Made available in DSpace on 2016-03-15T19:39:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Quadros Altieri Martinez.pdf: 747616 bytes, checksum: 50744874a1682bdc03f0ab664456a16d (MD5) Previous issue date: 2012-08-21 / Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive method to modulate brain activity. Its effects are attracting enormous interest as a therapeutic tool for motor rehabilitation. Motor learning can be defined as the ability to perform a task motor providing a relatively permanent improvement in performance thereof. This research aimed to investigate the effects of tDCS on M1 in the process of motor learning in healthy adult females. For this purpose 21 subjects performed two types of motor tasks, TJJ and Maze test and tDCS on primary motor cortex. The results indicated a significant improvement of motor performance after stimulation of the anodic to the primary motor cortex TJJ (p <0.000001) and cathodic tDCS in primary motor cortex showed hinder performance (p = 0.006). To the maze test was not significant effect of tDCS for the periods of acquisition, transfer, retention, and visual retention. At the end our results show that tDCS anode and cathode in primary motor cortex influences motor performance, confirming the idea of tDCS associated with motor function. / A Estimulação Transcraniana por Corrente Contínua (ETCC) é uma ferramenta de modulação cortical não-invasiva, indolor de fácil aplicação. Seus efeitos estão atraindo enorme interesse como uma ferramenta terapêutica para reabilitação motora, devido seu potencial de modular a excitabilidade local e conduzir a melhora da função motora e desempenho de uma tarefa. Aprendizagem Motora pode ser definida como a capacidade de realizar uma tarefa motora proporcionando uma melhora relativamente permanente no desempenho da mesma. O objetivo do trabalho foi investigar os efeitos da ETCC em M1 no processo de aprendizagem motora em adultos saudáveis do sexo feminino. Para isso 21 sujeitos realizaram dois tipos de tarefas motoras, TJTHF e Teste do Labirinto e ETCC em córtex motor primário. Os resultados indicaram haver uma melhora significativa do desempenho motor após estimulação anódica do córtex motor primário para o TJTHF (p<0,000001) e a ETCC catódica no córtex motor primário demonstrou dificultar o desempenho (p=0,006). Para o Teste do Labirinto não foi verificado efeito significativo da ETCC para os períodos de aquisição, transferência, retenção e retenção visual. Ao final nossos resultados mostram que ETCC anódica e catódica em córtex motor primário influencia o desempenho motor, confirmando a idéia da ETCC em cortéx motor associada à melhora da função motora.

Introduction : La douleur chronique et les problèmes de sommeil ont un impact négatif sur la qualité de vie des personnes âgées. La prévalence de ces deux conditions augmente considérablement avec le vieillissement. L’objectif de l’étude visait à explorer le potentiel d’une intervention tDCS auprès de personnes âgées souffrant de douleur chronique musculo-squelettique et se plaignant de la qualité de leur sommeil. Méthodes : Sept participants souffrant de douleur chronique et de problèmes de sommeil ont reçu cinq séances tDCS anodiques à raison d’une stimulation par jour, étalé sur cinq jours consécutifs, au niveau du cortex moteur primaire avec un courant d’une puissance de 2mA et d’une durée de 20 minutes. L’intensité de la douleur était mesurée avec une échelle visuelle analogue tandis que le type de douleur était mesuré avec le questionnaire de la douleur de Melzack. Les paramètres de sommeil étaient mesurés avec l’actigraphie ainsi que la polysomnographie. Pendant toute la durée de l’étude, les participants devaient compléter quotidiennement un journal de bord de douleur ainsi que du sommeil afin de répertorier l’effet de la tDCS. Résultats : Les résultats indiquent que la tDCS engendre une analgésie significative au niveau des moyennes (p = .010) et grandes douleurs (p = .022). Les résultats du PSQI indiquent une amélioration du sommeil suite à la tDCS (p = .011). L’agenda de sommeil indique une amélioration au niveau subjectif de l’agitation du sommeil (p = .025). Par contre, aucun résultat significatif n’a été observé au niveau des paramètres objectifs du sommeil avec l’actigraphie et la polysomnographie. Conclusion : Cette étude indique que cinq séances de tDCS anodique appliquée au niveau du cortex moteur primaire auraient un effet analgésique auprès des personnes âgées souffrant de douleur chronique, tout en améliorant les paramètres subjectifs du sommeil, mais les paramètres objectifs du sommeil demeuraient inchangés. De futures études seraient bénéfiques afin d’explorer le potentiel de différents paramètres de stimulation qui pourraient s’avérer plus efficaces pour le sommeil des personnes âgées.

