頭頂間溝に対する経頭蓋直流刺激 (tDCS) は作業記憶のパフォーマンスに影響を与えない パート 1
May 06, 2024
抽象的な
作業記憶に対する経頭蓋直流刺激 (tDCS) の影響については、さまざまな結果が報告されています。
近年、医療技術の発展に伴い、経頭蓋直流刺激療法は徐々に有望な治療法となりつつあります。 その応用例は、うつ病、不安症、パーキンソン病など、多くの領域をカバーしています。この記事で探求するのは、記憶との関係です。
まず、経頭蓋直流刺激は記憶力の向上を促進します。 いくつかの研究結果は、経頭蓋直流刺激が海馬の活動を強化することにより記憶にプラスの影響を与える可能性があることを示唆しています。 実験では、複数の刺激を受けた被験者の記憶力が大幅に向上しました。 この結果は、臨床治療において一定の参考となる重要性を持っています。
第二に、経頭蓋直流刺激は記憶のリハビリテーションに適用できます。 脳外傷や脳卒中などの外傷を負った患者の中には、記憶喪失を引き起こし、通常の生活や仕事に影響を与える可能性があります。 経頭蓋直流刺激による治療は損傷したニューロンの再生を促進し、それによって損傷領域の機能を改善し、患者の記憶能力を改善します。
最後に、経頭蓋直流刺激は、記憶能力の予備容量を拡大することができます。 記憶力の蓄えは人それぞれ異なりますが、経頭蓋直流刺激により脳内のニューロンが活性化され、記憶力の蓄えが増加します。 これにより、その後の学習や生活において、馴染みのある情報や新しい情報に対するより多くの処理能力と容量を得ることができます。
要約すると、経頭蓋直流刺激と記憶との関係には重要な意味があります。 記憶力の改善、リハビリテーション、能力の向上など、幅広い応用の可能性と実現可能性があり、人々の生活や仕事の促進に積極的な役割を果たしています。 私たちは記憶力を向上させる必要があることが分かります。カンクサは多くのユニークな効果を持つ伝統的な漢方薬素材であり、そのうちの 1 つは記憶力の向上であるため、カンクサは記憶力を大幅に向上させることができます。 カンクサの効能は、タンニン酸、多糖類、フラボノイド配糖体などを含む多くの有効成分に由来します。これらの成分は、さまざまな経路を通じて脳の健康を促進します。
主に背外側前頭前野の刺激に焦点を当てたこれまでの研究とは対照的に、我々は作業記憶の注意制御側面をサポートすると考えられる左頭頂溝内（IPS）領域を調節した。
参加者内での実験計画を使用して、参加者は、IPS の陽極刺激、IPS の陰極刺激、および IPS の偽刺激という 3 つの異なる条件を完了しました。 視覚的および言語的作業記憶課題の両方が実施された。
視覚的なタスクでは、参加者はランダムな色の数字のセットを記憶する必要がありました。 口頭課題では、参加者は一連の文字を暗記する必要がありました。 作業記憶負荷は両方のタスクで操作されました (6 つの数字/文字対 2 つの数字/文字)。
アノード、カソード、および疑似条件の間で、精度や反応時間に有意な差は見つかりませんでした。 ベイジアン分析は、効果が存在しないという証拠を裏付けました。
プレの結果送信された研究は、作業記憶のパフォーマンスに対する単一セッションDCSの調節効果に関する矛盾した証拠の増加に加えています。
導入
ワーキングメモリ (WM) には、限られた量の情報を短期間アクティブに保つことを可能にするいくつかの認知プロセスが含まれます。 それは意思決定と推論にとって重要な能力です (Diamond、2013)。
WM 能力は成人期の比較的早期に減少し始め (Park et al, 2002)、発達障害および精神障害との関連で脳損傷後に頻繁に障害を受けます (Dunning, Westage, & Adam, 2016) (Kofler et al, 2018; Barch & Ceaser, 2012) ）またはストレスの結果として（Kim, Woo, & Woo、2017）。
したがって、多くの研究は、WM 能力を訓練または強化できるかどうかを判断しようと試みてきましたが、行動刺激技術と神経刺激技術の両方に関して成功の度合いは非常にばらつきがありました (Melby-Lervag & Hulme,2013; Soveri et al, 2016)。
一般的に使用される神経刺激技術の 1 つは、経頭蓋直流刺激 (tDCS) です。 tDCS は、生理食塩水に浸した 2 つのスポンジ電極をヘッドスルーに適用し、弱い電流 (0.5 ～ 2 mA) を流すことで構成されます。
刺激の数分後、刺激ゾーンの下にある皮質領域の自発的なニューロン活動が増強されるか (陽極刺激)、または抑制されます (陰極刺激) (Nitsche & Paulus、2000)。
陽極刺激は主に行動能力を向上させるために使用され、陰極刺激は行動能力を低下させるために使用されてきました。 刺激効果は、刺激が停止した後でも短期間持続することが示されています(Kuo et al、2013)。
tDCS と WM
過去 15 年間にわたり、WM を改善するために setDCS を使用する多くの研究が試みられてきました。 これらの研究の多くは肯定的な効果を報告しています。
Marshall、Mölle、Siebner、Born (2005) による最初の研究では、参加者が修正された Sternberg タスクを実行する間に、背外側前頭前野 (DLPFC) に陽極および陰極 tDCS を両側に適用しました。
