健康成人における経頭蓋直流刺激による視覚運動性ステッピング技能の保持力の向上

Anodal Transcranial Direct Current Stimulation Enhances Retention of Visuomotor Stepping Skills in Healthy Adults.

• Shih-Chiao Tseng
• Shuo-Hsiu Chang
• Kristine M Hoerth
• Anh-Tu A Nguyen
• Daniel Perales

抄録

経頭蓋直流刺激（transcranial direct current stimulation: tDCS）と運動訓練を組み合わせることで手技の学習と保持が促進されるが、下肢の技能向上に及ぼす効果についての研究はほとんど行われていない。本研究の目的は、tDCSと視覚運動ステップトレーニングのペアリングが技能の学習と保持を促進するかどうかを検討することであった。本研究では、tDCSを用いた歩行訓練と運動訓練を組み合わせることで、訓練直後（オンラインでの技能向上）と訓練後30分後（オフラインでの技能向上）の両方で、ステップ反応時間（RT）が減少したことから明らかなように、技能の学習と保持が改善すると仮定した。20名の健常成人を無作為に2つのグループに割り付け、下肢運動野に20分間のtDCSまたは偽tDCSを適用し、視覚運動性のステップトレーニングを行った。ステップRTは3つの時点で測定した。(1)脳刺激前（ベースライン）、(2)脳刺激直後（P0）、(3)脳刺激30分後（P3）であった。その結果、P0とP3の両時点でアノードタールtDCS群ではRTの連続的な低下が観察され、P3ではRTの有意な低下が認められたが、偽薬群ではP0とP3ではRTの改善は認められなかった。これらの結果は、刺激直後のRTが有意に低下しなかったことから、アノードラルtDCSがオンライン学習を促進するという我々の仮説を支持するものではなかった。しかしながら、刺激後30分後にRTが有意に減少していることから、tDCSによる皮質および皮質下の興奮性、シナプスの有効性、脊髄神経活動の神経調節が原因であると考えられる。

Transcranial direct current stimulation (tDCS) paired with exercise training can enhance learning and retention of hand tasks; however, there have been few investigations of the effects of tDCS on leg skill improvements. The purpose of this study was to investigate whether tDCS paired with visuomotor step training can promote skill learning and retention. We hypothesized that pairing step training with anodal tDCS would improve skill learning and retention, evidenced by decreased step reaction times (RTs), both immediately (online skill gains) and 30 min after training (offline skill gains). Twenty healthy adults were randomly assigned to one of two groups, in which 20-min anodal or sham tDCS was applied to the lower limb motor cortex and paired with visuomotor step training. Step RTs were determined across three time points: (1) before brain stimulation (baseline); (2) immediately after brain stimulation (P0); and (3) 30 min after brain stimulation (P3). A continuous decline in RT was observed in the anodal tDCS group at both P0 and P3, with a significant decrease in RT at P3; whereas there were no improvements in RT at P0 and P3 in the sham group. These findings do not support our hypothesis that anodal tDCS enhances online learning, as RT was not decreased significantly immediately after stimulation. Nevertheless, the results indicate that anodal tDCS enhances offline learning, as RT was significantly decreased 30 min after stimulation, likely because of tDCS-induced neural modulation of cortical and subcortical excitability, synaptic efficacy, and spinal neuronal activity.

Copyright © 2020 Tseng, Chang, Hoerth, Nguyen and Perales.