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INTRODUCTION: Age-related functional declines in the body and brain pose significant challenges to mobility and postural control. Older individuals are at increased risk for injury from a fall. Declines in gait and balance control make older adults more likely to suffer a fall or recurrent falls. According to the Centers for Disease Control and Prevention (CDC), falls are the leading cause of injury related death among adults age 65 years and older. (Important Facts about Falls | Home and Recreational Safety | CDC Injury Center, 2019) One out of three older adults falls annually and the likelihood of falling increases with age. (Stevens et al., 2008). In the US alone, the number of individuals living aged 65 and older is estimated at 46 million persons and is expected to reach 74 million by 2030. (Healthy Aging in Action: Advancing the National Prevention Strategy, 2019) Fall death rates in the United States increased by 30% from 2007 to 2016, and if this trend continues, it is expected that by 2030 there will be 7 deaths due to falls every hour. (Important Facts about Falls | Home and Recreational Safety | CDC Injury Center, 2019) Interventions designed to improve gait and balance control in the geriatric population can mitigate fall risk and positively impact these trends. OBJECTIVE: Gait and balance control, traditionally regarded as automatic motor processes, have since been determined to be complex motor functions reliant on executive function. (Hausdorff et al., 2005; Woollacott & Shumway-Cook, 2002) Normal walking and balance control are attentionally demanding and require shifting of attentional resources to frontal brain regions in order to maintain upright stance. This ability to dual-task is impaired in older adults. A single session of transcranial direct current stimulation (tDCS), a form of noninvasive brain stimulation, targeting the excitability of the left dorsolateral prefrontal cortex (l-dlPFC) has been found to reduce dual-task costs to gait and balance in both young and healthy older adults. (Manor et al., 2016; Zhou et al., 2014) However, little is known about how tDCS influences electroencephalogram (EEG) patterns and if changes in EEG are associated with functional outcomes. The specific aims of this study were to determine whether 1, 20-minute session tDCS targeting the l-dlPFC reduces the slow-wave/fast-wave frequency power ratio in EEG and absolute EEG power and whether these reductions are associated with changes in measures of postural control. METHODS: The data from this study was analyzed as part of a larger clinical trial testing multiple tDCS stimulation montages in combination with batteries of cognitive, gait, and balance assessments. Twenty-two older adults (median age=71 years) who were free of overt illness or disease were included in the analysis. Participants were outfitted with wireless movement sensors and a wireless 32-electrode EEG cap configured according to the 10-20 system. Participants completed a dual-task of serial subtraction by 3’s from a randomized three-digit number while standing for 60 seconds. EEG was simultaneously recorded during the 60 second trials. One, 20-minute tDCS stimulation targeting the l-dlPFC followed the balance assessment. EEG and dual-task assessments were repeated following the stimulation. EEG was not recorded simultaneously with tDCS. EEG data was processed and analyzed with Cartool EEG software. (Brunet et al., 2011) Spectral analysis of the EEG power values pre and post stimulation was conducted using a paired t-test. Power ratios of slow wave (4-8Hz) to fast wave (12-30Hz) were calculated for pre and post stimulation and analyzed for significant changes. Additionally, absolute power values in theta and beta frequency range were calculated. Postural sway velocity and postural sway area were also assessed and analyzed for changes following stimulation. RESULTS: Spectral analysis showed significant reductions in absolute power values across low theta frequency ranges following stimulation. This significant reduction in power was localized, but not exclusive, to frontal electrodes measuring activity of the l-dlPFC in the 4-8Hz frequency range. Most notably electrode F3, which has been found to correspond to the location and activity of the l-dlPFC using both the 10-20 electrode placement system and MRI guided neuronavigation. (Beam et al., 2009; De Witte et al., 2018) In addition to a significant reduction in power values, there was a reduction in slow-fast EEG ratios following stimulation. The percent reduction in EEG ratio was associated with a reduction in postural sway area (m2/s4) and sway velocity (m/s). CONCLUSION: tDCS is used to facilitate the excitability of cortical neurons. The l-dLPFC is a critical component of executive function. Due to the role of executive function in mediating attentional requirements of gait and balance, the l-dlPFC was chosen as a target to enhance dual-tasking capabilities, and thereby improve gait and postural control. The reduction in the slow wave-fast wave ratio and theta power indicates that participants had higher power in the fast wave relative to the slow wave after tDCS administration. The reduction in slow wave power may be indicative of less cognitive attentional effort required to complete a simultaneous dual-task involving postural control. This is supported by the associated reductions in postural sway following tDCS stimulation. These results further current research of tDCS as a viable intervention for improving balance and cognition in older adults and offers additional information about optimizing the efficacy of noninvasive brain stimulation to improve functional outcomes in this population.

