アルファ周波数rTMSは、背側注意ネットワークにおけるシータ遅延非線形接続性を変調する

Alpha frequency rTMS modulates theta lagged nonlinear connectivity in dorsal attention network.

• Reza Kazemi
• Reza Rostami
• Shouka Dehghan
• Zahra Nasiri
• Solmaz Lotfollahzadeh
• Abed L Hadipour
• Sanaz Khomami
• Ryouhei Ishii
• Shunichiro Ikeda

抄録

背外側前頭前野皮質（DLPFC）は背側注意ネットワーク（DAN）の重要な構造であり、脳のタスクに関連する領域と無関係な領域の活動を調節することで、持続的な注意を促進します。アルファとシータの周波数帯は注意ネットワークの様々な部分間の接続性を高め、これらの接続性はシータとアルファの周波数帯の長距離非線形接続性によって促進される。本研究は、RDLPFCに対するアルファおよびシータ周波数反復経頭蓋磁気刺激（rTMS）の行動および電気生理学的効果を調査したものである。20名の健康な参加者を、シータ（n = 11、f = 6 Hz）とアルファ（n = 9、f = 10 Hz）の2群のrTMSに無作為に割り付けた。各セッションの前後に、安静時とタスク実行時の脳波（EEG）を記録した。DANおよびデフォルトモードネットワーク（DMN）における電流源密度（CSD）および機能的接続性（FC）、およびそれらの迅速視覚情報処理タスク（RVIP）スコアとの相関が計算された。アルファ周波数のrTMSはRVIPスコアに有意な変化をもたらした。アクティブシータrTMSは後心回のCSDの増加を引き起こし、アクティブアルファrTMSは下頭頂葉(IPL)のCSDの有意な変化をもたらした。シータラグド非線形結合性はαrTMSによって泥状化され、DANとDMNでFCの変化が観察された。アルファrTMS群ではDAN領域とRVIPスコアの間に正の相関が観察された。左aPFCと左DLPFCのシータ周波数帯での活動の増加は、RVIPの総ヒット数の増加と正の相関を示した。この研究では、シータ周波数とアルファ周波数のrTMSがDANとDMNのFCを変調させることで、持続的注意課題のパフォーマンスを向上させることが初めて示された。

Dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) is a key structure in dorsal attention network (DAN) that facilitates sustained attention by modulating activity in task related and unrelated regions of the brain. Alpha and theta frequency bands enhance connectivity among different parts of the attention network and these connections are facilitated by long-range nonlinear connectivity in theta and alpha frequency bands. This study is an investigation of the behavioral and electrophysiological effects of alpha and theta frequency repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) over RDLPFC. 20 healthy participants were randomly assigned to two groups of theta (n = 11, f = 6 Hz) and alpha (n = 9, f = 10 Hz) rTMS. Electroencephalogram (EEG) was recorded before and after each session while resting and performing tasks. Current source density (CSD) and functional connectivity (FC) in DAN and default mode network (DMN) and their correlations with rapid visual information processing task (RVIP) scores were calculated . Alpha frequency rTMS resulted in significant changes in RVIP scores. Active theta rTMS caused an increase in CSD in Postcentral gyrus and active alpha rTMS resulted in significant CSD changes in inferior parietal lobule (IPL). Theta lagged nonlinear connectivity was mudulated by alpha rTMSand FC changes were observed in DAN and DMN. Positive correlations were observed between DAN regions and RVIP scores in the alpha rTMS group. Increased activity in theta frequency band in left aPFC and left DLPFC correlated positively with higher total hits in RVIP. This study showed for the first time that theta and alpha frequency rTMS are able to modulate FC in DAN and DMN in a way that results in better performance in a sustained attention task.

Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.