Cognitive enhancement by means of TMS and video game training: synergistic effects

Abstract

L'estimulació magnètica transcranial (TMS) ens permet modular els nivells d'excitabilitat cortical amb una resolució espacial molt alta, amb un impacte sobre les funcions cognitives que poden donar lloc a millora cognitiva. No obstant això, aquests canvis sovint són transitoris, per la qual cosa hi ha la necessitat de desenvolupar protocols optimitzats que puguin potenciar i estendre la durada dels efectes. L'efectivitat de la TMS per a aconseguir canvis cognitius es potencia quan s'usa juntament amb un entrenament cognitiu que emfatitza la funció cognitiva que es té com a objectiu. Els videojocs posseeixen totes les característiques apropiades per a ser utilitzats amb aquest propòsit. S'espera que l'ús conjunt de la TMS i l'entrenament amb videojocs produeixi efectes sinèrgics en el rendiment cognitiu, amb millora de les funcions cognitives relacionades amb el lloc d'estimulació i els contextos exposats durant el videojoc. Aquesta tesi proporciona una anàlisi en profunditat sobre la temàtica de la millora cognitiva per mitjà de TMS, els correlats neuronals dels videojocs i la millora cognitiva com a resultat de l'entrenament de videojocs a través d'exhaustives revisions bibliogràfiques. Per a l'etapa experimental, s'ha emprat una TMS theta-burst intermitent (iTBS) sobre la DLPFC dreta, esperant induir efectes comparables a la potenciació a llarg termini. Deu sessions d'estimulació van ser administrades durant dues setmanes. Es van formar quatre grups experimentals combinant l'administració d'estimulació iTBS activa i simulada, i l'alta i baixa experiència prèvia en videojocs. El rendiment cognitiu es va avaluar per mitjà d'una bateria neuropsicològica exhaustiva en tres punts temporals. Els efectes de l'estimulació cerebral no invasiva sobre la millora cognitiva juntament amb l'entrenament de videojocs van ser menys notoris i consistents del que s'esperava. No obstant això, l'experiència prèvia en videojocs era determinant tant per al rendiment inicial com per a la taxa d'adquisició d'habilitats en una sèrie de dominis cognitius.

La estimulación magnética transcraneal (TMS) nos permite modular los niveles de excitabilidad cortical con una resolución espacial muy alta, y con un impacto sobre las funciones cognitivas que pueden resultar en mejora cognitiva. Sin embargo, estos cambios a menudo son transitorios, y existe la necesidad de desarrollar protocolos optimizados que puedan potenciar y extender la duración de estos efectos. La efectividad de la TMS para lograr cambios cognitivos se potencia cuando se usa junto con un entrenamiento cognitivo que enfatiza la función cognitiva pretendida. Los videojuegos poseen todas las características apropiadas para ser utilizados con este propósito. Se espera que el uso conjunto de la TMS y el entrenamiento con videojuegos produzca efectos sinérgicos en el rendimiento cognitivo, con mejora de las funciones cognitivas relacionadas con el lugar de estimulación y los contextos expuestos durante el videojuego. Esta tesis proporciona un análisis en profundidad sobre la temática de la mejora cognitiva a través de TMS, los correlatos neuronales de los videojuegos y la mejora cognitiva como resultado del entrenamiento de videojuegos a través de exhaustivas revisiones bibliográficas. Para la etapa experimental, se ha empleado una TMS theta-burst intermitente (iTBS) sobre la DLPFC derecha, esperando inducir efectos comparables a la potenciación a largo plazo. Diez sesiones de estimulación fueron administradas durante dos semanas. Se formaron cuatro grupos experimentales combinando la administración de estimulación iTBS activa y simulada, y la alta y baja experiencia previa en videojuegos. El rendimiento cognitivo se evaluó mediante una batería neuropsicológica exhaustiva en tres puntos temporales. Los efectos de la estimulación cerebral no invasiva sobre la mejora cognitiva junto con el entrenamiento de videojuegos fueron menos notorios y consistentes de lo esperado. Sin embargo, la experiencia previa en videojuegos era determinante tanto para el rendimiento inicial como para la tasa de adquisición de habilidades en una serie de dominios cognitivos.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) allows us to modulate cortical excitability levels with an exceptionally high spatial resolution, thereby achieving an impact on cognitive functions that may result in cognitive improvement. However, such changes are often transitory, meaning there is a need to develop optimized protocols that are capable of prolonging the duration of the effects. The effectiveness of TMS in achieving cognitive changes is potentiated when used in conjunction with cognitive training that stimulates the targeted cognitive function. Video games possess all the appropriate features for this purpose. The joint use of TMS and video game training is expected to create synergistic effects on cognitive performance, thereby enhancing the cognitive functions related to the stimulation site and the contexts exposed during video game play. Through exhaustive literature reviews, this thesis provides an in-depth analysis on cognitive enhancement through TMS, the neural correlates of video games, and cognitive enhancement as a result of video game training. For the experimental stage, intermittent theta-burst transcranial magnetic stimulation (iTBS) over the right dorsolateral prefrontal cortex was employed in hopes of inducing effects comparable to long-term potentiation. This was carried out during ten stimulation sessions performed over a two-week period. The variables (i.e. administration of active and sham iTBS together with high and low previous video game experience) were paired to create four experimental groups. Cognitive performance was assessed through a comprehensive neuropsychological battery at three different points in time. The effects of the non-invasive brain stimulation on cognitive enhancement in conjunction with the video game training were less evident and consistent than expected. However, previous video game experience was found to be determinant for both the baseline performance and the skill acquisition rate in a series of cognitive domains.