두정내 고랑에 대한 경두개 직접 전류 자극(tDCS)은 작업 기억 성능에 영향을 미치지 않습니다. 파트 1
May 06, 2024
추상적인
경두개 직류 자극(tDCS)이 작업 기억에 미치는 영향에 대한 혼합된 결과가 보고되었습니다.
최근에는 의료기술의 지속적인 발전으로 경두개직류자극치료가 점차 유망한 치료법으로 자리잡고 있습니다. 그 응용은 우울증, 불안, 파킨슨병 등과 같은 많은 영역을 포괄합니다. 이 기사에서 탐구할 내용은 기억과의 관계입니다.
첫째, 경두개 직류 자극은 기억력 향상을 촉진할 수 있다. 일부 연구 결과에 따르면 경두개 직류 자극은 해마의 활동을 강화하여 기억에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음이 시사됩니다. 실험에서 피험자의 기억력은 여러 번의 자극 후에 크게 향상되었습니다. 이 결과는 임상 치료에 있어 어느 정도 참고할만한 의미가 있습니다.
둘째, 경두개 직류 자극을 기억 재활에 적용할 수 있다. 뇌 외상, 뇌졸중 등의 외상을 입은 일부 환자의 경우 기억 상실을 유발하고 정상적인 생활과 업무에 영향을 미칠 수 있습니다. 경두개직류자극치료를 통해 손상된 신경세포의 재생을 촉진함으로써 손상된 부위의 기능을 향상시키고 환자의 기억력을 향상시킬 수 있습니다.
마지막으로 경두개 직류 자극은 기억 능력의 예비 용량을 확장할 수 있습니다. 모든 사람의 기억력은 다르지만 경두개 직류 자극은 뇌의 뉴런을 활성화하고 기억력을 증가시킬 수 있습니다. 이를 통해 우리는 이후의 학습과 생활에서 친숙하고 새로운 정보에 대한 더 많은 처리 능력과 역량을 가질 수 있습니다.
요약하면, 경두개 직류 자극과 기억 사이의 관계는 중요한 의미를 갖습니다. 기억력 향상, 재활, 역량 확장 등 폭넓은 적용 가능성과 타당성을 갖고 있으며 사람들의 삶과 일을 증진시키는 데 긍정적인 역할을 합니다. 기억력 향상이 필요함을 알 수 있는데, 시스탄체 데저티콜라는 기억력 향상이라는 독특한 효능이 많은 중국 전통 약재이기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. Cistanche Deserticola의 효능은 탄닌산, 다당류, 플라보노이드 글리코사이드 등 포함된 많은 활성 성분에서 비롯됩니다. 이러한 성분은 다양한 경로를 통해 뇌 건강을 촉진할 수 있습니다.
주로 등외측 전전두엽 피질 자극에 초점을 맞춘 이전 연구와는 달리, 우리는 작업 기억의 주의력 조절 측면을 지원하는 것으로 간주되는 왼쪽 두정내구(IPS) 영역을 조절했습니다.
참가자 내 실험 설계를 사용하여 참가자는 IPS의 양극 자극, IPS의 음극 자극 및 IPS의 가짜 자극이라는 세 가지 다른 조건을 완료했습니다. 시각 및 언어 작업 기억 작업이 모두 관리되었습니다.
시각적 과제에서 참가자들은 무작위로 색칠된 그림을 암기해야 했습니다. 언어 과제에서 참가자들은 일련의 글자를 암기해야 했습니다. 작업 메모리 로드는 두 작업 모두에서 조작되었습니다(6개의 숫자/문자 vs. 2개의 숫자/문자).
양극, 음극 및 가짜 조건 사이의 정확도나 반응 시간에는 큰 차이가 발견되지 않았습니다. 베이지안 분석은 효과가 없다는 증거를 뒷받침했습니다.
사전조사 결과작업 메모리 성능에 대한 단일 세션 tDCS의 조절 효과에 관한 모순된 증거가 점점 늘어나고 있다는 연구 결과가 추가되었습니다.
소개
작업 기억(WM)에는 짧은 기간 동안 제한된 양의 정보를 활성화할 수 있는 여러 인지 과정이 포함됩니다. 이는 의사결정과 추론을 위한 결정적인 능력입니다(Diamond, 2013).
