DOI: https://doi.org/10.3934/neuroscience.2026012
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42453709
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Tien‐Wen Lee وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخطيط الدماغ وواجهات الدماغ-الكمبيوتر
مقدمة
تناقش المقدمة العلاقة بين التذبذبات القشرية والوظائف المعرفية، مع تسليط الضوء على كيفية ارتباط نطاقات التردد المختلفة، مثل ثيتا وألفا وغاما، بعمليات معرفية متنوعة بما في ذلك الذاكرة العاملة والانتباه. على وجه التحديد، ترتبط تذبذبات ثيتا بالذاكرة العاملة، بينما ترتبط إيقاعات غاما بوظائف معرفية أوسع وأنشطة الشبكات الدماغية. يسمح ظهور التحفيز الكهربائي المتناوب عبر الجمجمة (tACS) بالتحقيق في تأثيرات هذه التذبذبات على الإيقاع العصبي والمعرفة.
تقدم الورقة نتائج دراسة استخدمت tACS عند 5 هرتز، كاشفة أن هذا التحفيز أدى إلى عدم تزامن قوة ثيتا الإقليمية مع تعزيز قوة ثيتا المعاكسة، على الأرجح بسبب التنافس بين نصفي الكرة المخية. كانت التأثيرات واسعة النطاق، مما يدل على الطبيعة واسعة الطيف لـ tACS مقارنة بالتقنيات الأكثر موضعية مثل التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة. بالإضافة إلى ذلك، لاحظت الدراسة تغييرات كبيرة في الاتصال بين المناطق، خاصة عند تردد ثيتا. بناءً على الأبحاث السابقة، تهدف الدراسة الحالية إلى استكشاف تأثيرات tACS بتردد 40 هرتز على الشبكة الجبهية الجدارية اليسرى عبر جلسات متعددة، مع التركيز على تعزيز القدرات المعرفية من خلال تحليل مفصل للقوة الإقليمية والاتصال باستخدام التصوير الكهرومغناطيسي الدماغي منخفض الدقة (eLORETA).
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصل في المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الأساليب الإحصائية، والبروتوكولات التجريبية، وأي أدوات حسابية تم استخدامها.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الضوابط المطبقة للتحقق من النتائج والمعايير لاختيار العينات أو الموضوعات. بشكل عام، تعتبر هذه الجزء من البحث حاسمة لفهم موثوقية وصلاحية النتائج المقدمة في الدراسة، حيث توفر نظرة شاملة على كيفية إجراء البحث.
نتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم مجموعة من 34 مريضًا، تتراوح أعمارهم بين 10.9 و84.0 عامًا (المتوسط ± الانحراف المعياري: 60.0 ± 24.7 عامًا)، لتأثيرات التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة (tES) عند أقصى تيار قدره 2.0 مللي أمبير. كانت العينة تتكون من 15 ذكرًا و19 أنثى، مع تشخيصات تشمل ضعف إدراكي خفيف (MCI، n=12)، واضطراب نقص الانتباه/فرط النشاط (ADHD، n=10)، وإعاقة عقلية خفيفة إلى متوسطة (n=4)، وصعوبة تعلم (n=6)، وإصابة دماغية رضحية (n=2). أفاد المشاركون فقط بآثار جانبية خفيفة تتعلق بالتحفيز الكهربائي المتناوب عبر الجمجمة (tACS)، مثل الوخز أو الحكة.
كشفت التقييمات النفسية العصبية عن تحسينات كبيرة في عدة درجات اختبار بعد العلاج. على وجه التحديد، انخفضت درجات Trail A من 40.8 (SD = 19.0) إلى 33.5 (SD = 14.0) مع درجة t قدرها -2.85 (p = 0.0079)، وانخفضت درجات Trail B من 116.9 (SD = 60.3) إلى 97.3 (SD = 42.9) مع درجة t قدرها -3.48 (p = 0.0016). بالإضافة إلى ذلك، زادت درجات الطلاقة الحرفية من 28.0 (SD = 10.7) إلى 31.3 (SD = 10.9) مع درجة t قدرها 3.20 (p = 0.0033). ومع ذلك، لم تظهر الطلاقة التصميمية تغييرًا ذا دلالة إحصائية، حيث انتقلت الدرجات من 24.2 (SD = 8.6) إلى 26.9 (SD = 9.2) ودرجة t قدرها 2.04 (p = 0.0510). بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن tES قد يكون له تأثيرات مفيدة على بعض الوظائف المعرفية في هذه الفئة من المرضى.
