Транскраниальная стимуляция переменным током нескольких областей мозга без

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12710 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Хотя синхронизация с нулевой задержкой фазы между несколькими областями мозга наблюдалась широко, относительно недавние отчеты показывают, что систематические задержки фаз между областями коры отражают направление коммуникаций между областями коры. Например, было высказано предположение, что ненулевая фазовая задержка сигналов электроэнцефалографии (ЭЭГ) в гамма-диапазоне частот между билатеральными теменными областями может отражать направление связи между этими областями. Мы предположили, что направление связи между отдаленными областями мозга может модулироваться с помощью многоточечной транскраниальной стимуляции переменным током (tACS) со специфическими фазовыми задержками, отличными от 0° и 180°. В этом исследовании был предложен новый метод неинвазивной стимуляции мозга (NIBS), названный многосайтовым многофазным tACS (msmp-tACS). Эффективность предложенного метода была проверена в тематическом исследовании с использованием парадигмы зрительно-пространственной рабочей памяти (VWM), в которой оптимальные условия стимуляции, включая амплитуды и фазы нескольких скальповых электродов, были определены с использованием анализа методом конечных элементов с использованием векторного представления. msmp-tACS применялся к двусторонним внутритеменным бороздам (IPS) и показал, что tACS 80 Гц с фазой для правого IPS, опережающей фазу для левого IPS на 90° (= 3,125 мс), частично снижал производительность VWM в сторону правого зрительного полуполя. Три условия стимуляции были синхронизированы: RL и LR, что относится к состоянию стимуляции без задержки фазы, фазе стимуляции правого IPS (rIPS), опережающего левый IPS (lIPS) на 90°, и стимуляции lIPS, опережающего rIPS на 90°, соответственно. Латерализация VWM значительно смещалась в сторону правого зрительного полуполя в условиях RL по сравнению с синхронизированными и LR условиями. Сдвиг VWM был результатом того, что стимуляция в определенной степени затронула как левое, так и правое зрительное полуполе, а не значительно увеличила или уменьшила емкость VWM конкретного зрительного полуполя. Измененная динамика мозга, вызванная частичной работой VWM msmp-tACS, вероятно, из-за модуляции эффективной связи между RIPS и LIPS. Наши результаты показывают, что msmp-tACS является многообещающим методом NBS, который может эффективно модулировать кортикальные сети, которые невозможно легко модулировать с помощью традиционных методов многозонной стимуляции.

Транскраниальная стимуляция переменным током (tACS) — это метод неинвазивной стимуляции мозга (NIBS), который позволяет модулировать колебания нейронов. Считается, что tACS вовлекает эндогенную активность мозга в форму входного тока путем подачи слабого переменного тока через скальповые электроды1. Показано, что амплитуда, частота и фаза тока стимуляции считаются важными факторами, определяющими эффективность tACS. Действительно, о частотно-специфических эффектах tACS сообщалось во многих исследованиях2,3,4, в которых частоты стимуляции выбирались на основе методов визуализации мозга, включая электроэнцефалографию (ЭЭГ) и функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ). Кроме того, недавние исследования определили частоту моделирования с использованием сложных характеристик ЭЭГ, таких как межчастотная связь5, противодействие диапазонов ЭЭГ6 или компонентов P3007.

Хотя большинство предыдущих исследований были сосредоточены на модуляции активности отдельных областей мозга, данные свидетельствуют о том, что синхронизация между удаленными областями коры также может предоставить полезную информацию для понимания сознательного восприятия и познания8,9,10. В этих исследованиях сообщалось, что связь между областями коры наблюдается в форме синхронной связи в гамма-диапазоне (30–100 Гц), что также называется гипотезой связи через когерентность (CTC)11. В соответствии с гипотезой CTC был введен многосайтовый tACS для модуляции синхронизации между несколькими областями мозга. Однако полученные результаты были ошеломляющими; Синхронизация двух корковых областей, вызванная tACS, улучшила восприятие формы8 и рабочую память (WM)12, тогда как слухомоторное картирование13 и преимущество правого уха14 не пострадали. Кроме того, бистабильное восприятие движения улучшалось, когда теменно-затылочная кора была десинхронизирована с помощью tACS15.