Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

التحفيز المباشر عبر الجمجمة (tDCS) لتحسين الذاكرة

Published: September 18, 2021 doi: 10.3791/62681
Automatic Translation
1, 2, 1
1Institute for Medical Research, Human Neuroscience Group, University of Belgrade, 2Faculty of Philosophy, Institute of Psychology, University of Belgrade

Summary

يتم تقديم بروتوكول لتعزيز الذاكرة باستخدام التحفيز المباشر عبر الجمجمة للتيار (tDCS) الذي يستهدف القشريات الجدارية الأمامية والخلفية الظهرية ، كعقد قشرية أساسية داخل شبكة فرس النهر القشرية. وقد تم تقييم البروتوكول بشكل جيد في الدراسات الصحية للمشاركين وينطبق على أبحاث الشيخوخة والخرف أيضا.

Abstract

تعزيز الذاكرة هي واحدة من التحديات الكبيرة في علم الأعصاب الإدراكي وrerehabilitation العصبية. من بين التقنيات المختلفة المستخدمة لتعزيز الذاكرة ، والتحفيز عبر الجمجمة التيار المباشر (tDCS) هو الظهور كأداة واعدة خاصة لتحسين وظائف الذاكرة بطريقة غير الغازية. هنا، نقدم بروتوكول tDCS التي يمكن تطبيقها لتعزيز الذاكرة في الدراسات الصحية للمشاركين وكذلك في أبحاث الشيخوخة والخرف. يستخدم البروتوكول تيار أنودال ثابت ضعيف لتحفيز الأهداف القشرية داخل شبكة cortico-hippocampal الوظيفية المشاركة في عمليات الذاكرة. يتم وضع القطب المستهدف إما على القشرة الجدارية الخلفية (PPC) أو قشرة الجبهية الظهرية (DLPFC) ، في حين يتم وضع قطب العودة خارج الجمجمة (أي على الخد المقابل). بالإضافة إلى ذلك ، نحدد طريقة أكثر تقدما ل tDCS المتذبذبة ، تحاكي إيقاع الدماغ الطبيعي لتعزيز وظائف الذاكرة المعتمدة على قرن آمون ، والتي يمكن تطبيقها بطريقة شخصية وغير شخصية. نقدم نتائج توضيحية لتحسين الذاكرة النقابية والعملية بعد جلسات tDCS واحدة (20 دقيقة) التي تم فيها استخدام المونتاج الكهربائي الموصوف بكثافة حالية بين 1.5 mA و 1.8 mA. وأخيرا، نناقش الخطوات الحاسمة في البروتوكول والقرارات المنهجية التي يجب اتخاذها عند تصميم دراسة tDCS على الذاكرة.

Introduction

تلعب الذاكرة دورا حيويا في الأداء اليومي لأنها تمكن المرء من تذكر المعلومات حول الأشخاص والأماكن ، وتذكر الأحداث الماضية ، وتعلم حقائق ومهارات جديدة ، وكذلك إصدار الأحكام والقرارات. هنا نركز على نوعين من الذاكرة - الذاكرة العاملة (WM) والذاكرة الترابطية (AM). WM توفر لنا القدرة على الحفاظ مؤقتا وتخزين المعلومات للمعالجة المعرفية الجارية1، في حين أن AM تمكننا من تذكر قطع متعددة من الخبرة أو المعلومات المرتبطة معا. لذلك، هذه النوعين من الذاكرة تسطير تقريبا كافة الأنشطة اليومية. لسوء الحظ ، الذاكرة هي واحدة من الوظائف الأكثر ضعفا لأنها تنخفض مع الشيخوخة العادية وكذلك بسبب حالات وحالات مرضية مختلفة. كل من WM و AM الانخفاض بارز في ضعف الإدراكخفيفة 2,3 والخرف4,5 وكذلك في الشيخوخةالعادية 6,7. منذ ترتبط العجز في الذاكرة مع ارتفاع عبء المرض مستوى8،9 وتؤثر بشكل كبير على نوعية الحياة10،11،12،13، هناك حاجة متزايدة لنهج جديدة للوقاية والعلاج من انخفاض الذاكرة.

التحفيز عبر الجمجمة الحالي المباشر (tDCS) هو أداة واعدة لمعالجة انخفاض الذاكرة14،15،16 واكتساب فهم أفضل لوظائف الدماغ بشكل عام17. tDCS هو تقنية تحفيز الدماغ غير الغازية التي تستخدم التيارات الكهربائية الضعيفة (عادة بين 1 mA و 2 mA) لتعديل نشاط الدماغ عن طريق التأثير على استثارة غشاء الخلايا العصبية. آثار tDCS تعتمد على القطبية، بحيث يزيد التحفيز أنودال في حين يقلل الكاثودال استثارة الخلايا العصبية. وهي, tDCS anodal يزيد من احتمال عمل الإمكانات لاطلاق النار من خلال إزالة الاستقطاب من الأغشية العصبية, وبالتالي تسهيل نشاط الدماغ عفوية تحت أنود18. وعلاوة على ذلك، تبين أن تأثير زيادة التنشيط لا تبقى موضعية ولكن يميل إلى الانتشار إلى مناطق أخرى متصلة وظيفيا من الجهاز العصبي المركزي. ومن المتوقع بالتالي أن تعزز منظمة أنودال TDCS الوظائف المعرفية التي تعتمد على مناطق الدماغ المستهدفة ومناطق الدماغ المترابطة وظيفيا، في حين يتوقع أن يكون ل tDCS الكاثودال تأثير عكسي.

وDCS له العديد من المزايا على تقنيات تحفيز الدماغ الأخرى: (1) tDCS آمنة, أي, لا تشكل مخاطر صحية ولا تنتج أي تغييرات سلبية على المدى القصير أو الطويل الهيكلية أو وظيفية19; (2) يتميز tDCS بأعلى قوة بين تقنيات تحفيز الدماغ لأنه يسبب الحد الأدنى من عدم الراحة للمشاركين في شكل من أشكال وخز خفيف وأحاسيس الحكة تحت الأقطاب المحفزة20؛ (3) tDCS فعالة من حيث التكلفة - سعر أجهزة tDCS والتطبيق أقل بعشر إلى مائة مرة من خيارات العلاج الأخرى ، مما يجعلها جذابة للمرضى ونظام الرعاية الصحية؛ (4) TDCS سهل الاستخدام، وبالتالي لديه إمكانات عالية ليتم تطبيقها حتى في البيئات المنزلية، والتي يمكن أن تؤدي إلى زيادة امتثال المرضى وخفض التكلفة للموظفين الطبيين والمرافق الطبية.

التحديات الرئيسية لاستخدام tDCS لتعزيز الذاكرة هي العثور على المونتاج القطب الأمثل وبروتوكول التحفيز التي من شأنها أن تنتج تأثيرات موثوقة على الذاكرة. هنا نستخدم مصطلح المونتاج القطب للإشارة إلى التكوين ومواقف الأقطاب الكهربائية (أي، وضع الهدف والمرجعية (العودة) القطب). نظرا لطبيعة الحقول الكهربائية ، فإن القطب المرجعي (العودة) ليس محايدا - فهو يحتوي على قطبية مقابل القطب المستهدف - وبالتالي يمكنه أيضا ممارسة التأثيرات البيولوجية (العصبية) على الأنسجة العصبية الأساسية. لذلك ، يعد الاختيار الدقيق للقطب المرجعي ضروريا لتجنب الآثار الإضافية غير المرغوب فيها للتحفيز.

عند استخدام بروتوكول التحفيز المصطلحي، نشير إلى معلمات tDCS مثل مدة وشدة التيار الذي يتم تطبيقه وكذلك الطريقة التي تتغير بها الكثافة الحالية بمرور الوقت (أي ما إذا كانت الكثافة ثابتة طوال التحفيز أو التغييرات بعد شكل موجي جيبي مع بعض السعة والتردد). يمكن تطبيق بروتوكولات تحفيز مختلفة باستخدام نفس المونتاج الكهربائي ، ويمكن استخدام نفس البروتوكول عبر المونتاج المختلفة.

