Transkraniaalisen tasavirtastimulaation vaikutukset erottelu- ja käänteisoppimiseen sekä reagointiherkkyyden muutoksiin

Abstract

Transkraniaalisella tasavirtastimulaatiolla (tDCS) tarkoitetaan menetelmää, jossa johdetaan heikkoa sähkövirtaa aivokudosten läpi elektrodilta toiselle. Tutkimusten mukaan tDCS:lla näyttäisi olevan monenlaisia kliinisiä ja kognitiivisia vaikutuksia aina masennuksen hoidosta työmuistin parantamiseen. Tulokset ovat kuitenkin monin paikoin varsin ristiriitaisia, eikä stimulaation tarkoista vaikutusmekanismeistakaan olla päästy varmuuteen. Tässä tutkimuksessa halusimme tutkia kokeellisesti tDCS:n vaikutuksia erottelu- ja käänteisoppimiseen sekä reagointiherkkyyden muutoksiin silmäniskuehdollistumisen avulla.

Kokeeseen osallistui 39 iältään 18-29-vuotiasta koehenkilöä. Tutkittavat jaettiin kahteen ryhmään, joista toiset saivat tDCS-stimulaatiota kymmenen minuutin ajan, ja toisille annettiin stimulaation tunnetta jäljittelevää sham-stimulaatiota kolmenkymmenen sekunnin ajan. Oppimista ja reagointiherkkyyttä tutkiva koeasetelma, silmäniskuehdollistuminen, rakentui kahdesta eri ääniärsykkeestä, joista toinen esiintyi yksinään ja toista seurasi ilmapuhallus tutkittavan silmäkulmaan. Kokeen ensimmäisessä vaiheessa tutkimme, vaikuttaako stimulaatio tutkittavien kykyyn erotella kahta ärsykettä toisistaan. Kokeen edetessä äänten merkitykset vaihtuivat keskenään. Tämä vaihe selvitti stimulaation vaikutusta kykyyn oppia uusi sääntö. Tutkimalla silmäniskujen voimakkuuksia kokeen eri kohdissa saimme selville, miten stimulaatio vaikuttaa tutkittavien reagointiherkkyyteen.

Stimulaatio ei vaikuttanut ärsykkeiden erottelukykyyn tai uuden säännön oppimiseen. Ilmapuhallusta ennakoivan säännön vaihduttua varsinaista stimulaatiota saaneet reagoivat lähes merkitsevästi sham-stimulaatiota saaneita enemmän niihin ärsykkeisiin, joita ei seurannut ilmapuhallus viitaten tDCS:n aikaansaaman yleisen reagointiherkkyyden nousuun. Tulosten perusteella tDCS:lla ei siis ole vaikutuksia erottelu- eikä käänteisoppimiseen, ja mahdolliset vaikutukset reagointiherkkyyteenkin ovat pieniä. Ottaen huomioon keskenään vahvasti ristiriidassa olevat aikaisemmat tutkimukset ja kentän epäyhtenäisyyden koemme tarpeen kriittiselle ja hyvin kontrolloidulle lisätutkimukselle, jotta tDCS:n vaikutukset sekä tarkat vaikutusmekanismit saataisiin paremmin selville, ja jotta menetelmää voitaisiin hyödyntää tutkimuskentän ulkopuolella.

The effects of transcranial direct current stimulation on discrimination and reversal learning and changes of responsivity. Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive technique where weak electric current is directed through the brain from one electrode to another. Research has found tDCS to have broad clinical and cognitive effects; from improving depression to enhancing working memory. However, the results are quite contradictory, and the specific working mechanisms behind tDCS are still not clear. In this research we examined the effects of tDCS on discrimination and reversal learning by using eyeblink conditioning. The changes in responsivity were also examined.

There were 39 18-29 years old participants in the experiment. They were divided into two groups; one group received the real tDCS for ten minutes and the other group artificial stimulation (sham). The setup measuring learning and responsivity, eye blink conditioning, consisted of two different sound stimuli. One stimulus was followed by an airpuff to the corner of the participants eye, while the other stimulus appeared alone. In the first part of the experiment we examined if the stimulation affected the participants ability to differentiate between two stimuli. The meanings of the two stimuli were varied as the experiment proceeded, which measured the participants ability to learn a new rule. By examining the eye blink amplitudes throughout the experiment we examined the effect of stimulation on the responsivity.

The stimulation did not affect the ability to differentiate between two stimuli or to learn a new rule. However, after the sound preceding the airpuff changed, the participants who received the real tDCS reacted slightly stronger to the sounds that were not followed by an airpuff indicating a change in the general responsivity level caused by tDCS. The results suggest that tDCS does not affect discrimination or reversal learning and the effects on responsivity are not significant either. Taken into account all the contradictory results from previous experiments and the incongruity of the field we feel the need for more critical and more controlled further experimenting to gain more knowledge of the effects and specific working mechanisms behind tDCS before it can be fully utilised outside the research field.