Electrophysiological and neuromodulatory correlates of waiting impulsivity

Tese de doutoramento em Psicologia Básica
A impulsividade de espera é a capacidade de esperar para realizar uma ação associada a uma
recompensa. Uma maneira de estudar a dinâmica cerebral durante os processos de impulsividade é
analisando os potenciais relacionados a eventos (PRE) através da atividade contínua do EEG, como a P3
(ou P300). Assim, o primeiro estudo desta tese teve como objetivo avaliar se a técnica de estimulação
transcraniana por corrente contínua (ETCC) era capaz de modular a amplitude e a latência de P3 durante
tarefas cognitivas. Uma meta-análise com 23 estudos mostrou que a ETCC frontal aumentou a amplitude
do P3 parietal durante as tarefas oddball e n-back. Este estudo sugeriu que a P3 eliciada em áreas
parietais pode ser modulada através da aplicação de ETCC em áreas frontais.
O segundo estudo pretendeu validar o efeito anterior na amplitude de P3 e na atividade
oscilatória inerente durante a impulsividade de espera. Assim, 40 participantes realizaram duas sessões
separadas de ETCC ativa e simulada sobre a circunvolução frontal inferior direita (CFId) durante um
paradigma de respostas prematuras. Os resultados mostraram um efeito diferencial em comparação
com o estudo 1, ou seja, a ETCC frontal diminuiu a amplitude do P3-alvo e a potência delta inerente em
comparação com a ETCC simulada. Da mesma forma, a ETCC ativa também reduziu a amplitude do P3-
also (ou seja, outro PRE induzido durante a impulsividade de espera), mas sem nenhum efeito
significativo na atividade oscilatória evocada.
Por fim, considerando os resultados divergentes anteriores, o estudo 3 pretendeu avaliar a
viabilidade de individualizar a estimulação transcraniana por corrente alternada (ETCA) ao componente
P3 endógeno. Para isso, uma configuração de ETCA-EEG permitindo a sincronização da frequência e
fase de ETCA com P3 foi aplicada a 12 voluntários saudáveis durante duas sessões (ativo vs sham). A
sessão de tACS ativa revelou um aumento significativo na amplitude do alvo-P3 em comparação com o
sham, embora não tenham sido observadas diferenças significativas no poder oscilatório.
Este mostrou que a P3 é um marcador útil para combinar com diferentes técnicas de
estimulação elétrica transcraniana (EET). Os resultados sugerem um efeito diferencial da ETCC no
componente P3 e na atividade oscilatória inerente, dependendo dos requisitos da tarefa (por exemplo,
processamento “frio” versus “quente”). Por outro lado, a sincronização da ETCA com a atividade
endógena levou a um aumento da amplitude da P3. No geral, este trabalho melhorou a nossa
compreensão sobre como as intervenções EET indexadas a marcadores de EEG podem ser úteis para
modular a impulsividade de espera.
Waiting impulsivity is the ability to wait to perform a rewarded action. One way to study the brain
dynamics during impulsive processes is by analyzing the event-related potentials in the ongoing EEG activity, such as the P3 (or P300). For that, the first study of this thesis pretended to evaluate if
transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) technique was capable to modulate P3 amplitude and
latency during cognitive tasks. A meta-analysis with 23 studies has shown that frontal tDCS increased the
parietal P3 amplitude during oddball and n-back tasks. This study suggested that P3 elicited in parietal
areas can be modulated through the application of tDCS in frontal areas.
At next, the second study pretended to validate the previous effect in P3 amplitude and inherent
oscillatory activity during waiting impulsivity. Hence, 40 participants performed two separate sessions of
active and sham tDCS over the right Inferior Frontal Gyrus (rIFG) during a premature response paradigm.
Results have shown a differential effect in comparison with study 1, namely, frontal tDCS decreased the
target-P3 amplitude and inherent delta power in comparison with sham. Likewise, active tDCS also
reduced cue-P3 amplitude (i.e., another ERP elicited during waiting impulsivity), but without any
significant effect in the evoked-oscillatory activity.
At last, considering the previous divergent results, study 3 pretended to evaluate the feasibility of
individualizing transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) to the endogenous P3. For that, a tACS EEG setup allowing the synchronization of the frequency and phase of tACS with P3 was applied to 12
healthy volunteers during two sessions (active vs sham). The active tACS session revealed a significant
increase in target-P3 amplitude in comparison with sham, although no significant differences were
observed in the oscillatory power.
The current work showed that P3 is a useful marker to combine with different transcranial Electric
Stimulation techniques (tES). These findings suggest a differential effect of tDCS in P3 component and
inherent oscillatory activity depending on the task requirements (e.g., cold vs hot processing). On the
other hand, the synchronization of tACS with the endogenous activity led to an enhancement of P3
amplitude. Overall, this work improved our understanding about how tES interventions indexed to EEG
markers can be useful to modulate waiting impulsivity.
This work was funded by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT, Portugal) and the Portuguese Ministry of Science, Technology and Higher Education through national funds, and co-financed by FEDER through COMPETE2020 under the PT2020 Partnership Agreement (POCI-01-0145-FEDER-007653)., with the doctoral Grant reference PD/BD/142820/2018.