Cochlea-Implantate sind Neuroprothesen, die es Gehörlosen ermöglichen, Zugang zu auditiver Information wieder zu erlangen. Allerdings ist das resultierende Signal stark verzerrt bzw. degradiert und eine erfolgreiche Adaptation oft unvollständig. Das Verständnis zugrundeliegender perzeptueller Lernprozesse ist somit von enormer klinischer Bedeutung. Perzeptuelles Lernen degradierter Sprache lässt sich mittels Noise-Vokodierung bei Hörgesunden simulieren. In Bildgebungsstudien konnte anhand funktioneller Magnetresonanztomographie gezeigt werden, dass perzeptuelles Lernen degradierter Sprache mit einer Aktivitätssteigerung im linken inferior frontal gyrus (IFG) und linken inferior parietal cortex (IPC) assoziiert war. Die vorliegende Studie untersucht den Einfluss von fazilitierender, nicht-invasiver Hirnstromstimulation (anodale transkranielle Gleichstromstimulation, tDCS) über dem linken IFG und linken IPC auf das perzeptuelle Lernen {\\itshape{Noise}}-vokodierter Sprache. Die Probanden trainierten die Diskrimination von Minimal- (\"Tisch\"- \"Fisch\") und identen (\"Tisch\"- \"Tisch\") Wortpaaren, während der erste Stimulus akustisch degradiert, der zweite in geschriebener Form präsentiert wurden. Vor und nach dem Training wurden die trainierten Stimuli und eine gleiche Anzahl untrainierter Stimuli präsentiert. Perzeptuelles Lernen wurde in unserer Studie als eine Verbesserung der Diskriminationsleistung untrainierter Wortpaare operationalisiert. Zudem wurde vor und nach dem Training ein Elektroenzephalogramm abgeleitet. Auf elektrophysiologischer Ebene wurde der Einfluss des Lernvorgangs und der tDCS auf die N400 untersucht, welche mit der Verarbeitung lexiko-semantischer Informationen assoziiert ist. Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine anodale tDCS über dem linken IFG perzeptuelles Lernen stark degradierter Sprache fazilitierte, während bei einer Placebo- bzw. einer Stimulation über dem linken IPC kein perzeptuelles Lernen stattfand.

