Name: transcranial direct current stimulation (tdcs) for memory enhancement
Uploaded: 2021-09-18T15:00:00
Duration: 10 min 37 s
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Questa ricerca è stata sostenuta dal Fondo scientifico della Repubblica di Serbia, PROMIS, sovvenzione n. #6058808, MEMORYST

Gli autori non hanno interessi contrastanti da divulgare

L'esito dello studio tDCS sulla memoria dipende dal numero di fattori, e alcuni dei quali, ad esempio, l'omogeneità / eterogeneità del campione, la potenza statistica sufficiente, la difficoltà dei compiti di memoria e la motivazione dei partecipanti sono stati precedentemente discussi (vedi Berryhill, 2014). Sono disponibili diversi articoli eccellenti sul metodo tDCS, nonché tutorial più generali sull'applicazione della tDCS per studiare le funzioni cognitive e possono essere ben applicati anche alla ricerca sulla memoria (vedi17,43,44,45,46,47). Qui ci concentreremo sugli aspetti del protocollo che, in base alla nostra esperienza, sono rilevanti ma spesso trascurati o non discussi in modo sufficientemente dettagliato altrove.
Posizionamento dell'elettrodo di ritorno. È importante tenere presente che l'elettrodo di ritorno non è un terminale passivo ma a polarità negativa (cioè catodo). Pertanto, può indurre effetti fisiologici opposti all'elettrodo bersaglio. Inoltre, il flusso di corrente, dipende dal posizionamento del ritorno tanto quanto dipende dall'elettrodo target. Inoltre, poiché la corrente scorre lungo il percorso di minor resistenza, se l'anodo e il catodo si trovano troppo vicini l'uno all'altro, la corrente può fluire solo sulla superficie cutanea e/o attraverso il liquido cerebrospinale tra gli elettrodi, lasciando così inalterato il tessuto corticale. Per questi motivi, la scelta accurata dell'elettrodo di ritorno è rilevante quanto la posizione dell'elettrodo target. Esistono prove meta-analitiche che suggeriscono che i catodi extracranici hanno maggiori probabilità di produrre effetti significativi48. Il posizionamento dell'elettrodo di ritorno sulla guancia controlaterale per il miglioramento della memoria è stato basato sulla modellazione del flusso di corrente e selezionato per evitare potenziali effetti confondenti della generazione di polarità negativa su aree cerebrali irrilevanti per la funzione. Il posizionamento dell'elettrodo di ritorno sulla guancia controlaterale è stato utilizzato con successo in precedenti studi WM (vedi36,37,38,49,nonché negli studi AM27,39,40),ed è stato evidenziato come una buona scelta per i montaggi tDCS che mirano a modulare anche altre funzioni cognitive45.
Accecante. Negli esperimenti in singolo cieco, per garantire l'accecamento del partecipante, la posizione dello stimolatore e/o del display di monitoraggio dovrebbe essere fuori dalla vista del partecipante. Ciò è particolarmente importante quando si utilizzano stimolatori con luci che indicano quando l'unità è accesa e / o che eroga corrente. Per i progetti in doppio cieco (quando sia il partecipante che lo sperimentatore non sono a conoscenza del protocollo che viene somministrato), si dovrebbe usare l'opzione in doppio cieco, o un'opzione simile disponibile per un determinato dispositivo. Se tale opzione non è disponibile, la buona pratica è quella di avere una procedura a due sperimentatore. Cioè, uno sperimentatore entra solo per eseguire il protocollo di stimolazione, mentre l'altro sperimentatore che esegue il partecipante attraverso l'esperimento, incluso il successivo compito di memoria e analizza i dati, lascia la stanza appena prima e durante la stimolazione. Per gli standard metodologici, gli esperimenti in doppio cieco sono preferiti ai progetti in singolo cieco perché riducono il pregiudizio o gli effetti "sperimentatori". Ciò è molto rilevante quando si conducono studi clinici e / o si utilizzano le valutazioni basate sull'intervista delle funzioni cognitive. Tuttavia, l'accecamento dello sperimentatore è meno problematico quando i partecipanti sono altamente motivati a massimizzare le loro prestazioni (che è principalmente il caso della valutazione della memoria o del miglioramento cognitivo in generale) e quando l'attività viene amministrata e valutata automaticamente (cioè, quando lo sperimentatore ha poco o nessun intervento nella fase di valutazione).