WM 능력은 상대적으로 성인 초기에 감소하기 시작하며(Park et al, 2002), 발달 및 정신 질환의 맥락에서 뇌 손상 후 자주 손상됩니다(Dunning, Westage, & Adam, 2016)(Kofler et al, 2018; Barch & Ceaser, 2012 ) 또는 스트레스의 결과로 발생합니다(Kim, Woo, & Woo, 2017).
따라서 많은 연구에서는 행동 및 신경 자극 기술과 관련하여 매우 다양한 성공 수준으로 WM 역량을 훈련하거나 강화할 수 있는지 확인하려고 노력했습니다(Melby-Lervag & Hulme, 2013; Soveri et al, 2016).
일반적으로 사용되는 신경 자극 기술 중 하나는 경두개 직류 자극(tDCS)입니다. tDCS는 식염수에 담근 두 개의 스폰지 전극을 머리 부분에 적용하여 약한 전류(0.5–2 mA)를 통과시키는 방식입니다.
몇 분 동안 자극을 가하면 자극 영역 아래에 있는 피질 영역의 자발적인 신경 활동이 강화되거나(양극 자극) 억제됩니다(음극 자극)(Nitsche & Paulus, 2000).
양극 자극은 주로 행동 수행 능력을 향상시키는 데 사용되는 반면 음극 자극은 이를 손상시키는 데 사용됩니다. 자극 효과는 자극이 중단된 후에도 짧은 시간 동안 지속되는 것으로 나타났습니다(Kuo et al, 2013).
tDCS와 WM
지난 15년 동안 WM을 개선하기 위해 tDCS를 사용하려는 많은 연구가 있었습니다. 이러한 연구 중 다수는 긍정적인 효과를 보고했습니다.
Marshall, Mölle, Siebner 및 Born(2005)의 첫 번째 연구에서는 참가자들이 수정된 Sternberg 작업을 수행하는 동안 배외측 전두엽 피질(DLPFC)에 양극 및 음극 tDCS를 양측으로 적용했습니다.
자극은 260μA의 낮은 전류 세기에서 15분 동안 간헐적으로(15초 켜기/15초 끄기) 수행되었습니다. 저자는 가짜 자극에 비해 양극 및 음극 자극 모두에 대한 반응 시간이 증가한다는 사실을 발견했는데, 이는 tDCS가 반응 선택 및 준비의 신경 처리에 영향을 미친다는 것을 시사합니다.
얼마 지나지 않아 Fregniet al. (2005)는 쓰리백 작업 중 왼쪽 DLPFC의 양극 자극이 가짜 자극에 비해 정확도 측면에서 성능이 증가하는 반면 DLPFC의 음극 자극과 일차 운동 피질의 양극 자극은 차이가 없음을 보여주었습니다.
그 이후 일부 연구에서는 이러한 결과를 재현했지만(Katsoulaki, Kastrinis, & Tsekoura, 2017 검토용) 다른 연구에서는 tDCS가 WM 성능에 미치는 중요한 영향을 보고하지 못했습니다(Robison, McGuirk, & Unsworth, 2017; Wang, Wen, & Li, 2018 ). 특히 DLPFC에 대한 anodaltDCS와 결합된 4개의 교육 세션으로 구성된 연구에서 Ruf, Fallgatter 및 Plewnia(2017)는 N-back 작업에서 WM 성능이 크게 향상되었음을 보여주었습니다.
더욱이 이러한 개선은 훈련을 받지 않은 유사한 작업에도 적용 가능하고 훈련 후 9개월 후에도 효과가 여전히 객관화될 수 있기 때문에 오래 지속되는 것으로 나타났습니다.
Au와 동료들(2016)에서도 유사한 결과를 얻었는데, 이는 tDCS 관련 이득이 7번의 훈련 세션 후에도 몇 달 동안 지속되었음을 보여줍니다.
또한 Bogdanov 및 Schwabe(2016)는 DLPFC에 대한 양극 tDCS가 WM에 대한 스트레스의 파괴 효과를 크게 줄일 수 있음을 보여주었고 Brunyé, Moran, Holmes, Mahoney 및 Taylor(2017)는 우방추형 이랑의 양극 tDCS가 WM을 증가시킬 수 있음을 보여주었습니다. 얼굴 인식 성능은 좋지만 얼굴이 아닌 물체(집)에서는 그렇지 않습니다.
반면에 상당수의 연구에서는 tDCS가 WM에 미치는 영향이 크지 않은 것으로 나타났습니다.