لتحسين المونتاج القطب، ونحن ننظر في مناطق الدماغ ذات الصلة وظيفة وكيف المجالات الكهربائية الناجمة عن مواقف مختلفة من الأقطاب الكهربائية من شأنه أن يؤثر على تلك المناطق في الدماغ والوظائف المعرفية المترتبة على ذلك. تلعب العديد من الهياكل القشرية وشبه القشرية المختلفة دورا مهما في وظائف الذاكرة - بما في ذلك مناطق القشرة الأمامية والصدغية والبارية. وهي، ويدعم WM من قبل شبكة عصبية واسعة الانتشار التي تشمل الظهر (DLPFC) والقشرة الجبهية الجانبية البطنية (VLPFC)، القشريات الحركية قبل الحركية والتكميلية، فضلا عن القشرة الجدارية الخلفية (PPC)21. ل AM والذاكرة العرضية بشكل عام ، فإن الهياكل داخل الفص الصدغي الوسيط ضرورية22. ومع ذلك ، فإن المناطق النقابية من القشريات الجدارية والجبهية والزمنية ، مع مساراتها المتقاربة إلى قرن آمون تلعب أيضا دورا هاما. نظرا لوضعها التشريحي ، لا يمكن تحفيز قرن آمون مباشرة باستخدام tDCS ، وبالتالي يتم تعزيز وظائف الذاكرة المعتمدة على قرن آمون باستخدام الأهداف القشرية مع اتصال وظيفي عالي إلى قرن آمون مثل القشرة الجدارية الخلفية. لهذه الأسباب، DLPFC و PPC تستخدم في أغلب الأحيان ك أهداف التحفيز لتحسين الذاكرة. تحديد المواقع من الأقطاب الكهربائية يمكن زيادة صقلها على أساس تدفق النمذجة الحالية23 والتحقق من صحتها في الدراسات التي تجمع بين tDCS مع تقنيات التصوير العصبي24.

بروتوكول التحفيز الأكثر المعتاد هو تيار أنودال ثابت من 1-2 mA الذي يستمر بين 10-30 دقيقة. الآلية المفترضة وراء هذا البروتوكول هو أن القطب مع تهمة إيجابية سوف تزيد من استثارة الأنسجة القشرية الكامنة التي سوف تؤدي إلى تعزيز أداء الذاكرة اللاحقة. على عكس tDCS anodal المستمر ، حيث تبقى الكثافة الحالية على حالها خلال فترة التحفيز بأكملها ، في بروتوكول tDCS المتذبذب تتقلب كثافة التيار عند التردد المعطى حول قيمة محددة. لذلك ، فإن هذا النوع من البروتوكول يعدل ليس فقط الاستثارة ولكن أيضا التذبذبات العصبية لمناطق الدماغ ذات الصلة. من المهم أن نلاحظ أن لكل من tDCS ثابتة ومتذبذبة الأقطاب الاحتفاظ بنفس القطبية الحالية طوال مدة التحفيز.

هنا نقدم المونتاج tDCS التي تستهدف العقد داخل شبكة الجبهة باريتو فرس النهر لتعزيز الذاكرة - كل من WM و AM: على وجه التحديد، اثنين من المونتاج القطب مع القطب الهدف على DLPFC اليسار / اليمين أو اليسار / اليمين PPC. بالإضافة إلى بروتوكول tDCS أنودال ثابت ونحن الخطوط العريضة لبروتوكول tDCS نظرية التذبذب.

تصميم الدراسة
قبل تقديم دليل مفصل حول كيفية استخدام tDCS لتعزيز الذاكرة، وسوف نحدد بعض الخصائص الأساسية للتصميم التجريبي التي من المهم النظر عند التخطيط لدراسة tDCS على الذاكرة.

السيطرة الشام
لتقييم آثار tDCS على الذاكرة ، يجب التحكم في الدراسة صورية. وهذا يعني أنه في أحد الشروط التجريبية يشبه البروتوكول جلسة تحفيز حقيقية ، ولكن لا يتم إعطاء أي علاج. هذه الدورة وهمية أو صورية بمثابة نقطة مرجعية لمقارنة الأداء بعد tDCS الحقيقي وجعل الاستدلالات حول فعاليتها. عادة ، في البروتوكول الزائف يتم تطبيق التيار فقط لفترة وجيزة - عادة ما يصل إلى 60 ثانية في البداية وفي نهاية التحفيز الصوري كتكثيف يليه منحدر فوري لأسفل (أي ، تلاشي / تلاشي ، حتى 30 ثانية لكل منهما). بهذه الطريقة يتم التأكد من أن مدة التحفيز غير كافية لإنتاج أي آثار سلوكية أو فسيولوجية. منذ الجلد المحلي / فروة الرأس الأحاسيس وعادة ما تكون أكثر وضوحا في بداية وفي نهاية التحفيز (بسبب التغيرات في كثافة الحالية)، والأحاسيس الناجمة في جميع البروتوكولات قابلة للمقارنة ويصعب التمييزبين 25. بهذه الطريقة ، يتم تعمية المشارك حول ما إذا كان التحفيز حقيقيا أم لا ، وهو أمر مهم بشكل خاص في التصاميم داخل الموضوع.

بالإضافة إلى السيطرة الزائفة ، لتقييم خصوصية آثار بروتوكولات التذبذب ، من المستحسن أن يكون لديك شرط تحكم نشط، أيضا. على سبيل المثال، يمكن أن يكون التحكم النشط لبروتوكول التذبذب التحفيز الانودالي المستمر بنفس الكثافة26،27، أو التحفيز التذبذبي في تردد مختلف مثل ثيتا مقابل غاما28.

داخل أو بين الموضوعات تصميم.
في داخل الموضوعات تصميم كل مشارك يخضع على حد سواء tDCS حقيقية وعارية، في حين أن بين المواضيع تصميم مجموعة واحدة من المشاركين يتلقى الحقيقي، والمجموعة الأخرى يتلقى tDCS صورية. الميزة الرئيسية للتصميم داخل الموضوع هي التحكم بشكل أفضل في الخلطات الخاصة بالموضوع. أي أن الاختلافات الفردية في التشريح والقدرات المعرفية يتم التحكم فيها بشكل أفضل عندما تتم مقارنة كل مشارك بنفسه. ومع ذلك ، بما أن التصميم داخل الموضوع يحتاج إلى تطبيقه بطريقة متقاطعة (أي أن نصف المشاركين يتلقون tDCS حقيقي في الدورة الأولى وخدعة في الدورة الثانية ، في حين أن النصف الآخر من المشاركين يتلقون tDCS الثاني الأول والحقيقي) قد لا يكون هذا التصميم الأمثل للدراسات السريرية والتدريبية وكذلك الدراسات التي تنطوي على العديد من جلسات tDCS على مدى أيام متتالية ، لأن تصميم كروس قد يؤدي إلى خطوط الأساس غير المتكافئة بين الأسلحة كروس. لذلك ، فإن التصميم داخل الموضوع يناسب الأفضل عند تقييم الآثار السلوكية أو الفسيولوجية لجلسة tDCS واحدة ، وعندما لا تعتبر خطوط الأساس غير المتكافئة مشكلة لفرضية البحث. في تصميم داخل الموضوع تقييم آثار دورة tDCS واحد، فمن الممارسات الجيدة للحفاظ على 7 أيام بين جلسة tDCS حقيقية وعارية لتجنب آثار ترحيل (ولكن بعض الدراسات تشير إلى فترات غسل أقصر حتى لا تؤثر بشكل كبير على النتائج29،30) واستخدام أشكال موازية من مهام الذاكرة في موازنة من أجل تقليل التدريب وآثار التعلم بين الدورات.

وعند استخدام التصميم بين المواضيع، ينبغي أن تكون مجموعة التحكم متطابقة بعناية مع الأداء الأساسي، فضلا عن الخصائص الأخرى ذات الصلة المعروفة بأنها ذات صلة بفعالية نظام البيانات التجارية. قد لا يكون التعيين العشوائي للمجموعة هو أفضل نهج في أحجام العينة الصغيرة (على سبيل المثال، <100) لأنه قد يؤدي إلى مطابقة دون المستوى الأمثل. وفي كلتا الحالتين، ينبغي أن يحسب أداء خط الأساس في التحليل الإحصائي.

حجم العينة.
أحد الأسئلة المتداولة هو "كم عدد المشاركين الذين يحتاجهم المرء للكشف عن تأثيرات tDCS". الإجابة على هذا السؤال يعتمد على عدة جوانب من الدراسة بما في ذلك التصميم التجريبي، وأحجام الآثار المتوقعة، ونوع التحليل الإحصائي، الخ. أحجام العينة في تجارب تحفيز الدماغ غالبا ما تكون صغيرة جدا، ويقدر أن الدراسات في هذا المجال يغيب عن حوالي 50٪ من النتائج الإيجابية الحقيقية لأنها ضعيفة31. ويمكن تحليل القدرة من تحديد حجم العينة الكافي لكل تجربة محددة استنادا إلى تصميم الدراسة وحجم الأثر المتوقع للتحليل الإحصائي المخطط له. يمكن إجراء تحليل الطاقة في بيئة R أو باستخدام برامج متخصصة مجانية مثل G * Power32، ويجب أن يتم إجراؤها دائما قبل (أي قبل التجربة). يجب تعيين الطاقة عند >.80 (بشكل مثالي.95) ويكون حجم التأثير المتوقع على مهام الذاكرة بعد جلسة عمل tDCS واحدة عادة بين.15-.20 (η2)أي كوهين f 0.42-0.50. لذلك، يحتاج المرء عادة إلى تسجيل 20-30 مشاركا في المجموع للتجربة داخل الموضوع و30-40 مشاركا لكل مجموعة للدراسة بين الموضوعات، لتحقيق قوة مرضية وبالتالي تقليل الخطأ من النوع الثاني. ومع ذلك، يعتمد حجم العينة على عدد العوامل الأخرى بما في ذلك التحليل المخطط له وحساسية مقاييس السلوك المستخدمة. ولذلك من الناحية المثالية ، يمكن للمرء أن تشغيل تجربة أولية لفهم أحجام تأثير لتصميم معين واستخدام تلك البيانات كمدخل لتحليل الطاقة. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن إجراء تجربة تجريبية على عدد قليل من المشاركين سيؤدي إلى تقديرات خاطئة وغير موثوقة لأحجام التأثير. لذلك، إذا كانت الموارد محدودة فمن الأفضل الاعتماد على الدراسات السابقة ذات النتائج المقارنة، واتخاذ نهج أكثر تحفظا قليلا، أي من خلال تقدير أحجام التأثيرات الأصغر إلى حد ما مما ورد في الأدبيات.

