallet av eksperimentet. MERK: Det er vanlig for deltakerne å føle en mild kløe på ett eller begge elektrodestedene (og / eller en metallisk smak i munnen) når stimulering nåværende begynner. Berolige deltakere at disse følelsene forsvinne etter noen sekunder - forlater tDCS unperceived. </li><li> Påfør anodisk, katodisk eller humbug stimulering til tre separate grupper av deltakere i pseudo tilfeldig ordeh (mellom-deltakere, urelaterte sampler). Sørg for at det totale antallet, kjønn og gjennomsnittsalderen på deltakerne er sammenlignbar mellom grupper som i pave og MI Alle 1. </li></ol> 8. Etter hjernestimulering, gjenta Pasat (trinn 5.1-5.1.5) og passt (trinn 5.2-5.2.2) i en motvekt orden, og substantiv og verb leseoppgaver (trinn 6.2-6.2.2) og verb generasjon oppgave (trinn 6.1-6.1.6) i denne rekkefølgen. Utføre eksperiment ett (beregningsoppgaver) og eksperimentere to (språkoppgaver) i pseudo-tilfeldig rekkefølge. Ikke gi praksis på hver oppgave å følge hjernen Stimuleringen. MERK: I andre studier av kognisjon, har fast og humbug stimulering vært benyttet på samme kohort (innen-deltakere, relaterte sampler), adskilt med en utvaskings varighet på minst 5-7 dager 25,26. Men å skille humbug og ekte stimulering er lettere ved høyere strømstyrker 42. Dette kan være problematisk i et medi-deltakere design, men ikke så i et mellom-deltakere utforming som beskrevet her.

The author has nothing to disclose.