예를 들어, Nikolin, Martin, Loo 및 Boonstra(2018)는 5가지 다른 강도(2mA, 1mA, 0.034mA)에서 자극된 20명의 대상으로 구성된 5개 그룹을 비교했습니다. , 0.016mA 및 0mA)을 DLPFC에서 확인했으며 시각적 3-백 WM 작업에서 그룹 간의 성능 차이는 발견되지 않았습니다. 마찬가지로 Robisonand 동료(2017)는 전전두엽 피질과 후두정엽 피질의 자극이 WM 성능에 큰 차이를 유발하지 않는다고 보고했습니다.
마찬가지로 Nilsson, Lebedev, Rydström 및 Lövdén(2017)은 DLPFC의 anodaltDCS와 결합된 20회의 행동 WM 훈련 후에도 유의미한 차이를 관찰하지 못했습니다. 전반적으로 가장 최근의 메타 분석은 tDCS 관련 WM 개선에 대한 신뢰할 수 있는 증거가 없음을 나타냅니다. (Horvath, Forte, & Carter, 2015; Medina & Cason, 2017) 또는 매우 작은 효과만 나타냅니다(Hill, Fitzgerald, & Hoy, 2016; Mancuso, Ilieva, Hamilton, & Farah, 2016).
Horvath와 동료(2015)는 문헌에 발표된 모든 인지 결과 측정값을 통합하고 적어도 두 개의 서로 다른 연구 그룹에서 건강한 성인 인구를 연구했습니다. 그들은 59개의 서로 다른 분석을 수행했지만 그 중 단 하나도 tDCS 자극의 중요한 효과를 보여주지 않았습니다.
Mancuso와 동료(2016)는 WM 훈련과 결합된 왼쪽 DLPFC뿐만 아니라 오른쪽 및 왼쪽 DLPFC와 오른쪽 두정엽의 양극 자극 효과를 평가하는 연구에 메타 분석을 집중했습니다.
메타 분석에 의해 보고된 유일하게 중요한(작지만) 결과는 WM 훈련과 결합된 왼쪽 DLPFC 자극에 따른 WM 성능의 향상이었습니다. Hill과 동료(2016)는 다양한 WM 작업에 대한 양극 tDCS의 영향을 조사한 결과 오프라인 tDCS의 반응 시간(및 정확도 추세)에 작지만 중요한 영향을 미치는 것을 발견했습니다.
온라인 tDCS에서는 효과가 발견되지 않았습니다. Medina와 Cason(2017)은 Simonsohn과 동료(2014)가 개발한 메타 분석 도구를 사용하여 Mancuso와 동료(2016)가 조사한 연구에서 다양한 효과 크기에 따른 예상 분포의 함수로 게시된 p-값의 분포를 조사했습니다. 이 p-곡선 분석을 수행함으로써 그들은 tDCS 연구가 의미 있는 효과와 연관되어 있다는 증거를 발견하지 못했습니다.
WM에 대한 tDCS의 대체 접근 방식
지금까지 검토된 문헌에 비추어 두 가지 결론을 내릴 수 있습니다. WM에 대한 tDCS의 효과는 매우 작거나 존재하지 않으므로 획득 및 복제가 어렵거나 tDCS가 효과가 있지만 특정 자극 및 작업 매개변수에 따라 달라집니다. 현재 알려지지 않은 것입니다.
본 연구는 언어적 및 시공간적 WM을 모두 지원하는 인지 및 신경 과정에 대한 지식의 최근 개발을 기반으로 이론적, 경험적으로 알려진 WM 자극 접근법을 사용하여 두 번째 가능성을 조사하는 것을 목표로 했습니다.
현재 WM 이론은 주의가 수행하는 역할을 크게 강조합니다. WM과 주의의 통합된 틀에서 Cowan(1995)은 WM의 필수 구성 요소가 주의의 집중과 통제라고 생각합니다. 이 두 구성 요소는 메모리 콘텐츠를 활성 상태로 유지할 수 있으며 적어도 부분적으로 WM 용량을 정의하는 것으로 간주됩니다.
몇몇 다른 WM 모델은 WM 수행에서 주의를 집중시키는 중심 역할을 하는 것으로 설명되었습니다(Barrouillet, Bernardin, & Camos, 2004; Kane & Engle, 2004). WM에서 주의 과정의 역할은 잘 알려진 두 가지 모델의 참여와 같은 경험적 증거에 의해 뒷받침됩니다. 참가자가 WM 작업을 수행할 때 주의 네트워크.