مقاييس النتائج
لتقييم فعالية tDCS على الذاكرة يحتاج المرء إلى تحديد المهام السلوكية الكافية. في الواقع ، واختيار مهمة الذاكرة هي واحدة من الجوانب الحاسمة لتصميم الدراسة ، وذلك لأن القدرة على الكشف عن تأثير tDCS يعتمد مباشرة على حساسية المهمة. التحدي هنا هو أن معظم أدوات تقييم الذاكرة الموحدة أو المهام العصبية النفسية الكلاسيكية قد لا تكون حساسة بما يكفي للكشف عن آثار tDCS في مجموعات سكانية محددة. وعلاوة على ذلك، فإن معظم المهام الموحدة غير متاحة في شكلين متوازيين أو أكثر، وبالتالي لا يمكن استخدامها في التصاميم داخل الموضوعات. لهذا السبب، معظم دراسات الذاكرة tDCS استخدام المهام المخصصة البناء. عند تصميم أو اختيار قياس النتائج ينبغي للمرء أن يضمن أن المهمة هي: (1) قياس بؤري/انتقائي لوظيفة الذاكرة ذات الاهتمام؛ (2) قياس وظيفة الذاكرة ذات الاهتمام؛ (2) قياس وظيفة الذاكرة ذات الاهتمام؛ (2) قياس وظيفة الذاكرة ذات الاهتمام؛ (2) قياس النسبة إلى الذاكرة؛ (2) قياس وظيفة الذاكرة؛ (3) قياس وظيفة (2) حساسة (أي أن المقياس جيد بما يكفي للكشف عن التغيرات الصغيرة حتى)؛ (3) تحدي المشاركين (أي أن صعوبة المهمة كافية وبالتالي تجنب آثار الخلايا)؛ (4) موثوقة (أي أن خطأ القياس يتم تقليله قدر الإمكان). لذلك ، يجب على المرء استخدام أشكال متوازية تماما من مهام الذاكرة ، والتي تحتوي على عدد كاف من التجارب - لضمان حساسية الإجراء وكذلك لتحقيق أقصى قدر من الموثوقية. ومن الناحية المثالية، ينبغي اختبار المهام مسبقا على مجموعة أخذت عينات منها من نفس المجموعة التي شارك فيها المشاركون في التجربة لضمان عدم إمكانية تحقيق أقصى قدر من الأداء، وأن تكون لاستمارات المهام مؤشرات متساوية للصعوبة. وأخيرا، فمن الأفضل استخدام المهام المحوسبة كلما كان ذلك ممكنا لأنها تسمح لمدة تسيطر عليها وتوقيت دقيق. بهذه الطريقة يمكن للباحثين التأكد من أن جميع المشاركين يخضعون لتقييم الذاكرة في نفس الوقت فيما يتعلق بتوقيت التحفيز (إما أثناء أو بعد tDCS). يجب ألا تكون مدة كل مهمة أو مجموعة مهام أطول من 10 دقائق، لتجنب التعب والتقلبات في مستويات الاهتمام؛ يجب ألا يزيد التقييم المعرفي عن 90 دقيقة في المجموع (بما في ذلك المهام أثناء وبعد tDCS).

Protocol

وقد وافقت لجنة الأخلاقيات المؤسسية على هذا الإجراء وهو يتماشى مع إعلان هلسنكي والمبادئ التوجيهية للبحوث البشرية.

1. المواد

ملاحظة: لكل جلسة عمل tDCS إعداد المواد التالية (الشكل 1).

  1. الحصول على جهاز tDCS - استخدام جهاز tDCS مدفوعة البطارية أو جهاز tDCS المعزولة بصريا متصلة بال التيار الكهربائي. يجب أن يعمل الجهاز كمحفز تيار ثابت مع الحد الأقصى للإخراج المحدود ويفضل أن يكون إلى نطاق ميلي أمبير قليل. يجب أن يكون الجهاز موافقة تنظيمية للاستخدام البشري.
  2. الحصول على أقطاب مطاطية - استخدم إما 5 سم × 5 سم مربع الشكل أو25 سم أقطاب كهربائية مستديرة الشكل. وسيكون لهذه الأقطاب كثافات حالية تتراوح بين 0.06 ماغا/سم2 و0.08 م أ/سم2 للتيارات التي تبلغ 1.5 mA-2 mA على التوالي.
  3. إعداد جيوب الإسفنج التي تناسب الأقطاب المطاطية. إذا كان جيب الإسفنج كبير جدا فإنه سيزيد من سطح الاتصال إلى الجلد.
  4. إعداد محلول ملحي (معيار 0.9٪ NaCl).
  5. إعداد الكحول (70٪).
  6. الحصول على غطاء السيليكون قابل للتعديل - يمكن استخدام الأشرطة الرأس كذلك، ولكن يمكن ضبط قبعات السيليكون تخطيط كهربية الدماغ بشكل أفضل لحجم وشكل رأس المشاركين، وبالتالي فهي أكثر راحة لوضع القطب الكهربائي.
  7. الحصول على شريط قياس (مرن؛ البلاستيك أو الشريط).
  8. الحصول على علامة الجلد - أقلام الرصاص علامة الجلد أو مختلف منتجات ماكياج (على سبيل المثال، قلم رصاص العين أو الطباشير الملون ظلال العيون)، في وقت لاحق يمكن أن تكون أكثر ملاءمة لأنها يتم اختبارها جلديا والقابلة للإزالة بسهولة.
  9. الحصول على منصات القطن.
  10. الحصول على مشط وفردية الاستخدام عصابات شعر السيليكون مصغرة.
  11. الحصول على حقنة أو ماصة بلاستيكية.
  12. إعداد ورقة بروتوكول - نموذج تعبئة للحصول على معلومات أساسية حول الجلسة، أي هوية المشاركين ومعرف الدراسة والتاريخ والأوقات والملاحظات وما إلى ذلك (انظر الملحق للحصول على مثال).
  13. إعداد جدول مع تدابير الرأس محسوبة مسبقا للمساعدة في وضع الأقطاب الكهربائية.
    ملاحظة: لتسريع العملية وتقليل إمكانية حدوث أخطاء، من المستحسن أن يكون هذا الجدول جاهزا مسبقا. ويستند القياس على 10-20 نظام وضع القطب تخطيط كهربية الدماغ; القيم المستخدمة في الحسابات هي مسافات nasion-inion/اليسار-اليمين-ما قبل العمودي (انظر أدناه). يعطي الجدول قيم 20٪ لنطاق من قيم المسافة. لقد وجدنا أنه من الأنسب أن يكون الجدول جزءا لا يتجزأ من ورقة البروتوكول (الملحق).
  14. إعداد الاستبيانات. لكل دورة, جمع البيانات عن الأحاسيس والآثار الجانبية قبل وبعد tDCS; الأحاسيس ومستوى (الامم المتحدة) البهجة خلال tDCS; المزاج والدولة الذاتية العامة أي نضارة / التعب.

Figure 1
الشكل 1: المواد لتجربة tDCS (انظر النص للحصول على تفاصيل). 2) الأقطاب الكهربائية؛ 3) الإسفنج. 4) محلول ملحي؛ 5) الكحول؛ 6) غطاء السيليكون؛ 7) شريط القياس؛ 8) قلم رصاص الجلد. 9) منصات القطن؛ 10) أمشاط وعصابات الشعر السيليكون. 11) حقنة الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. برمجة بروتوكولات التحفيز

ملاحظة: تختلف الخطوات الدقيقة في بروتوكول tDCS البرمجة عبر أنظمة/أجهزة tDCS. ومع ذلك ، توفر جميع أجهزة tDCS ميزات أساسية - القدرة على إنتاج تيار ثابت مع كثافة التحفيز المطلوبة ، والقدرة على التدرج تدريجيا صعودا وهبوطا ، وطريقة لتحديد مدة التحفيز. تتطلب البروتوكولات الأكثر تقدما مثل tDCS التذبذبية الأجهزة / الأنظمة التي تسمح لبروتوكولات التحفيز المصممة خصيصا.

