Modulation of laser-evoked pain perception and event-related potentials with non-invasive stimulation of the motor cortex

In the last two decades new techniques of non-invasive brain stimulation have been introduced that enable relatively long-lasting and reversible facilitation or inhibition of distinct cortical areas by modulating the excitability of underlying neurons. Among these methods, repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS) are the most widespread ones. To date, both have been successfully used to modulate various perceptual, cognitive and motor functions in healthy subjects and several diseases, including chronic pain. Their efficacy regarding acute pain perception in healthy subjects, however, is still not well-established. The aims of our studies were to investigate the effects of a novel rTMS paradigm, called continuous theta-burst stimulation (cTBS), and tDCS on laser-induced acute pain perception and laser-evoked potentials (LEPs) when applied to the motor cortex of healthy adult volunteers. In two psychophysical and two electrophysiological experiments, we have compared the effects of real cTBS and two tDCS protocols (anodal and cathodal) to those of sham stimulations. We have shown for the first time that cTBS over the motor cortex significantly alleviated laser-induced pain on both hands, accentuating on the con tralateral limb. The effect of cTBS was accompanied by reduced N2-P2 LEP amplitudes in the case of medium intensity pain. In the tDCS experiments, cathodal stimulation of the motor cortex reduced mild pain contralateral to the side of stimulation. Moreover, cathodal tDCS attenuated N2-P2 LEP components, without modulating thresholds of medium intensity pain. On the contrary, anodal tDCS facilitated laser-induced warm sensation contralateral to the side of tDCS, without affecting either pain sensation or LEPs. Our results indicate that non-invasive stimulation of the motor cortex causes antinociceptive effects that depend on the parameters of stimulation and are probably due to excitability changes in remote pain-related areas such as the operculoinsular region and the anterior cingulate cortex. These findings further strengthen the application of cTBS and tDCS in pain research, which might contribute to a more efficient manipulation of brain plasticity for therapeutic purposes

A vizuális kategorizáció fejlődésének idegrendszeri alapjai

A vizuális kategorizáció folyamata – azaz a körülöttünk lévő tárgyak gyors és pontos rendezése – mindennapi tevékenységeink többségében jelen van, segítve a minket érő nagy mennyiségű információ gyorsabb és hatékonyabb feldolgozását, rendszerezését. Elsőre azt gondolnánk, hogy egy ennyire alapvető funkció már nagyon korán kialakul, azonban egyes vizsgálatok arra hívják fel a figyelmet, hogy fejlődése egészen késő gyermekkorig, serdülőkorig elhúzódik. Jelen tanulmányunkban a vizuális kategorizációs folyamatok fejlődésének idegrendszeri hátterét kívánjuk leírni, különös figyelmet szentelve az iskolás évek alatt, vagyis a 7 éves kor után bekövetkező neurális változásokra

A vizuális kategorizáció fejlődésének idegrendszeri alapjai

A vizuális kategorizáció folyamata – azaz a körülöttünk lévő tárgyak gyors és pontos rendezése – mindennapi tevékenységeink többségében jelen van, segítve a minket érő nagy mennyiségű információ gyorsabb és hatékonyabb feldolgozását, rendszerezését. Elsőre azt gondolnánk, hogy egy ennyire alapvető funkció már nagyon korán kialakul, azonban egyes vizsgálatok arra hívják fel a figyelmet, hogy fejlődése egészen késő gyermekkorig, serdülőkorig elhúzódik. Jelen tanulmányunkban a vizuális kategorizációs folyamatok fejlődésének idegrendszeri hátterét kívánjuk leírni, különös figyelmet szentelve az iskolás évek alatt, vagyis a 7 éves kor után bekövetkező neurális változásokra

Az érzelmek hatása az implicit szekvenciatanulásra és a konszolidációra

A jelen vizsgálatban egy módosított szekvenciatanulási feladatot használtunk, amelyben negatív és semleges képek szerepeltek háttérként azzal a céllal, hogy megvizsgálhassuk az érzelmek hatását az implicit tanulásra. Az is fontos kérdés volt, hogy az alvás modulálja-e a negatív és semleges képek tanulásra kifejtett hatását, ezért az elsajátított tudást újrateszteltük 12 óra elteltével, amely a személyek felénél tartalmazott alvást, a másik felénél pedig nem. Az eredményeink azt mutatják, hogy a kísérleti személyek sikeresen elsajátították a rejtett szekvenciát, azonban az online tanulást nem befolyásolta a bemutatott képek milyensége, illetve az sem, hogy az adatfelvétel este vagy reggel történt. A konszolidációs szakaszt illetően a semleges képeket látó csoportnál teljesítményjavulás következett be az általános motoros tanulás tekintetében, szemben az negatív arousal csoporttal. Ezen túlmenően a szekvenciaspecifikus tudásban a semleges csoportnál tudásmegtartás következett be, ellenben a negatív arousal csoporttal. Az alvásnak egyik esetben sem volt differenciáló hatása