TDCS har blitt et populært verktøy i de senere år for å studere hjerne-atferd relasjoner. Denne artikkelen beskriver en prosedyre for å undersøke kognitive funksjoner i lillehjernen bruker tDCS og ulike tester av aritmetikk og språk som krever varierende grad av arbeidsminne og oppmerksomhet. Resultatene for eksperiment viste hvordan katodisk stimulering av høyre lillehjernen halvkule forbedret oppgave nøyaktighet og verbal respons variasjon (i forhold til anodisk og humbug stimulering) i løpet av en vanskelig og kognitivt krevende informasjonsbehandling oppgave som involverer mental subtraksjon (det tempoet auditiv serie subtraksjon oppgave [ passt]), men ikke i løpet av en enklere og mindre krevende versjon involverer mental tillegg (det tempoet auditiv serie tillegg oppgave [Pasat]). Siden begge disse oppgavene dele lignende motorisk kontroll (dvs. verbale operasjoner), men ulik kognitiv belastning (ie., Mental anstrengelse), vi spekulerte i vår tidligere studieEn som katodisk depresjon av retten lillehjernen cortex kan frigi ekstra kognitive ressurser når oppgave kravene er høye. Katodisk tDCS var ventet å hyperpolarize lillehjernen, press Purkinje celle produksjon, og redusere lillehjernen-hjerne hemming (CBI 20). Dette synet støttes av funn som funksjonell tilkobling mellom lillehjernen og prefrontal cortex (dvs. cerebello-thalamo-cortical pathway 10) er under aritmetisk oppgave og difficulty- sensitive 43. Resultatene fra forsøket man ikke kan forklares med noen endring i lillehjernen bidrag til motorisk kontroll, da disse er sammenlignbare i pasat og passt, men de mentale prosessene som kreves for å utføre subtraksjon versus tillegg er forskjellige. Resultatene fra dette forsøket tyder i stedet på at effektene av lillehjernen-tDCS på kognisjon er sannsynlig oppgave- eller last spesifikke. I forsøk to, katodisk stimulering også selektivt forbedret oppgave ytelse under enspråk protokollen, slik at svarene kom raskere og var mer konsekvent timet over fem sammenhengende blokker av studier der deltakerne genererte verb som svar på visuelt presentert substantiver. Dette priming effekt supplert resultatene fra eksperimentet ett, og også funn av andre viser hvordan anodisk tDCS over venstre dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) kan forbedre verbal flyt 40 og bilde navngi ventetider 41,44 - som støtter hypotesen om at de samme tilretteleggingsmønstre kan observeres etter katodisk tDCS over høyre cerebellar halvkule (som observert i forsøk to). Samlet utgjør disse funnene støtter en rolle for lillehjernen - om enn indirekte - i språk, læring og hukommelse 45, utlån ytterligere støtte til ideen om at lillehjernen kan påvirke kognitive prosesser i prefrontal cortex: et stort område for mange arbeidsminne (WM ) operasjoner. Kognitive forbedringer are fysiologisk plausibel fordi lillehjernen utøver en ekstern innflytelse over oppstemthet i DLPFC, via magnetisering av cerebro - lillehjernen sti. Ytterligere bevis for kopling mellom lillehjernen og den prefrontale cortex er beskrevet i arbeidet av Hamada og kolleger, hvorved assosiativ plastisitet indusert av sensoriske stimuli / motor sammenkoblet på 25 ms - sammenkoblet assosiative stimulering (PAS) ble observert å være blokkert av cerebellar- tDCS 46. Og daglige økter med transkranial magnetisk stimulering (TMS) over lillehjernen har vist seg å forbedre postural kontroll og turgåing, og dual-tasking hos en pasient med lillehjernen atrofi 47. Disse motoriske og kognitive forbedringer ble preget av en økning i motor fremkalt respons indusert av motor kortikal stimulering når lillehjernen var også begeistret noen få millisekunder på forhånd (undersøkt med dual-coil, parvise puls TMS), på grunn av redusert lillehjernen-hjerne hemming ( CBI) somvarte seks måneder etter behandling. Farzan og kolleger 47 kreditert forbedringene i kognitiv funksjon til en konsekvens av økt motorisk funksjon og frigjøring av ressurser for utførelsen av dual-oppgave. Reduksjonen i CBI indusert av TMS kan også ha forbedret prefrontal kortikal funksjon direkte, gjennom spennende c erebro - cerebellare kretser - bedre kognitiv kapasitet. Denne siste forklaringen er i samsvar med det som er observert ved hjelp av metodene beskrevet i denne artikkelen som viser en prosedyre for selektivt bedre verbal WM etter lillehjernen-tDCS. Metodene som beskrives her viser hvordan elektrisk hjerne stimulering av cerebellum kan modulere kognitive funksjoner og forbedre ytelsen i løpet av oppgaver som krever et høyt nivå av kognitiv belastning. Dette funnet paralleller de positive effektene fra stimulere DLPFC, noe som kan forbedre aritmetiske ytelse over lang varighet 2 </sup&gt;, og legge til rette løsningen generasjon for vanskelige