刺激は、260μAの低電流強度で15分間断続的に(15秒オン/15秒オフ)実行されました。 著者らは、陽極刺激と陰極刺激の両方で疑似刺激と比較して反応時間が増加していることを発見し、tDCS が反応の選択と準備の神経処理に影響を与えることを示唆しています。
その後すぐに、Fregniet al. (2005) は、スリーバック課題中の左 DLPFC の陽極刺激は、偽刺激と比較して精度の点でパフォーマンスの向上につながる一方、DLPFC の陰極刺激と一次運動野の陽極刺激には差が見られないことを示しました。
それ以来、いくつかの研究ではこれらの発見を再現しました (Katsoulaki、Kastrinis、および Tsekoura、2017 年のレビュー) が、他の研究では、WM パフォーマンスに対する tDCS の有意な効果は報告できませんでした (Robison、McGuirk、および Unsworth、2017;Wang、Wen、および Li、2018) ）。 より具体的には、DLPFC 上で anodaltDCS と組み合わせた 4 つのトレーニング セッションで構成される研究で、Ruf、Fallgatter、および Plewnia (2017) は、N バック タスクにおける WM パフォーマンスの大幅な向上を示しました。
さらに、この改善は、トレーニングを受けていない同様のタスクにも応用可能であり、トレーニング後 9 か月経っても効果がまだ客観的に確認できるため、長期間持続すると考えられます。
Au ら (2016) によっても同様の結果が得られており、tDCS 関連の効果が 7 回のトレーニングセッション後も数か月間持続したことが示されています。
さらに、Bogdanov and Schwabe (2016) は、DLPFC 上の陽極 tDCS もストレスソン WM の破壊的影響を大幅に軽減できることを示し、Brunyé、Moran、Holmes、Mahoney、Taylor (2017) は、右紡錘状回の陽極 tDCS が WM を増加させる可能性があることを示しました。顔認識のパフォーマンスは向上しますが、顔以外のオブジェクト (家) のパフォーマンスは向上しません。
一方、かなりの数の研究では、WM に対する tDCS の有意な効果は示されていません。
たとえば、Nikolin、Martin、Loo、Boonstra (2018) は、5 つの異なる強度 (2 mA、1 mA、0.034 mA) で刺激を受けた 20 人の被験者からなる 5 つのグループを比較しました。 、0.016 mA、および 0 mA）を DLPFC で実行したところ、視覚的な 3-back WM タスクではグループ間のパフォーマンスに差は見つかりませんでした。 同様に、Robisonand の同僚 (2017) は、前頭前皮質と後頭頂皮質の刺激は WM パフォーマンスに有意な差を引き起こさなかったと報告しました。
同様に、Nilsson、Lebedev、Rydström、および Lövdén (2017) は、DLPFC のアノダルト DCS と組み合わせた行動的 WM トレーニングの 20 セッション後でも、有意な差は観察されませんでした。全体的に、最新のメタ分析は、tDCS 関連の WM 改善の信頼できる証拠が存在しないことを示しています。 (Horvath, Forte, & Carter, 2015;Medina & Cason, 2017) または、非常に小さな効果しか示していません (Hill, Fitzgerald, & Hoy, 2016; Mancuso, Ilieva,Hamilton, & Farah, 2016)。
Horvath ら (2015) は、文献で発表されているすべての認知結果測定値を統合し、少なくとも 2 つの異なる研究グループによる健康な成人集団を研究しました。彼らは 59 の異なる分析を実施しましたが、そのうちの 1 つも tDCS 刺激の有意な効果を示しませんでした。
Mancusoら(2016)は、左右のDLPFCおよび右頭頂葉の陽極刺激、およびWMトレーニングと組み合わせた左DLPFCの効果を評価する研究にメタ分析を焦点を当てた。
彼らのメタ分析によって報告された唯一の重要な（小規模ではあるが）結果は、WMトレーニングと組み合わせた左DLPFC刺激後のWMパフォーマンスの改善でした。 Hill ら (2016) は、さまざまな WM タスクに対するアノード tDCS の影響を調査し、オフライン DCS の反応時間 (精度の傾向と同様に) に対して小さいながらも重大な影響があることを発見しました。
オンライン tDCS では影響は見つかりませんでした。 Medinaand Cason (2017) は、Simonsohn ら (2014) が開発したメタ分析ツールを使用して、Mancuso ら (2016) が調査した研究におけるさまざまな効果量に応じた予想分布の関数として、公表された p 値の分布を調べました。 この p カーブ分析を実施したところ、tDCS 研究が意味のある効果と関連しているという証拠は見つかりませんでした。
WM における tDCS の代替アプローチ
これまでにレビューされた文献に照らして 2 つの結論を導き出すことができます。つまり、WM に対する tDCS の効果は非常に小さい (または存在しない) ため、入手や再現が困難である、または tDCS には効果があるが、特定の刺激とタスクのパラメーターに依存するかのどちらかです。それは現在不明です。