Attività durante tDCS. Gli autori di articoli tDCS raramente riferiscono su ciò che stavano facendo i partecipanti durante la stimolazione. Quando l'attività non viene segnalata, di solito è implicito che i partecipanti siano stati istruiti a sedersi comodamente e rilassarsi. Tuttavia, l'assenza di attività strutturata rappresenta la fonte del "rumore" incontrollabile negli esperimenti. Vale a dire, 20 minuti sono piuttosto lunghi, quindi alcuni partecipanti possono usare il tempo per rilassarsi (con possibilità di addormentarsi) mentre altri possono concentrarsi sulle sensazioni tDCS o iniziare a ruminare o pensare eccessivamente ad alcuni argomenti tDCS non correlati. Ci sono prove che suggeriscono che l'attività rilevante per la funzione ma non stancante eseguita durante la tDCS ha il potenziale per promuovere gli effetti tDCS50. Per questi motivi, nei nostri esperimenti, i partecipanti eseguono prove pratiche dei compiti di memoria da utilizzare come misure di esito o compiti di memoria simili. Le prove pratiche sono una buona scelta perché coinvolgono le stesse reti neurali della funzione target ma sono più facili e quindi non frustranti o faticose per i partecipanti. Oltre a ciò, l'esecuzione di prove pratiche durante la stimolazione è economica nel senso che riduce il tempo di test dopo tDCS, il che è un vantaggio soprattutto quando il progetto dello studio include più attività da completare post-tDCS. Tuttavia, le prove di pratica sono di solito molto più brevi di 20 minuti, quindi è necessario presentare anche attività alternative. A questo scopo, abbiamo utilizzato i comuni giochi di memoria40, che mantengono i partecipanti concentrati, li aiutano a passare il tempo e tengono la mente fuori dalle sensazioni indotte da tDCS e li rendono complessivamente più a loro agio nell'impostazione di test. Alcune cose da tenere a mente quando si sceglie l'attività di memoria da eseguire durante tDCS sono che l'attività non dovrebbe essere difficile ma anche non noiosa (le attività adattive impostate al tasso di successo dell'80% sono buone in questo contesto); l'attività non dovrebbe avere il materiale che potrebbe interferire con la successiva valutazione della memoria (ad esempio, quando si valuta la memoria per volti e parole, si possono usare coppie di immagini / forme astratte). Un'altra questione importante è la durata del "periodo di assuefazione", cioè quanto tempo dopo l'inizio della stimolazione i partecipanti dovrebbero iniziare a svolgere l'"attività di distrazione". Ci sono differenze individuali nell'intensità della sensazione e nei tempi di assuefazione, ma la maggior parte dei partecipanti sarà pronta per iniziare l'attività dopo 3-5 minuti di stimolazione.
Sensazioni cutanee. Alcuni partecipanti possono essere più sensibili agli effetti cutanei della tDCS, riportando così livelli elevati di disagio, anche se questo non accade molto spesso. È importante informare i partecipanti sulle potenziali sensazioni che potrebbero provare prima dell'esperimento. Se qualcuno ha paura della procedura, spesso lasciamo che i partecipanti "sentano" la corrente sulla loro mano prima di mettere le spugne sulla loro testa. I partecipanti dovrebbero essere continuamente monitorati e invitati a fornire un feedback sul loro livello di comfort e sensazioni a intervalli regolari. Se il partecipante segnala un aumento del livello di disagio, offri sempre di interrompere l'esperimento. È essenziale che i partecipanti siano consapevoli che la stimolazione può essere interrotta in qualsiasi momento se lo chiedono. Se il partecipante decide di interrompere la stimolazione, la corrente deve essere lentamente abbassata (la brusca cancellazione del protocollo di stimolazione può indurre sensazioni ancora più forti). Spesso si raccomanda che nel caso di sensazioni spiacevoli l'intensità attuale venga temporaneamente abbassata al più alto livello di comfort, fino a quando il partecipante non si adatta, e quindi gradualmente tornata all'intensità target. Questa sembra un'alternativa appropriata all'interruzione del protocollo di stimolazione, specialmente se la tDCS viene utilizzata in ambito clinico. Tuttavia, quando la tDCS viene utilizzata per scopi di ricerca, e specialmente in campioni relativamente piccoli, è essenziale che tutti i partecipanti si sottopongano alla stessa procedura. Pertanto, interrompere l'esperimento è preferibile all'abbassare l'intensità della stimolazione per alcuni partecipanti per qualche tempo.
Segnalazione della metodologia tDCS e monitoraggio di potenziali confusioni. Il campo di ricerca tDCS è altamente eterogeneo per quanto riguarda metodi e misure, quindi è importante riportare chiaramente tutti gli aspetti della procedura tDCS, compresa la procedura di accecamento e la valutazione; il posizionamento della testa del bersaglio e la posizione dell'elettrodo di ritorno; la dimensione e la forma degli elettrodi; tipo di sostanza conduttura utilizzata (soluzione salina o gel); l'intensità di corrente (mA) e la densità (mA/cm2), nonché la durata del periodo di dissolvenza in entrata/uscita; i livelli di impedenza se misurati; la durata della stimolazione (compreso il periodo di fade-in/out); il resoconto dettagliato delle attività in cui i partecipanti sono stati impegnati durante la stimolazione; i tempi e la durata dei compiti cognitivi successivi alla stimolazione (compresi i tempi di pausa, se presenti). Questo tipo di informazioni facilita la standardizzazione e l'analisi sistematica degli studi pubblicati (vedi revisione recente per esempio51). Gli aspetti che vengono raramente riportati sono l'effetto di variabili potenzialmente moderate / confondenti come l'ora del giorno della sessione tDCS, il livello di stanchezza / umore riportato dai partecipanti, il successo dell'accecamento (cioè le convinzioni sul tipo di stimolazione che stanno ricevendo), l'ordine delle sessioni sperimentali nei progetti all'interno del soggetto, ecc. La maggior parte di queste variabili sono state segnalate per modulare gli effetti della tDCS, ma il loro effetto rimane poco studiato e riportato in modo incoerente. Pertanto, gli studi tDCS dovrebbero garantire di raccogliere e riferire su eventuali variabili potenzialmente confondenti; per i dettagli sulle buone pratiche si vedano le tabelle 10A, 10B, 11 di Antal e colleghi34.
