Modulation kognitiver Kontrollsignale im präfrontalen Kortex durch rhythmische transkranielle Magnetstimulation
Modulation von Alpha- und Theta-Oszillationen in einer retrospektiven Cue-Aufgabe zur kognitiven Kontrolle mit frequenzspezifischer rhythmischer transkranieller Magnetstimulation
Zweck: In dieser Studie werden die Forscher kausale Beweise für die Rolle von Alpha- und Theta-Oszillationen bei der kognitiven Kontrolle liefern.
Teilnehmer: Die Teilnehmer müssen gesund, zwischen 18 und 35 Jahre alt, Rechtshänder, in der Lage sein, eine Einwilligung nach Aufklärung zu erteilen, bereit sein, alle Studienverfahren einzuhalten und für die Dauer der Studie verfügbar sein sowie Englisch sprechen und verstehen.
Verfahren: Alpha- und Theta-Gehirnschwingungen werden gemessen und dann mit frequenzspezifischem rhythmischem TMS während einer retrospektiven kognitiven Kontrollaufgabe mitgeführt.
Studienübersicht
Status
Bedingungen
Intervention / Behandlung
Detaillierte Beschreibung
Es wird angenommen, dass neuronale Oszillationen ein Mechanismus zur Koordination der Informationsverarbeitung über verteilte Regionen des Kortex sind. Unterschiedliche neuronale Schwingungen können unterschiedlichen zugrunde liegenden neuronalen Berechnungen entsprechen. Die nichtinvasive Hirnstimulation ermöglicht es Experimentatoren, spezifische neuronale Schwingungen zu modulieren, indem sie auf bestimmte Frequenzbänder abzielen. Durch die Erfassung einer simultanen Elektroenzephalographie (EEG) wurde zuvor gezeigt, dass die rhythmische transkranielle Magnetstimulation (TMS) neuronale Schwingungen mit der Stimulationsfrequenz anregt. Wenn außerdem die Frequenz der mitgeführten neuronalen Oszillationen an die Frequenz der endogenen Aktivität bei einer kognitiven Aufgabe angepasst wird, verbessert die Hirnstimulation die Verhaltensleistung. Daher ist die nichtinvasive Hirnstimulation ein vielversprechendes Instrument zur Verbesserung der Kognition, indem sie über extern angelegte elektromagnetische Felder eine optimale neuronale Aktivität induziert. z.B. Verbesserungen der kognitiven Kontrolle.
Frühere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass neuronale Aktivität im Alpha-Band (8–12 Hz) bei der Unterdrückung von Informationen und Aktivität im Theta-Band (4–7 Hz) bei der Priorisierung von Informationen eine Rolle spielt. Es wurde gezeigt, dass Paradigmen für kognitive Kontrollaufgaben in beiden dieser Bänder unterschiedliche Aktivitäten hervorrufen. Bei dieser Aufgabe werden die Reize während der Kodierung in das rechte und linke Gesichtsfeld lateralisiert. Nach einer kurzen Verzögerung informiert ein Hinweis die Teilnehmer darüber, welche Reize (rechts oder links) getestet werden. Frühere Erkenntnisse ergaben, dass die Alpha-Aktivität im parietalen Kortex kontralateral zu irrelevanten Reizen erzeugt wird – was die Rolle von Alpha bei der Informationsunterdrückung unterstützt –, während die Theta-Aktivität im frontalen Kortex mit der Anzahl der zu merkenden Reize zunimmt – was die Rolle von Theta bei der Informationspriorisierung unterstützt.
Für die aktuelle Studie schlagen die Forscher vor, rhythmische TMS-Züge entweder in der Alpha-Frequenz, der Theta-Frequenz oder einer arrhythmischen Kontrolle zu liefern, um die neuronale Verarbeitung während einer kognitiven Kontrollaufgabe zu modulieren. Durch die gleichzeitige Erfassung eines EEG mit TMS können die Forscher die mitgerissenen Schwingungen von rhythmischem TMS messen. Das Ziel dieses Experiments besteht darin, die beobachtete Theta- und Alpha-Aktivität zu verstärken, die bei erfolgreicher Priorisierung und Unterdrückung von Informationen beobachtet wird. Um einen kausalen Beweis dafür zu liefern, dass der parietale Kortex Alpha-Aktivität und der frontale Kortex Theta-Aktivität erzeugt, werden die Forscher eine rhythmische TMS-Stimulation auf zwei Kopfhautstellen anwenden: den vorderen mittleren Frontalgyrus und den unteren intraparietalen Sulcus. Durch die Anwendung von Alpha-Frequenz, Theta-Frequenz und arrhythmischem TMS an jedem Ort können die Forscher den kausalen Zusammenhang von frontalen Theta-Oszillationen bei der Informationspriorisierung und parietalen Alpha-Oszillationen bei der Informationsunterdrückung untersuchen.
