Как улучшить многозадачность: влияние tDCS на префронтальную кору

Влияние стимуляции мозга на многозадачность: научное исследование

Современная жизнь требует от нас постоянного выполнения нескольких задач одновременно — от использования мультимедийных устройств до управления транспортными средствами и планирования сложных последовательностей действий в критических ситуациях. Однако даже выполнение двух простых когнитивных задач одновременно часто приводит к взаимной интерференции, когда вовлеченность в дополнительную задачу влияет на обработку приоритетной задачи.

Что такое защита задач и почему она важна

Процессы исполнительного контроля, объединенные под термином «защита задач», служат для уменьшения этой межзадачной интерференции путем обеспечения правильного связывания специфических для задачи стимулов с соответствующими реакциями в каждой задаче. Это минимизирует риск ошибочных реакций и/или путаницы. Поскольку успешное выполнение многозадачности опирается на ряд функций исполнительного контроля, таких как поддержание, мониторинг, межзадачная координация, разделение задач или распределение ресурсов, попытки улучшить многозадачные способности конкретно направлены на оптимизацию соответствующих компонентов исполнительного контроля.

Нейробиологические основы многозадачности

Недавние функциональные нейровизуализационные исследования подтверждают тесную связь между выполнением двойных задач и нейронной активностью в областях мозга, связанных с исполнительным контролем, таких как дорсолатеральная префронтальная кора (ДЛПФК). Например, Штельцель и коллеги сообщили об усилении функциональной связи между ДЛПФК и сенсорными регионами, релевантными для обработки Задачи 1, когда обе задачи имели высокое временное перекрытие, что предполагает увеличение защиты задач в условиях highest многозадачных требований.

Нейронные корреляты тренировочно-индуцированных улучшений в выполнении двойных задач были приписаны большему объему серого вещества, increased эффективности нейронной обработки информации или increased разделению task репрезентаций в фронто-париетально-подкорковых сетях, включая левую ДЛПФК как центральный хаб сети.

Неинвазивная стимуляция мозга как инструмент улучшения когнитивных функций

Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS)

Транскраниальная стимуляция постоянным током — это методика неинвазивной стимуляции мозга, которая применяет постоянный ток низкой амплитуды с использованием двух или более электродов на коже головы. В зависимости от полярности тока, нейронные разряды могут либо увеличиваться, либо уменьшать корковую возбудимость. В большинстве случаев благоприятные эффекты на когнитивные функции сообщаются для анодной tDCS (atDCS), которая увеличивает корковую возбудимость через деполяризацию.

Применение atDCS выявило поведенческую модификацию и улучшение когнитивных функций, таких как рабочая память и внимание, как у здоровых людей, так и у неврологических пациентов, и thus предлагает promising инструмент для улучшения защиты задач и уменьшения межзадачной интерференции при выполнении двойных задач.

Роль ДЛПФК в многозадачности

Исследования, focusing на улучшении исполнительного контроля в двойных задачах с tDCS, поддержали утверждение, что ДЛПФК играет центральную роль в выполнении двойных задач, особенно когда требуются высокие demands на исполнительное функционирование. Однако большинство исследований focused на сравнении выполнения двойных задач с выполнением одиночных задач для оценки costs двойных задач или addressed различные функции исполнительного контроля, такие как контроль порядка задач в двойных задачах.

• Дорсолатеральная префронтальная кора — ключевая область для когнитивного контроля
• Анодная tDCS увеличивает возбудимость нейронов
• Защита задач позволяет эффективно разделять concurrent процессы

Методология исследования

Дизайн эксперимента

В настоящем исследовании мы aimed проверить, может ли применение atDCS над левой ДЛПФК улучшить защиту задач. Мы использовали парадигму двойной задачи, в которой обе задачи представлялись в close временной proximity и разделяли processing сходства, чтобы вызвать перекрестные помехи между двумя задачами. Эффективная защита задач может быть выведена из размера так называемого эффекта обратной перекрестной помехи, который отражает, в какой степени обработка Задачи 1 затрагивается одновременной обработкой Задачи 2.

Важно, что чем меньше эта обратная перекрестная помеха на производительность Задачи 1, тем более эффективны защита задач и контроль интерференции. В двух различных экспериментальных сессиях участники получали либо atDCS, либо sham tDCS над левой ДЛПФК. Поскольку atDCS увеличивает корковую возбудимость, мы hypothesized, что atDCS по сравнению с sham tDCS во время выполнения двойной задачи будет модулировать лежащую в основе сеть исполнительного контроля, resulting в reduced BCE, indicating улучшенную защиту задач.

Участники и процедура

Исследование проводилось как однослепое, перекрестное, sham-контролируемое испытание. Каждый участник completed две сессии в separate дни, со average 7 дней между двумя сессиями. Они получали либо atDCS, либо sham tDCS с порядком условий стимуляции, being сounterbalanced. Каждая сессия длилась около 60 минут, включая setup tDCS.