  1. ثابت أنودال tDCS
    1. تعريف معيار ثابت بروتوكول tDCS anodal(الشكل 2A)على النحو التالي: (1) تتلاشى في فترة 30 ثانية، عندما كثافة الحالية تدريجيا صعدت من 0 MA إلى كثافة الهدف (نحن عادة استخدام 1.5 mA، ولكن يمكن استخدام كثافة أخرى كذلك، شريطة أن تبقى ضمن حدود السلامة)؛ (2) فترة التحفيز التي يتم خلالها تسليم التيار الثابت للكثافة المستهدفة (على سبيل المثال، 1.5 mA) ؛ و (3) فترة تلاشي 30 ثانية عندما تنخفض الكثافة الحالية تدريجيا إلى 0 mA.

Figure 2
الشكل 2: بروتوكولات tDCS: (أ) ثابت أنودال tDCS; (ب) نظرية tDCS التذبذبية؛ (3) شام tDCS. تتلاشى في الفترة هو علامة البرتقالي; تتلاشى الفترة ملحوظ الأخضر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. ريتا التذبذب tDCS
    1. ثيتا-التذبذب tDCS يسلم الحالية من شدة متفاوتة ولكن لا تبديل الاستقطابات(الشكل 2B). لذلك، حدد الشكل الموجي الذي يتم فيه تسليم التيار على النحو التالي: (1) فترة التلاشي لمدة 30 ثانية، عندما يتم زيادة الكثافة الحالية تدريجيا من 0 mA إلى الكثافة المستهدفة (على سبيل المثال، 1.5 mA)؛ (2) شدة الموجة من 0 mA إلى الكثافة المستهدفة (على سبيل المثال، 1.5 mA)؛ (2) 1.5 mA؛ (2) زيادة سرعة الموجة من 0 mA إلى 1.5 mA؛ (1.5 mA) (2) فترة التحفيز 19 دقيقة التي يتأرجح فيها التيار حول كثافة الهدف ضمن نطاق سعة محدد مسبقا (نستخدم ذبذبات ± 0.5 mA من كثافة الهدف) في تردد محدد (نستخدم عادة تردد 5 هرتز كممثل لإيقاع ثيتا)؛ و (3) فترة تلاشي 30 ثانية لجعل الكثافة الحالية إلى 0 mA.
      ملاحظة: يمكن إنشاء هذا البروتوكول بواسطة أي برنامج تحكم تجريبي (مثل إشارة CED) وتسليمه من خلال واجهة ذكية (مثل مجموعة أجهزة CED 1401) متوافقة مع جهاز tDCS الذي سيتم استخدامه. بعض أكثر تقدما التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة (tES) نظم إلى جانب tDCS يمكن أن تقدم التيار بالتناوب (tACS) وتحفيز الضوضاء العشوائية (tRNS) أيضا. ويمكن أيضا أن تستخدم لتوليد بروتوكول tDCS التذبذب. على سبيل المثال، في StarStim يتم تعريف بروتوكول tDCS التذبذبي كتكونية خطية من tDCS (1.5 mA) و tACS (±0.5 mA، 5 هرتز). ويمكن تخصيص هذا النوع من البروتوكول بمعنى أنه لا يتلقى جميع المشاركين تحفيز التذبذب بنفس التردد (أي 5 هرتز)، ولكن يتم تعديل التردد حسب التردد السائد داخل نطاق ثيتا لكل شخص (على سبيل المثال، الشخص 1: 5 هرتز، الشخص 2: 6 هرتز، الشخص 3: 4.5 هرتز، إلخ).

   

  1. شام tDCS
    1. استخدام بروتوكول صوري بنفس مدة tDCS ثابت / متذبذب (الشكل 2C). أي تعريفه على النحو التالي: (1) تتلاشى أولا في / خارج الفترة التي يتم فيها تصعيد التيار تدريجيا إلى كثافة الهدف (على سبيل المثال، 1.5 mA) وتصاعد تدريجيا إلى 0 mA خلال أول 60 ثانية (2) 18 دقيقة من 0 mA، و (3) تتلاشى الثانية في / خارج الفترة التي تستمر مرة أخرى 60 ثانية.
      ملاحظة: سيكون هناك نهج بديل لاستخدام كثافة التيار منخفضة جدا على مدى فترة التحفيز بأكملها (20 دقيقة). تتم برمجة هذا النوع من بروتوكول صورية نفس التحفيز أنودال (فقط يتم تعيين كثافة الحالية إلى (0.1 mA) ومصممة لإنتاج الأحاسيس الجلدية ولكن كثافة أسبوع جدا لإنتاج أي آثارالفسيولوجية 33.

3. وضع القطب (الشكل 3)

  1. مونتاج القطب DLPFC: لتحفيز DLPFC، ضع القطب المستهدف (anodal) إما على F3 (يسار) أو F4 (يمين) من نظام تخطيط كهربية الدماغ الدولي 10-20. ضع قطب العودة (الكاثودال) على الخد الكونترالاتال - أي الخد الأيمن للانود F3 والخد الأيسر لأود F4.
  2. مونتاج قطب PPC: للتحفيز على PPC، ضع القطب المستهدف (anodal) إما على P3 (يسار) أو P4 (يمين) من نظام تخطيط كهربية الدماغ الدولي 10-20. ضع قطب العودة (الكاثودال) على الخد المقابل كما هو الحال في مونتاج DLPFC.
  3. موضع القطب الكهربائي الهدف
    1. لتحديد موقع F3 على رأس المشاركين
      1. استخدم شريط القياس لقياس المسافة بين النسيون (أعمق نقطة في جسر الأنف) والإينيون (النقطة الأكثر وضوحا في البروبرة القذالي الخارجي) التي تمر فوق أعلى الرأس. وضع علامة على مسافة منتصف الطريق مع علامة الجلد مع خط رفيع.
      2. قياس المسافة بين الأذنين (استخدام نقاط ما قبل الوعل كمراجع) تسير على الجزء العلوي من الرأس ووضع علامة على مسافة منتصف الطريق مع خط رفيع.
      3. العثور على قمة الرأس أو منتصف الخط المركزي الموقف، ويشار إليها باسم Cz، عند تقاطعات خط الوسط اثنين. ضع علامة واضحة عليه مع علامة الجلد.
      4. قياس مرة أخرى المسافة بين ناسيون inion، ولكن هذه المرة الذهاب أكثر من Cz، ونلاحظ المسافة كمقياس A. قياس مرة أخرى المسافة بين الأذنين، وهذه المرة الذهاب أكثر من Cz، ونلاحظ المسافة كمقياس B.
      5. حساب 20٪ من المسافة A و20٪ من المسافة B (أو راجع ورقة البروتوكول للقيم المحسوبة مسبقا).
      6. نقل 20٪ من المسافة A إلى الأمام من Cz على طول خط ناسيون-inion للوصول إلى Fz (خط الوسط الأمامي) ووضع علامة على الفور.
      7. تحرك 20٪ من المسافة B إلى اليسار من Cz على طول الخط بين المركبات للوصول إلى C3 (يسار الوسط) ووضع علامة على البقعة.
      8. تحرك 20٪ إلى الأمام شكل C3 (بالتوازي مع خط ناسيون-inion)، و 20٪ شكل اليسار FZ (بالتوازي مع خط بين المركبات)، للوصول إلى F3 عند التقاطع. مارك F3 مع علامة الجلد ووضع مركز القطب في المكان.
    2. لتحديد موقع F4، اتبع نفس الإجراء فقط على الجانب الأيمن من الرأس.
    3. لتحديد موقع P3 على رأس المشاركين
      1. اتبع الخطوات 3.3.1.1-3.3.1.5 كما هو موضح أعلاه (البحث عن Cz، لاحظ المسافة A و B، حساب 20٪).
      2. نقل 20٪ من المسافة A إلى الوراء من Cz على طول ناسيون-inion للوصول إلى Pz (الجدارية خط الوسط) ووضع علامة على الفور.
      3. نقل 20٪ من المسافة B إلى اليسار من Cz على طول الخط بين المركبات للوصول إلى C3 ووضع علامة على البقعة.
      4. نقل 20٪ إلى الوراء من C3 (بالتوازي مع خط ناسيون-inion)، و 20٪ إلى اليسار من Pz (بالتوازي مع الخط بين المركبات)، للوصول إلى P3 عند تقاطعها. مارك P3 مع علامة الجلد ووضع مركز القطب في المكان.
    4. لتحديد موقع P4، اتبع نفس الإجراء فقط على الجانب الأيمن من الرأس.
  4. إعادة وضع القطب الكهربائي
    1. بعد تأمين القطب المستهدف باستخدام غطاء السيليكون القابل للتعديل (انظر إجراء خطوة بخطوة)، أدخل قطب العودة أسفل شريط الذقن لتأمين ملامسة القطب الكهربائي مع الخد الكونترالاتال.