Studientyp
Einschreibung (Tatsächlich)
Phase
- Unzutreffend
Kontakte und Standorte
Studienorte
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North Carolina
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Chapel Hill, North Carolina, Vereinigte Staaten, 27516
- University of North Carolina at Chapel Hill
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Teilnahmekriterien
Zulassungskriterien
Studienberechtigtes Alter
Akzeptiert gesunde Freiwillige
Studienberechtigte Geschlechter
Beschreibung
Einschlusskriterien:
- Gesund
- Im Alter zwischen 18 und 35 Jahren
- Rechtshändig
- Kann eine Einverständniserklärung abgeben
- Bereit, alle Studienverfahren einzuhalten
- Verfügbar für die Dauer des Studiums
- Sprechen und verstehen Sie Englisch.
Ausschlusskriterien:
- Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (derzeit in Behandlung)
- Neurologische Störungen und Zustände, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Epilepsie in der Anamnese, Anfälle (außer Fieberkrämpfe im Kindesalter) – Demenz
- Geschichte des Schlaganfalls
- Parkinson-Krankheit
- Multiple Sklerose
- Zerebrales Aneurysma
- Hirntumore
- Medizinische oder neurologische Erkrankung oder Behandlung einer medizinischen Störung, die die Teilnahme an der Studie beeinträchtigen könnte (z. B. instabile Herzerkrankung, HIV/AIDS, bösartige Erkrankung, Leber- oder Nierenfunktionsstörung)
- Frühere Gehirnoperationen – Jegliche Gehirngeräte/Implantate, einschließlich Cochlea-Implantate und Aneurysma-Clips – Herzschrittmacher – Alle anderen implantierten elektronischen Geräte – Vorgeschichte aktueller traumatischer Hirnverletzungen – (Für Frauen) Schwangerschaft oder Stillzeit – Alles, was nach Meinung des Der Prüfer würde den Teilnehmer einem erhöhten Risiko aussetzen oder die vollständige Einhaltung oder den Abschluss der Studie durch den Teilnehmer ausschließen
Studienplan
Wie ist die Studie aufgebaut?
Designdetails
- Hauptzweck: Grundlegende Wissenschaft
- Zuteilung: Zufällig
- Interventionsmodell: Crossover-Aufgabe
- Maskierung: Keine (Offenes Etikett)
Waffen und Interventionen
Teilnehmergruppe / Arm |
Intervention / Behandlung |
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Experimental: TMS zum frontalen Kortex, gefolgt von TMS zum parietalen Kortex
Die Teilnehmer erhalten TMS, während sie eine kognitive Kontrollaufgabe ausführen.
Bei der ersten Stimulationssitzung wird die TMS-Spule über dem frontalen Kortex auf der Kopfhaut platziert.
In der zweiten Sitzung wird die TMS-Spule über dem parietalen Kortex auf der Kopfhaut platziert.
Während jeder Sitzung erhalten die Probanden Theta TMS, Alpha TMS und Arrhythmic TMS.
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TMS wird mit der Frequenz der endogenen Theta-Oszillation jedes Probanden verabreicht (4–7 Hz).
Andere Namen:
TMS wird mit der Frequenz der endogenen Alpha-Oszillation jedes Probanden verabreicht (8–12 Hz).
Andere Namen:
TMS wird arrhythmisch verabreicht; d. h. eine Folge von Impulsen mit zufälligem Timing
Andere Namen:
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Experimental: TMS zum parietalen Kortex, gefolgt von TMS zum frontalen Kortex
Die Teilnehmer erhalten TMS, während sie eine kognitive Kontrollaufgabe ausführen.
Bei der ersten Stimulationssitzung wird die TMS-Spule über dem parietalen Kortex auf der Kopfhaut platziert.
In der zweiten Sitzung wird die TMS-Spule über der Frontalrinde auf der Kopfhaut platziert.