problemer, men ikke for enkle problemer 3. Faktisk kan tDCS enn prefrontal cortex forbedre ytelse i en rekke kognitive oppgaver hos friske deltakere 4,5, ledende forskere å ansette elektrisk hjernestimulering som et terapeutisk verktøy for behandling av kognitiv svikt hos pasienter etter hjerneslag 48, og hos pasienter med Parkinsons sykdom 41. Faktisk fremtidige retninger for tDCS inkluderer dens bruk som et verktøy for å endre atferd ved å indusere varige endringer i hjernen. TDCS som en form for hjernestimulering terapi er verdt å utforske i pasientpopulasjoner av åpenbare grunner 24. I denne artikkelen, de mest kritiske trinn for vellykket modulering av kognisjon hjelp tDCS er: 1) skreddersy oppgave vanskelighetsgrad til deltakernes nivå av ytelse; 2) konsekvent og nøyaktig plassering av stimuleringselektrode over det ønskede hjerneregionen; 3) sikre tlue begge elektroder holdes fuktig hele stimuleringsperioden for å forhindre stimulatoren slå av (fuktes med ekstra saltvann om nødvendig). Det er også viktig å berolige deltakere (redusere angst) at sensasjonen følte under stimulering forsvinne etter noen sekunder - forlater tDCS unperceived. Fremtidige endringer kan omfatte administrasjon tDCS under utføring av oppgaver (eller så den overlapper med atferd) for å undersøke on-line effekter. Oppgaveytelse vil da bli sammenlignet mellom aktive og baselinebetingelser (dvs. anodisk vs. humbug og / eller katodisk vs. humbug), snarere enn å sammenligne ytelsen før og etter stimulering periode. Den langsiktige effekten av DC stimulering er også verdt å utforske fra perspektivet til å bruke tDCS å bøte på symptomer på kognitiv dysfunksjon, sammen med paradigmer som kan produsere mer robuste effekter. Dette kan innebære protokoller som leverer en rekke korte stimulering perioder (snarere enn en enkelt block), hvor påfølgende økter av tDCS &#39;top-up&#39; effektene fra den foregående sesjon. Levere flere stimulering økter kan gi kumulative økninger i ytelse, snarere enn mindre endringer som utvikler mer sakte over en enkelt økt. Utfordringer som disse og også fremtidige retninger for klinisk forskning med tDCS er gjennomgått av Brunoni og kolleger 49. Potensialet for bruk tDCS som et terapeutisk verktøy for å bøte på de kognitive symptomer på visse sykdommer vil bare dukke opp når prosedyren er blitt bedre forstått og mestret. For eksempel er effekten av tDCS enn motor cortex nylig blitt funnet å være meget variabel mellom individer, og ikke alltid polaritet spesifikke 22,23. Det samme har også blitt sagt for effekter av tDCS i det kognitive domenet 23. Det er fortsatt et begrenset om av data om neuro-forsterke effekten av tDCS generelt. Men det kan være tilfelle thved off-line effekter av tDCS over lillehjernen er mest i stand til å bedre atferd når deltakerne har å fullt engasjere seg med en vanskelig kognitiv oppgave, eller når de finner oppgaven vanskelig å utføre fordi det stiller høye krav til WM og aktsomhet ressurser. Dette synet tilsier at effektene av lillehjernen-tDCS på kognisjon kan være oppgave- eller lastavhengig: mediert kanskje ved å forbedre kognitive funksjoner i deler av cerebro- cerebellar sti som er aktive under stimulering. Denne tolkningen av våre data paralleller vel med at av online effekter av tDCS på kognisjon, som i dag er antatt å være sensitiv til staten av den aktive nettverk i den tiden av stimulering 50. TDCS kan ikke føre til endringer i ytelse hvis det finnes tilstrekkelige kognitive ressurser tilgjengelig for å utføre oppgaven godt, men bare når systemet er engasjert, slik at den bruker mer ressurser. Ja, fMRI studier viser hvordan nevrale aktiviteten i en frontal-parietal nettverk er positively korrelert med økt oppgave kompleksitet 51. For å konkludere, denne artikkelen beskrives en hjernestimulering prosedyre som brukes tDCS å stimulere lillehjernen under en serie av informasjon-behandling oppgaver med varierende kognitiv belastning, der katodisk depresjon av lillehjernen aktivitet (og ikke anodisk eksitasjon) forbedret ytelse under attentionally krevende og vanskelig kognitive oppgaver. Vi har spekulert på om dette kan oppnås ved å dis-inhibering av WM regioner av prefrontale cortex: slippe ekstra kognitive ressurser når visse oppgaver er vanskelig å utføre. En bedre forståelse av individuelle faktorer som bestemmer effekten av tDCS er nå nødvendig som forhåpentligvis kommer ut i videre studier, sammen med forbedrede protokoller for å levere elektrisk hjernestimulering hos friske og pasientpopulasjoner. Dermed kan det videre arbeidet bli guidet mot å bøte på de kognitive symptomer på visse sykdommer ved hjelp transcranial elektrical hjernestimulering som en kognitiv rehabilitering verktøy for å modulere cerebro- cerebellar kretser.

