Влияние транскраниальной стимуляции постоянным током на кратковременную пространственную память

Владислав Михайлович Кислицкий1, Яценко Екатерина Александрова2, Яценко Антон Андреевич1, Кушнарев Владимир Андреевич3, Помазков Михаил Сергеевич4
1ФГБОУ ВО АГМА Минздрава России г. Благовещенск, Россия; 2, Россия; 3НМИЦ онкологии имени Н.Н. Петрова, Россия; 4Томский Политехнический Университет г. Томск, Россия

Аннотация


Введение. Транскраниальная стимуляция постоянным током (transcranial direct current stimulation - tDCS) один из методов неинвазивной стимуляции головного мозга. Воздействие слабого подпорогового постоянного тока на кору головного мозга приводит к изменению активности корковых нейронов, которое продолжается определенное время и по завершению воздействия. Основной механизм этого эффекта заключается в подпороговых изменениях мембранного потенциала, в то время, как феномен последействия связан с синаптической пластичностью глутаматэргических синапсов. 

Цель исследования. Изучить влияние транскраниальной стимуляции задней теменной коры головного мозга силой тока, входящей в интервал 0,5-2 мА, на отдельные виды пространственной памяти при условии общепринятого расположения электродов в позициях P3- P4+ и P3+ P4.  

Материалы и методы. Для исследования было взято 18 здоровых добровольцев, 10 мужчин и 8 женщин, возрастом от 18 до 23 лет. В эксперименте использовались точки стимуляции P3 и P4 по International 10–20 EEG system. Стимуляция производилась постоянным током, силой 0,7 мА. Время стимуляции – 20 минут. При этом использовалось три вида стимуляции. Участники эксперимента проходили три сессии стимуляции с интервалом между ними в три дня. При этом, каждый из них проходил три различных варианта стимуляции в рандомизированном порядке. После прохождения стимуляции участники выполняли два задания: игра Spatial Memory (служила для определения уровня кратковременной категориальной пространственной памяти у испытуемых) и тест Spatial Span от Cambridge Brain Sciences (использовался для измерения уровня кратковременной координатной пространственной памяти). После решения заданий проводился сбор анамнеза о самочувствие во время стимуляции, после нее для оценки субъективных эффектов транскраниальной стимуляции постоянным током.

Результаты. Различий между «активными» стимуляциями (P3-P4+, P3+P4-) и плацебо-стимуляцией не выявлено. Отсутствие эффекта связано с использованием недостаточной силы тока (0,7 мА).

Заключение. Использование силы тока в 0,7 мА не влияет на пространственную память у здоровых людей, в позициях электродов P3- P4+ и P3+ P4.   Дальнейшее исследование будет направлено на увеличение силы тока, с сохранением позиции электродов P3- P4+ и P3+ P4.

Ключевые слова

Транскраниальная стимуляция; пространственная память

Литература

Bindman, L.J., Lippold, O., Redfearn, J., (1964). The action of brief polarizing currentson the cerebral cortex of the rat (1) during current flow and (2) in the production of long-lasting after-effects. J. Physiol. 172, 369–382.

Nitsche, M.A., Liebetanz, D., Antal, A., Lang, N., Tergau, F., Paulus, W., (2003) Modulation of cortical excitability by weak direct current stimulation—technical, safety and functional aspects. Suppl. Clin. Neurophysiol. 56, 255–276

Purpura, D.P., McMurtry, J.G., (1965) Intracellular activities and evoked potential changes during polarization of motor cortex. J. Neurophysiol. 28, 166–185.

Nitsche, M.A., Paulus, W., (2001) Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurology 57, 1899–1901

Fertonani A., Miniussi C., (2016). Transcranial Electrical Stimulation: What We Know and Do Not Know About Mechanisms. The Neuroscientist 1–15.

Liebetanz, D., Nitsche, M.A., Tergau, F., Paulus, W., (2002) Pharmacological approach to the mechanisms of transcranial DC‐stimulation‐induced after‐effects of human motor cortex excitability. Brain 125, 2238–2247.