L'applicazione del protocollo descritto per la tDCS anodale sia nel suo standard o, ancora di più, nella sua forma avanzata (cioè tDCS modulata oscillatoriamente) fornisce un mezzo non solo per il miglioramento delle funzioni di memoria (e l'uso prospettico nelle popolazioni cliniche), ma consente anche di investigarsi della neurobiologia delle reti neurali funzionali alla base di queste funzioni.

La memoria svolge un ruolo vitale nel funzionamento quotidiano in quanto consente di ricordare informazioni su persone e luoghi, ricordare eventi passati, apprendere nuovi fatti e abilità, nonché di esprimere giudizi e decisioni. Qui ci concentriamo su due tipi di memoria: memoria di lavoro (WM) e memoria associativa (AM). WM ci fornisce la possibilità di mantenere e archiviare temporaneamente le informazioni per l'elaborazione cognitiva in corso1, mentre AM ci consente di ricordare più pezzi di esperienza o informazioni legate insieme. Pertanto, questi due tipi di memoria sottolineano quasi tutte le attività quotidiane. Sfortunatamente, la memoria è una delle funzioni più vulnerabili in quanto diminuisce con il normale invecchiamento e a causa di vari stati e condizioni patologiche. Sia il declino della WM che dell'AM è prominente nel decadimento cognitivo lieve2,3 e nella demenza4,5 e nel normale invecchiamento6,7. Poiché i deficit di memoria sono associati a un elevato livello di carico di malattia8,9 e influenzano significativamente la qualità della vita10,11,12,13, vi è una crescente necessità di nuovi approcci alla prevenzione e al trattamento del declino della memoria.
La stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è uno strumento promettente per affrontare il declino della memoria14,15,16 e ottenere una migliore comprensione delle funzioni cerebrali in generale17. tDCS è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva che utilizza deboli correnti elettriche (di solito tra 1 mA e 2 mA) per modulare l'attività cerebrale influenzando l'eccitabilità della membrana neuronale. Gli effetti della tDCS dipendono dalla polarità, in modo tale che la stimolazione anodica aumenta mentre la stimolazione catodale diminuisce l'eccitabilità neuronale. Vale a dire, il tDCS anodale aumenta la probabilità che i potenziali d'azione si attivino attraverso la depolarizzazione delle membrane neuronali, facilitando così l'attività cerebrale spontanea sotto l'anodo18. Inoltre, è dimostrato che l'effetto di una maggiore attivazione non rimane localizzato ma tende a diffondersi ad altre aree funzionalmente connesse del sistema nervoso centrale. Ci si aspetta quindi che la tDCS anodale promuova funzioni cognitive che si basano su regioni cerebrali mirate e aree cerebrali funzionalmente interconnesse, mentre la tDCS catodale dovrebbe avere l'effetto opposto.
La tDCS ha diversi vantaggi rispetto ad altre tecniche di stimolazione cerebrale: (1) la tDCS è sicura, cioè non pone rischi per la salute e non produce cambiamenti strutturali o funzionali negativi a breve o lungo termine19; (2) la tDCS è caratterizzata dalla massima tollerabilità tra le tecniche di stimolazione cerebrale in quanto provoca un disagio minimo ai partecipanti sotto forma di lieve formicolio e sensazioni di prurito sotto gli elettrodi stimolanti20; (3) la tDCS è conveniente: il prezzo dei dispositivi e delle applicazioni tDCS è da dieci a cento volte inferiore rispetto ad altre opzioni di trattamento, il che lo rende attraente per i pazienti e il sistema sanitario; (4) tDCS è facile da usare e quindi ha un elevato potenziale da applicare anche in ambienti domiciliari, il che può portare a una maggiore conformità dei pazienti e a costi ridotti per il personale medico e le strutture.
Le principali sfide per l'utilizzo di tDCS per il miglioramento della memoria sono trovare il montaggio ottimale dell'elettrodo e il protocollo di stimolazione che produrrà effetti affidabili sulla memoria. Qui usiamo il termine montaggio dell'elettrodo per riferirci alla configurazione e alle posizioni degli elettrodi (cioè il posizionamento dell'elettrodo target e di riferimento (ritorno). A causa della natura dei campi elettrici, l'elettrodo di riferimento (ritorno) non è neutro - ha la polarità opposta all'elettrodo bersaglio - e quindi può anche esercitare effetti biologici (neuromodulatori) sul tessuto neurale sottostante. Pertanto, un'attenta scelta dell'elettrodo di riferimento è essenziale per evitare effetti aggiuntivi indesiderati della stimolazione.
Quando si utilizza il termine protocollo di stimolazione, ci riferiamo ai parametri tDCS come la durata e l'intensità della corrente applicata, nonché il modo in cui l'intensità della corrente cambia nel tempo (cioè, se l'intensità è costante durante la stimolazione o cambiamenti a seguito di una forma d'onda sinusoidale con una certa ampiezza e frequenza). Diversi protocolli di stimolazione possono essere applicati utilizzando lo stesso montaggio di elettrodi e lo stesso protocollo può essere utilizzato su diversi montaggi.