Elektrisitet har vært brukt i medisin i over 100 år. I dag, hjerne stimulering blir mer hyppig brukt i ulike laboratorier og klinikker som et analyseverktøy for teste hypoteser om hvordan motor og kognitive funksjoner utføres av storhjernen og lillehjernen, og hvordan sammenhenger mellom disse to hjerneregioner støtter disse funksjonene. Med hensyn til cerebellum, dette blant annet fordi de laterale cerebellare halvkuler, som er antatt å være involvert i kognisjon (se nedenfor), er tilgjengelig for trans elektrisk stimulering, er følsomme for virkningene av polariserende strømmer, og fordi fremgangsmåten er relativt billig og lett å utføre i humane deltakere. Hjernen stimuleringsprosedyren beskrevet i denne artikkelen viser hvordan kognitive prosesser som arbeidsminne og oppmerksomhet kan tilrettelegges i løpet av oppgaver som er &quot;mer&quot; heller enn &quot;mindre&quot; kognitivt krevende en. Den tolkeasjon av disse oppgavespesifikke resultater, er fast begrenset av en forståelse av fysiologi av cerebro- cerebellar sti. Neuro-forbedringseffekter, selv når oppgavene er vanskelig, blir også observert etter elektrisk stimulering av den prefrontale cortex 2,3,4,5. Lillehjernen spiller en viktig rolle i å forutsi, timing og gjennomføring av bevegelser 6. Men ulike linjer av forskning tyder nå på at lillehjernen kan påvirke kognitive prosesser. I den anatomiske domene, for eksempel har flere studier antydet at gjensidige forbindelser mellom områdene av prefrontale cortex og cerebellum (dvs. den cerebro-cerebellar pathway) kan støtte kognisjon 7,8,9,10,11,12. I den kliniske domene, noen pasienter med skade på bestemte deler av bakre cerebellum stede med intellektuelle og følelsesmessige problemer som har symptomer er begrepsfestet i &quot;dysmetri tanke &#39;hypotese, ogklinisk kalt &#39;lillehjernen kognitiv affektiv syndrom (CCAS), mens de med skader på fremre deler av lillehjernen, nåtid med motoriske vansker (for eksempel ataksi) og begrepsfestet som &quot;dysmetri bevegelses&#39; 13,14,15. I hjernen bildebehandling domene, Schmahmann og kolleger 16,17 har brukt funksjonell magnetresonanstomografi (fMRI) og funksjonell tilkobling for å kartlegge oppgave-spesifikke regioner i lillehjernen og tilkoblingene disse områdene gjøre med prefrontal lapp under motoriske og kognitive oppgaver. De kognitive oppgaver som presenteres i denne undersøkelse ble valgt fordi de har tidligere blitt vist å aktivere såkalte ikke-motoriske områder av cerebellum. Men de har også gjort oss i stand til å partisjonere ut motor og kognitive oppgave komponenter, som ble oppnådd ved å variere graden av kognitiv forhold til motor krav som er nødvendige for å utføre dem riktig, og intervensjon av en hjernestimulering procedure som tidligere har vist seg å modulere hjerne-atferd relasjoner. Nylige forsøk på å modulere hjerne funksjon og virkemåten har omfattet bruk av polariserende strømmer på tvers av hodebunnen, betegnet, transcranial likestrøm stimulering (tDCS). Faktisk har klinikere vært stimulerende lillehjernen cortex med implanterte elektroder i pasientpopulasjoner siden 1970-tallet med oppmuntrende terapeutiske resultater 18. I dag, stimulerende hjernen over hodebunnen er realisert til å være nyttig for å studere hjerne-atferd relasjoner hos friske deltakere. TDCS hos mennesker normalt involverer levering av en lav (1-2 mA) likestrøm (DC) kontinuerlig gjennom et par av saltvann-fuktet elektroder i 15-20 min. En typisk elektrodemontasje for å stimulere hjernen kan omfatte en (anodisk) elektrode er plassert på hodet (over hjerneregionen av interesse), og den andre (katodisk) elektroden blir plassert på kinnet (cephalica) eller skulder (ingenn-cephalica) på den kontralaterale siden av kroppen. I tilfelle av stimulerende lillehjernen, har intracerebral strøm mellom de to elektrodene relativt lite funksjonell spres til nærliggende områder (f.eks visuelle cortex 19) og er antatt å eksitere eller trykk Purkinje-celler i lillehjernen cortex 20, som produserer både nevrofysiologiske og adferds forandringer. Spredningen av nåværende og effekter av lillehjernen-tDCS i mennesker kan utledes fra modelleringsdata eller fra dyrestudier, og fra indirekte virkninger på motor cortex. I motor domene, er effekten også vist seg å være polaritet spesifikke som dokumentert av konsekvensene av lillehjernen stimulering på motor cortex oppstemthet 20. For eksempel har anodisk stimulering generelt en eksitatorisk virkning og øker produksjonen av Purkinje-celler; økende inhibering av facilitatory veien fra den cerebellare kjerner til hjernebarken, mens katodisk stimulering generelt har en motsatt effect dvs. dis-inhibering av hjernebarken ved å redusere Purkinje celle hemming av cerebellare kjerner. Anatomiske studier i primater avsløre hvordan Purkinje celler kunne utøve en facilitatory kjøretur på både motor og kognitive kretser, via en synaptisk relé i ventral-lateral thalamus 21. Men nyere tDCS studier på mennesker tyder på at anodisk-katodisk skillet er ikke entydige. For eksempel, ettervirkninger av tDCS enn motor cortex er svært variabel mellom individer, og er ikke alltid polaritet spesifikke 22. Lignende kritikk er også pålagt mot resultater i det kognitive domenet 23. Dette kan bidra til å forklare hvorfor effekter på kognitive funksjoner er vanskeligere å oppdage og å tolke enn de direkte virkningene av lillehjernen på motoriske områder på grunn av lillehjernen-hjerne hemming (CBI 20). Slike observasjoner aktualiserer behovet for å bedre forstå individuelle faktorer som bestemmer effekten av hjernen stimulation, og