Neurophysiological Correlates of the Modulation of Cognitive Control via Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS)

Abstract

“Cognitive control of emotional processing is essential for adaptive human behavior” (Faehling & Plewnia, 2016). Research indicates both facilitative and inhibitory effects of emotion on task performance. “Biased attention [as a consequence of dysfunctional cognitive control] towards emotionally salient information is critically linked with affective disorders and is discussed as a promising treatment target” (Faehling & Plewnia, 2016). Hypoactivity of the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) is suggested as a causal factor. “Anodal (activity enhancing) transcranial direct current stimulation (tDCS) has been shown to increase healthy and impaired cognitive control over emotional distraction and is therefore widely used for the investigation and experimental treatment of this disorder. In this [… dissertation], event-related potentials (ERPs) were recorded parallel to tDCS to track its online effects [on cognitive control of emotion]. Healthy volunteers (N = 87) performed a delayed working memory paradigm (DWM) with [negative …] and neutral distractors during [anodal] stimulation [of the left DLPFC] with different intensities (sham, 0.5, 1, 1.5 mA). Measuring the late positive potential (LPP), an ERP that indexes attention allocation, [it was] found that a valence-specific increase of the early portion of the LPP (eLPP, 250-500 ms) was associated with less emotional distraction in the sham group. Of note, stimulation with tDCS exerted an intensity related effect on this correlation. The later part of the LPP (lLPP, 500-1000 ms) was found to be correlated with reaction time, regardless of valence. General effect of tDCS on LPP [amplitude]s and task performance were not observed” (Faehling & Plewnia 2016). A measure of non-pathological trait anxiety correlated significantly with the late LPP in the complete sample. “These findings demonstrate that ERP recordings parallel to tDCS are feasible to investigate the neuronal underpinnings of stimulation effects on executive functions. Furthermore, they support the notion that the LPP induced by a distractive stimulus during a working memory task mirrors the additional allocation of neuronal resources with a specific sensitivity of the early LPP for highly arousing negative stimuli” (Faehling & Plewnia, 2016).

„Kognitive Kontrolle über die Verarbeitung von Emotionen ist für das adaptive Verhalten des Menschen unerlässlich“ (Faehling & Plewnia, 2016). Untersuchungen zeigen dabei sowohl eine förderliche als auch eine hinderliche Rolle von Emotionen auf die Aufgabenleistung. „Die systematische Aufmerksamkeitsverzerrung [, als Konsequenz dysfunktionaler kognitiver Kontrolle, ] zugunsten emotional bedeutsamen Informationen ist entscheidend mit affektiven Störungen verknüpft und wird als vielversprechendes Behandlungsziel diskutiert“ (Faehling & Plewnia, 2016). Eine Hypoaktivität des dorsolateralen Präfrontalkortex (DLPFC) scheint hierbei eine kausale Rolle einzunehmen. „Es konnte gezeigt werden, dass anodale (aktivitätssteigernde) transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) physiologische sowie dysfunktional beeinträchtigte kognitive Kontrolle von Emotionen stärken kann, weshalb ihr Einsatz für die Untersuchung und experimentelle Behandlung dieser Störung weit verbreitet ist. In der hier vorliegenden [… Dissertation] wurden ereigniskorrelierte Potentiale (ERPs) parallel zur tDCS registriert um online Effekte der Stimulation [auf die kognitive Kontrolle von Emotionen] zu beobachten. Gesunde Freiwillige (N=87) führten ein delayed working memory Paradigma (DWM) durch, bei dem [negative …] und neutrale Distraktoren gezeigt wurden. Dabei wurden sie [anodal über dem linken DLPFC] mit unterschiedlichen Stromstärken stimuliert (sham, 0.5, 1, 1.5 mA). Das late positive potential (LPP), ein ERP, welches Aufmerksamkeitsallokation anzeigt, wurde gemessen. Ein valenzspezifischer Anstieg in der frühen Phase des LPP (eLPP, 250-500ms) war assoziiert mit weniger Ablenkung durch [negative …] Stimuli in der sham Gruppe. Die Stimulation hatte einen intensitätsabhängigen Effekt auf diese Korrelation. Die spätere Phase des LPP (lLPP) korrelierte valenzunabhängig mit der Reaktionszeit. Haupteffekte von tDCS auf die LPP [Amplitude] oder die Aufgabenleistung wurden nicht beobachtet“ (Faehling & Plewnia, 2016). In der gesamten Gruppe wurde ein signifikanter Zusammenhang zwischen nicht-pathologischer Eigenschaftsangst und der späten LPP Phase beobachtet. „Diese Ergebnisse zeigen, dass ERP Aufzeichnung parallel zur tDCS eine praktikable Technik zur Untersuchung der neuronalen Grundlagen von Stimulationseffekten auf exekutive Funktionen sind. Außerdem unterstützen sie die These, dass das LPP, induziert durch einen ablenkenden Stimulus in einer Arbeitsgedächtnisaufgabe, spezifische Rekrutierung zusätzlicher neuronaler Ressourcen widerspiegelt, wobei eine spezifische Sensitivität des frühen LPP für stark erregende negative Stimuli festzustellen ist “ (Faehling & Plewnia, 2016).