Per ottimizzare il montaggio dell'elettrodo, esaminiamo le aree cerebrali rilevanti per la funzione e come i campi elettrici indotti da varie posizioni degli elettrodi influenzerebbero quelle aree cerebrali e di conseguenza le funzioni cognitive. Diverse strutture corticali e sottocorticali svolgono un ruolo significativo nelle funzioni di memoria, comprese le aree della corteccia frontale, temporale e parietale. Vale a dire, WM è supportato da una rete neurale diffusa che comprende dorsolaterale (DLPFC) e corteccia prefrontale laterale ventrale (VLPFC), pedomotorie e cortecce motorie supplementari, nonché corteccia parietale posteriore (PPC)21. Per l'AM e la memoria episodica in generale, le strutture all'interno del lobo temporale mediale sono essenziali22. Tuttavia, anche le aree associative delle cortecce parietali, frontali e temporali, con i loro percorsi convergenti verso l'ippocampo, svolgono un ruolo significativo. A causa della sua posizione anatomica, l'ippocampo non può essere stimolato direttamente utilizzando la tDCS, e quindi il potenziamento delle funzioni di memoria dipendenti dall'ippocampo viene effettuato utilizzando i bersagli corticali con elevata connettività funzionale all'ippocampo come la corteccia parietale posteriore. Per questi motivi, DLPFC e PPC sono più frequentemente utilizzati come bersagli di stimolazione per migliorare la memoria. Il posizionamento degli elettrodi può essere ulteriormente perfezionato sulla base della modellazione del flusso di corrente23 e convalidato in studi che combinano tDCS con tecniche di neuroimaging24.
Il protocollo di stimolazione più comune è una corrente anodale costante di 1-2 mA che dura tra 10-30 minuti. Il meccanismo assunto alla base di questo protocollo è che l'elettrodo con una carica positiva aumenterà l'eccitabilità del tessuto corticale sottostante che si tradurrà in un miglioramento delle prestazioni di memoria successive. A differenza del tDCS anodale costante, dove l'intensità di corrente rimane la stessa durante l'intero periodo di stimolazione, nel protocollo tDCS oscillatorio l'intensità della corrente fluttua alla frequenza data intorno a un valore impostato. Pertanto, questo tipo di protocollo modula non solo l'eccitabilità, ma coinvolge anche le oscillazioni neurali delle aree cerebrali rilevanti. È importante notare che sia per il tDCS costante che per quello oscillatorio gli elettrodi mantengono la stessa polarità di corrente per l'intera durata della stimolazione.
Qui presentiamo montaggi tDCS che prendono di mira i nodi all'interno della rete fronto-parieto-ippocampale per promuovere la memoria - sia WM che AM: in particolare, due montaggi di elettrodi con l'elettrodo target su DLPFC sinistro / destro o PPC sinistro / destro. Oltre al protocollo tDCS anodale costante delineiamo un protocollo tDCS oscillatorio theta.
Progettazione dello studio Prima di fornire una guida dettagliata su come utilizzare tDCS per il miglioramento della memoria, delineeremo alcune proprietà essenziali del progetto sperimentale che sono importanti da considerare quando si pianifica uno studio tDCS sulla memoria.
Controllo fittizio Per valutare gli effetti della tDCS sulla memoria, lo studio deve essere controllato in modo fittizio. Ciò implica che in una delle condizioni sperimentali il protocollo assomiglia a una vera e propria sessione di stimolazione, ma non viene somministrato alcun trattamento. Questa sessione falsa o fittizia serve come punto di riferimento per confrontare le prestazioni seguendo il tDCS reale e fare inferenze sulla sua efficacia. Comunemente, nel protocollo sham la corrente viene applicata solo per un breve periodo - di solito fino a 60 secondi all'inizio e alla fine della stimolazione sham come ramp-up seguita da ramp-down immediato (cioè fade-in / fade-out, fino a 30 secondi ciascuno) moda. In questo modo si assicura che la durata della stimolazione sia insufficiente a produrre effetti comportamentali o fisiologici. Poiché le sensazioni locali della pelle / cuoio capelluto sono solitamente più pronunciate all'inizio e alla fine della stimolazione (a causa di cambiamenti nell'intensità attuale), le sensazioni indotte in tutti i protocolli sono comparabili e difficili da distinguere25. In questo modo, il partecipante è accecato sul fatto che la stimolazione sia reale o meno, il che è particolarmente importante nei progetti all'interno del soggetto.
Oltre al controllo sham, per valutare la specificità degli effetti dei protocolli oscillatori, è consigliabile avere anche una condizione di controllo attivo. Ad esempio, il controllo attivo per il protocollo oscillatorio può essere la stimolazione anodale costante della stessa intensità26,27, o la stimolazione oscillatoria in diverse frequenze, ad esempio theta vs gamma28.
Design all'interno o tra i soggetti. Nella progettazione all'interno dei soggetti ogni partecipante subisce sia tDCS reali che fittizi, mentre nella progettazione tra soggetti un gruppo di partecipanti riceve tDCS reali e l'altro gruppo riceve tDCS fittizio. Il vantaggio principale della progettazione all'interno del soggetto è un migliore controllo delle confusioni specifiche del soggetto. Cioè, le differenze individuali nell'anatomia e nelle capacità cognitive sono meglio controllate per quando ogni partecipante viene confrontato con se stesso. Tuttavia, poiché la progettazione all'interno del soggetto deve essere applicata in modo cross-over (cioè, metà dei partecipanti riceve tDCS reale nella prima sessione e sham nella seconda sessione, mentre l'altra metà dei partecipanti riceve prima sham e tDCS reale secondo) questo design potrebbe non essere ottimale per studi clinici e di formazione, nonché studi che coinvolgono diverse sessioni tDCS per giorni consecutivi, perché la progettazione crossover può comportare linee di base disuguali tra i bracci crossover. Pertanto, la progettazione all'interno del soggetto è più adatta quando si valutano gli effetti comportamentali o fisiologici di una singola sessione tDCS e quando le linee di base disuguali non sono considerate un problema per l'ipotesi di ricerca. Nella progettazione all'interno del soggetto che valuta gli effetti della singola sessione tDCS, è buona norma mantenere 7 giorni tra la sessione tDCS reale e quella fittizia per evitare effetti di riporto (tuttavia alcuni studi suggeriscono che periodi di wash-out ancora più brevi non influenzano significativamente i risultati29,30)e utilizzare forme parallele di attività di memoria in ordine controbilanciato per ridurre al minimo l'allenamento e gli effetti di apprendimento tra le sessioni.