for å utvikle forbedrede protokoller for å stimulere hjernen. Endringer i både motoriske og kognitive funksjoner er fysiologisk plausibel via elektrisk stimulering av cerebello-thalamo-cortical vei 24. Med hensyn til kognitive funksjoner, har en modulerende effekt av lillehjernen-tDCS på verbal arbeidsminne blitt rapportert 25,26. Og varige effekter på kognisjon fra stimulerende regioner av prefrontal cortex er også observert 2,3,4,5. Men de fysiologiske effektene av hjernestimulering på nevroner er forskjellig avhengig av om atferden er testet under (on-line effekter) eller etter (off-line effekter) stimulering perioden 27. Det har vært antydet at on-line effekter kan inkludere endringer i den intracellulære miljø (f.eks., Ionekonsentrasjoner) og den elektrokjemiske gradient (f.eks membran potensialene), mens off-line effekter kan inneholde mer varige endringer i nevrale aktivity grunn av endrede intracellulære prosesser (f.eks reseptor plastisitet) 27. Denne studien undersøker off-line virkninger der tDCS er brukt i mellom to økter av kognitiv testing, og atferd er sammenlignet mellom de to øktene. Gransker en rolle for lillehjernen i kognisjon er assistert av bruk av oppgaver som tidligere har vist seg å involvere lillehjernen fungerer. En spesiell oppgave innebærer aritmetisk resonnement og delt oppmerksomhet og kalles pacet Auditory Serial Tilsetting Task (Pasat 28). Det har blitt brukt mye til å vurdere ulike kognitive funksjoner hos både friske og pasientpopulasjoner. Testen innebærer vanligvis deltakerne lytter til tallene presenteres hver 3 sek, og legger til antallet de hører til nummeret de har hørt før (heller enn å gi en løpende sum). Det er en utfordrende oppgave, og pålegger en høy grad av WM, oppmerksomhet og aritmetisk evne. Det innebærer også aktiteten i storhjernen og lillehjernen knyttet til disse spesielle elementer av oppgaven som avslørte på PET 29 og MR 30. For å gjøre oppgaven mer kognitivt vanskelig og attentionally krevende (som bekreftet av andre i en fersk studie 31 ble de opprinnelige instruksjonene endret slik at deltakerne ble pålagt å trekke nummeret de høre fra nummeret de har hørt før. Vi kaller denne nye oppgaven tempoet Auditory Serial subtraksjon Task (passt 1), og det er vanskeligere å utføre enn pasat som dokumentert av subjektive rangeringer oppgave vanskelighetsgrad og betydelig lengre reaksjonstider en. Begge versjonene av oppgaven ble inkludert, slik at man var mer kognitivt vanskelig og attentionally krevende å utføre enn den andre, mens motorkrav (hemmelig tale operasjoner) var sammenlignbare mellom oppgaver. Hvis lillehjernen er involvert i kognisjon, kan da perturbing sin funksjon med tDCS forstyrre rollen som denne structure under ytelse på passt, men ikke nødvendigvis på Pasat. En annen oppgave brukt mye til å etterforske en rolle for lillehjernen under tale og språk aspekter av kognisjon er den Verb Generation Task (VGT 32,33,34,35,36,37). I likhet med Pasat, har det vært brukt mye til å teste verbal arbeidsminne hos friske og pasientpopulasjoner. I utgangspunktet krever VGT er med å si høyt et verb (f.eks kjøring) som svar på et visuelt present substantiv (f.eks bil), sammenlignet med ytelsen på en kontroll oppgave der deltakerne lese substantiver høyt. Genererer verb og lese substantiver har lignende perseptuelle og motoriske krav, men forskjellige verbal WM krav (dvs. større semantisk analyse). Og større aktivitet i et cerebro- lillehjernen nettverket er forbundet med å generere verb sammenlignet med lesing av substantiver 34,35,36. Ord genereres også raskere (en effekt av priming) når oppgavene ergjentas med de samme ordene (i tilfeldig rekkefølge) på tvers av blokker, og cerebro- lillehjernen aktivitet øker som observert på PET 33 og fMRI 37. I denne artikkelen, er en fremgangsmåte som er beskrevet for påføring av tDCS over cerebellum å undersøke en rolle for denne hjernestrukturen i kognisjon, sammen med to aritmetiske (eksperiment ene) og tre språkoppgaver (eksperiment to) av forskjellig vanskelighetsgrad, hvilke tre separate grupper av deltagere utført før og etter stimuleringen perioden. Vi antok, gitt en rolle for lillehjernen i kognisjon, at ytelsen på de mer krevende oppgaver (dvs. passt og verb generasjon) vil bli påvirket mer av tDCS (off-line effekter) enn ytelsen på de mindre krevende oppgaver (Pasat og substantiv / verb lesing).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1000">
	<tbody>
		<tr height="44">
			<td height="44" style="height:44px;width:187px;">Name of Material/Equipment</td>
			<td style="width:125px;">Company</td>
			<td style="width:107px;">Model</td>
			<td style="width:583px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="82">
			<td height="82" style="height:82px;width:187px;">Headset</td>
			<td style="width:125px;">Beyerdynamic</td>
			<td style="width:107px;">DT234 Pro</td>
			<td style="width:583px;">Ensure the microphone does not move from the participants mouth in between testing.</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:187px;">DC stimulator</td>
			<td style="width:125px;">Magstim</td>
			<td style="width:107px;">DC Stimulator Plus</td>
			<td style="width:583px;">Electrode placement is a critical success factor for tDCS efficacy</td>
		</tr>
		<tr height="72">
			<td height="72" style="height:72px;width:187px;">Stimulus presentation and recording software&#160;</td>
			<td style="width:125px;">www.neurobs.com</td>
			<td style="width:107px;">Presentation (Version 14.2)</td>
			<td style="width:583px;">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