مناقشة
تحققت الدراسة في تأثيرات التحفيز الكهربائي المتناوب عبر الجمجمة بتردد 40 هرتز (tACS) على الاضطرابات المعرفية من خلال تحليل بيانات تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) من 34 مشاركًا قبل وبعد 12 جلسة علاج. أشارت النتائج إلى انخفاض كبير في كثافة مصدر التيار القشري (CSD) في المنطقة الجبهية الجدارية اليسرى، خاصة في نطاقات تردد بيتا وغاما (P < 0.01)، بينما أظهر نصف الكرة الأيمن زيادة في CSD، على الأرجح بسبب التنافس بين نصفي الكرة المخية. بالإضافة إلى ذلك، كان هناك تعزيز ملحوظ في قوة الاتصال بين المناطق الجبهية والجدارية اليسرى (P = 0.017)، مما يشير إلى أن tACS قد يسهل الاتصال بين المناطق. تتوافق النتائج مع الأبحاث السابقة حول tACS، مما يشير إلى أن العلاج قد يعطل التزامن العصبي بينما يعزز الاتصال، خاصة في نطاق غاما. وهذا يقترح أن التحسينات المعرفية الملحوظة قد تكون مدفوعة بزيادة التزامن الطوري بدلاً من التغيرات في القوة التذبذبية. كما تسلط الدراسة الضوء على تعقيد تأثيرات tACS على الاتصال الوظيفي، مشيرة إلى عدم الاتساق في الأدبيات السابقة بشأن اتجاه وخصوصية تغييرات الاتصال. تم الاعتراف بالقيود، بما في ذلك غياب مجموعة تحكم وهمية وتأثيرات الممارسة المحتملة، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث لتوضيح الآليات الكامنة وراء التغيرات العصبية الناتجة عن tACS.
DOI: https://doi.org/10.3934/neuroscience.2026012
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42453709
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Tien‐Wen Lee et al.
Primary Topic: EEG and Brain-Computer Interfaces
Introduction
The introduction discusses the relationship between cortical oscillations and cognitive functions, highlighting how different frequency bands, such as theta, alpha, and gamma, are associated with various cognitive processes including working memory and attention. Specifically, theta oscillations are linked to working memory, while gamma rhythms are connected to broader cognitive functions and brain network activities. The advent of transcranial alternating current stimulation (tACS) allows for the investigation of these oscillations’ effects on neural rhythmicity and cognition.
The paper presents findings from a study that utilized tACS at 5 Hz, revealing that this stimulation desynchronized regional theta power while enhancing contralateral theta power, likely due to inter-hemispheric rivalry. The effects were widespread, indicating the broad-spectrum nature of tACS compared to more localized techniques like transcranial magnetic stimulation. Additionally, the study observed significant changes in inter-regional connectivity, particularly at the theta frequency. Building on previous research, the current study aims to explore the effects of 40-Hz gamma tACS over the left frontoparietal network across multiple sessions, focusing on enhancing cognitive capabilities through detailed analysis of regional power and connectivity using exact low-resolution brain electromagnetic tomography (eLORETA).
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the techniques applied for data collection and analysis, such as statistical methods, experimental protocols, and any computational tools utilized.
Additionally, the section may describe the controls implemented to validate the results and the criteria for selecting samples or subjects. Overall, this part of the research is critical for understanding the reliability and validity of the findings presented in the study, as it provides a comprehensive overview of how the research was conducted.
Results
In this study, a cohort of 34 patients, aged between 10.9 and 84.0 years (mean ± SD: 60.0 ± 24.7 years), was evaluated for the effects of transcranial electrical stimulation (tES) at a maximum current of 2.0 mA. The sample comprised 15 males and 19 females, with diagnoses including mild cognitive impairment (MCI, n=12), attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD, n=10), mild to moderate intellectual disability (n=4), learning disability (n=6), and traumatic brain injury (n=2). Participants reported only mild side effects related to transcranial alternating current stimulation (tACS), such as tingling or itching.
Neuropsychological assessments revealed significant improvements in several test scores post-treatment. Specifically, the Trail A scores decreased from 40.8 (SD = 19.0) to 33.5 (SD = 14.0) with a t-score of -2.85 (p = 0.0079), and Trail B scores decreased from 116.9 (SD = 60.3) to 97.3 (SD = 42.9) with a t-score of -3.48 (p = 0.0016). Additionally, letter fluency scores increased from 28.0 (SD = 10.7) to 31.3 (SD = 10.9) with a t-score of 3.20 (p = 0.0033). However, design fluency did not show a statistically significant change, with scores moving from 24.2 (SD = 8.6) to 26.9 (SD = 9.2) and a t-score of 2.04 (p = 0.0510). Overall, these findings suggest that tES may have beneficial effects on certain cognitive functions in this patient population.
Discussion
The study investigated the effects of 40 Hz transcranial alternating current stimulation (tACS) on cognitive dysfunctions by analyzing electroencephalography (EEG) data from 34 participants before and after 12 treatment sessions. The results indicated a significant reduction in cortical current source density (CSD) at the left frontoparietal region, particularly in the beta and gamma frequency bands (P < 0.01), while the right hemisphere exhibited an increase in CSD, likely due to inter-hemispheric rivalry. Additionally, there was a notable enhancement in connectivity strength between the left frontal and parietal regions (P = 0.017), suggesting that tACS may facilitate inter-regional communication. The findings align with previous research on tACS, indicating that the treatment may disrupt neural synchronization while enhancing connectivity, particularly in the gamma range. This suggests that the observed cognitive improvements may be mediated by increased phase synchronization rather than changes in oscillatory power. The study also highlights the complexity of tACS effects on functional connectivity, noting inconsistencies in previous literature regarding the direction and specificity of connectivity changes. Limitations, including the absence of a sham control group and potential practice effects, were acknowledged, emphasizing the need for further research to clarify the mechanisms underlying tACS-induced neural changes.