Figure 3
الشكل 3: مخطط وضع القطب الكهربائي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. خطوة بخطوة الإجراء

  1. قبل جلسة عمل tDCS
    1. تحقق مما إذا كان كل مشارك يستوفي معايير الإدراج كما هو محدد في الموافقة الأخلاقية للدراسة (انظر التذييل للحصول على معايير الإدراج/الاستبعاد الأكثر شيوعا).
    2. اطلب من المشارك ملء ورقة معلومات المشارك (بما في ذلك جميع المعلومات ذات الصلة مثل العمر والجنس واستهلاك النيكوتين / الكحول ، وما إلى ذلك34).
    3. اتبع المبادئ التوجيهية الأخلاقية لمجلس المراجعة المؤسسية، واطلب من المشارك التوقيع على موافقة مستنيرة. انتهاز هذه الفرصة لشرح الجوانب الأساسية للإجراء الذي سيخضعون له والإجابة على أي أسئلة قد تكون لدى المشاركين.
    4. اعتمادا على تصميم الدراسة، قم بإجراء تقييم إدراكي أساسي (الذاكرة و/أو الوظائف المعرفية الأخرى).
  2. tDCS انشاء والتحفيز
    1. مقعد المشارك بشكل مريح في كرسي.
    2. اطلب من المشارك ملء قائمة التحقق من الأحاسيس قبل tDCS والإبلاغ عن الحالة العامة (أي المزاج الحالي ؛ نضارة / تعب - يمكن تقييمها إما كعنصر واحد من نوع Likert أو باستخدام استبيانات موحدة مثل مقياس استبطان المزاج القصير35).
    3. اتخاذ تدابير الرأس باستخدام شريط قياس.
    4. لتحديد موقع DLPFC أو PPC اتبع الإجراء المذكور أعلاه (وضع القطب). دون التدابير في ورقة البروتوكول لكل مشارك. ويمكن استخدام هذه للتحقق ضد عند أخذ القياسات في الدورات اللاحقة.
    5. لزيادة التوصيل، ابتعدي عن شعر المشارك من موقع التحفيز (استخدمي أشرطة المشط والشعر للمشاركين ذوي الشعر الطويل).
    6. فحص أي علامات تلف الجلد في مكان التحفيز. تجنب وضع الأقطاب الكهربائية فوق الجلد التالف.
    7. تنظيف سطح الجلد حيث سيتم وضع الأقطاب الكهربائية باستخدام منصات القطن غارقة في الكحول لإزالة الشحوم والأوساخ، وما إلى ذلك والسماح لها الجافة (استخدام منتج إزالة ماكياج إذا كان المشارك لديه ماكياج الثقيلة على الخد).
    8. ضع غطاء السيليكون على رأس المشارك وآمنه بمص فخ الذقن. لا تجعل الغطاء ضيق (سيتم ذلك لاحقا).
    9. نقع جيوب الإسفنج مع محلول ملحي ووضع الأقطاب الكهربائية داخلها. يجب أن تكون الإسفنج رطبة ولكن لا تقطر. عادة 10-15 مل من محلول ملحي لكل اسفنجة يكفي. إذا كانت الإسفنج جافة جدا وهذا سوف يسبب مقاومة عالية ويؤدي إلى ضعف الموصلية، حتى فقدان اتصال الدائرة.
      ملاحظة: معظم أجهزة tDCS مؤشرات المقاومة; ومع ذلك، ينبغي تفتيش الإسفنج أحيانا للرطوبة. من ناحية أخرى ، إذا كانت الإسفنجات رطبة بشكل مفرط ، فقد يتسبب ذلك في تحول التيار عبر الرأس أثناء التحفيز. فمن المستحسن وجود الإسفنج المتوسط الرطب واستخدام حقنة لإضافة المزيد من محلول ملحي أثناء التجربة إذا أصبحت الإسفنج جافة جدا.
    10. ضع قطب الإسفنج تحت أشرطة السيليكون وضع مركز القطب الهدف على موقع الرأس ملحوظ. تعيين القطب العودة على الخد contralateral. استخدم أشرطة السيليكون لضبط الغطاء مع حجم رأس المشارك وشكله. يجب أن يكون الغطاء ضيقا بحيث لا يمكن للأقطاب الكهربائية التحرك ، ولكنها لا تزال مريحة للمشارك.
    11. بدوره على المحفز، حدد وتشغيل بروتوكول tDCS المعرفة مسبقا (التحفيز anodal النشطة أو صورية).
    12. اطلب من المشارك الاسترخاء والسماح له بالإبلاغ عن شعوره خلال الدقائق القليلة الأولى من التحفيز (1-3 دقائق). شرح أن الأحاسيس سوف تتلاشى ببطء لأنها تعتاد على ذلك أو عندما تبدأ في تركيز اهتمامها على بعض الأنشطة الأخرى.
    13. لتجنب الأنشطة غير المنظمة التي يمكن أن تتداخل مع آثار التحفيز، استخدم المشاركة المعرفية الخفيفة أثناء tDCS. على سبيل المثال، يمكن للمشاركين إجراء تجارب ممارسة المهام المعرفية أو الانخراط في ألعاب الذاكرة السهلة أثناء التحفيز (بدءا من 3-5 دقائق من التحفيز). هذا النوع من المشاركة المعرفية أثناء التحفيز لديه القدرة على تعزيز آثار tDCS وسيساعد المشاركين على إبقاء العقل بعيدا عن الأحاسيس الجلدية الناجمة عن tDCS.
    14. اطلب من المشارك الإبلاغ عن شعوره عدة مرات أثناء التحفيز (على سبيل المثال ، الإبلاغ عن مستوى عدم الارتياح على مقياس من 10 نقاط كل 5 دقائق من التحفيز ، 1 - غائب تماما ، 10 - مكثف جدا). يمكن توقع مستويات أعلى من عدم الارتياح (>6) خلال فترات التلاشي في بعض المشاركين. إذا كان مستوى غير سارة لا يزال مرتفعا بعد 5 دقائق إحباط التحفيز.
    15. بعد انقضاء تشغيل بروتوكول محدد مسبقا إيقاف تشغيل المحفز.
    16. إزالة أقطاب الإسفنج أولا، ومن ثم إزالة غطاء السيليكون.
    17. اطلب من المشارك ملء قائمة التحقق من الأحاسيس بعد tDCS والإبلاغ عن أي آثار جانبية غير مدرجة بالفعل.
    18. تنظيف الجلد على الأماكن التي تم وضع علامة وفحص الجلد لأي تغييرات. إذا كان هناك رد فعل جلدي (على سبيل المثال، توسع الأوعية الموضعي أي احمرار الجلد على الخد)، مراقبة كما يتلاشى كما هو عادة رد فعل عابر في المشاركين مع البشرة الحساسة، وينبغي أن تختفي في غضون 10-15 دقيقة.
  3. تقييم الذاكرة
    1. لتوحيد التقييم بين المشاركين، استخدم أدوات التقييم المحوسبة، أي مهام الذاكرة مع تسجيل النقاط تلقائيا. يمكن العثور على العديد من مهام WM (على سبيل المثال ، المهمة اللفظية والمكانية ثلاثية الظهر) والمهام AM (التعلم المقترن اللفظي ؛ استدعاء القد وجها الكلمة ، موقع الكائن ، وما إلى ذلك) هنا: https://osf.io/f28ak/?view_only=f8d5e8dd71d24127b3668ac3d8769408
    2. لتقييم خصوصية آثار tDCS على الذاكرة فمن المستحسن أن تشمل مهمة التحكم (ق) أي المهام التنصت على الوظائف المعرفية أو الحركية الأخرى.
  4. إنهاء الدورة التجريبية/ الدراسة
    1. بعد الدورة التجريبية (الأخيرة) في الدراسة اطلب من المشارك محاولة تخمين الجلسات التي حصل فيها على تحفيز حقيقي وشمسي. لاحظ كافة الاستجابات وانظر ما إذا كانت النسب التي تم الحصول عليها أعلى من احتمالية الفرصة. إذا لم يكن كذلك ، فإن التعمية كانت ناجحة. إذا كان المشاركون قادرين على التفريق الحقيقي من التحفيز الصوري تحليل البيانات لتلك التي خمنت بشكل صحيح وتلك التي لم تحقق ما إذا كان التعمية غير ناجحة أثرت على آثار tDCS.
    2. تماشيا مع المبادئ التوجيهية الأخلاقية، يمكنك استجواب المشاركين بالتفصيل بعد الانتهاء من مشاركتهم.
  5. بعد الدورة التجريبية
    1. غسل الإسفنج بالماء الجاري والصابون بحيث يتم غسلها بالكامل محلول ملحي بعيدا. دع الإسفنج يجف تماما قبل وضعها بعيدا.
    2. استخدام الماء الدافئ والكحول لتنظيف جميع المواد القابلة لإعادة الاستخدام بما في ذلك مشط، غطاء السيليكون وشريط القياس.
    3. دون ملاحظات حول جميع الأحداث غير العادية أو غير المتوقعة أو غير المخطط لها التي قد تكون حدثت أثناء الجلسة - بما في ذلك أي أعطال في المعدات أو تعليقات ذات صلة أدلى بها المشارك أو انقطاع ، إلخ.

