Einfluss von pulsierender transkranialer Wechselstromstimulation auf die Bearbeitung der Stroop Aufgabe

Influence of pulsating transcranial alternating current stimulation on the processing of the Stroop task

by Niklas Henneberg
Doctoral thesis
Date of Examination:2024-11-05
Date of issue:2024-10-29
Advisor:Prof. Dr. Andrea Antal
Referee:Prof. Dr. Andrea Antal
Referee:PD Dr. Peter Dechent
Referee:Prof. Dr. Ralf Dressel
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10810

 

 

Files in this item

Name:Henneberg_Niklas_Einfluss_von_pulsierender_t...pdf
Size:3.34Mb
Format:PDF

The following license files are associated with this item:

Abstract

English

Cognitive control is an essential everyday skill that is associated with increased activity in the left dorsolateral prefrontal cortex (LDLPFC) and the dorsal anterior cingulate cortex (dACC). Although the relevance of the individual brain areas in the context of cognitive control has already been demonstrated, the influence of LDLPFC and dACC communication on cognitive control is still unclear. In the present study, this inter-cortical communication was investigated in 48 subjects using non-invasive pulsed transcranial alternating current stimulation (ptACS) during the Stroop task. The Stroop task involves naming the font color of a word while suppressing the meaning of the word. In order to solve this task effectively, cognitive control must be applied, the extent of activation of which should be influenced by the ptACS. The central questions were, on the one hand, whether communication between cortical areas is essential for cognitive control and, on the other hand, whether ptACS is a suitable method for influencing the communication processes of neighboring brain areas. To answer these questions, the subjects were divided into two cohorts of 24 people each and received either isolated LDLPFC, isolated dACC, phase-shifted LDLPFC-dACC or placebo stimulation over four sessions, with the order of stimulation being randomized. The only difference between the individual cohorts was the stimulation duration (either 1 ms or 10 ms) and the effect of the stimulation was measured by the response time and response accuracy of the subjects. Based on the data collected, however, it became apparent that the use of ptACS in the present experimental setup appears to be unsuitable for investigating cognitive control. Neither the isolated stimuli nor the phase-shifted stimuli for influencing inter-cortical communication were able to demonstrate without contradiction a change in response times when processing the Stroop task as an expression of altered cognitive control. Although the effects already described could be partially reproduced (altered response times), the overall results across both cohorts were too inconsistent, so that all results should be critically scrutinized. The reasons for this inconsistency are unclear. One possibility could be suboptimal test conditions, which led to too much inter-individual variability between the test subjects. Another cause could be the currently still unclear cellular effects of ptACS, which may not have had the desired effect of changing the response time. For these reasons, the effectiveness and the basic mechanisms of ptACS should first be investigated in more detail in further experiments before it can be used as a potential instrument for research or as part of a therapy.
Keywords: Stroop task

German

Die kognitive Kontrolle stellt eine essenzielle Alltagsfähigkeit dar, die mit einer erhöhten Aktivität des linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (LDLPFC) und des dorsalen anteri-oren zingulären Kortex (dACC) einhergeht. Obwohl bereits der Nachweis über die Relevanz der einzelnen Hirnareale im Rahmen der kognitiven Kontrolle erbracht wurde, ist der Ein-fluss der Kommunikation des LDLPFC und dACC auf die kognitive Kontrolle noch unklar. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde bei 48 Probanden/-innen diese interkortikale Kommunikation mit Hilfe von nicht invasiver pulsierender transkranialer Wechselstromsti-mulation (ptACS) während der Bearbeitung der Stroop-Aufgabe untersucht. Bei der Stroop-Aufgabe gilt es die Schriftfarbe eines Wortes zu benennen und dabei die Wortbedeutung zu unterdrücken. Um diese Aufgabe effektiv lösen zu können, muss die kognitive Kontrolle aufgewendet werden, dessen Aktivierungsausmaß durch die ptACS beeinflusst werden sollte. Die zentralen Fragestellungen waren dabei zum einen, ob die Kommunikation der kortikalen Areale essenziell für die kognitive Kontrolle ist und zum anderen, ob ptACS eine geeignete Methode ist, um die Beeinflussung der Kommunikationsprozesse von benachbarten Hirn-arealen zu gewährleisten. Die Versuchspersonen wurden zur Klärung dieser Fragen in zwei Kohorten von jeweils 24 Personen eingeteilt und erhielten über vier Sitzungen entweder eine isolierte LDLPFC-, eine isolierte dACC-, eine phasenversetzte LDLPFC-dACC- oder eine Placebo-Stimulation, wobei die Reihenfolge der Stimulationen zufällig war. Der Unterschied zwischen den einzelnen Kohorten war lediglich die Stimulationsdauer (entweder 1 ms oder 10 ms) und der Effekt der Stimulation wurde gemessen an der Antwortzeit und Antwort-genauigkeit der Probanden/-innen. Auf Grundlage der erhobenen Daten zeigte sich allerdings, dass die Verwendung von ptACS in dem vorliegendem Versuchsaufbau ungeeignet zur Untersuchung der kognitiven Kon-trolle zu sein scheint. Weder die isolierten Stimulationen noch die phasenversetzen Stimula-tionen zur Beeinflussung der interkortikalen Kommunikation konnten widerspruchsfrei eine Veränderung der Antwortzeiten bei der Bearbeitung der Stroop-Aufgabe als Ausdruck einer veränderten kognitiven Kontrolle nachweisen. Zwar konnten bereits beschriebene Effekte teilweise reproduziert werden (veränderte Antwortzeiten), allerdings waren die Gesamtheit der Ergebnisse über beide Kohorten betrachtet zu inkonsistent, sodass alle Ergebnisse kri-tisch hinterfragt werden sollten. Die Ursachen für diese Inkonsistenz sind unklar. Eine Mög-lichkeit könnten suboptimale Versuchsbedingungen sein, die zu einer zu starken interindivi-duellen Variabilität zwischen den Probanden/-innen geführt hat. Eine andere Ursache könn-ten aber auch die derzeit noch unklaren zellulären Effekte der ptACS sein, die eventuell auf den gewünschten Effekt der Antwortzeitveränderung nicht erwirken konnten. Aus diesen Gründen sollte die Effektivität und die grundlegenden Mechanismen des ptACS durch wei-tere Versuche zunächst genauer eruiert werden, bevor es als potentielles Instrument für die Forschung oder im Rahmen einer Therapie genutzt werden kann.
 
Statistik