Modulazione dei segnali di controllo cognitivo nella corteccia prefrontale mediante stimolazione magnetica transcranica ritmica
Modulazione delle oscillazioni alfa e theta in un compito di cue retrospettivo di controllo cognitivo con stimolazione magnetica transcranica ritmica specifica per la frequenza
Scopo: in questo studio, i ricercatori forniranno prove causali per il ruolo delle oscillazioni alfa e theta nel controllo cognitivo.
Partecipanti: i partecipanti devono essere sani, di età compresa tra 18 e 35 anni, destrorsi, in grado di fornire il consenso informato, disposti a rispettare tutte le procedure dello studio ed essere disponibili per la durata dello studio, parlare e comprendere l'inglese.
Procedure: Le oscillazioni cerebrali alfa e theta saranno misurate e quindi trascinate utilizzando TMS ritmico specifico della frequenza durante un compito di controllo cognitivo retrospettivo.
Panoramica dello studio
Stato
Condizioni
Intervento / Trattamento
Descrizione dettagliata
Si propone che le oscillazioni neurali siano un meccanismo di coordinamento dell'elaborazione delle informazioni attraverso regioni distribuite della corteccia. Diverse oscillazioni neurali possono corrispondere a diversi calcoli neurali sottostanti. La stimolazione cerebrale non invasiva consente agli sperimentatori di modulare specifiche oscillazioni neurali prendendo di mira particolari bande di frequenza. Raccogliendo l'elettroencefalografia simultanea (EEG), è stato precedentemente dimostrato che la stimolazione magnetica transcranica ritmica (TMS) trascina le oscillazioni neurali alla frequenza della stimolazione. Inoltre, quando la frequenza delle oscillazioni neurali trascinate è abbinata alla frequenza dell'attività endogena in un compito cognitivo, la stimolazione cerebrale migliora le prestazioni comportamentali. Pertanto, la stimolazione cerebrale non invasiva è uno strumento promettente per migliorare la cognizione inducendo un'attività neurale ottimale tramite campi elettromagnetici applicati esternamente; per esempio. miglioramento del controllo cognitivo.
Prove precedenti hanno implicato l'attività neurale nella banda alfa (8-12 Hz) nella soppressione delle informazioni e l'attività nella banda theta (4-7 Hz) nella definizione delle priorità delle informazioni. È stato dimostrato che i paradigmi delle attività di controllo cognitivo suscitano un'attività distinta in entrambe queste bande. In questo compito, gli stimoli vengono lateralizzati al campo visivo destro e sinistro durante la codifica. Dopo un breve ritardo, un segnale informa i partecipanti su quali stimoli (destro o sinistro) verranno testati. Prove precedenti hanno scoperto che l'attività alfa nella corteccia parietale è generata controlateralmente a stimoli irrilevanti, supportando il ruolo dell'alfa nella soppressione delle informazioni, mentre l'attività theta nella corteccia frontale aumenta con il numero di stimoli da ricordare, supportando il ruolo di theta nella prioritizzazione delle informazioni.
Per il presente studio, i ricercatori propongono di fornire treni ritmici di TMS in frequenza alfa, frequenza theta o controllo aritmico per modulare l'elaborazione neurale durante un'attività di controllo cognitivo. Raccogliendo l'EEG simultaneo con TMS, i ricercatori saranno in grado di misurare le oscillazioni trascinate da TMS ritmico. L'obiettivo di questo esperimento è migliorare l'attività theta e alfa osservata che si vede con la corretta definizione delle priorità e la soppressione delle informazioni. Per fornire prove causali che la corteccia parietale genera attività alfa e la corteccia frontale genera attività theta, i ricercatori applicheranno la stimolazione ritmica della TMS a due posizioni del cuoio capelluto: il giro frontale medio anteriore e il solco intraparietale inferiore. Applicando la frequenza alfa, la frequenza theta e la TMS aritmica in ogni posizione, i ricercatori saranno in grado di esaminare la relazione causale delle oscillazioni theta frontali nella prioritizzazione delle informazioni e delle oscillazioni alfa parietali nella soppressione delle informazioni.
Tipo di studio
Iscrizione (Effettivo)
Fase
- Non applicabile
Contatti e Sedi
Luoghi di studio
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North Carolina
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Chapel Hill, North Carolina, Stati Uniti, 27516
- University of North Carolina at Chapel Hill
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Criteri di partecipazione
Criteri di ammissibilità
Età idonea allo studio
Accetta volontari sani
Sessi ammissibili allo studio
Descrizione
Criterio di inclusione:
- Salutare
- Tra i 18 e i 35 anni
- Mano destra
- In grado di fornire il consenso informato
- Disposto a rispettare tutte le procedure di studio
- Disponibile per tutta la durata dello studio
- Parla e comprende l'inglese.
Criteri di esclusione:
- Disturbo da deficit di attenzione e iperattività (attualmente in trattamento)
- Disturbi e condizioni neurologici, inclusi, ma non limitati a: Storia di epilessia Convulsioni (eccetto convulsioni febbrili infantili) -Demenza
- Storia dell'ictus
- morbo di Parkinson
- Sclerosi multipla
- Aneurisma cerebrale
- Tumori cerebrali
- Malattia medica o neurologica o trattamento per un disturbo medico che potrebbe interferire con la partecipazione allo studio (ad esempio, malattia cardiaca instabile, HIV/AIDS, malignità, insufficienza epatica o renale)
- Precedente intervento chirurgico al cervello -Qualsiasi dispositivo/impianto cerebrale, inclusi impianti cocleari e clip per aneurisma -Pacemaker cardiaco -Qualsiasi altro dispositivo elettronico impiantato -Storia di lesione cerebrale traumatica in corso -(Per le donne) Gravidanza o allattamento -Qualsiasi cosa che, a parere del sperimentatore, esporrebbe il partecipante a un rischio maggiore o precluderebbe la piena conformità o il completamento dello studio da parte del partecipante
Piano di studio
Come è strutturato lo studio?
Dettagli di progettazione
- Scopo principale: Scienza basilare
- Assegnazione: Randomizzato
- Modello interventistico: Assegnazione incrociata
- Mascheramento: Nessuno (etichetta aperta)
Armi e interventi
Gruppo di partecipanti / Arm |
Intervento / Trattamento |
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Sperimentale: TMS alla corteccia frontale seguita da TMS alla corteccia parietale
I partecipanti riceveranno TMS durante l'esecuzione di un compito di controllo cognitivo.
Nella loro prima sessione di stimolazione, la bobina TMS verrà posizionata sopra la corteccia frontale sul cuoio capelluto.
Nella loro seconda sessione, la bobina TMS verrà posizionata sopra la corteccia parietale sul cuoio capelluto.
Durante ogni sessione, i soggetti ricevono Theta TMS, Alpha TMS e Arrhythmic TMS.
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La TMS verrà somministrata alla frequenza dell'oscillazione theta endogena di ciascun soggetto (4-7Hz)
Altri nomi:
La TMS verrà somministrata alla frequenza dell'oscillazione alfa endogena di ciascun soggetto (8-12 Hz)
Altri nomi:
La TMS verrà somministrata in modo aritmico; cioè una sequenza di impulsi con temporizzazione casuale
Altri nomi:
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Sperimentale: TMS alla corteccia parietale seguita da TMS alla corteccia frontale
I partecipanti riceveranno TMS durante l'esecuzione di un compito di controllo cognitivo.
Nella loro prima sessione di stimolazione, la bobina TMS verrà posizionata sopra la corteccia parietale sul cuoio capelluto.
Nella loro seconda sessione, la bobina TMS verrà posizionata sopra la corteccia frontale sul cuoio capelluto.
Durante ogni sessione, i soggetti ricevono Theta TMS, Alpha TMS e Arrhythmic TMS.
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La TMS verrà somministrata alla frequenza dell'oscillazione theta endogena di ciascun soggetto (4-7Hz)
Altri nomi:
La TMS verrà somministrata alla frequenza dell'oscillazione alfa endogena di ciascun soggetto (8-12 Hz)
Altri nomi:
La TMS verrà somministrata in modo aritmico; cioè una sequenza di impulsi con temporizzazione casuale
Altri nomi:
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Cosa sta misurando lo studio?
Misure di risultato primarie
Misura del risultato |
Misura Descrizione |
Lasso di tempo |
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Numero di elementi ricordati
Lasso di tempo: 1 settimana
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I partecipanti fanno premere un pulsante su una tastiera per indicare se gli elementi sondati sono abbinati o meno agli elementi tenuti in memoria dopo che è stato presentato un segnale retrospettivo.
Gli investigatori calcolano la percentuale corretta per le condizioni di non corrispondenza, definita come tasso di successo, e la percentuale errata per le condizioni di corrispondenza, definita come tasso di falso allarme.
Il numero di elementi ricordati, spesso indicato come capacità di memoria di lavoro, è calcolato come il numero di elementi da ricordare (2, 3 o 4) moltiplicato per il tasso di successo meno il tasso di falsi allarmi, diviso per uno meno il tasso di falsi allarmi .
L'intervallo di valori va da 0 a 4, dove valori maggiori indicano prestazioni migliori.
Per la TMS alla corteccia frontale, la capacità della memoria di lavoro viene segnalata quando il partecipante è stato indirizzato a destra.
Per la TMS alla corteccia parietale, la capacità della memoria di lavoro viene segnalata quando il partecipante è stato indirizzato a sinistra.
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1 settimana
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Ampiezza delle oscillazioni neurali
Lasso di tempo: 1 settimana
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L'attività elettrica del cervello viene registrata durante l'esecuzione del compito e la stimolazione cerebrale.
I ricercatori eseguiranno la convoluzione wavelet di Morlet sul segnale elettrico registrato per calcolare l'ampiezza delle oscillazioni neurali nelle bande di frequenza: theta (4-7 hertz) e alfa (8-12 hertz).
L'ampiezza delle oscillazioni neurali viene riportata durante la seconda metà della stimolazione nella regione che viene stimolata.
L'ampiezza viene normalizzata per ciascun partecipante come variazione percentuale rispetto all'ampiezza durante il periodo di riferimento (prima dell'inizio dell'attività).
Per la TMS alla corteccia frontale viene riportata l'ampiezza delle oscillazioni theta e per la TMS alla corteccia parietale viene riportata l'ampiezza delle oscillazioni alfa.
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1 settimana
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Tempo di risposta
Lasso di tempo: 1 settimana
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I partecipanti fanno premere un pulsante su una tastiera per indicare se gli elementi della sonda sono abbinati o meno agli elementi tenuti in memoria dopo che è stato presentato un segnale retrospettivo.
Gli investigatori calcoleranno il tempo di risposta di questa scelta come la differenza tra il tempo della pressione del pulsante e la presentazione della sonda.
Per la TMS alla corteccia frontale, il tempo di risposta viene riportato quando il partecipante è stato indirizzato a destra.
Per la TMS alla corteccia parietale, il tempo di risposta viene riportato quando il partecipante è stato indirizzato a sinistra.
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1 settimana
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Collaboratori e investigatori
Collaboratori
Pubblicazioni e link utili
Pubblicazioni generali
- 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.
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- 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.
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- 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.
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Primo Inserito (Effettivo)
Aggiornamenti dei record di studio
Ultimo aggiornamento pubblicato (Effettivo)
Ultimo aggiornamento inviato che soddisfa i criteri QC
Ultimo verificato
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Termini relativi a questo studio
Altri numeri di identificazione dello studio
- 18-1789
- R01MH111889 (Sovvenzione/contratto NIH degli Stati Uniti)
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