Quando si utilizza la progettazione tra soggetti, il gruppo di controllo deve essere attentamente abbinato per le prestazioni basali, nonché altre caratteristiche rilevanti note per essere rilevanti per l'efficacia della tDCS. L'assegnazione casuale di gruppi potrebbe non essere l'approccio migliore in campioni di piccole dimensioni (ad esempio, <100) in quanto potrebbe portare a una corrispondenza non ottimale. In entrambi i casi, le prestazioni di base dovrebbero essere contabilmente considerate nell'analisi statistica.
Dimensione del campione. Una delle domande più frequenti è "quanti partecipanti è necessario per rilevare gli effetti tDCS". La risposta a questa domanda dipende da diversi aspetti dello studio, tra cui la progettazione sperimentale, le dimensioni degli effetti attesi, il tipo di analisi statistica, ecc. Le dimensioni del campione negli esperimenti di stimolazione cerebrale sono spesso troppo piccole e si stima che gli studi in questo campo perdano circa il 50% dei veri risultati positivi perché sono sottodimensionati31. L'analisi della potenza consente di determinare la dimensione del campione adeguata per ogni esperimento specifico in base al progetto dello studio e alla dimensione dell'effetto prevista per l'analisi statistica pianificata. L'analisi di potenza può essere eseguita in ambiente R o utilizzando software gratuito specializzato come G*Power32,e va sempre eseguita a priori (cioè prima dell'esperimento). La potenza dovrebbe essere impostata su >,80 (idealmente .95) e la dimensione dell'effetto prevista sulle attività di memoria dopo una singola sessione tDCS è solitamente compresa tra .15-.20 (η2), cioè Cohen f 0.42-0.50. Pertanto, in genere è necessario arruolare 20-30 partecipanti in totale per l'esperimento all'interno del soggetto e 30-40 partecipanti per gruppo per lo studio tra soggetti, per ottenere un potere soddisfacente e quindi ridurre l'errore di tipo II. Tuttavia, la dimensione del campione dipende dal numero di altri fattori, tra cui l'analisi pianificata e la sensibilità delle misure di comportamento utilizzate. Pertanto, idealmente, si dovrebbe eseguire un esperimento iniziale per comprendere le dimensioni degli effetti per il progetto specifico e utilizzare tali dati come input per l'analisi della potenza. Tuttavia, è importante notare che l'esecuzione di un esperimento pilota su pochi partecipanti porterà a stime errate e inaffidabili delle dimensioni dell'effetto. Pertanto, se le risorse sono limitate, è meglio fare affidamento sugli studi precedenti con risultati comparabili e adottare un approccio leggermente più conservativo, cioè stimando per dimensioni di effetto leggermente inferiori a quelle riportate in letteratura.
Misure di risultato Per valutare l'efficacia della tDCS sulla memoria è necessario selezionare compiti comportamentali adeguati. In effetti, la scelta del compito di memoria è uno degli aspetti cruciali del disegno dello studio, perché la capacità di rilevare l'effetto tDCS dipende direttamente dalla sensibilità del compito. La sfida qui è che la maggior parte degli strumenti di valutazione della memoria standardizzati o dei compiti neuropsicologici classici potrebbero non essere abbastanza sensibili da rilevare gli effetti della tDCS in popolazioni specifiche. Inoltre, la maggior parte dei compiti standardizzati non sono disponibili in due o più forme parallele e quindi non possono essere utilizzati in progetti all'interno dei soggetti. Per questo motivo, la maggior parte degli studi sulla memoria tDCS utilizza attività di compilazione personalizzate. Quando si progetta o si seleziona la misura del risultato, è necessario assicurarsi che il compito sia: (1) misura focale / selettiva della funzione di memoria di interesse; (2) sensibile (cioè che la scala sia abbastanza fine da rilevare anche piccoli cambiamenti); (3) sfida per i partecipanti (vale a dire, che la difficoltà del compito è sufficiente e quindi per evitare effetti di celling); (4) affidabile (cioè che l'errore di misurazione sia ridotto al minimo possibile). Pertanto, si dovrebbero usare forme empiricamente convalidate rigorosamente parallele di compiti di memoria, che hanno un numero sufficiente di prove - sia per garantire la sensibilità della misura che per massimizzarne l'affidabilità. Idealmente, i compiti dovrebbero essere pre-testati su un gruppo campionato dalla stessa popolazione dei partecipanti all'esperimento per garantire che le massime prestazioni non siano raggiungibili e che le forme di attività abbiano indici di difficoltà uguali. Infine, è meglio utilizzare attività computerizzate quando possibile in quanto consentono una durata controllata e una tempistica precisa. In questo modo i ricercatori possono garantire che tutti i partecipanti siano sottoposti a valutazione della memoria allo stesso tempo rispetto ai tempi della stimolazione (durante o dopo la tDCS). La durata di ogni attività o blocco di attività non deve essere superiore a 10 minuti, per evitare affaticamento e fluttuazioni dei livelli di attenzione; la valutazione cognitiva non dovrebbe essere superiore a 90 minuti in totale (compresi i compiti sia durante che dopo la tDCS).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adjustable silicone cap</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alcohol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Comb</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton pads</td>
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			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Measuring tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber electrodes</td>
			<td></td>
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			<td></td>
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		<tr>