A vizuális kategorizáció elektrofiziológiai vizsgálata zajos ingerek segítségével

A vizuális kategorizáció - vagyis a tárgyak gyors és pontos azonosítása - fontos szerepet játszik mindennapi tevékenységeinkben, sőt egyes esetekben a túlélésben is. Napjainkban a humán kategorizációs folyamatok pszichológiai vizsgálatára leggyakrabban alkalmazott módszerek az idegtudományi mérőeljárások, mint például az elektroenkefalográfia (EEG). A kutatások egyre növekvő számának ellenére azonban sok kérdés tisztázatlan maradt ezen képesség idegrendszeri alapjait illetően. Jelen kutatás annak próbált meg utánajárni, hogy a általunk bemutatott képek különböző mértékű zajosítása milyen hatással van a vizuális Pl és N1 komponensekre egy kategorizációs feladatban. A vizsgálatban 12 egészséges személy végzett autó-madár kategorizációt 4 féle képtípuson: egyrészt eredeti, könnyen azonosítható, másrészt pedig 3 féle Fourier-spektrumra bonto tt, különböző mértékben felismerhető képeket mutattunk be. 32 csatornás EEG regisztráció történt, elsősorban a P1 és Ni komponensek amplitúdóit elemeztük a parietookcipitális területek felett. Az eredmények alapján mind a helyes válaszok aránya, mind a reakcióidő jól tükrözte a négy képtípus felismerhetőségét. Eredményeink szerint a könnyen azonosítható, eredeti ingerek esetén már a Pl-es komponensnél megjelenik a szemantikus kategóriára érzékeny hatás, az N1 komponens esetében a kategóriahatás pedig a képek felismerhetőségének rosszabbodásával csökken. Ezen eredmények arra utalhatnak, hogy az Ni komponens amplitúdó változása jól reprezentálja a feladatfüggő, kategorizációval kapcsolatos perceptuális folyamatokat, de könnyen felismerhető eredeti ingerek esetén már jóval korábban, az inger bemutatását követően 120-140 milliszekundummal is észlelhető szemantikus kategóriára érzékeny hatás

Effects of transcranial direct current stimulation for treating depression: A modeling study

Background: Transcranial direct current stimulation (tDCS) above the left dorsolateral prefrontal cortex (lDLPFC) has been widely used to improve symptoms of major depressive disorder (MDD). However, the effects of different stimulation protocols in the entire frontal lobe have not been investigated in a large sample including patient data. Methods: We used 38 head models created from structural magnetic resonance imaging data of 19 healthy adults and 19 MDD patients and applied computational modeling to simulate the spatial distribution of tDCS-induced electric fields (EFs) in 20 frontal regions. We evaluated effects of seven bipolar and two multi-electrode 4 × 1 tDCS protocols. Results: For bipolar montages, EFs were of comparable strength in the lDLPFC and in the medial prefrontal cortex (MPFC). Depending on stimulation parameters, EF cortical maps varied to a considerable degree, but were found to be similar in controls and patients. 4 × 1 montages produced more localized, albeit weaker effects. Limitations: White matter anisotropy was not modeled. The relationship between EF strength and clinical response to tDCS could not be evaluated. Conclusions: In addition to lDLPFC stimulation, excitability changes in the MPFC should also be considered as a potential mechanism underlying clinical efficacy of bipolar montages. MDD-associated anatomical variations are not likely to substantially influence current flow. Individual modeling of tDCS protocols can substantially improve cortical targeting. We make recommendations for future research to explicitly test the contribution of lDLPFC vs. MPFC stimulation to therapeutic outcomes of tDCS in this disorder

Head models of healthy and depressed adults for simulating the electric fields of non-invasive electric brain stimulation

During the past decade, it became clear that the electric field elicited by non-invasive brain stimulation (NIBS) techniques such as transcranial direct current stimulation (tDCS) and transcranial magnetic stimulation (TMS) are substantially influenced by variations in individual head and brain anatomy. In addition to structural variations in the healthy, several psychiatric disorders are characterized by anatomical alterations that are likely to further constrain the intracerebral effects of NIBS. Here, we present high-resolution realistic head models derived from structural magnetic resonance imaging data of 19 healthy adults and 19 patients diagnosed with major depressive disorder (MDD). By using a freely available software package for modelling the electric fields induced by different NIBS protocols, we show that our head models are well-suited for assessing inter-individual and between-group variability in the magnitude and focality of tDCS-induced electric fields for two protocols targeting the left dorsolateral prefrontal cortex