Tallrike studier har nylig kommet til at demonstrere muligheten for å modulere, og i noen tilfeller forbedrer kognitive prosesser ved begge områder av hjernen som er involvert i hukommelsen og oppmerksomheten ved hjelp transcranial elektrisk hjerne stimulering. Noen forskere mener nå lillehjernen støtter kognisjon, muligens via en ekstern neuromodulatory effekt på prefrontal cortex. Dette notatet beskriver en prosedyre for å undersøke en rolle for lillehjernen i kognisjon hjelp transcranial likestrøm stimulering (tDCS), og et utvalg av informasjon-behandling oppgaver av varierende oppgave vanskelighetsgrad, som tidligere har vist seg å involvere arbeidshukommelse, oppmerksomhet og lillehjernen fungerer . En oppgave kalles pacet Auditory Serial Tilsetting Task (Pasat) og den andre en roman variant av denne oppgaven kalt pacet Auditory Serial subtraksjon Task (passt). Et verb generasjon oppgave og sine to kontroller (substantiv og verb lesing) ble også undersøkt. Alle fem tspør ble utført av tre separate grupper av deltakere, før og etter at modulering av Cortiço-lillehjernen tilkobling ved hjelp av anodisk, katodisk eller simulert tDCS over høyre lillehjernen cortex. Prosedyren demonstrerer hvordan ytelsen (nøyaktighet, verbal respons ventetid og variabilitet) kunne være selektivt bedre etter katodisk stimulering, men bare under oppgaver som deltakerne vurdert som vanskelig, og ikke lett. Ytelsen var uendret ved anodisk eller humbug stimulering. Disse funnene demonstrerer en rolle for lillehjernen i kognisjon, hvor aktiviteten i venstre prefrontal cortex er sannsynlig dis-hemmet av katodisk tDCS over høyre lillehjernen cortex. Transcranial hjernestimulering er økende i popularitet i ulike laboratorier og klinikker. Men ettervirkningene av tDCS er inkonsekvent mellom individer og ikke alltid polaritet spesifikke, og kan også være oppgave- eller last spesifikke, som alle krever videre studier. Videre arbeidet kan også bli guidet mot nevro-ekstrautstyrement i lillehjernen pasienter med kognitiv svikt når en bedre forståelse av hjernestimulering mekanismer har dukket opp.