Während jeder Sitzung erhalten die Probanden Theta TMS, Alpha TMS und Arrhythmic TMS.
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TMS wird mit der Frequenz der endogenen Theta-Oszillation jedes Probanden verabreicht (4–7 Hz).
Andere Namen:
TMS wird mit der Frequenz der endogenen Alpha-Oszillation jedes Probanden verabreicht (8–12 Hz).
Andere Namen:
TMS wird arrhythmisch verabreicht; d. h. eine Folge von Impulsen mit zufälligem Timing
Andere Namen:
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Was misst die Studie?
Primäre Ergebnismessungen
Ergebnis Maßnahme |
Maßnahmenbeschreibung |
Zeitfenster |
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Anzahl der gespeicherten Elemente
Zeitfenster: 1 Woche
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Die Teilnehmer drücken eine Taste auf einer Tastatur, um anzuzeigen, ob die untersuchten Elemente mit den im Speicher gespeicherten Elementen übereinstimmen oder nicht, nachdem ein retrospektiver Hinweis angezeigt wird.
Die Ermittler berechnen den Prozentsatz richtiger Ergebnisse bei nicht übereinstimmenden Bedingungen, definiert als Trefferquote, und den Prozentsatz falscher Ergebnisse bei nicht übereinstimmenden Bedingungen, definiert als Fehlalarmquote.
Die Anzahl der erinnerten Elemente, oft auch als Arbeitsgedächtniskapazität bezeichnet, wird als Anzahl der zu merkenden Elemente (2, 3 oder 4) mal der Trefferquote minus der Fehlalarmrate, geteilt durch eins minus der Fehlalarmquote, berechnet .
Der Wertebereich liegt zwischen 0 und 4, wobei größere Werte eine bessere Leistung bedeuten.
Für TMS zum frontalen Kortex wird die Arbeitsgedächtniskapazität angegeben, wenn der Teilnehmer nach rechts gewiesen wurde.
Für TMS zum parietalen Kortex wird die Arbeitsgedächtniskapazität angegeben, wenn der Teilnehmer nach links gewiesen wurde.
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1 Woche
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Amplitude neuronaler Schwingungen
Zeitfenster: 1 Woche
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Während der Ausführung der Aufgabe und der Hirnstimulation wird die elektrische Aktivität des Gehirns aufgezeichnet.
Die Forscher werden eine Morlet-Wavelet-Faltung des aufgezeichneten elektrischen Signals durchführen, um die Amplitude neuronaler Schwingungen in den Frequenzbändern zu berechnen: Theta (4–7 Hertz) und Alpha (8–12 Hertz).
Die Amplitude neuronaler Schwingungen wird während der zweiten Hälfte der Stimulation in der stimulierten Region gemessen.
Die Amplitude wird für jeden Teilnehmer als prozentuale Änderung gegenüber der Amplitude während des Basiszeitraums (vor Beginn der Aufgabe) normalisiert.
Für TMS zum frontalen Kortex wird die Amplitude der Theta-Oszillationen angegeben und für TMS zum parietalen Kortex wird die Amplitude der Alpha-Oszillationen angegeben.
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1 Woche
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Reaktionszeit
Zeitfenster: 1 Woche
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Die Teilnehmer drücken eine Taste auf einer Tastatur, um anzuzeigen, ob die Sondenelemente mit den im Speicher abgelegten Elementen übereinstimmen oder nicht, nachdem ein retrospektiver Hinweis angezeigt wird.
Die Forscher berechnen die Reaktionszeit dieser Wahl als Differenz zwischen der Zeit des Knopfdrucks und der Präsentation der Sonde.
Für TMS zum frontalen Kortex wird die Reaktionszeit angegeben, wenn der Teilnehmer nach rechts gewiesen wurde.
Für TMS zum parietalen Kortex wird die Reaktionszeit angegeben, wenn der Teilnehmer nach links gewiesen wurde.
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1 Woche
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Mitarbeiter und Ermittler
Mitarbeiter
Publikationen und hilfreiche Links
Allgemeine Veröffentlichungen
- Fries P. Rhythms for Cognition: Communication through Coherence. Neuron. 2015 Oct 7;88(1):220-35. doi: 10.1016/j.neuron.2015.09.034.
