経頭蓋直流刺激による認知制御トレーニングの強化：体系的なパラメーター研究

背景：認知制御（CC）は、目標指向の動作と効率的な情報処理の重要な前提条件です。障害のあるCCは、前頭前野皮質活動の減少とさまざまな精神障害に関連していますが、経頭蓋直流刺激（TDCS）強化トレーニングによって効果的に取り組まれる可能性があります。ただし、有効性は、実装が研究間で大きく異なる刺激パラメーターに依存するため、研究データは一貫性がありません。 目的：TDCと組み合わせた6セッションCCトレーニングで、さまざまなTDCSパラメーター効果（陽極/カソード極性、1/2 mA刺激強度、左/右前頭前野半球）を体系的にテストしました。 方法：健康な人間の9つのグループ（雄/女性）は、CCトレーニング（修正適応ペース聴覚連続タスク[PASAT]）と同時に、左/右PFCまたは偽刺激で1/2 mAの陽極/カソードTDCを受け取りました。。被験者は、週に3回（各19分）訓練を2週間訓練しました。トレーニング前、トレーニング中、トレーニング後のPASATのパフォーマンスの進捗を評価しました。階層的アプローチを使用して、CCをサポートする最適な刺激パラメーターを段階的に絞り込みました。フランカータスクの長期CC効果と転送効果は、3か月後にトレーニング期間後に評価されました。 結果：偽刺激と比較して、カソードTDCはパフォーマンスの向上を改善しませんでした。これは1 mAの刺激強度に対してのみ有効であり、左PFCに適用された場合に特に検出されました。 結論：我々の結果は、健康な被験者の大規模なサンプルにおける認知トレーニングに対する陽極TDCの有益で非線形の効果を確認します。このデータは、機能的に標的とされたTDCのさらなる開発、精神障害における認知制御トレーニングをサポートし、臨床介入のさらなる開発を導くための基礎を統合します。

BACKGROUND: Cognitive control (CC) is an important prerequisite for goal-directed behaviour and efficient information processing. Impaired CC is associated with reduced prefrontal cortex activity and various mental disorders, but may be effectively tackled by transcranial direct current stimulation (tDCS)-enhanced training. However, study data are inconsistent as efficacy depends on stimulation parameters whose implementations vary widely between studies. OBJECTIVE: We systematically tested various tDCS parameter effects (anodal/cathodal polarity, 1/2 mA stimulation intensity, left/right prefrontal cortex hemisphere) on a six-session CC training combined with tDCS. METHODS: Nine groups of healthy humans (male/female) received either anodal/cathodal tDCS of 1/2 mA over the left/right PFC or sham stimulation, simultaneously with a CC training (modified adaptive Paced Auditory Serial Addition Task [PASAT]). Subjects trained thrice per week (19 min each) for two weeks. We assessed performance progress in the PASAT before, during, and after training. Using a hierarchical approach, we incrementally narrowed down on optimal stimulation parameters supporting CC. Long-term CC effects as well as transfer effects in a flanker task were assessed after the training period as well as three months later. RESULTS: Compared to sham stimulation, anodal but not cathodal tDCS improved performance gains. This was only valid for 1 mA stimulation intensity and particularly detected when applied to the left PFC. CONCLUSIONS: Our results confirm beneficial, non-linear effects of anodal tDCS on cognitive training in a large sample of healthy subjects. The data consolidate the basis for further development of functionally targeted tDCS, supporting cognitive control training in mental disorders and guiding further development of clinical interventions.