Using anodal tDCS in an associative learning paradigm in healthy older adults

Abstract

Introduction: Anodal transcranial direct current stimulation (atDCS) has been used for years to modulate cognitive performance. To date, research has yielded mixed results due to different experimental designs. This thesis aims to explore open questions in modulating episodic memory in older adults and the varying responsiveness of the ageing brain to atDCS. Methods: In this study, 34 healthy older adults between 51 and 80 years received 20 min of atDCS over the left temporo-parietal junction (TPJ) with the cathode covering the right fronto-orbital region while performing a picture-word associative learning paradigm. Using a single-blind, randomized and controlled crossover design, each participant underwent an anodal and sham tDCS condition. The episodic memory performance was measured by learning and by immediate and delayed retrieval. Results: Linear mixed models displayed improved episodic memory performance in healthy older adults. Participants receiving atDCS had superior learning and immediate retrieval performance in a picture-word associative learning paradigm. A 20-min delayed retrieval and both hit and correct-rejection rates, according to signal detection theory, revealed no significant results. Discussion: In summary, evidence exists that a single session of atDCS, applied over the left TPJ, can modulate episodic memory performance in healthy older adults. Nevertheless, there are many unsolved issues causing variation in the aged brain’s responsiveness to atDCS, and these issues must be addressed in future studies. Finally, atDCS might serve as a cognitive enhancement device for vulnerable populations, such as older adults in general and patients with early stages of Alzheimer’s disease (AD) or post-stroke aphasia.

Einleitung: Die anodale transkranielle Gleichstromstimulation (atDCS) wird seit mehreren Jahren als eine vielversprechende Technik zur Modulation von kognitiven Leistungen verwendet. Es gibt Hinweise, dass Unterschiede in der Wirksamkeit für atDCS in jüngeren und älteren Erwachsenen bestehen. Zudem bleiben, aufgrund von heterogenen Forschungsdesigns, viele methodische Aspekte ungeklärt. Diese Doktorarbeit bearbeitet offene Fragen über episodische Gedächtnisleistungen von älteren Erwachsenen und bespricht mögliche Ursachen veränderter Wirksamkeit von atDCS. Methoden: In einer einfach verblindeten, randomisierten und kontrollierten Studie im Crossover-Design wurde der Effekt von atDCS über dem linken posterioren temporoparietalen Kortex (TPJ) mit kontralateraler supraorbitaler Kathode untersucht. 34 gesunde ältere Probanden zwischen 51 und 80 Jahren, bekamen jeweils in zwei Versuchsbedingungen für 20 Minuten atDCS oder eine Scheinstimulation (stDCS) appliziert. Die Lernaufgabe, bestand in einem assoziativen Verknüpfen eines bekannten Objektes mit einem Kunstwort. Es wurde der Lernerfolg, sowie die Leistungen im anschließenden und verzögerten Abruf gemessen. Ergebnisse: Gemischte lineare Modelle zeigten eine Verbesserung der episodischen Gedächtnisleistung von gesunden älteren Erwachsenen. Unter atDCS zeigten die Teilnehmenden bessere Leistungen beim Lernen und anschließenden Abrufen in einem assoziativen Lernparadigma. Ein verzögerter Abruf und die Auswertung der in der Signalentdeckungstheorie verwendeten einzelnen Maßzahlen zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Stimulationsbedingungen. Diskussion: Zusammenfassend lässt sich sagen, dass atDCS über dem linken posterioren temporoparietalen Kortex nach einer einzelnen Sitzung zu einer Verbesserung der episodische Gedächtnisleistung bei älteren Erwachsenen führt. Trotzdem gibt es weiterhin offene Fragen bezüglich der unterschiedlichen Wirksamkeit in den verschiedenen Altersgruppen. In Zukunft besteht die Möglichkeit, dass vulnerable Gruppen wie ältere, gesunde Erwachsene, Patienten im frühen Stadium einer Demenz vom Alzheimer-Typ (AD) oder einer Aphasie nach einem Schlaganfall von einer Steigerung der kognitiven Fähigkeiten durch atDCS profitieren könnten.