Modulering av kognitive kontrollsignaler i prefrontal cortex ved rytmisk transkraniell magnetisk stimulering

Nevrale oscillasjoner er foreslått å være en mekanisme for å koordinere informasjonsbehandling på tvers av distribuerte områder av cortex. Ulike nevrale oscillasjoner kan tilsvare forskjellige underliggende nevrale beregninger. Ikke-invasiv hjernestimulering lar eksperimentere modulere spesifikke nevrale oscillasjoner ved å målrette mot bestemte frekvensbånd. Ved å samle samtidig elektroencefalografi (EEG), er det tidligere vist at rytmisk transkraniell magnetisk stimulering (TMS) medfører nevrale oscillasjoner ved stimuleringsfrekvensen. Videre, når frekvensen av medførte nevrale oscillasjoner er tilpasset frekvensen av endogen aktivitet i en kognitiv oppgave, forbedrer hjernestimuleringen atferdsytelsen. Derfor er ikke-invasiv hjernestimulering et lovende verktøy for å forbedre kognisjon ved å indusere optimal nevral aktivitet via eksternt påførte elektromagnetiske felt; f.eks. forbedringer av kognitiv kontroll.

Tidligere bevis har implisert nevral aktivitet i alfabåndet (8-12 Hz) i informasjonsundertrykkelse og aktivitet i thetabåndet (4-7 Hz) i informasjonsprioritering. Kognitive kontrolloppgaveparadigmer har vist seg å fremkalle distinkt aktivitet i begge disse båndene. I denne oppgaven blir stimuli lateralisert til høyre og venstre synsfelt under koding. Etter en kort forsinkelse informerer en cue deltakerne om hvilke stimuli (høyre eller venstre) som vil bli testet. Tidligere bevis fant at alfa-aktivitet i parietal cortex genereres kontralateralt til irrelevante stimuli som støtter rollen til alfa i informasjonsundertrykkelse - mens theta-aktivitet i frontal cortex øker med antall stimuli som skal huskes - og støtter rollen til theta i informasjonsprioritering.

For den nåværende studien foreslår etterforskerne å levere rytmiske tog av TMS i enten alfa-frekvens, theta-frekvens eller en arytmisk kontroll for å modulere nevrale prosessering under en kognitiv kontrolloppgave. Ved å samle samtidig EEG med TMS, vil etterforskerne kunne måle de medførte svingningene fra rytmisk TMS. Målet med dette eksperimentet er å forbedre den observerte theta- og alfaaktiviteten som sees med vellykket prioritering og undertrykkelse av informasjon. For å gi kausale bevis på at parietal cortex genererer alfa-aktivitet og frontal cortex genererer theta-aktivitet, vil etterforskerne bruke rytmisk TMS-stimulering til to hodebunnsplasseringer: den fremre midtre frontale gyrus og inferior intraparietal sulcus. Ved å bruke alfafrekvens, theta-frekvens og arytmisk TMS på hvert sted, vil etterforskerne kunne undersøke årsakssammenhengen mellom frontale theta-svingninger i informasjonsprioritering og parietale alfaoscillasjoner ved informasjonsundertrykkelse.