<html> Data Analysis I eksperiment ett, ble resultatene analysert i forhold til antall riktige svar eller nøyaktighet score (uttrykt som prosent riktig), og gjennomsnittlig og variasjon (standardavvik) på deltakernes verbale responstider ved hjelp av separate blandede ANOVAs, for begge Oppgaver ( Pasat vs. passt), mellom Sessions (før vs. etter) og på tvers av grupper (anodisk, katodisk eller humbug). I forsøk to, ble gjennomsnittet og variasjonen av deltakernes verbale responser analysert ved å sammenligne dem mellom den første (Blokk 1) og siste (Block 5) sett gjentatte ord (total mengde læring) å bruke separate blandede ANOVAs innenfor hver oppgave (verb generasjon vs. substantiv lesing vs. verb lesing), Session (før vs. etter) og Gruppe (anodisk, katodisk eller humbug). Resultatene fra feil svar ble ekskludert fra alle dataanalyse, sammen med svar som ble forlenget i bare eksperiment to (over + 2 SD av gjennomsnittet). ove_content &quot;&gt; Experiment One (Aritmetiske Oppgaver) Stimulus Presentasjon Valuta Parvise t-tester justert for multiple sammenligninger bekreftet at deltakerspesifikke tiltakspresentasjons rater som er fastsatt i praksis ikke signifikant forskjellig mellom de tre gruppene (humbug, anodisk og katodisk grupper, 2,56, 2,50 og 2,49 sek, henholdsvis F 2, 63 = 0,23 P = 0.79). Nøyaktighet Scores Antall riktige svar økt på sesjon to (84.47%) sammenlignet med på sesjon én (76.30%) antakelig på grunn av praksis (figur 1), men mer så etter katodisk (77.50 vs. 89,32%), enn etter anodisk (77,80 vs . 82,80%) eller humbug (77,81 vs 80,91%) stimulering, noe som bekreftes av en Task x Session x Gruppe samhandling som var betydelig med ANOVA (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" /> Figur 1:. Nøyaktighet score før og etter lillehjernen tDCS Antallet riktige svar (bety en SEM, n = 20) selektivt bedre etter katodisk stimulering fra sesjon én (pre-stimulering) til sesjon to (post-stimulering), betydelig mer i subtraksjon oppgave (passt) enn i tillegg oppgave (Pasat). Stjernene viser signifikante forskjeller (p &lt;0,05) som avsløres med korrigerte parvise sammenligninger. Dette tallet har blitt forandret fra paven og MI Alle 1. Verbale responstider Riktige svar var betydelig raskere i løpet av Pasat enn under passt (1372 vs. 1447 msek; F 1,57 = 11,70, p &lt;0,001), og mer så etter tDCS (1446 vs. 1374 msek; F 1,57 = 36,43, p &lt;0,001). Ja, Task av Session av konsernet samspillet var nesten signifikant (F 1,57 = 2,65, P = 0,08), der responstider under passt redusert mer etter katodisk stimulering (1509 vs. 1322 millisekunder), enn etter anodisk (1491 vs . 1427 msek) eller humbug (1504 vs. 1427 msek) stimulering. Denne trenden var ikke tydelig under pasat. Responstid variabilitet Konsistensen av responstid også sunket betraktelig mellom sesjon én (386 msek) og to (354 msek; F 1,57 = 16,86, p &lt;0,001), som vist i figur 2b. Av spesiell interesse, Task x Session x Gruppe samspillet var signifikant (F 2,57 = 11,16, p &lt;0,001). Dette resultatet tyder på at responstiden variabilitet under passt redusert mer etter katodisk (403 vs.273 millisekunder), enn etter anodisk (418 vs 398 msek) eller humbug (396 vs 368 msek). Reduksjonen i responstid variabilitet var lik for de tre stimulerings grupper under tilsetn oppgave. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig2highres.jpg" /> Figur 2: (A) Mean verbal responstider før og etter lillehjernen tDCS. Gjennomsnittet av deltakernes verbale responstider (bety en SEM, n = 20) selektivt bedre etter katodisk stimulering fra sesjon én (pre-stimulering) til sesjon to (post-stimulering), om enn ikke signifikant (p = 0,08) i subtraksjon oppgave enn i tillegg oppgave. Dette tallet har blitt forandret fra paven og MI Alle 1. (B) Verbal responstid variabilitet før og etter lillehjernen tDCS. Variabiliteten (standardavvik) på deltakernes verbale responstider (bety en SEM, n = 20) selektivt forbedred betydelig etter katodisk stimulering mellom øktene under subtraksjon, men ikke under tillegg. Dette tallet har blitt forandret fra paven og MI Alle 1. Eksperimentere To (Språk Oppgaver) Mean totale lærings En effekt av læring mellom blokkene 1-5 ble beregnet for hver deltaker og funnet å være sammenlignbare i løpet av substantiv (0,03 sek) og verb (0,03 sek) leseoppgaver, men større i løpet av verb generasjon oppgave (0,20 sek [Se figur 3] ) som avslørt av en betydelig viktigste effekten av Task (F 2,56 = 67,17, p &lt;0,001). Interessant, en betydelig Session x Task x Gruppe samhandling, (F 4114 = 2.44, P = 0,05) foreslo at tDCS selektivt forbedret læring mellom øktene på verbet generasjon oppgave etter katodisk (0,18 vs 0,31 sek), men ikke etter anodisk (0,18 vs. 0,17 sek) eller humbug (0,17 vs. 0,19 sek). <img alt="Figur 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig3highres.jpg" width="600" /> Figur 3:. Mean totale lærings mellom gjentatte blokker Mean svar (bety en SEM, n = 20) mellom blokkene 1-5 var raskere etter tDCS løpet av verb generasjon (VG) oppgave, enn i løpet av substantiv lesing (NR), verb lesing (VR) oppgaver. Stjernene viser signifikante forskjeller (p &lt;0,05) som avsløres med korrigerte parvise sammenligninger. Dette tallet har blitt forandret fra paven og MI Alle 1. Totale lærings variabilitet Konsistensen av læring mellom blokkene 1-5 ble også beregnet (se figur 4), og funnet å være selektivt forbedret i løpet av verb generasjon oppgave etter katodisk (0,08 vs 0,19 sek), men ikke etter anodisk (0,08 vs 0,08 sek) eller humbug (0,08 vs 0,06 sek) tDCS som preget av en significant Session x Task x Gruppe samhandling, (F 4114 = 2.23 P &lt;0,05). <img alt="Figur 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52302/52302fig4highres.jpg" width="600" /> Figur 4:. Total læring variasjon mellom gjentatte blokker Variabiliteten av responser (gjennomsnittlig SD en SEM, n = 20) mellom blokkene 1-5 var mer konsekvent etter tDCS løpet av verb generasjon (VG) oppgave, enn i løpet av substantiv lesing ( NR), verb lesing (VR) oppgaver. Stjernene viser signifikante forskjeller (p &lt;0,05) som avsløres med korrigerte parvise sammenligninger. Dette tallet har blitt forandret fra paven og MI Alle 1.