Nitsche, M., Fricke, K., Henschke, U., Schlitterlau, A., Liebetanz, D., Lang, N., Henning, S., Tergau, F., Paulus, W., (2003) Pharmacological modulation of cortical excitability shifts induced by transcranial direct current stimulation in humans. J. Physiol. 553, 293–301.

Coffman, B.A. et al. (2014) Battery powered thought: enhancement of attention, learning, and memory in healthy adults using transcranial direct current stimulation. Neuroimage 85, 895–908

Kuo, M-F. and Nitsche, M.A. (2012) Effects of transcranial electrical stimulation on cognition. Clin. EEG Neurosci. 43, 192–199

Kuo, M.F. et al. (2014) Therapeutic effects of non-invasive brain stimulation with direct currents (tDCS) in neuropsychiatric diseases. Neuroimage 85, 948–960

Floel, A. (2014) tDCS-enhanced motor and cognitive function in neurological diseases. Neuroimage 85, 934–94

Brunoni, A.R. et al. (2013) Impact of 5-HTTLPR and BDNF polymorphisms on response to sertraline versus transcranial direct current stimulation: implications for the serotonergic system. Eur. Neuropsychopharmacol. 23, 1530–1540

Göder, R., Baier, P.C., Beith, B., Baecker, C., Seeck-Hirschner, M., Junghanns, K., Marshall, L., (2013) Effects of transcranial direct current stimulation during sleep on memory performance in patients with schizophrenia. Schizophr. Res. 144, 153–154

Boggio, P.S., Ferrucci, R., Mameli, F., Martins, D., Martins, O., Vergari, M., Tadini, L., Scarpini, E., Fregni, F., Priori, A., (2012) Prolonged visual memory enhancement after direct current stimulation in Alzheimer’s disease. Brain Stimul. 5, 223–230.

Cotelli, M., Manenti, R., Brambilla, M., Petesi, M., Rosini, S., Ferrari, C., Zanetti, O., Miniussi, C., (2014) Anodal tDCS during face-name associations memory training in Alzheimer’s patients. Front. Aging Neurosci., 6

Hampstead BM, Stringer AY, Stilla RF, Amaraneni A, Sathian K. (2011) Where did I put that? Patients with amnestic mild cognitive impairment demonstrate widespread reductions in activity during the encoding of ecologically relevant object-location associations. Neuropsychologia 49(9):2349–61,

Postma A, de Haan E. (1996) What was where? Memory for object locations. Q J ExpPsychol; 49(1):178–99

Kessels R, de Haan E, Kappelle L, Postma A. (2002) Selective impairments in spatial memory after ischaemic stroke. J Clin Exp Neuropsychol;24(1):115–29

Postma A, Kessels R, Van Asselen M. (2008) How the brain remembers andforgets where things are: the neurocognition of object-location memory. Neurosci Biobehav Rev;32(8):1339–45,

Heather B. England, Courtney Fyock, M. Meredith Gillis, Benjamin M. Hampstead (2015) Transcranial direct current stimulation modulates spatial memory in cognitively intact adults. Behavioural Brain Research 283 (2015) 191–195

Kosslyn SM. Seeing and imagining in the cerebral hemispheres: a computational approach. (1987) Psychol Rev;94(2):148–75

van der Ham IJ, Raemaekers M, van Wezel RJ, Oleksiak A, Postma A. (2009) Categorical and coordinate spatial relations in working memory: an fMRI study. Brain Res;1297:70–9

Trojano L, Conson M, Maffei R, Grossi D. (2006) Categorical and coordinate spatial processing in the imagery domain investigated by rTMS. Neuropsychologia;44(9):1569–74

Medina J, Beauvais J, Datta A, Bikson M, Coslett HB, Hamilton RH. (2013) Transcranial direct current stimulation accelerates allocentric target detection. Brain Stimul;6(3):433–9

A.J. Woods, A. Antal, M. Bikson, P.S. Boggio (2016) A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology 127 1031–1048