- Klimesch W, Sauseng P, Hanslmayr S. EEG alpha oscillations: the inhibition-timing hypothesis. Brain Res Rev. 2007 Jan;53(1):63-88. doi: 10.1016/j.brainresrev.2006.06.003. Epub 2006 Aug 1.
- Albouy P, Weiss A, Baillet S, Zatorre RJ. Selective Entrainment of Theta Oscillations in the Dorsal Stream Causally Enhances Auditory Working Memory Performance. Neuron. 2017 Apr 5;94(1):193-206.e5. doi: 10.1016/j.neuron.2017.03.015. Epub 2017 Mar 23.
- Roux F, Uhlhaas PJ. Working memory and neural oscillations: alpha-gamma versus theta-gamma codes for distinct WM information? Trends Cogn Sci. 2014 Jan;18(1):16-25. doi: 10.1016/j.tics.2013.10.010. Epub 2013 Nov 19.
- Hanslmayr S, Matuschek J, Fellner MC. Entrainment of prefrontal beta oscillations induces an endogenous echo and impairs memory formation. Curr Biol. 2014 Apr 14;24(8):904-9. doi: 10.1016/j.cub.2014.03.007. Epub 2014 Mar 27.
- Popov T, Popova P, Harkotte M, Awiszus B, Rockstroh B, Miller GA. Cross-frequency interactions between frontal theta and posterior alpha control mechanisms foster working memory. Neuroimage. 2018 Nov 1;181:728-733. doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.07.067. Epub 2018 Jul 31.
- Reinhart RMG. Disruption and rescue of interareal theta phase coupling and adaptive behavior. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Oct 24;114(43):11542-11547. doi: 10.1073/pnas.1710257114. Epub 2017 Oct 9.
- Romei V, Thut G, Silvanto J. Information-Based Approaches of Noninvasive Transcranial Brain Stimulation. Trends Neurosci. 2016 Nov;39(11):782-795. doi: 10.1016/j.tins.2016.09.001. Epub 2016 Sep 30.
- Thut G, Veniero D, Romei V, Miniussi C, Schyns P, Gross J. Rhythmic TMS causes local entrainment of natural oscillatory signatures. Curr Biol. 2011 Jul 26;21(14):1176-85. doi: 10.1016/j.cub.2011.05.049. Epub 2011 Jun 30.
- Wallis G, Stokes M, Cousijn H, Woolrich M, Nobre AC. Frontoparietal and Cingulo-opercular Networks Play Dissociable Roles in Control of Working Memory. J Cogn Neurosci. 2015 Oct;27(10):2019-34. doi: 10.1162/jocn_a_00838. Epub 2015 Jun 4.
- Wang XJ. Neurophysiological and computational principles of cortical rhythms in cognition. Physiol Rev. 2010 Jul;90(3):1195-268. doi: 10.1152/physrev.00035.2008.
- Wolinski N, Cooper NR, Sauseng P, Romei V. The speed of parietal theta frequency drives visuospatial working memory capacity. PLoS Biol. 2018 Mar 14;16(3):e2005348. doi: 10.1371/journal.pbio.2005348. eCollection 2018 Mar.
- Rouder JN, Morey RD, Morey CC, Cowan N. How to measure working memory capacity in the change detection paradigm. Psychon Bull Rev. 2011 Apr;18(2):324-30. doi: 10.3758/s13423-011-0055-3.
Studienaufzeichnungsdaten
Haupttermine studieren
Studienbeginn (Tatsächlich)
Primärer Abschluss (Tatsächlich)
Studienabschluss (Tatsächlich)
Studienanmeldedaten
Zuerst eingereicht
Zuerst eingereicht, das die QC-Kriterien erfüllt hat
Zuerst gepostet (Tatsächlich)
Studienaufzeichnungsaktualisierungen
Letztes Update gepostet (Tatsächlich)
Letztes eingereichtes Update, das die QC-Kriterien erfüllt
Zuletzt verifiziert
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Begriffe im Zusammenhang mit dieser Studie
Andere Studien-ID-Nummern
- 18-1789
- R01MH111889 (US NIH Stipendium/Vertrag)
Arzneimittel- und Geräteinformationen, Studienunterlagen
Studiert ein von der US-amerikanischen FDA reguliertes Arzneimittelprodukt
Studiert ein von der US-amerikanischen FDA reguliertes Geräteprodukt
Produkt, das in den USA hergestellt und aus den USA exportiert wird
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