			<td>Saline solution</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single-use mini silicon hair bands</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Skin marker</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sponge pockets</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tDCS device</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

transcranial direct current stimulation (tdcs) for memory enhancement

Il miglioramento della memoria è una delle grandi sfide nelle neuroscienze cognitive e nella neuroriabilitazione. Tra le varie tecniche utilizzate per il potenziamento della memoria, la stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) sta emergendo come uno strumento particolarmente promettente per il miglioramento delle funzioni di memoria in modo non invasivo. Qui, presentiamo un protocollo tDCS che può essere applicato per il miglioramento della memoria negli studi sui partecipanti sani, nonché nella ricerca sull'invecchiamento e sulla demenza. Il protocollo utilizza una debole corrente anodale costante per stimolare bersagli corticali all'interno della rete funzionale cortico-ippocampale impegnata nei processi di memoria. L'elettrodo bersaglio viene posizionato sulla corteccia parietale posteriore (PPC) o sulla corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC), mentre l'elettrodo di ritorno viene posizionato extracranicialmente (cioè sulla guancia controlaterale). Inoltre, delineiamo un metodo più avanzato di tDCS oscillatorio, imitando un ritmo cerebrale naturale per promuovere le funzioni di memoria dipendenti dall'ippocampo, che possono essere applicate in modo personalizzato e non personalizzato. Presentiamo risultati illustrativi del miglioramento associativo e della memoria di lavoro a seguito di singole sessioni tDCS (20 minuti) in cui sono stati utilizzati i montaggi di elettrodi descritti con intensità di corrente comprese tra 1,5 mA e 1,8 mA. Infine, discutiamo i passaggi cruciali nel protocollo e le decisioni metodologiche che devono essere prese quando si progetta uno studio tDCS sulla memoria.

Il protocollo descritto è stato utilizzato con successo per migliorare le prestazioni della memoria in diversi studi nel nostro laboratorio. Tuttavia, protocolli simili sono stati utilizzati anche in altri laboratori di ricerca (ad esempio, vedi36,37).
Quando si tratta di memoria di lavoro, i nostri risultati hanno dimostrato che 20 minuti di tDCS frontale destro (posizione F4; corrente costante di 1,8 mA) hanno migliorato il WM verbale, mentre lo stesso protocollo di stimolazione applicato sulla corteccia parietale sinistra (posizione P3) ha portato a migliori prestazioni WM spaziali. Al contrario, non sono stati riscontrati effetti significativi quando lo stesso protocollo di stimolazione è stato applicato sulle cortecce frontale sinistra (F3) e parietale destra (P4). La Figura 4 mostra i risultati rappresentativi della modellazione del campo elettrico generato da tDCS e le misure delle prestazioni a seguito di tDCS attivo e fittizio sulla base dei dati riportati in Živanović et al., 202138.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62681/62681fig04.jpg"> Figura 4: (A) Effetti della tDCS anodale costante della PPC sinistra (montaggio della guancia P3-controlaterale) sulle prestazioni della memoria di lavoro spaziale (attività spaziale a 3 dorso); (B) Effetti della costante tDCS anodale del DLPFC destro (F4-controlaterale cheek montage) sulle prestazioni verbali di WM (compito verbale 3-back). La figura mostra la simulazione dei campi elettrici indotti dalla tDCS, lo schema delle prove di attività e le prestazioni all'interno dei soggetti in condizioni attive e fittizie (i valori sono centrati sull'ordine della sessione per tenere conto del controbilanciamento, cioè i valori positivi indicano prestazioni superiori alla media, mentre i valori negativi indicano prestazioni inferiori alla media durante la sessione). La simulazione dei campi elettrici locali generati dal set up dell'elettrodo viene eseguita utilizzando COMETS2 MATLAB toolbox 41. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62681/62681fig04large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Gli effetti della tDCS parietale sulla memoria associativa sono stati coerenti e robusti. Cioè, nella serie di esperimenti all'interno del soggetto abbiamo dimostrato che 20 minuti di tDCS su PPC sinistro (posizione P3; corrente costante di 1,5 mA) migliorano la memoria per le associazioni face-word27,39,40. La Figura 5 mostra l'attività rappresentativa e i risultati. Inoltre, sono stati osservati effetti comparabili sul compito AM valutando le associazioni oggetto-posizione quando il PPC destro (posizione P4) viene stimolato utilizzando lo stesso protocollo tDCS costante40.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62681/62681fig05.jpg"> Figura 5: Effetti della tDCS anodale costante del PPC sinistro (montaggio della guancia P3-controlaterale) sulle prestazioni della memoria associativa (A)Compito delle coppie faccia-parola; (B) Effetti della tDCS anodale costante della PPC sinistra (montaggio della guancia P3-controlaterale) sulle prestazioni della memoria associativa (proporzione di parole correttamente richiamate su cue). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62681/62681fig05large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
I protocolli più avanzati come il tDCS theta-oscillatorio sono stati studiati in modo meno approfondito, tuttavia lo studio di Lang e colleghi26 e il recente studio condotto nel nostro laboratorio27 hanno mostrato un miglioramento dell'AM face-word seguendo il protocollo tDCS oscillatorio rispetto a sham. La figura animata mostra la simulazione del campo elettrico indotto dal tDCS oscillatorio theta sul PPC sinistro.