Результаты исследования

Улучшение защиты задач под воздействием стимуляции

Результаты продемонстрировали, что atDCS по сравнению с sham tDCS уменьшила перекрестные помехи между двумя задачами, indicating улучшенную защиту задач. Важно, что улучшенная защита задач наблюдалась в условиях highest требований к двойной задаче, т.е. наибольшего временного перекрытия между двумя задачами.

Более точно, в условии sham tDCS перекрестные помехи были stronger, чем более simultaneously обе задачи обрабатывались. Близкая временная proximity стимулов при high временном перекрытии задач позволяет более simultaneous обработку компонентов задачи, что typically увеличивает перекрестные помехи между задачами. С less временным перекрытием задач перекрестные помехи typically снижаются. Таким образом, наши findings в условии sham tDCS mirror обычную pattern результатов, полученных в исследованиях двойных задач без какой-либо стимуляции мозга.

В отличие от этого, применение atDCS над левой ДЛПФК completely устранило эффект обратной перекрестной помехи, особенно в условиях highest уязвимости к интерференции, т.е. когда обе задачи выполнялись virtually в same время.

Нейробиологические механизмы улучшения

Результаты настоящего интервенционного подхода, therefore, расширяют предыдущие исследования визуализации, предполагающие significant роль ДЛПФК в защите задач. Мы could показать, что модуляция возбудимости в лево-латерализованной сети исполнительного контроля может улучшить функцию когнитивного контроля защиты задач и, thus, контроля интерференции в обработке двойных задач. Тот факт, что эффект atDCS особенно pronounced в условиях highest уязвимости к интерференции, согласуется с предыдущими behavioral исследованиями, демонстрирующими адаптивно увеличенную защиту задач, когда предсказываются ситуации high интерференции.

Обсуждение и перспективы

Возможные механизмы действия tDCS

Основываясь на настоящих наблюдениях, мы можем only предполагать, как модуляция лежащей в основе сети исполнительного контроля с помощью atDCS над левой ДЛПФК облегчает процессы защиты задач. Один из способов интерпретации наших результатов would быть, что atDCS мог помочь разрешению конфликта, смещая сигналы, необходимые для приоритетной обработки Задачи 1. Недавние нейровизуализационные исследования, например, показали conflict-related attentional смещение в пользу релевантных для задачи измерений стимула в одиночных задачах.

В качестве альтернативы, tDCS-индуцированное облегчение защиты задач может быть directly связано с enhanced эффективностью обработки, а не с разрешением конфликта. То есть, нейронные объяснения для объяснения тренировочных эффектов на когнитивную производительность задачи постулируют, что тренировка может привести к более efficient обработке уже задействованных нейронных цепей. Аналогично, atDCS мог увеличить возбудимость левой ДЛПФК, создавая более efficient функциональную адаптацию и обработку specifically внутри ДЛПФК.

• Улучшение эффективности нейронной обработки
• Усиление функциональной связности в сетях контроля
• Снижение интерференции между concurrent процессами

Ограничения исследования и будущие направления

Настоящее исследование использовало conventional setup tDCS, как applied в предыдущих исследованиях, которые сообщали об успешных benefits выполнения двойных задач, связанных с tDCS. Мы aware, что tDCS с этим setup над левой ДЛПФК позволяет модулировать активность и/или связность в лежащей в основе сети исполнительного контроля. Для того чтобы проверить causal роль вовлечения ДЛПФК в увеличенную защиту задач, требуется targeted стимуляция focal регионов мозга.

Использование active контрольной группы позволяет проверить specificity эффектов tDCS и избежать проблем ослепления, arising из перцепционных ощущений. Это становится even более important, если неэффективное ослепление leads к увеличению характеристик спроса, таких как возбуждение или мотивация на производительность. Поскольку потенциальные sensory costimulation confounds не могут быть исключены с certainty, использование active контрольной группы, тщательно matched по ощущениям и раздражению, становится important необходимостью и должно considered в будущих исследованиях.

Заключение и практическое значение

Мы исследовали эффекты atDCS над левой ДЛПФК на защиту приоритетной обработки задач в двойных задачах. Мы found, что atDCS уменьшила межзадачную интерференцию, особенно при high временном перекрытии между задачами по сравнению с sham tDCS. Эти findings расширяют предыдущие behavioral и нейровизуализационные исследования, демонстрируя, что стимуляция лево-латерализованной сети исполнительного контроля может улучшить двойную производительность путем уменьшения processing взаимодействий между simultaneously выполняемыми задачами.

Это atDCS-индуцированное улучшение когнитивной функции было наиболее evident в условиях highest уязвимости к межзадачной интерференции. Учитывая increasing распространенность многозадачности в modern жизни, это suggests, что atDCS должна быть explored как инструмент интервенции в будущих исследованиях, например, с repeated тренировкой и применением atDCS у individuals в advanced возрасте, которые known быть восприимчивыми к нарушениям в многозадачной производительности.

Стимуляция префронтальной коры открывает новые возможности для улучшения когнитивных функций в условиях многозадачности, что особенно актуально в современном мире с его высокими требованиями к одновременной обработке информации.