Representative Results

وقد استخدم البروتوكول الموصوف بنجاح لتعزيز أداء الذاكرة في العديد من الدراسات في مختبرنا. ومع ذلك، استخدمت بروتوكولات مماثلة في مختبرات البحوث الأخرى أيضا (على سبيل المثال، انظر36،37).

عندما يتعلق الأمر بالذاكرة العاملة ، أظهرت نتائجنا أن 20 دقيقة من tDCS الأمامي الأيمن (موقع F4 ؛ التيار المستمر البالغ 1.8 mA) عززت WM اللفظي ، في حين أن بروتوكول التحفيز نفسه المطبق على القشرة الجدارية اليسرى (موقع P3) أدى إلى أداء أفضل ل WM المكاني. في المقابل، لم يتم العثور على أي آثار كبيرة عندما تم تطبيق نفس بروتوكول التحفيز على القشريات الأمامية اليسرى (F3) والكريستال الأيمن (P4). ويبين الشكل 4 النتائج التمثيلية لنمذجة المجال الكهربائي الذي تولده شركة TDCS وكذلك مقاييس الأداء التالية ل tDCS النشطة والعارية استنادا إلى البيانات المبلغ عنها في Živanović et al., 202138.

Figure 4
الشكل 4: (أ) آثار tDCS أنودال ثابت من PPC الأيسر (P3-contralateral الخد المونتاج) على أداء الذاكرة العمل المكانية (المكانية مهمة 3 الظهر); (ب) آثار tDCS anodal المستمر من DLPFC الحق (F4-contralateral الخد المونتاج) على أداء WM اللفظية (اللفظية 3-مرة أخرى المهمة). يظهر الشكل محاكاة الحقول الكهربائية الناجمة عن tDCS ، والخطوط العريضة لتجارب المهام ، والأداء داخل الموضوعات عبر الحالة النشطة والخدعية (يتم توسيط القيم حسب ترتيب الجلسة لمراعاة التوازن أي أن القيم الإيجابية تشير إلى الأداء فوق المتوسط ، في حين تشير القيم السلبية إلى أقل من متوسط الأداء أثناء الجلسة). يتم تنفيذ محاكاة الحقول الكهربائية المحلية التي تم إنشاؤها بواسطة القطب انشاء باستخدام COMETS2 MATLAB الأدوات 41. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

كانت تأثيرات tDCS الجدارية على الذاكرة الترابطية متسقة وقوية. وهذا هو، في سلسلة من التجارب داخل الموضوع أظهرنا أن 20 دقيقة من tDCS على PPC اليسار (P3 الموقع؛ الحالي المستمر من 1.5 MA) يحسن الذاكرة لرابطات كلمة الوجه27،39،40. ويبين الشكل 5 المهمة التمثيلية والنتائج. وبالإضافة إلى ذلك، لوحظت آثار مماثلة على مهمة AM تقييم اقترانات موقع الكائن عندما يتم تحفيز PPC الحق (P4 الموقع) باستخدام نفس بروتوكول tDCS ثابت40.

Figure 5
الشكل 5: آثار tDCS anodal ثابت من PPC اليسار (P3-contralateral الخد المونتاج) على أداء الذاكرة الترابطية (A)الوجه كلمة أزواج المهمة; (ب) آثار tDCS anodal ثابت من PPC اليسار (P3-contralateral الخد المونتاج) على أداء الذاكرة النقابية (نسبة من الكلمات تذكر بشكل صحيح على جديلة). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

وقد تم البروتوكولات الأكثر تقدما مثل tDCS ثيتا التذبذب أقل دراسة مستفيضة، ولكن الدراسة التي أجراها لانغ وزملاؤه26 فضلا عن الدراسة الأخيرة التي أجريت في مختبرنا27 أظهرت تحسنا في AM كلمة الوجه بعد بروتوكول tDCS ثيتا متذبذب بالمقارنة مع صورية. يظهر الشكل المتحرك محاكاة للمجال الكهربائي الناجم عن tDCS الذبذبة ال ثيتا على PPC الأيسر.

فيديو 1. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الفيديو.

الملحق. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذه الملفات. 

Discussion

تعتمد نتائج دراسة tDCS على الذاكرة على عدد من العوامل ، وبعضها على سبيل المثال ، تجانس / عدم تجانس العينة ، والقوة الإحصائية الكافية ، وصعوبة مهام الذاكرة ودوافع المشاركين قد نوقشت سابقا (انظر Berryhill ، 2014). العديد من الأوراق الممتازة على طريقة tDCS، فضلا عن الدروس أكثر عمومية على تطبيق tDCS لدراسة الوظائف المعرفية متاحة ويمكن تطبيقها بشكل جيد على أبحاث الذاكرة أيضا (انظر17،43،44،45،46،47). وهنا سنركز على جوانب البروتوكول التي، استنادا إلى تجربتنا، ذات صلة ولكنها كثيرا ما يتم تجاهلها أو لا تناقش بتفصيل كاف في أماكن أخرى.

وضع القطب العودة. من المهم أن نضع في اعتبارنا أن القطب العودة ليست سلبية ولكن السلبية القطبية محطة (أي الكاثود). لذلك، فإنه يمكن أن تحفز الآثار الفسيولوجية التي هي عكس القطب الهدف. وعلاوة على ذلك، فإن التدفق الحالي، يعتمد على تحديد المواقع للعودة بقدر ما يعتمد على القطب الهدف. وعلاوة على ذلك، منذ تدفقات التيار على طول مسار أقل مقاومة، إذا كان يقع الأنود والكاثود قريبة جدا من بعضها البعض، قد تيار تتدفق فقط على سطح الجلد و / أو من خلال السائل النخاعي بين الأقطاب الكهربائية، وبالتالي ترك الأنسجة القشرية دون أن تتأثر. لهذه الأسباب، فإن الاختيار الدقيق لقطب العودة مهم مثل موضع القطب المستهدف. هناك أدلة تحليلية تلوية تشير إلى أن الكاثود خارج الجمجمة أكثر عرضة لإنتاج آثار كبيرة48. واستند تحديد المواقع من القطب العودة على الخد المقابل لتعزيز الذاكرة على النمذجة تدفق الحالية واختار لتجنب الآثار المحيرة المحتملة لتوليد القطبية السلبية على مناطق الدماغ وظيفة غير ذات صلة. وقد تم استخدام وضع القطب العودة على الخد contralateral بنجاح في دراسات WM السابقة (انظر36،37،38،49، وكذلك في الدراسات AM27،39،40) ، وتم تسليط الضوء على أنه خيار جيد لمونتاج tDCS تهدف إلى تعديل الوظائف المعرفية الأخرى وكذلك45.

التعمية. في التجارب العمياء واحدة، لضمان التعمية للمشارك، يجب أن يكون موقف المحفز و / أو عرض الرصد بعيدا عن أنظار المشاركين. وهذا مهم بشكل خاص عند استخدام المحفزات التي تحتوي على أضواء تشير إلى وقت تشغيل الوحدة و / أو تسليم التيار. بالنسبة للتصاميم المزدوجة التعمية (عندما لا يكون كل من المشارك والمجرب على علم بالبروتوكول الذي يتم إدارته) ، يجب على المرء استخدام خيار التعمية المزدوجة ، أو خيار مماثل متاح لجهاز معين. إذا لم يكن هذا الخيار متوفرا، فإن الممارسة الجيدة هي إجراء تجربة اثنين. أي أن أحد المجربين يأتي فقط لتشغيل بروتوكول التحفيز ، في حين أن المجرب الآخر الذي يدير المشارك من خلال التجربة ، بما في ذلك مهمة الذاكرة اللاحقة ويحلل البيانات ، يغادر الغرفة قبل وأثناء التحفيز مباشرة. وفقا للمعايير المنهجية، يفضل إجراء تجارب مزدوجة التعمية على التصاميم ذات التعمية الواحدة لأنها تقلل من التحيز أو آثار "المجرب". وهذا أمر وثيق الصلة عند إجراء التجارب السريرية و / أو باستخدام التقييمات المستندة إلى المقابلة للوظائف المعرفية. ومع ذلك ، فإن تعمية المجرب أقل من مشكلة عندما يكون المشاركون متحمسين للغاية لتحقيق أقصى قدر من أدائهم (وهو ما يحدث في الغالب في تقييم الذاكرة أو التعزيز المعرفي بشكل عام) ، وعندما يتم إدارة المهمة وكذلك تسجيلها تلقائيا (أي عندما يكون لدى المجرب تدخل ضئيل أو معدوم في مرحلة التقييم).