Video 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62681/Video1.mp4" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo video.</a>
Appendice. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62681/Appendix.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare questi file.</a>

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Transcranial Direct Current Stimulation tDCS for Memory Enhancement

Viene presentato un protocollo per il potenziamento della memoria utilizzando la stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) mirata alle cortecce dorsolaterali prefrontali e parietali posteriori, come nodi corticali centrali all'interno della rete ippocampo-corticale. Il protocollo è stato ben valutato negli studi sui partecipanti sani ed è applicabile anche alla ricerca sull'invecchiamento e sulla demenza.

Stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) per il miglioramento della memoria

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

Lo scopo di questo video è dimostrare il protocollo di stimolazione transcranica a corrente continua utilizzato per il miglioramento della memoria. Il protocollo è stato ben valutato negli studi sui partecipanti sani ed è applicabile anche alla ricerca sull'invecchiamento e sulla demenza. La memoria svolge un ruolo vitale nel funzionamento quotidiano, in quanto ci consente di ricordare informazioni su persone e luoghi, ricordare eventi passati, apprendere nuovi fatti e abilità, nonché di esprimere giudizi e decisioni.Qui ci concentriamo sulla memoria di lavoro e associativa. La memoria di lavoro è la capacità di mantenere e archiviare temporaneamente le informazioni per l'elaborazione cognitiva in corso, come la risoluzione dei problemi o il ragionamento. La memoria associativa, d'altra parte, ci consente di ricordare più pezzi di esperienza o informazioni legati insieme.Questi due tipi di memoria sottolineano quasi tutte le nostre attività quotidiane. Sfortunatamente, le capacità di memoria sono tra le funzioni più vulnerabili in quanto diminuiscono con il normale invecchiamento, nonché a causa di vari stati e condizioni patologiche. Questo è il motivo per cui vi è una crescente necessità di nuovi approcci alla prevenzione e al trattamento del declino della memoria.Stimolazione transcranica a corrente continua, tDCS in breve è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva che utilizza deboli correnti elettriche per modulare l'attività cerebrale. Gli effetti della tDCS dipendono dalla polarità. Cioè, la stimolazione anodica aumenta mentre la catodale diminuisce l'eccitabilità neuronale.Pertanto, ci si aspetta che la tDCS anodale promuova le funzioni cognitive, che si basano su regioni cerebrali mirate. tDCS è sicuro, altamente tollerabile, economico e facile da usare. Le principali sfide per l'utilizzo di tDCS sono trovare il montaggio ottimale degli elettrodi e il protocollo di stimolazione che produrrà effetti affidabili.Per modulare la memoria dobbiamo influenzare l'attività all'interno della rete ippocampale corticale. Quindi l'anodo è posto sopra la corteccia prefrontale dorsolaterale o la corteccia parietale posteriore come i due nodi corticali più importanti della rete. Il protocollo di stimolazione più comune è la corrente analogica costante tra uno e due milliampere che dura tra 10 e 30 minuti.Il meccanismo assunto alla base di questo protocollo è che l'elettrodo con carica positiva aumenterà l'eccitabilità del tessuto corticale sottostante, il che si tradurrà quindi in una migliore prestazione della memoria successiva. A differenza del tDCS anodale costante, in cui l'intensità di corrente rimane la stessa durante l'intero periodo di stimolazione, l'intensità del protocollo tDCS oscillatorio della corrente fluttua a una data frequenza attorno a un valore impostato. Pertanto questo tipo di protocollo modula non solo l'eccitabilità, ma coinvolge anche la neuro oscillazione delle aree cerebrali rilevanti.Quando si pianifica lo studio tDCS sulla memoria, i ricercatori devono considerare attentamente l'implementazione del controllo fittizio nella progettazione all'interno o tra i soggetti, determinando una dimensione del campione adeguata per ottenere una potenza soddisfacente. Inoltre, è importante sviluppare o selezionare misure di risultato adeguate che siano compiti di memoria che siano focali, sensibili, affidabili e stimolanti per i partecipanti. Per ogni sessione tDCS devono essere preparati i seguenti materiali.Inoltre, è consigliabile avere un foglio di protocollo che è un modulo di compilazione con informazioni di base sulla sessione e una tabella con una testa pre-calcolata misure per aiutare con il posizionamento dell'elettrodo. Prima della sessione tDCS, verificare se il partecipante soddisfa i criteri di inclusione definiti nell'approvazione etica per lo studio. Chiedi ai partecipanti di firmare il consenso informato.Sfrutta questa opportunità per spiegare gli aspetti di base della procedura a cui saranno sottoposti e rispondere a qualsiasi domanda i partecipanti possano avere. Fai sedere comodamente il partecipante sulla sedia e chiedi di compilare la lista di controllo delle sensazioni pre-tDCS. In questa