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De tout temps, les humains ont cherché différents moyens pour améliorer leur quotidien. Avec les avancées technologiques actuelles, cette quête s’en trouve facilitée, notamment dans la volonté d’accroître leurs capacités cognitives et/ou motrices. La neuro imagerie permet dorénavant de renseigner les aires cérébrales activées lors de différentes tâches fonctionnelles. Il est aussi possible de moduler l’activité cérébrale en stimulant localement le cerveau avec de faibles courants électriques. Une des techniques les plus répandues à cet effet est appelée tDCS pour transcranial direct current stimulation. Il s’agit en fonction de la polarité du courant induit de moduler à la hausse (stimulation anodale) ou à la baisse (stimulation cathodale) l’excitabilité cortico-spinale en dépolarisant ou en hyperpolarisant la membrane des neurones, respectivement. Malgré une démocratisation grandissante de la neuromodulation via tDCS, les résultats rapportés par la communauté scientifique sont relativement hétérogènes. Les travaux initiés au début des années 2000 sont remis en cause par des résultats actuels faisant état d’une variabilité inter et intra individuelle assez importante. Cette pierre d’achoppement nécessite de développer de nouveaux protocoles d’application de la tDCS. Dans cette thèse, nous avons étudié plusieurs modalités d’application de la tDCS afin d’accroître la persistance des effets neuroplastiques induits et d’augmenter les performances comportementales. Deux études ont été menées afin de révéler dans un premier temps les apports induits par le couplage tâche motrice-tDCS pour ensuite mettre en avant les effets cumulatifs de la répétition de sessions de tâche motrice-tDCS avec pré conditionnement sur la performance motrice. La première étude à travers l’utilisation de la spectroscopie dans le proche infrarouge a permis de rapporter des changements hémodynamiques distincts subséquents au couplage tâche motrice-tDCS par rapport à des protocoles tDCS plus conventionnels. La primauté de l’utilisation concomitante de la tDCS à la tâche motrice a été révélée par la moindre activation du cortex sensorimoteur durant la stimulation ainsi que par une activation cérébrale retardée accrue qui pourrait représenter une réorganisation neuroplastique. La seconde étude s’est intéressée aux effets de la polarité du conditionnement lors de sessions répétées avec comme objectif d’améliorer l’apprentissage et la rétention du système sensorimoteur. Le conditionnement par tDCS était plus propice lors de sessions répétées à engendrer des performances motrices supérieures contrairement à la condition sham. La polarité cathodale engendrait une persistance prolongée. Les premiers résultats de ces travaux de thèse ont permis de défendre l’usage concomitant de la tDCS avec la tâche motrice. De futures recherches sont nécessaires afin d’étudier le transfert de ces résultats dans le monde de l’entraînement ainsi que celui de la réhabilitation. / Historically, humans have sought various ways to improve their daily lives. With the current technological advances, this quest is facilitated, especially in the desire to increase their cognitive and / or motor skills. Neuro imagery now makes it possible to inform the areas activated during different functional tasks. Today, it is now possible to modulate brain activity by stimulating the brain locally with weak electrical currents. One of the most common techniques for this purpose is called tDCS for transcranial direct current stimulation. The polarity of the induced current (anodal or cathodal stimulation) allows to modulate upward or downward cortico-spinal excitability by depolarizing or hyperpolarizing the membrane of the neurons, respectively. Despite a growing interest of neuromodulation techniques via tDCS, the results reported by the scientific community are relatively heterogeneous. The work initiated at the beginning of the 2000s is called into question by current results showing a rather large inter and intra variability. This stumbling block requires the development of new protocols for the application of anodal tDCS (atDCS). In this thesis, we were interested in optimizing atDCS protocols in order to increase the persistence of the induced-neuroplastic effects and to increase the behavioral performances. Two studies were carried out in order to first reveal the impact from the motor task/atDCS coupling and then to highlight the cumulative effects of multiple motor-tDCS task sessions with priming atDCS on motor performance. The first study through the use of near infrared spectroscopy allowed to report various hemodynamic changes subsequent to the motor task/atDCS coupling with respect to independent and controlled stimulation protocols. The primacy of the concomitant use of tDCS with the motor task was revealed by the slightest activation of the sensorimotor cortex during stimulation and by an increased delayed cerebral activation which could represent a neuroplastic reorganization. The second study examined the effects of repeated atDCS sessions with anoadal or cathodal tDCS priming in order to improve the learning and retention gains of the sensorimotor system. TDCS priming was more favorable for repeated atDCS sessions to generate higher motor performances contrary to sham. The cathodal polarity produced prolonged persistence. The major findings of this work allow to support the concomitant use of atDCS with the motor task. Future research is needed to study the transfer of these results into the fields of coaching and rehabilitation.

Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) erwies sich in der bisherigen Grundlagenforschung als bewährte Methode zur Aufschlüsselung von komplexen kognitiven Funktionen. Bisher deuten bildgebende Verfahren auf ein Zusammenwirken parietaler und temporaler Kortizes beim Rekognitionsprozess deklarativer Gedächtnisinhalte hin. In der vorliegenden Arbeit sollten nun die Auswirkungen einer bilateral temporal und parietal applizierten tDCS auf die deklarative Gedächtnisleistung während der Rekognition untersucht werden. Unter Verwendung eines einfach-blinden, kontrollierten und randomisierten Studiendesigns wurden junge, gesunde Probanden drei voneinander unabhängigen, hinsichtlich der individuellen Gedächtniskapazität ausgeglichenen Studiengruppen für Placebo-, parietale und temporale Stimulation zugeordnet. Während der Bearbeitung eines computergestützten Alt-Neu-Rekognitions-Paradigmas erhielten zwei Gruppen bilaterale tDCS mit linkshemisphärischer a-tDCS über dem parietalen bzw. temporalen Kortex und eine Gruppe Placebo-Stimulation. Zielsetzend wurde die Einflussnahme der tDCS auf die deklarative Rekognitionsleistung bezüglich verbaler Gedächtnisinformationen gemessen. Eine Verbesserung der deklarativen Rekognitionsleistung äußerte sich in höheren Trennschärfeindex- und Treffgenauigkeitswerten der beiden verumstimulierten Gruppen im Vergleich zur Placebo-stimulierten Gruppe. Ein konträres Dissoziationsmuster zeigte sich insofern, als die temporale Stimulationsgruppe eine signifikant höhere Treffgenauigkeit bei der Rekognition alter Items im Vergleich zu neuen aufwies und die parietale Stimulationsgruppe mit einer signifikant höheren Treffgenauigkeit neue Items im Vergleich zu alten wiedererkannte. Diese Ergebnisse unterstreichen die Involvierung der temporalen und parietalen Hirnareale in möglicherweise unterschiedliche Stadien des Rekognitionsprozesses deklarativer Gedächtnisinhalte.

Les hallucinations auditives sont un symptôme fréquent et invalidant de la schizophrénie. Bien qu'habituellement jugulés par des traitements antipsychotiques, ces symptômes sont résistants dans 25 % des cas et leur physiopathologie reste méconnue. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'utiliser la stimulation transcrânienne en courant continu (tDCS) dans une série d'études afin de traiter et de caractériser les hallucinations auditives résistantes de la schizophrénie. Dans une première série d'études cliniques, nous avons rapporté que la tDCS fronto-temporale diminuait les hallucinations auditives de la schizophrénie. Dans une autre étude, nous avons montré que la diminution des hallucinations auditives était corrélée à l'amélioration des processus cognitifs de source- monitoring chez les patients. Dans une étude chez des sujets sains, nous avons montré que ces processus cognitifs étaient liés à l'activité de la jonction temporo-pariétale gauche. Enfin, dans une étude d'imagerie, nous avons montré que la tDCS fronto-temporale modulait la connectivité fonctionnelle de la jonction temporo-pariétale gauche avec un large réseau cérébral impliqué dans les hallucinations et le traitement du langage. L'étude des effets cliniques, cognitifs et neurophysiologiques de la tDCS nous a permis de mieux comprendre la physiopathologie des hallucinations auditives et notamment le rôle central de la jonction temporo-pariétale gauche. Ces travaux seront mis en relation et confrontés à la littérature existante, afin de proposer des perspectives de prise en charge des hallucinations auditives / Auditory hallucinations are prominent and disabling features of schizophrenia. For 25%-30% of patients with schizophrenia, such hallucinations are refractory to drug treatment and their physiopathology remains unknown. This thesis aims at using transcranial direct current stimulation (tDCS) in several studies to alleviate and characterize refractory auditory hallucinations in schizophrenia. First, we conducted a clinical study in patients with schizophrenia and we reported that fronto-temporal tDCS reduced auditory hallucinations. ln another study, we reported that the reduced severity of auditory hallucinations was correlated with improved source monitoring performances. ln a study in healthy volunteers, we reported that source-monitoring processes were associated with activity of the left temporo-parietal junction. Finally, using functional magnetic resonance imaging, we observed that tDCS modulates the functional connectivity of the left temporo-parietal junction with a distributed network involved in auditory hallucinations and language processing. The study of clinical, cognitive and neural effects of tDCS allows a better understanding of brain mechanisms involved in auditory hallucinations and of the central role of the left temporo-parietal junction. These works were discussed together in light of available literature to pave the way for valuable alternative approaches to alleviate auditoryhallucinations in schizophrenia