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

Moduler Cognition hjelp Transkraniell Direct Current Stimulering av lillehjernen

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.

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

Research

JoVE Journal

Behavior

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Samtidig EEG overvåking under Transkranial Direct Current Stimulering

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

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Stimulere Lip Motor Cortex med transkranial magnetisk stimulering

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transkraniell Direct Current Stimulering og samtidig funksjonell Magnetic Resonance Imaging

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

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transkranial magnetisk stimulering for Gransker årsaks Brain-atferdsrelasjoner og deres tid Course

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

Multifunksjonell Setup for å studere menneskelig Motor kontrollen Bruke Transkraniell magnetisk stimulering, Elektromyografi, Motion Capture, og Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

Nevrostyrt Gjentatte Transkranial magnetisk stimulering for Afasi

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation tACS

Samtidig Electroencephalography Recording Under Transkraniell Alternating Current Stimulering (TACS)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to ...

Treating Clinical Depression with Repetitive Deep Transcranial Magnetic Stimulation Using the Brainsway H1-coil

Behandling av klinisk depresjon med Repetitive Deep Transkranial magnetisk stimulering Bruke Brainsway H1-spiral

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses ...

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain

Gjentatte Transkraniell magnetisk stimulering til Ensidig halvkule av Rat Brain

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, ...

How to Use the H1 Deep Transcranial Magnetic Stimulation Coil for Conditions Other than Depression

Hvordan bruke H1 Deep Transkranial magnetisk stimulering Coil for Vilkår enn depresjon

Deep transcranial magnetic stimulation (dTMS) is a relatively new technique that uses different coils for the treatment of different neuropathologies. The ...