The influence of transcranial alternating current stimulation within the theta-range on performance in the stroop task

Kognitive Kontrolle ist eine essenzielle Fähigkeit für den Alltag. Sie spielt jedoch auch in einigen neuropsychiatrischen Erkrankungen, wie der Alkoholabhängigkeit, eine bedeutende Rolle. Der linke dorsolaterale präfrontale Kortex (DLPFC) und der dorsale anteriore zinguläre Kortex (dACC) sind Hirnareale, die im Rahmen der kognitiven Kontrolle aktiv sind. Um die Kausalität dieser Korrelation nachzuweisen, untersuchte diese Studie, ob es möglich ist, kognitive Kontrolle zu modifizieren, indem die Aktivität des dACC nicht-invasiv moduliert wird. 24 gesunde Versuchspersonen absolvierten die Stroop-Aufgabe, bei der es gilt, die Schriftfarbe eines Farbwortes zu erkennen und dabei die Wortbedeutung zu unterdrücken (Beispielsweise das Wort „ROT“ in grüner Schriftfarbe). Über vier Sitzungen erhielten die Probandinnen und Probanden entweder eine transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) mit 4 Hz oder 6 Hz, eine Wechselstromstimulation mit wechselnden Frequenzen eines definierten Spektrums (tRNS) oder eine Placebo-Stimulation, wobei die Reihenfolge der Stimulationen zufällig war. In dieser Arbeit wurden die Daten von der tRNS-Studie nicht analysiert. Bei jedem Termin wurde vor und nach der Stimulation ein aufgabenbezogenes Elektro-enzephalogramm (EEG) aufgenommen. Die Placebostimulation wurde als Referenz definiert, 4-Hz-tACS als aktive Kontrolle. Die Stimulation mit 4-Hz-tACS hat die Reaktionszeiten ohne einen signifikanten Einfluss auf die Stroop-Interferenz verlängert. Diese ist definiert als Differenz zwischen den Reaktionszeiten von kongruenten und inkongruenten Aufgabenwörtern. Durch die Wechselstromstimulation mit 6 Hz wurde die Stroop-Interferenz reduziert und dadurch der Prozess der kognitiven Kontrolle moduliert. Die Auswertung der EEG-Daten konnte keine durch die Stimulation induzierten anhaltenden Veränderungen der Hirnaktivität nachweisen. Diese doppelt verblindete, placebokontrollierte Studie zeigt, dass es eine Kausalität zwischen der Aktivität des dACC und der Leistung im Rahmen der Stroop-Aufgabe gibt. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass transkranielle elektrische Stimulationen (tES) die Aktivität des dACC modifizieren können. Daher sind diese ein potenzielles therapeutisches Instrument in der Behandlung von Erkrankungen, die mit reduzierter kognitiver Kontrolle assoziiert sind, wie beispielsweise der Alkoholabhängigkeit.Cognitive control is an essential ability for everyday life. However, it also plays a crucial role in some psychiatric disorders, such as the addiction to alcohol. The left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and the dorsal anterior cingulate cortex (dACC) are brain areas, that are active throughout the process of cognitive control. To proof the causality of this correlation, this study investigated, whether it is possible to modify the process of cognitive control by modulating the activity of the dACC non-invasively. 24 healthy subjects were working on the Stroop-task, which requires the detection of the font color by suppressing the word meaning (e.g. the word “red” in green fond color). Throughout four sessions, the subjects received either a transcranial alternating current stimulation (tACS) with 4 or 6 Hz, a transcranial alternating current stimulation with changing frequencies of a defined spectrum (tRNS) or a sham-stimulation. The order of the sessions was chosen randomly. In this thesis the data of the tRNS-stimulation was not analyzed. At each session a task-related electroencephalogram (EEG) was written before and after the stimulation. The sham-stimulation was defined as reference condition, 4-Hz-tACS as active control condition. The stimulation with 4-Hz-tACS has prolonged the reaction times without having a significant impact on the Stroop-interference. The Stroop-interference is defined as the difference between the reaction times of congruent and incongruent words within the Stroop-task. With 6-Hz-tACS the Stroop-interference was reduced and thus the process of cognitive control was being modulated. The analysis of the EEG-data could not show any persisting changes of brain activity due to the stimulation. This double blind sham controlled study shows that there is a causality between the activity of the dACC and the level of performance in the Stroop-task. In addition, it was shown that transcranial electric stimulation (tES) can modify the activity of the dACC. Therefore, tES is a potential therapeutic instrument within the treatment of disorders that are associated with a reduced cognitive control, such as the addiction to alcohol.unknow