Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) мозжечка для улучшения сенсомоторной адаптации при шизофрении

Введение в проблему сенсомоторной интеграции при шизофрении

Ключевые симптомы у пациентов с расстройствами шизофренического спектра (РШС), такие как галлюцинации (например, восприятие внутренней речи как внешнего голоса) и нарушения самости (например, восприятие собственных мыслей или действий как управляемых извне), связывают с нарушением способности внутренних прямых моделей адекватно предсказывать сенсорные последствия собственных действий. Когда мы совершаем действие, копии моторных команд, как предполагается, используются внутренней прямой моделью для прогнозирования сенсорных результатов этого действия. Сенсорная информация, которая соответствует предсказанию, обычно ассоциируется с модуляциями перцептивной остроты и нейронных реакций в множестве регионов мозга по сравнению с информацией, отклоняющейся от предсказания, и thus воспринимается как само-generated. Дисфункции этого предиктивного механизма могут привести к ошибочной атрибуции само-generated сенсорного входа как внешне произведенного и вызвать описанные выше симптомы при РШС.

Важность гибкой адаптации предсказаний

Важно отметить, что предсказания прямой модели не являются жесткими, а должны быть способны гибко перекалиброваться, чтобы сохранять адекватное различение между само-generated и внешне генерируемым входом даже в условиях динамически изменяющейся окружающей среды. Например, результат действия может быть временно задержан при определенных обстоятельствах, например, щелчок мыши может привести к задержанным ответам от компьютера. Исследования со здоровыми участниками неоднократно показывали, что после многократного воздействия задержанного действия-исхода предсказанное время сенсорного исхода смещается в сторону этой задержки. Как следствие, задержанный исход воспринимался как происходящий синхронно с действием, явление, известное как эффект сенсомоторной временной перекалибровки (ТРЕ), и нейронные реакции на задержанный исход напоминали те, которые обычно наблюдаются для незадержанных исходов. На сегодняшний день остается неизвестным, обусловлены ли дисфункции предиктивных механизмов, наблюдаемые при РШС, общим сбоем генерации предсказаний или, более конкретно, сбоем адекватной перекалибровки этих предсказаний в соответствии с постоянно меняющимися требованиями среды.

Нейронные корреляты предиктивных процессов

Нейронные корреляты предиктивных процессов, основанных на прямой модели, были идентифицированы в нескольких областях мозга. Мозжечок является наиболее prominent в этом отношении, поскольку предполагается, что он играет vital роль в генерации и обновлении предсказаний о сенсорных исходах действий. Кроме того, области в теменной коре, в частности височно-теменное соединение (ВТС) или угловая извилина, и supplementary motor area (SMA, дополнительная моторная область) могут быть связаны с субъективным чувством контроля или агентства над исходами действий и различением между само-generated и внешне генерируемыми стимулами. Интересно, что неинвазивные техники стимуляции мозга продемонстрировали потенциал модулировать эти процессы при применении к соответствующим областям мозга.

Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS)

Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) — это неинвазивный метод нейромодуляции, при котором через мозг пропускается слабый постоянный ток через электроды, размещенные на коже головы. Этот ток модулирует возбудимость нейронов в целевой области: анодная стимуляция (положительный электрод) обычно увеличивает возбудимость, а катодная (отрицательный электрод) — уменьшает. tDCS применялась для модуляции различных когнитивных и моторных функций, а также изучалась как потенциальный терапевтический инструмент при различных неврологических и психиатрических состояниях, включая депрессию, хроническую боль и шизофрению.

Цели и гипотезы исследования

Таким образом, настоящее исследование впервые изучило (1) нарушены ли механизмы сенсомоторной временной перекалибровки у пациентов с РШС по сравнению со здоровыми участниками контрольной группы (HC), и (2) может ли tDCS на bilateral cerebellum, правую SMA или правую TPJ усилить перекалибровку и thus уменьшить потенциальные дефициты. Участники подвергались воздействию задержанных или незадержанных тонов после либо активно выполняемых, либо пассивно вызываемых нажатий кнопки, и эффекты этой процедуры на слуховое и зрительное временное восприятие оценивались с помощью задачи обнаружения задержки.

Методология исследования

Участники

В исследовании приняли участие 24 пациента с РШС и 20 HC без психиатрического диагноза (10 женщин, средний возраст: 36,90, SD = 10,37). Двое пациентов были исключены, в результате окончательная выборка составила 22 пациента (11 женщин, средний возраст: 35,80, SD = 10,37). Пятнадцати пациентам был поставлен диагноз шизофрении по МКБ-10, шести пациентам — шизоаффективное расстройство, и одному пациенту — острое и транзиторное психотическое расстройство. У всех участников была нормальная или скорректированная к нормальной острота зрения, нормальный слух и не было истории неврологических расстройств. Не сообщалось о противопоказаниях для tDCS (например, электрические или металлические имплантаты). Участники дали письменное информированное согласие и получили финансовое вознаграждение за участие.

Стимуляция tDCS

tDCS применялась с использованием DC стимулятора и двух резиновых электродов (5 × 7 см) в пропитанных солевым раствором губках (0,9% NaCl). Для всех условий стимуляции анод размещался над соответствующей областью мозга, поскольку было показано, что анодная tDCS увеличивает корковую возбудимость. Для стимуляции bilateral cerebellum центр анода размещался на средней линии на 2 см ниже иниона. Для tDCS на правую SMA и TPJ электроды позиционировались согласно системе 10–20 ЭЭГ. Каждый участник испытал четыре условия стимуляции (мозжечок, SMA, TPJ, sham) в четырех отдельных сессиях. Сессии проводились с интервалом не менее 18 часов, чтобы предотвратить остаточные эффекты от предыдущей стимуляции.