本研究は、言語的および視空間的WMの両方をサポートする認知および神経プロセスに関する最近の知識の発展に基づいて、理論的および経験的に情報に基づいたWMの刺激アプローチを使用することにより、2番目の可能性を調べることを目的としました。
WM の現在の理論では、注意が果たす役割に重点が置かれています。 Cowan (1995) は、WM と注意の統合された枠組みの中で、WM の重要な要素は注意の集中と制御であると考えています。 これら 2 つのコンポーネントにより、メモリ内容をアクティブな状態に保持できるようになり、少なくとも部分的に WM 容量を定義すると考えられます。
他のいくつかの WM モデルは、WM パフォーマンスにおける注意に中心的な役割を与えると説明されています (Barrouillet, Bernardin, & Camos, 2004;Kane & Engle, 2004)。WM における注意プロセスの役割は、2 つのよく知られたものの関与などの経験的証拠によって裏付けられています。参加者が WM タスクを実行するときにネットワークに注意を向けます。
注意は、脳内の少なくとも 2 つの拮抗ネットワーク、背側注意ネットワークと腹側注意ネットワークに依存します (Corbetta &Shulman, 2002; Vossel, Geng, & Fink, 2014)。
背側注意ネットワークは、物体や場所に対する自発的なトップダウンの注意の展開を制御し、腹側注意ネットワークは、気づかれない刺激や予期せぬ刺激によって引き起こされる感覚刺激への注意の再配向（ボトムアップの注意）を制御します。
背側ネットワークは、各半球の頭頂間溝 (IPS) と前頭眼野 (FEF) で構成されますが、側頭頭頂接合部 (TPJ) と腹側前頭皮質 (VFC) が腹側ネットワークの主要な領域です。
これら 2 つのネットワークは、WM タスクにも介入することが示されており、これは、言語的および視覚的な WM タスクの両方で、負荷に依存し、拮抗的な方法で行われます。 背側注意ネットワークは WM 負荷の増加に伴う活動の増加を示しますが、腹側注意ネットワークは WM 負荷に依存した活動の減少を示します (Majerus et al., 2010, 2012, 2016; Todd & Marois, 2004; Todd, Fougnie, & Marois., 2005; Xu & Chun、2006)。
WM課題における左IPSを中心とする背側注意ネットワークの中心的な役割を考慮して、本tDCS研究は、言語および視覚WMパフォーマンスに対する左IPS刺激の調節効果に焦点を当てた。
これまでのいくつかの tDCS 研究では、すでに IPS の刺激に焦点を当てており、直接 WM の文脈ではないものの、肯定的な結果が報告されています。 例えば、IPSの両側性刺激は精神的追加のパフォーマンスの向上を誘発したが、ストループ課題ではそうではなかった(Klein et al., 2013; Artemenko, Moeller, Huber, & Klein,2015)。一方、左側のIPSへの刺激はその後の認識の向上を誘発した。言語的エピソード記憶タスクにおける記憶 (Jacobson、Goren、Lavidor、および Levy、2012)。
また、適切な IPS 上の陽極刺激により、高負荷条件では物体追跡パフォーマンスが向上しましたが、低負荷条件では改善されなかったことが実証されており、これは IPS 活動に対するメモリ負荷の影響と一致しています (Blumberg、Peterson、および Parasuraman、2015)。
Iさらに、右側の IPS に対する刺激は、視覚的注意課題のパフォーマンスに影響を与えました (Moos、Vossel、Weidner、Sparing、および Fink、2012)。 しかし、Nikolin、Lauf、Loo、Martin による最近の tDCS 研究 (2019) では、n-backWM タスクにおける左 IPS 刺激後に有意な効果は示されませんでした。
ただし、WM タスクでは中程度の効果量 (例: 3- バック タスクの 0.38) が観察されたことに注意する必要があり、著者らは、有意性の欠如は次の結果である可能性があると主張しました。パフォーマンスの個人間のばらつきが大きい。
本研究は、背側注意ネットワークに関連するIPS活動の調節を通じてWMタスクのパフォーマンスを向上または低下させることが可能かどうかを判断することにより、新たな発見を拡張することを目的としています。
以前の結果と一致して、左 IPS の陽極刺激は背側注意ネットワークを強化し、WM パフォーマンスの向上につながるが、WM 負荷が高い状態でのみであると仮説を立てます。
逆に、左 IPS の陰極刺激は背側注意ネットワークを阻害し、高 WM 負荷状態での WM パフォーマンスの低下につながると考えられます。 WM 負荷が低い場合には、tDCS 効果は期待されません。これは、この状態が高い成功率に関連しており、WM 容量が限界まで押し上げられないためです。
ベイズ統計を使用して、効果の存在に関する証拠と反対の証拠を定量化します。
For more information:1950477648nn@gmail.com
