Hintergrund: Es gibt zunehmende Evidenz, dass Schlaf eine aktive Rolle in der Gedächtniskonsolidierung spielt. Insbesondere wird in diesem Zusammenhang die Bedeutung langsamer Oszillationen (< 1 Hz) für die schlafbezogenen Gedächtniskonsolidierungsprozesse diskutiert. In einer wegweisenden Studie, in der eine langsam oszillierende transkranielle Gleichstromstimulation (so-tDCS) appliziert wurde, konnte bei jungen Probanden eine erfolgreiche exogene Manipulation dieser langsamen Oszillationen sowie eine Verbesserung des deklarativen Gedächtnisses beobachtet werden. Spätere Studien, die mit ähnlicher Methodik durchgeführt wurden, zeigten jedoch widersprüchliche Ergebnisse. Die Wirksamkeit dieser neuromodulatorischen Technik wird deshalb in Frage gestellt.
Ziel: In dieser Studie wurde untersucht, ob mittels so-tDCS spezifische neurale Oszillationen während des Schlafes moduliert werden können und das deklarative Gedächtnis gesteigert werden kann. Das Ziel war es, die Ergebnisse der Pionierstudie an gesunden jungen Probanden zu replizieren. Dazu wurde ein leicht modifiziertes Stimulationsprotokoll verwendet, welches zuvor an älteren Probanden angewandt wurde.
Methoden: In einem doppelblinden, placebo-kontrollierten Laborexperiment mit randomisiertem Crossover-Design wurde der Effekt von bifrontal applizierter anodaler so-tDCS (Frequenz 0,75 Hz) während des Schlafstadium 2 (N2) des Non-REM Schlafes auf die Ergebnisse eines Wortpaar-Assoziationstests und einer Finger-Tapping-Aufgabe an 23 gesunden Probanden (Mittelwert ± Standardabweichung: 23.2 ± 1.9 Jahre; 13 Frauen) überprüft. Stimulationseffekte wurden für Schlafstadien, die Schlafspindeldichte und die EEG-Power analysiert. Weiterhin wurde der Einfluss der so-tDCS auf die deklarative und prozedurale Gedächtniskonsolidierung überprüft.
Ergebnisse: Weder auf Verhaltens-, noch auf physiologischer Ebene wurden signifikante Stimulationseffekte beobachtet. Unter beiden Stimulationsbedingungen verbesserte sich die Gedächtnisleistung über Nacht bei der prozeduralen Aufgabe, während sie sich bei der deklarativen Aufgabe verschlechterte. Hatten die Probanden jedoch zusätzliche Lernmöglichkeiten, verringerte dies die Abnahme der deklarativen Gedächtnisleistung. Unabhängig von der Stimulation kam es zu einer Abnahme der schnellen parietalen Spindeldichte von der Baseline (vor Stimulation) zu den stimulationsfreien Intervallen, während bei der langsamen frontalen Spindeldichte kein signifikanter Unterschied auftrat.
Schlussfolgerungen: Die vorliegende Studie konnte die Ergebnisse der Pionierstudie nicht reproduzieren. Unsere Ergebnisse stimmen jedoch mit einer früheren Studie überein, die das gleiche Stimulationsprotokoll bei älteren Probanden verwendete. Das Ausmaß der nächtlichen Konsolidierung von deklarativen Gedächtnisinhalten war davon abhängig, ob es eine Möglichkeit zur Wiederholung der Lerninhalte gab. Die Standardisierung des Studienprotokolls und eine Berücksichtigung individueller Variabilität sind essentiell für so-tDCS Studien.
Background: There is growing evidence that sleep plays an active role in memory consolidation. Specially, there are indications that slow oscillations (< 1 Hz) might be involved in sleep-dependent memory consolidation processes. Employing slow oscillatory transcranial direct current stimulation (so-tDCS) during slow-wave sleep, a pioneer study reported a successful exogenous manipulation of slow oscillations accompanied by an enhancement of declarative memory in young participants. However, subsequent studies using similar methodologies yielded contradictory results questioning the effectiveness of this neuromodulatory technique.
Aim: This study attempted to modulate specific neural oscillations during sleep and boost declarative memory using so-tDCS with the aim to replicate the findings of a seminal study in young healthy adults, using a slightly modified stimulation protocol previously implemented in elderly participants.
Methods: The effect of anodal so-tDCS applied bifrontally (frequency 0.75 Hz) during non-rapid eye movement (NREM) stage 2 sleep (N2) was assessed on a word-pair task and a sequential finger tapping task in 23 healthy participants (mean ± Sd: 23.2 ± 1.9 years; 13 women) in a double-blind, placebo controlled, counterbalanced, randomized crossover design. Stimulation effects were analyzed on sleep stages, sleep spindle densities, and EEG power, as well as on declarative and procedural memory performances.
Results: No significant stimulation effects were observed neither on the behavioral performance nor at the physiological level. Under both stimulation conditions, overnight retention raised in the procedural task and declined in the declarative task. However, when participants had additional learning opportunities, the decline in declarative memory performance diminished. Regardless of stimulation, fast parietal spindle densities decreased from baseline (prior to stimulation) to stimulation-free intervals, while slow frontal spindle density showed no significant changes.
Conclusion: The present study failed to replicate the results of the pioneer study in this field. However, our findings are in line with a previous study that used the same stimulation protocol in elderly participants. Overnight retention performances in declarative memory were dependent on re-encoding opportunities. Finally, it should be noted that protocol standardization and variability control are essential in so-tDCS studies.