النشاط أثناء tDCS. نادرا ما يقدم مؤلفو أوراق tDCS تقريرا عما كان يفعله المشاركون أثناء التحفيز. عندما لا يتم الإبلاغ عن النشاط عادة ما يكون ضمنيا أن المشاركين تلقوا تعليمات بالجلوس بشكل مريح والاسترخاء. ومع ذلك ، فإن عدم وجود نشاط منظم يمثل مصدر "الضوضاء" التي لا يمكن السيطرة عليها في التجارب. أي أن 20 دقيقة هي وقت طويل إلى حد ما ، لذلك قد يستخدم بعض المشاركين الوقت للاسترخاء (مع إمكانية النوم حتى) في حين أن آخرين قد يركزون على أحاسيس tDCS أو يبدأون في التفكير أو التفكير بشكل مفرط في بعض الموضوعات غير ذات الصلة tDCS. هناك أدلة تشير إلى أن النشاط ذات الصلة وظيفة ولكن ليس متعبة يؤديها خلال tDCS لديه القدرة على تعزيز آثار tDCS50. لهذه الأسباب، في تجاربنا، يقوم المشاركون إما بإجراء تجارب على مهام الذاكرة لاستخدامها كمقاييس نتائج أو مهام ذاكرة مماثلة. التجارب الممارسة هي خيار جيد لأنها تشارك نفس الشبكات العصبية مثل الوظيفة المستهدفة ولكنها أسهل وبالتالي ليست محبطة أو متعبة للمشاركين. إلى جانب ذلك ، فإن إجراء التجارب العملية أثناء التحفيز اقتصادي بمعنى أنه يقلل من وقت الاختبار بعد tDCS ، والذي يأتي كفائدة خاصة عندما يتضمن تصميم الدراسة مهاما متعددة يجب إكمالها بعد tDCS. ومع ذلك، عادة ما تكون تجارب الممارسة أقصر بكثير من 20 دقيقة، وبالتالي يجب تقديم نشاط بديل أيضا. لهذا الغرض، استخدمنا ألعاب الذاكرةالمشتركة 40،التي تبقي المشاركين مركزة، ومساعدتهم على تمرير الوقت والحفاظ على العقل قبالة الأحاسيس الناجمة عن tDCS وجعلها عموما أكثر راحة في إعداد الاختبار. وهناك عدد قليل من الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار عند اختيار مهمة الذاكرة التي سيتم تنفيذها أثناء tDCS هي أن المهمة لا ينبغي أن تكون صعبة ولكن أيضا ليست مملة (المهام التكيفية المحددة بمعدل نجاح 80٪ جيدة في هذا السياق)؛ يجب ألا تحتوي المهمة على المواد التي قد تتداخل مع تقييم الذاكرة اللاحق (على سبيل المثال، عند تقييم الذاكرة للوجوه والكلمات، يمكن للمرء استخدام الصور المجردة / أزواج الأشكال). مسألة أخرى مهمة هي مدة "فترة التعود" أي كم من الوقت بعد بداية التحفيز يجب أن يبدأ المشاركون في أداء "نشاط الهاء". هناك اختلافات فردية في شدة الإحساس وأوقات التعود ، ولكن غالبية المشاركين سيكونون مستعدين لبدء النشاط بعد 3-5 دقائق من التحفيز.

أحاسيس جلدية. قد يكون بعض المشاركين أكثر حساسية لآثار tDCS الجلدية ، وبالتالي الإبلاغ عن مستويات مرتفعة من عدم الراحة ، على الرغم من أن هذا لا يحدث في كثير من الأحيان. من المهم إعلام المشاركين عن الأحاسيس المحتملة التي قد يتعرضون لها قبل التجربة. إذا كان شخص ما يخاف من الإجراء، فإننا غالبا ما ندع المشاركين "يشعرون" بالتيار على أيديهم قبل وضع الإسفنج على رؤوسهم. يجب مراقبة المشاركين باستمرار ومطالبتهم بتقديم تعليقات حول مستوى راحتهم وأحاسيسهم على فترات منتظمة. إذا كان المشارك تقارير زيادة مستوى الانزعاج، دائما عرض لإجهاض التجربة. من الضروري أن يدرك المشاركون أنه يمكن إيقاف التحفيز في أي وقت إذا طلبوا ذلك. إذا قرر المشارك إيقاف التحفيز ، فيجب رفض التيار ببطء (قد يؤدي الإلغاء المفاجئ لبروتوكول التحفيز إلى أحاسيس أقوى). غالبا ما يوصى في حالة الأحاسيس غير السارة بخفض الكثافة الحالية مؤقتا إلى أعلى مستوى مريح ، حتى يضبط المشارك ، ثم يعود تدريجيا إلى الكثافة المستهدفة. هذا يبدو وكأنه بديل مناسب لوقف بروتوكول التحفيز، وخاصة إذا تم استخدام tDCS في الإعداد السريري. ومع ذلك، عندما يستخدم tDCS لأغراض البحث، وخاصة في عينات صغيرة نسبيا، فمن الضروري أن يخضع جميع المشاركين لنفس الإجراء. لذلك ، يفضل إيقاف التجربة على تقليل كثافة التحفيز لبعض المشاركين لبعض الوقت.

الإبلاغ عن منهجية TDCS ورصد الإرباكات المحتملة. 10- إن مجال البحوث في نظام البيانات والاتصالات غير متجانس بدرجة كبيرة فيما يتعلق بالأساليب والتدابير، ولذلك من المهم الإبلاغ بوضوح عن جميع جوانب إجراء نظام تقييس الاتصالات، بما في ذلك إجراء العمى وتقييمه؛ تحديد موقع الرأس للهدف وكذلك موضع قطب العودة؛ حجم وشكل الأقطاب الكهربائية؛ نوع المادة التي تجري استخدامها (المالحة أو هلام)؛ الكثافة الحالية (mA) والكثافة (mA/cm2)وكذلك مدة فترة التلاشي/الخروج؛ مستويات المعاوقة إذا ما قيست؛ مدة التحفيز (بما في ذلك فترة التلاشي/الخروج)؛ 2- سرد مفصل للأنشطة التي شارك فيها المشاركون أثناء التحفيز؛ توقيت ومدة المهام المعرفية بعد التحفيز (بما في ذلك أوقات التوقف ، إن وجدت). ويسهل هذا النوع من المعلومات توحيد الدراسات المنشورة وتحليلها بصورة منهجية (انظر الاستعراض الأخير على سبيل المثال51). الجوانب التي نادرا ما يتم الإبلاغ عنها هي تأثير المتغيرات المعتدلة / المحيرة المحتملة مثل وقت يوم جلسة tDCS ، ومستوى التعب / المزاج الذي أبلغ عنه المشاركون ، ونجاح العمى (أي المعتقدات حول نوع التحفيز الذي يتلقونه) ، وترتيب الدورات التجريبية في التصاميم داخل الموضوع ، وما إلى ذلك. وقد أبلغ عن أن معظم هذه المتغيرات تعدل آثار النظام، ولكن أثرها لا يزال غير مدروس ولا يبلغ عنه على نحو غير متسق. ولذلك، ينبغي أن تكفل دراسات النظام جمع أي متغيرات يحتمل أن تكون محيرة والإبلاغ عنها؛ للحصول على تفاصيل حول الممارسات الجيدة انظر الجداول 10A، 10B، 11 من قبل أنتال وزملاؤه34.

تطبيق البروتوكول الموصوف ل tDCS anodal إما في معيارها أو، أكثر من ذلك، في شكله المتقدم (أي tDCS المذبذبة) يوفر وسيلة ليس فقط لتعزيز وظائف الذاكرة (والاستخدام المحتمل في المجموعات السريرية)، ولكن يسمح أيضا للتحقيق في البيولوجيا العصبية للشبكات العصبية الوظيفية وراء هذه الوظائف.

Disclosures

ليس للمؤلفين مصالح متضاربة للكشف عنها

Acknowledgments

وقد دعم هذا البحث من قبل صندوق العلوم في جمهورية صربيا، PROMIS، منحة رقم #6058808، MEMORYST

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adjustable silicone cap
Alcohol
Comb
Cotton pads
Measuring tape
Rubber electrodes
Saline solution
Single-use mini silicon hair bands
Skin marker
Sponge pockets
Syringe
tDCS device