sessione, stimoleremo la corteccia parietale posteriore destra.Per prima cosa misura la distanza tra nasion e inion che va oltre la parte superiore della testa. Segna la distanza a metà strada con un marcatore di pelle con una linea sottile. Quindi misurare la distanza tra le orecchie che vanno sopra la testa e segnare la distanza a metà strada con una linea sottile.Il vertice o Cz si trova all'intersezione di due linee medie. Misurare di nuovo la distanza nasion-inion e annotarla come misura A.Notare la distanza tra le orecchie come misura B.Annotare le misure nel foglio di protocollo per ciascun partecipante. Questi possono essere utilizzati per verificare quando si prendono misure nelle sessioni successive.Spostarsi al 20% della distanza A all'indietro da Cz, per raggiungere Pz e segnare il punto. Spostarsi del 20% della distanza B verso destra da Cz a C4 e segnare il punto. Partendo da C4, vai indietro in parallelo alla linea dell'inion nasion.Poi da Pz andare a destra per raggiungere l'area di P4.20% verso destra da Pz e 20% indietro da C4 è dove troverete P4. Per aumentare la conduttanza, allontanare i capelli del partecipante dal sito di stimolazione. Usa pettine e fasce per capelli per i partecipanti con capelli più lunghi. Ispezionare eventuali segni di danni alla pelle nei luoghi di stimolazione.Evitare di posizionare gli elettrodi sulla pelle danneggiata. Pulire la superficie della pelle con tamponi di cotone imbevuti di alcool e lasciarla asciugare. Pulire la guancia dove verrà posizionato l'elettrodo di ritorno.Metti un cappuccio di silicone sulla testa dei partecipanti e fissalo con una mentoniera. Utilizzare il cinturino in silicone per regolare il cappuccio in base alle dimensioni e alla forma della testa del partecipante, ma non renderlo troppo stretto. Questo sarà fatto in seguito.Immergere le tasche di spugna con soluzione salina. Le spugne dovrebbero essere umide ma non gocciolanti. Di solito sono sufficienti da 10 a 15 millilitri di soluzione salina per spugna.Metti gli elettrodi all'interno delle tasche della spugna. Impostare l'elettrodo di ritorno sulla guancia contro-laterale e regolare il cappuccio. Per posizionare l'anodo, posizionare l'elettrodo in spugna sotto la cinghia di silicio e assicurarsi che il centro dell'elettrodo si trovi sopra la posizione della testa contrassegnata.Il cappuccio deve essere stretto in modo che gli elettrodi non possano muoversi ma comunque comodi per il partecipante. Per iniziare la stimolazione, accendere il dispositivo, selezionare ed eseguire il protocollo tDCS predefinito. Per evitare attività non strutturate che possono interferire con gli effetti di stimolazione, è consigliabile un leggero coinvolgimento cognitivo durante la tDCS.Ad esempio, i partecipanti possono eseguire prove pratiche di compiti cognitivi o impegnarsi in facili giochi di memoria durante la stimolazione. Chiedi ai partecipanti di riferire come si sentono più volte durante la stimolazione. Al termine del protocollo di stimolazione, spegnere lo stimolatore, rimuovere prima gli elettrodi di spugna, quindi rimuovere il cappuccio in silicone.Chiedi al partecipante di compilare la lista di controllo delle sensazioni post-tDCS e di segnalare eventuali effetti collaterali non ancora elencati. Pulire la pelle nei punti in cui è stata contrassegnata e ispezionare la pelle per eventuali modifiche. Per standardizzare la valutazione della memoria tra i partecipanti, è consigliabile utilizzare attività computerizzate.Se si conducono esperimenti all'interno del soggetto, dovrebbero essere utilizzate forme strettamente parallele dei compiti. Per valutare il successo dell'accecamento, chiedi al partecipante di provare a indovinare la sessione in cui hanno ricevuto una stimolazione reale e fittizia. In linea con le linee guida etiche, i partecipanti dovrebbero essere informati in dettaglio dopo che il loro coinvolgimento è stato completato.Lavare le spugne con acqua corrente e sapone in modo che la soluzione salina sia completamente lavata via. Utilizzare acqua tiepida e alcool per pulire tutti i materiali riutilizzabili, tra cui pettine, tappo in silicone e metro. Quando si tratta di memoria di lavoro, i nostri risultati hanno dimostrato che 20 minuti di tDCS frontale destro hanno migliorato la memoria verbale mentre lo stesso protocollo di stimolazione applicato sulla corteccia prefrontale sinistra ha portato a migliori prestazioni spaziali.Gli effetti della tDCS parietale sulla memoria associativa sono stati coerenti e robusti. Vale a dire, in una serie di esperimenti all'interno del soggetto, è stato dimostrato che 20 minuti di tDCS sulla corteccia parietale sinistra migliorano la memoria delle associazioni di volti e parole. Per riassumere, possiamo dire che l'applicazione del protocollo descritto per tDCS anodale, sia nello standard che ancora di più nella sua forma avanzata, come il tDCS modulante oscillatorio, fornisce un mezzo per un miglioramento affidabile delle funzioni di memoria.Permette di investire la neurobiologia delle reti neuro funzionali dietro le funzioni di memoria. E può essere utilizzato anche nella ricerca clinica.

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