Оборудование и задача

Участники выполняли эксперимент в затемненной комнате перед компьютерным экраном. Нажатия кнопки выполнялись правым указательным пальцем с помощью специального пассивного электромагнитного кнопочного устройства. Эксперимент состоял из установленной парадигмы временной перекалибровки, в которой участники подвергались множественным парам фаз адаптации и тестирования. В фазах адаптации 18 последовательных нажатий кнопки должны были быть выполнены, каждое из которых сопровождалось тоном как слуховым сенсорным исходом.

Результаты исследования

Смешанный ANOVA с межгрупповым фактором группа (РШС, HC) и внутригрупповыми факторами стимуляция (мозжечок, SMA, TPJ, sham), тестовая модальность (слуховая, зрительная), тип движения (активное, пассивное) и задержка адаптации (0 мс, 200 мс) был проведен на процент обнаруженных задержек. Результаты не выявили значимого основного эффекта группы, что указывает на то, что пациенты не отличались от HC в общих способностях обнаружения задержки. Кроме того, ни один из эффектов взаимодействия, включающих факторы группа и задержка адаптации, не был значимым, thus не предоставляя доказательств нарушений во временной перекалибровке и различий в эффективности tDCS у пациентов с РШС.

Эффект временной перекалибровки (TRE)

Однако across групп и условий наблюдался значительный основной эффект задержки адаптации. Таким образом, восприятие участников перекалибровалось на задержку в 200 мс между нажатием кнопки и слуховым исходом, что привело к значительному TRE в виде reduced производительности обнаружения задержки. Дополнительно взаимодействие типа движения и задержки адаптации было значимым. Последующие тесты revealed, что TRE был significantly больше нуля как в активных, так и в пассивных условиях, но был significantly сильнее в активных.

Влияние tDCS на перекалибровку

Что касается влияния tDCS на временную перекалибровку, согласно взаимодействию стимуляции и задержки адаптации и последующим post-hoc тестам, across групп, TRE был significantly сильнее после cerebellar tDCS по сравнению с sham стимуляцией, но не после tDCS на правую SMA или правую TPJ. Наконец, значимое четырехстороннее взаимодействие стимуляции, типа движения, тестовой модальности и задержки адаптации further revealed, что across групп, facilitating влияние cerebellar tDCS на TRE происходило specifically для активных и слуховых условий, но отсутствовало в пассивных/слуховых, активных/зрительных и пассивных/зрительных условиях.

Обсуждение результатов

В этом исследовании мы впервые изучили общности и различия в механизмах сенсомоторной временной перекалибровки между HC и РШС и может ли tDCS на relevant областях облегчить эффекты перекалибровки. Мы обнаружили сходные эффекты сенсомоторной временной перекалибровки в обеих группах, что указывает на то, что механизмы перекалибровки могут быть сохранены при РШС. Более того, facilitating воздействие cerebellar tDCS на эти эффекты в обеих группах подчеркивает важность мозжечка для перекалибровки предсказаний прямой модели в ответ на изменения окружающей среды.

Интерпретация результатов

Независимо от стимуляции tDCS, и HC, и РШС показали значительный TRE across условий, и specifically для активных движений. Кроме того, не наблюдалось групповых различий в TRE в зависимости от типа движения, тестовой модальности или условия стимуляции. Таким образом, наше исследование не предоставляет доказательств фундаментального нарушения сенсомоторной временной перекалибровки при РШС, а, скорее, suggests общности в механизмах перекалибровки между РШС и HC.

Роль мозжечка

Важно, что cerebellar tDCS облегчила TRE в обеих группах. У HC TRE значительно увеличился с cerebellar tDCS по сравнению с sham стимуляцией. У РШС cerebellar tDCS смогла индуцировать значительный TRE, который отсутствовал при sham стимуляции. Мозжечок часто предлагался как site внутренних прямых моделей. Адаптация этих предсказаний, когда требуется due to изменяющихся условий окружающей среды, также может быть associated с процессами в мозжечке. Таким образом, facilitating impact cerebellar tDCS на TRE suggests, что перекалибровка этих предиктивных процессов в мозжечке была усилена стимуляцией, что согласуется с предыдущими исследованиями, демонстрирующими facilitating влияние стимуляции мозжечка на механизмы сенсомоторной временной перекалибровки у здоровых участников.

Выводы и перспективы

Наше исследование указывает на сходные механизмы сенсомоторной временной перекалибровки у HC и РШС и подчеркивает важность мозжечка в обеих группах для этого процесса. Наши результаты позволяют предположить, что cerebellar tDCS может constitute многообещающий инструмент для addressing дефицитов в related предиктивных или адаптивных процессах, основанных на прямой модели в мозжечке, и потенциально связанной симптоматики при РШС. Это открывает новые перспективы для неинвазивной нейромодуляции в качестве adjunct метода к когнитивной реабилитации и other терапевтическим intervention при расстройствах шизофренического спектра.

Важно отметить, что в то время как наше исследование suggests сходные behavioral эффекты временной перекалибровки между пациентами и здоровыми людьми, а также сходные эффекты cerebellar tDCS на перекалибровку, дальнейшие нейронные корреляты механизмов сенсомоторной временной перекалибровки еще не исследованы при РШС.