주의는 뇌의 적어도 두 가지 적대적 네트워크인 등쪽 주의 네트워크와 복부 주의 네트워크에 달려 있습니다(Corbetta &Shulman, 2002; Vossel, Geng, & Fink, 2014).
배측 주의 네트워크는 물체나 위치에 대한 자발적이고 하향식 주의 집중을 제어하는 반면, 복부 주의 네트워크는 무인 또는 예상치 못한 자극(상향식 주의)에 의해 유발된 감각 자극에 대한 주의의 방향 전환을 제어합니다.
배쪽 네트워크는 각 반구의 두정내 고랑(IPS)과 전두엽 눈 영역(FEF)으로 구성되는 반면 측두정엽 접합부(TPJ)와 복부 전두엽 피질(VFC)은 복부 네트워크의 주요 영역입니다.
이 두 네트워크는 WM 작업에도 개입하는 것으로 나타났으며 이는 언어 및 시각적 WM 작업 모두에 대해 부하 의존적이고 적대적인 방식으로 수행됩니다. 등쪽 주의 네트워크는 WM 부하 증가 내에서 활동 증가를 보여주는 반면 복부 주의 네트워크는 WM 부하에 따른 활동 감소를 보여줍니다(Majerus et al., 2010, 2012, 2016; Todd & Marois, 2004; Todd, Fougnie, & Marois., 2005; Xu & 전, 2006).
WM 작업에서 왼쪽 IPS에 중심을 둔 등쪽 주의 네트워크의 중심 역할을 고려할 때, 현재 tDCS 연구는 언어 및 시각적 WM 성능에 대한 왼쪽 IPS 자극의 조절 효과에 중점을 두었습니다.
이전의 일부 tDCS 연구에서는 이미 IPS 자극에 초점을 맞춰 WM 맥락에서 직접적으로는 아니지만 긍정적인 결과를 보고했습니다. 예를 들어, IPS의 양측 자극은 정신적 추가에 대한 더 나은 수행을 유도했지만 Stroop 작업에서는 그렇지 않았습니다(Klein et al., 2013; Artemenko, Moeller, Huber, & Klein, 2015). 반면 왼쪽 IPS에 대한 자극은 더 나은 후속 인식을 유도했습니다. 언어 일화 기억 작업에서의 기억(Jacobson, Goren, Lavidor, & Levy, 2012)
또한 올바른 IPS에 대한 양극 자극은 높은 부하 조건에서 객체 추적 성능을 향상시켰지만 낮은 부하 조건에서는 향상시키지 않았으며 이는 IPS 활동에 대한 메모리 부하 효과와 일치합니다(Blumberg, Peterson, & Parasuraman, 2015).
I또한, 올바른 IPS에 대한 자극은 시각적 주의 작업 성능에 영향을 미쳤습니다(Moos, Vossel, Weidner, Sparing, & Fink, 2012). 그러나 Nikolin, Lauf, Loo 및 Martin(2019)의 최근 tDCS 연구에서는 n-backWM 작업에 대한 왼쪽 IPS 자극 후 유의미한 효과가 없는 것으로 나타났습니다.
그러나 그들은 WM 작업에서 중간 정도의 효과 크기를 관찰했다는 점에 유의해야 합니다(예: 백 작업의 경우 0.38). 저자는 유의미한 부족이 다음의 결과일 수 있다고 주장했습니다. 성과의 개인간 변동성이 크다.
본 연구는 등 주의 네트워크와 관련된 IPS 활동의 조절을 통해 WM 작업의 성능을 높이거나 낮추는 것이 가능한지 여부를 결정함으로써 새로운 발견을 확장하는 것을 목표로 합니다.
이전 결과와 일관되게, 우리는 왼쪽 IPS의 양극 자극이 등쪽 주의 네트워크를 향상시키고 WM 성능을 증가시키지만 높은 WM 부하 조건에서만 증가할 것이라고 가정합니다.
반대로, 우리는 왼쪽 IPS의 음극 자극이 등쪽 주의 네트워크를 억제하고 높은 WM 부하 조건에 대한 WM 성능을 감소시킬 것이라고 가정합니다. 이 조건은 높은 성공률과 연관되어 있고 WM 용량을 한계까지 밀어붙이지 않기 때문에 낮은 WM 부하에서는 tDCS 효과가 예상되지 않습니다.
우리는 베이지안 통계를 사용하여 효과의 존재에 대한 증거와 반대되는 증거를 정량화할 것입니다.
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