نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• الناز حمزه ¹
• زهرا بهمنی دهکردی ²
• محمد رستمی ³

¹ گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

² دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

³ گروه مخابرات، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

حافظه‌کاری در کارکردهای اجرایی از اهمیت بالایی برخوردار بوده و حافظه‌کاری کلامی نقش حیاتی در بهینه سازی عملکرد کاربران سیستم‏های پیچیده مانند خلبانان دارد اما ظرفیت آن محدود است. تحقیقات وسیعی با هدف بهبود ظرفیت حافظه‌کاری بینایی انجام شده است اما اطلاعات اندکی درمورد حافظه‌کاری شنیداری بویژه در خلبانان در دسترس است. هدف از این مطالعه بررسی تاثیرات تحریک الکتریکی فراجمجمه‌ای بر حافظه‌کاری کلامی خلبانان درحین انجام تسک شنیداری می‌باشد. تسک شنیداری شامل آواهای غیرتکراری، حاوی تعداد برابری از اعداد و حروف انگلیسی تصادفی با توزیع یکنواخت می‌باشند که در گوشی خلبان پخش می‌شوند و خلبان موظف است پس از شنیدن هر آوا آن را بازگو کند. تسک در شش سطح از آسان تا سخت طراحی شده، در هر سطح تعداد کاراکترها 2 تا افزایش می‌یابد و به ازای هر سطح، 5 آوا وجود دارد. بنابراین در هر جلسه، 30 آوا متشکل از 4 تا 14 کاراکتر ارائه می‌شود. پیش از شروع تسک، تحریک الکتریکی با شدت جریان 2 میلی‌آمپر اعمال می‌شود. این آزمایش شامل سه مرحله پایه (بدون تحریک)، شم (تحریک ساختگی) و آندال (تحریک اصلی) است. مدت زمان اعمال تحریک در حالت شم 30 ثانیه و در حالت آندال 10 دقیقه می‌باشد. درنهایت با بررسی پاسخ آزمودنی‌ها و تعداد کاراکترهایی که درست بخاطر سپرده شده‌اند، با استفاده از آزمون‌های آماری تغییرات عملکرد خلبانان را بررسی کردیم. درنتیجه با درنظر گرفتن همه سطوح دشواری در کنارهم، بهبود معنی‌داری در ظرفیت حافظه‌کاری با تحریک آندال ("%6/40" ) نسبت به حالت پایه مشاهده شد؛ هم‌چنین نشان داده شد در سطوح دشوارتر تسک، عملکرد خلبانان پس از اعمال تحریک نسبت به حالت پایه بهبود معنی‌داری داشته است (سطح چهار: "%12/20" ، سطح پنج: "%9/00" و سطح شش: "%10/44" ). بنابراین، نتایج این تحقیق می‌تواند برای یافتن بینشی عمیق‌تر در مورد مکانیسم عصبی حافظه‌کاری و استفاده از آن برای تقویت انسان مفید باشد.

کلیدواژه‌ها

• تقویت انسان
• حافظه‌کاری
• خلبان
• تسک شنیداری
• تحریک الکتریکی

موضوعات

• مهندسی پزشکی شناختی

عنوان مقاله [English]

Augmentation of working memory by electrical stimulation of pilot’s brain

نویسندگان [English]

• Elnaz Hamze ¹
• Zahra Bahmani Dehkordi ²
• Mohammad Rostami ³

¹ Biomedical engineering group, Department of electrical and computer engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

² Tarbiat Modares University Department of electrical and computer engineering

³ Telecommunication group, Department of electrical and computer engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Working memory (WM) is an important cognitive function. Since WM capacity is limited, extensive research has been executed to improve it. Previous studies demonstrated that applying transcranial direct current stimulation (tDCS) over the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) enhances visual WM. Capacity enhancement of WM has a significant effect on the pilot's efficiency. However, little is known about the auditory-verbal WM of Pilots. Therefore, the aim of this study is to evaluate the effects of tDCS over the left DLPFC on the WM capacity augmentation of pilots. The auditory-verbal WM stimuli comprise characters that are random numbers and alphabet letters. The stimulus is presented through the pilot's headset, and he has been persuaded to memorize the auditory stimulus and repeat the memorized characters. The auditory task is a set of 30 voices and is designed in 6 stages. The task starts from the easiest stage (4 characters) and continues with 2 increments of characters per stage to the most difficult stage (14 characters). The experiment was conducted under three conditions: baseline, sham, and anodal-tDCS. Before running the task, 2mA electrical stimulation with a duration of 30 seconds for the sham and 10 minutes for the anodal-tDCS conditions, was applied over the left DLPFC region of pilots. The performance measure is the number of correct remembered characters. Statistical hypotheses showed significant effects of anodal-tDCS in comparison to baseline condition as follows: %6.41 WM enhancement by considering all stages; and also improved performance around %12.20 in stage 4, %9.00 in stage 5, and %10.44 in stage 6 which are the most difficult stages. As a result, we found that 2mA anodal-tDCS over the left DLPFC can modulate WM capacity. The current study can be utilized to discover evidence of cognitive, behavioral, or neural mechanisms of WM and its application for human augmentation.

کلیدواژه‌ها [English]

• Human Enhancement
• Working Memory
• Pilot
• Auditory task
• Electrical stimulation
• Dorsolateral prefrontal cortex