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Baddeley, A. Working memory: Looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience. 4, 829-839 (2003).
  2. Aurtenetxe, S., et al. Interference Impacts Working Memory in Mild Cognitive Impairment. Frontiers in Neuroscience. 10, 443 (2016).
  3. Chen, P. C., Chang, Y. L. Associative memory and underlying brain correlates in older adults with mild cognitive impairment. Neuropsychologia. 85, 216-225 (2016).
  4. Bastin, C., et al. Associative memory and its cerebral correlates in Alzheimer's disease: Evidence for distinct deficits of relational and conjunctive memory. Neuropsychologia. 63, 99-106 (2014).
  5. McKhann, G. M., et al. The diagnosis of dementia due to Alzheimer's disease: Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer's Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer's disease. Alzheimer's & Dementia. 7, 263-269 (2011).
  6. Bopp, K. L., Verhaeghen, P. Aging and Verbal Memory Span: A Meta-Analysis. Journals of Gerontology: Social Sciences section of The Journal of Gerontology Series B. 60, 223-233 (2005).
  7. Chalfonte, B. L., Johnson, M. K. Feature memory and binding in young and older adults. Memory & Cognition. 24, 403-416 (1996).
  8. Livingston, G., et al. Dementia prevention, intervention, and care: 2020 report of the Lancet Commission. Lancet. 396, 413-446 (2020).
  9. Dharmarajan, T. S., Gunturu, S. G. Alzheimer's disease: A healthcare burden of epidemic proportion. American Health & Drug Benefits. 2, 39-47 (2009).
  10. Stites, S. D., Harkins, K., Rubright, J. D., Karlawish, J. Relationships between cognitive complaints and quality of life in older adults with mild cognitive impairment, mild Alzheimer disease dementia, and normal cognition. Alzheimer Disease and Associated Disorders. 32, 276-283 (2018).
  11. Montejo, P., Montenegro, M., Fernández, M. A., Maestú, F. Memory complaints in the elderly: Quality of life and daily living activities. A population based study. Archives of Gerontology and Geriatrics. 54, 298-304 (2012).
  12. Hussenoeder, F. S., et al. Mild cognitive impairment and quality of life in the oldest old: a closer look. Quality of Life Research. 29, 1675-1683 (2020).
  13. Mol, M., et al. The effect of percieved forgetfulness on quality of life in older adults; a qualitative review. International Journal of Geriatric Psychiatry. 22, 393-400 (2007).
  14. Malkani, R. G., Zee, P. C. Brain Stimulation for Improving Sleep and Memory. Sleep Medicine Clinics. 15, 101-115 (2020).
  15. Sandrini, M., Manenti, R., Sahin, H., Cotelli, M. Effects of transcranial electrical stimulation on episodic memory in physiological and pathological ageing. Ageing Research Reviews. 61, (2020).
  16. Manenti, R., Cotelli, M., Robertson, I. H., Miniussi, C. Transcranial brain stimulation studies of episodic memory in young adults, elderly adults and individuals with memory dysfunction: A review. Brain Stimulation. 5, 103-109 (2012).
  17. Filmer, H. L., Dux, P. E., Mattingley, J. B. Applications of transcranial direct current stimulation for understanding brain function. Trends in Neuroscience. 37, 742-753 (2014).
  18. Stagg, C. J., Antal, A., Nitsche, M. A. Physiology of Transcranial Direct Current Stimulation. Journal of ECT. 34, 144-152 (2018).
  19. Bikson, M., et al. Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016. Brain Stimulation. 9, 641-661 (2016).
  20. Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. International Journal of Neuropsychopharmacology. 14, 1133-1145 (2011).
  21. Owen, A. M., McMillan, K. M., Laird, A. R., Bullmore, E. N-back working memory paradigm: A meta-analysis of normative functional neuroimaging studies. Human Brain Mapping. , 46-59 (2005).
  22. Staresina, B. P., Henson, R. N. A., Kriegeskorte, N., Alink, A. Episodic Reinstatement in the Medial Temporal Lobe. Journal of Neuroscience. 32, 18150-18156 (2012).
  23. Bai, S., Loo, C., Dokos, S. A review of computational models of transcranial electrical stimulation. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 41, 21-35 (2013).
  24. Esmaeilpour, Z., et al. Methodology for tDCS integration with fMRI. Human Brain Mapping. 41, 1950-1967 (2020).
  25. Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): A tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clinical Neurophysiology. 117, 845-850 (2006).
  26. Lang, S., Gan, L. S., Alrazi, T., Monchi, O. Theta band high definition transcranial alternating current stimulation, but not transcranial direct current stimulation, improves associative memory performance. Scientific Reports. 9, (2019).
  27. Vulić, K., Bjekić, J., Paunović, D., Jovanović, M., Milanović, S., Filipović, S. R. Theta-modulated oscillatory transcranial direct current stimulation over posterior parietal cortex improves associative memory. Scientific Reports. 11, 3013 (2021).
  28. Pahor, A., Jaušovec, N. The effects of theta and gamma tacs on working memory and electrophysiology. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 651 (2018).
  29. Dedoncker, J., Brunoni, A. R., Baeken, C., Vanderhasselt, M. A. The effect of the interval-between-sessions on prefrontal transcranial direct current stimulation (tDCS) on cognitive outcomes: a systematic review and meta-analysis. Journal of Neural Transmission. 123, 1159-1172 (2016).
  30. Sarkis, R. A., Kaur, N., Camprodon, J. A. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS): Modulation of Executive Function in Health and Disease. Current Behavioral Neuroscience Reports. 1, 74-85 (2014).
  31. Mitra, S., Mehta, U. M., Binukumar, B., Venkatasubramanian, G., Thirthalli, J. Statistical power estimation in non-invasive brain stimulation studies and its clinical implications: An exploratory study of the meta-analyses. Asian Journal of Psychiatry. 44, 29-34 (2019).
  32. Faul, F., Erdfelder, E., Lang, A. G., Buchner, A. G*Power 3: A flexible statistical power analysis program for the social, behavioral, and biomedical sciences. Behavior Research Methods (Psychonomic Society Inc.). , 175-191 (2007).
  33. Coffman, B. A., Clark, V. P., Parasuraman, R. Battery powered thought: Enhancement of attention, learning, and memory in healthy adults using transcranial direct current stimulation. Neuroimage. 85, 895-908 (2014).
  34. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clinical Neurophysiology. 128, 1774-1809 (2017).
  35. Mayer, J. D., Gaschke, Y. N. The experience and meta-experience of mood. Journal of Personality and Social Psychology. 55, 102-111 (1988).
  36. Berryhill, M. E., Wencil, E. B., Branch Coslett, H., Olson, I. R. A. A selective working memory impairment after transcranial direct current stimulation to the right parietal lobe. Neuroscience Letters. 479, 312-316 (2010).
  37. Berryhill, M. E., Jones, K. T. tDCS selectively improves working memory in older adults with more education. Neuroscience Letters. 521, 148-151 (2012).
  38. Živanović, M., et al. The Effects of Offline and Online Prefrontal vs Parietal Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) on Verbal and Spatial Working Memory. Neurobiology of Learning and Memory. 179, 107398 (2021).
  39. Bjekić, J., et al. The immediate and delayed effects of single tDCS session over posterior parietal cortex on face-word associative memory. Behavioural Brain Research. 366, 88-95 (2019).
  40. Bjekić, J., Čolić, V. M., Živanović, M., Milanović, D. S., Filipović, R. S. Transcranial direct current stimulation (tDCS) over parietal cortex improves associative memory. Neurobiology of Learning and Memory. 157, 114-120 (2019).
  41. Lee, C., Jung, Y. J., Lee, S. J., Im, C. H. COMETS2: An advanced MATLAB toolbox for the numerical analysis of electric fields generated by transcranial direct current stimulation. Journal of Neuroscience Methods. 277, 56-62 (2017).
  42. Berryhill, M. E. Hits and misses: leveraging tDCS to advance cognitive research. Frontiers in Psychology. 5, (2014).
  43. Kuo, M. F., Nitsche, M. A. Effects of transcranial electrical stimulation on cognition. Clinical EEG and Neuroscience. 43, 192-199 (2012).
  44. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. , 2744 (2011).
  45. Reinhart, R. M. G., Cosman, J. D., Fukuda, K., Woodman, G. F. Using transcranial direct-current stimulation (tDCS) to understand cognitive processing. Attention, Perception, & Psychophysics. 79, 3-23 (2017).
  46. Santarnecchi, E., et al. Enhancing cognition using transcranial electrical stimulation. Current Opinion in Behavioral Sciences. 4, 171-178 (2015).
  47. Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology. 127, 1031-1048 (2016).
  48. Imburgio, M. J., Orr, J. M. Effects of prefrontal tDCS on executive function: Methodological considerations revealed by meta-analysis. Neuropsychologia. 117, 156-166 (2018).
  49. Lally, N., Nord, C. L., Walsh, V., Roiser, J. P. Does excitatory fronto-extracerebral tDCS lead to improved working memory performance. F1000Research. 2, (2013).
  50. Nozari, N., Woodard, K., Thompson-Schill, S. L. Consequences of cathodal stimulation for behavior: When does it help and when does it hurt performance. PLoS One. 9, (2014).
  51. Hoebeke, Y., Desmedt, O., Özçimen, B., Heeren, A. The impact of transcranial Direct Current stimulation on rumination: A systematic review of the sham-controlled studies in healthy and clinical samples. Comprehensive Psychiatry. 106, 152226 (2021).

Tags

علم الأعصاب، العدد 175،
التحفيز المباشر عبر الجمجمة (tDCS) لتحسين الذاكرة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bjekić, J.,… More

Bjekić, J., Živanović, M., Filipović, S. R. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for Memory Enhancement. J. Vis. Exp. (175), e62681, doi:10.3791/62681 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter