リズミカルな経頭蓋磁気刺激による前頭前皮質の認知制御信号の調節
周波数固有のリズミカルな経頭蓋磁気刺激による認知制御レトロスペクティブキュータスクにおけるアルファ振動とシータ振動の変調
目的: この研究では、研究者らは認知制御におけるアルファ振動とシータ振動の役割の因果関係の証拠を提供します。
参加者: 参加者は健康で、18 歳から 35 歳までで、右利きで、インフォームド・コンセントを提供でき、すべての研究手順に従う意思があり、研究期間中は対応可能で、英語を話し、理解できる必要があります。
手順: 脳のアルファ振動とシータ振動が測定され、遡及的手がかり認知制御タスク中に周波数固有のリズミック TMS を使用して同調されます。
調査の概要
詳細な説明
神経振動は、皮質の分散領域にわたる情報処理を調整するメカニズムであると提案されています。 異なる神経振動は、異なる基礎となる神経計算に対応する可能性があります。 非侵襲的な脳刺激により、実験者は特定の周波数帯域をターゲットにして特定の神経振動を調節できます。 同時脳波検査 (EEG) を収集することにより、リズミカルな経頭蓋磁気刺激 (TMS) が刺激の周波数で神経振動を引き起こすことが以前に実証されています。 さらに、同調神経振動の周波数が認知課題における内因性活動の周波数と一致すると、脳刺激によって行動パフォーマンスが向上します。 したがって、非侵襲的な脳刺激は、外部から印加される電磁場を介して最適な神経活動を誘導することにより、認知を改善するための有望なツールです。例えば 認知制御の改善。
これまでの証拠では、アルファ帯域(8 ~ 12 Hz)の神経活動が情報の抑制に関与し、シータ帯域(4 ~ 7 Hz)の神経活動が情報の優先順位付けに関与していることが示されています。 認知制御タスクパラダイムは、これらの帯域の両方で異なる活動を誘発することが示されています。 このタスクでは、エンコード中に刺激が左右の視野に左右されます。 少し遅れて、キューが参加者にどの刺激 (右または左) をテストするかを通知します。 これまでの証拠では、頭頂葉皮質のアルファ活動は無関係な刺激の反対側で発生し、情報抑制におけるアルファの役割を裏付ける一方、前頭葉皮質のシータ活動は記憶すべき刺激の数に応じて増加し、情報の優先順位付けにおけるシータの役割を裏付けることが判明した。
現在の研究では、研究者らは、認知制御課題中の神経処理を調節するために、アルファ周波数、シータ周波数、または不整脈制御のいずれかでTMSのリズミカルな列を送達することを提案している。 TMS と同時に EEG を収集することにより、研究者はリズミカルな TMS からの同調振動を測定できるようになります。 この実験の目的は、情報の優先順位付けと抑制の成功によって観察されるシータおよびアルファの活動を強化することです。 頭頂皮質がアルファ活動を生成し、前頭葉皮質がシータ活動を生成するという因果関係の証拠を提供するために、研究者らは、前中前頭回と下頭頂内溝という2つの頭皮の位置にリズミカルなTMS刺激を適用する予定です。 各部位でアルファ周波数、シータ周波数、不整脈性TMSを適用することで、研究者らは情報の優先順位付けにおける前頭部シータ振動と情報抑制における頭頂部アルファ振動の因果関係を調べることができるだろう。
研究の種類
入学 (実際)
段階
- 適用できない
連絡先と場所
研究場所
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North Carolina
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Chapel Hill、North Carolina、アメリカ、27516
- University of North Carolina at Chapel Hill
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参加基準
適格基準
就学可能な年齢
健康ボランティアの受け入れ
受講資格のある性別
説明
包含基準:
- 健康
- 18歳から35歳まで
- 右利き
- インフォームド・コンセントを提供できる
- すべての学習手順に従う意欲がある
- 研究期間中利用可能
- 英語を話し、理解します。
除外基準:
- 注意欠陥・多動性障害(現在治療中)
- 神経障害および神経疾患には以下が含まれますが、これらに限定されません: てんかんの病歴 発作(小児熱性けいれんを除く) - 認知症
- 脳卒中の病歴
- パーキンソン病
- 多発性硬化症
- 脳動脈瘤
- 脳腫瘍
- 研究への参加を妨げる可能性のある医学的または神経学的疾患、または医学的障害の治療(例、不安定な心疾患、HIV/AIDS、悪性腫瘍、肝臓または腎臓の障害)
- 過去の脳手術 - 人工内耳や動脈瘤クリップを含むあらゆる脳デバイス/インプラント - 心臓ペースメーカー - 他の埋め込み型電子デバイス - 現在の外傷性脳損傷の病歴 - (女性の場合) 妊娠または授乳 - 医師の意見によると、研究者が参加者を危険にさらすか、参加者の研究の完全な遵守または完了を妨げる可能性があります。
研究計画
研究はどのように設計されていますか?
デザインの詳細
- 主な目的:基礎科学
- 割り当て:ランダム化
- 介入モデル:クロスオーバー割り当て
- マスキング:なし(オープンラベル)
武器と介入
参加者グループ / アーム |
介入・治療 |
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実験的:TMS から前頭皮質へ、続いて TMS から頭頂皮質へ
参加者は認知制御タスクを実行しながらTMSを受けます。
最初の刺激セッションでは、TMS コイルが頭皮の前頭皮質上に配置されます。
2 回目のセッションでは、TMS コイルを頭皮の頭頂皮質上に配置します。
すべてのセッション中、被験者はシータ TMS、アルファ TMS、および不整脈 TMS を受けます。
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TMS は、各被験者の内因性シータ振動の周波数 (4 ~ 7Hz) で投与されます。
他の名前:
TMS は、各被験者の内因性アルファ振動の周波数 (8 ~ 12 Hz) で投与されます。
他の名前:
TMS は不規則に投与されます。つまり、ランダム化されたタイミングを持つ一連のパルス
他の名前:
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実験的:TMS から頭頂皮質へ、続いて TMS から前頭皮質へ
参加者は認知制御タスクを実行しながらTMSを受けます。
最初の刺激セッションでは、TMS コイルが頭皮の頭頂皮質の上に配置されます。
2 回目のセッションでは、TMS コイルを頭皮の前頭皮質の上に配置します。
すべてのセッション中、被験者はシータ TMS、アルファ TMS、および不整脈 TMS を受けます。
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TMS は、各被験者の内因性シータ振動の周波数 (4 ~ 7Hz) で投与されます。
他の名前:
TMS は、各被験者の内因性アルファ振動の周波数 (8 ~ 12 Hz) で投与されます。
他の名前:
TMS は不規則に投与されます。つまり、ランダム化されたタイミングを持つ一連のパルス
他の名前:
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この研究は何を測定していますか?
主要な結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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記憶された項目の数
時間枠:1週間
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参加者は、振り返りの合図が提示された後、キーボードのボタンを押して、調べた項目が記憶に保持されている項目と一致するか一致しないかを示します。
調査者は、不一致条件の正解率 (ヒット率として定義) と、一致条件の不正解率 (誤報率として定義) を計算します。
記憶される項目の数 (作業記憶容量と呼ばれることが多い) は、記憶される項目の数 (2、3、または 4) にヒット率から誤警報率を引いた値を掛け、1 から誤警報率を引いた値で割って計算されます。 。
値の範囲は 0 ~ 4 で、値が大きいほどパフォーマンスが向上します。
前頭皮質へのTMSの場合、参加者が右に指示されたときの作業記憶容量が報告されます。
頭頂皮質へのTMSの場合、参加者が左に指示されたときの作業記憶容量が報告されます。
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1週間
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神経振動の振幅
時間枠:1週間
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脳の電気活動は、タスクの実行中および脳刺激中に記録されます。
研究者らは、記録された電気信号に対してモーレット ウェーブレット畳み込みを実行し、シータ (4 ~ 7 ヘルツ) とアルファ (8 ~ 12 ヘルツ) の周波数帯域における神経振動の振幅を計算します。
神経振動の振幅は、刺激されている領域の刺激の後半に報告されます。
振幅は、ベースライン期間中 (タスクの開始前) の振幅からの変化率として参加者ごとに正規化されます。
TMS から前頭皮質までの場合はシータ振動の振幅が報告され、TMS から頭頂皮質までの場合はアルファ振動の振幅が報告されます。
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1週間
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反応時間
時間枠:1週間
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参加者は、レトロスペクティブ キューが提示された後、キーボードのボタンを押して、プローブ項目がメモリに保持されている項目と一致するか一致しないかを示します。
研究者は、この選択の応答時間を、ボタンを押した時間とプローブの提示時間の差として計算します。
前頭皮質への TMS の場合、参加者が右に指示されたときの応答時間が報告されます。
頭頂皮質への TMS の場合、参加者が左に指示されたときの反応時間が報告されます。
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1週間
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協力者と研究者
出版物と役立つリンク
一般刊行物
- 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.
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- 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.
研究記録日
主要日程の研究
研究開始 (実際)
一次修了 (実際)
研究の完了 (実際)
試験登録日
最初に提出
QC基準を満たした最初の提出物
最初の投稿 (実際)
学習記録の更新
投稿された最後の更新 (実際)
QC基準を満たした最後の更新が送信されました
最終確認日
詳しくは
本研究に関する用語
その他の研究ID番号
- 18-1789
- R01MH111889 (米国 NIH グラント/契約)
医薬品およびデバイス情報、研究文書
米国FDA規制医薬品の研究
米国FDA規制機器製品の研究
米国で製造され、米国から輸出された製品。
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