Non-Invasive Brain Stimulation, Personality, and Cognition

Abstract

[eng] This thesis focuses on cognition and how non-invasive brain stimulation techniques (NIBS) can modify it. In addition, we consider personality. Therefore, this thesis analyzes, in depth, the effects of NIBS on cognition, specifically risk decision-making and working memory with emotional interference. We analyzed the neural correlates of risk decision-making, as well as working memory. And the cognitive effects provided by TMS or tDCS. Specifically, we had a particular interest in studying the “believed” disassociation between the dorsolateral prefrontal cortex and the ventrolateral prefrontal cortex. To justify our focus on risk decision-making and working memory as the two cognitive functions studied, we provided exhaustive literature as well as reviews of previous findings.

This thesis consists of two experimental stages. During the first experimental stage, we investigated the effect of applying Multifocal transcranial direct current stimulation (MtDCS) on the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and the left ventrolateral prefrontal cortex (VLPFC) during risk-taking. For this purpose, we used the balloon analogue risk task (BART) and the bomb risk elicitation task (BRET), considering personality. We used a quasi- randomized 3×2×3 mixed factorial and sham-controlled design. Thirty-four healthy adults underwent 3 MtDCS interventions in a counterbalanced order while completing the BART and BRET tasks. The stimulation condition (DLPFC, VLPFC, or sham) was the within-subject factor, and stimulation intensity (1.5 mA or 2 mA) and personality (3 profiles) were the between-subject factors. As expected, participants with a “normative” personality profile behaved more conservatively when compared to the impulsive-disinhibited participants. Participants were more risk-averse after DLPFC inhibition, and this risk-aversion effect was more marked in impulsive-disinhibited participants. Following VLPFC inhibition, participants with a “normative” personality profile behaved more conservatively, i.e., they were more risk- averse. MtDCS influenced risk-taking behavior, depending on personality traits. Left DLPFC

activity is related to risk propensity in impulsive-disinhibited people, while left VLPFC activity is related to risk propensity in people with a normative personality profile.

In the second experimental stage, we focused on working memory and emotional interference. Particularly, we focused on the effect of the DLPFC on emotional interference in working memory. We used repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and modulated the DLPFC activity (inhibition and activation) while evaluating working memory (WM) performance. We interfered with the WM performance with emotional, neutral, and digital distractors. However, contrary to our hypothesis, we did not find significant effects. rTMS did not modify the effect of emotional interference on the WM task. And neither did personality. Within this context, our results could serve as a cautionary tale of the limitations that arise when stimulating healthy brains.

[spa] Esta tesis se centra en la cognición y en cómo las técnicas de estimulación cerebral no invasiva (NIBS) pueden modificarla. Además, se ha tenido en cuenta la personalidad. Hemos analizado en profundidad los efectos de las NIBS en la cognición, concretamente en la toma de decisiones de riesgo y en la memoria de trabajo con interferencia emocional. Específicamente, teníamos un interés particular en estudiar la disociación entre la corteza prefrontal dorsolateral y la corteza prefrontal ventrolateral.

En la primera etapa experimental investigamos el efecto de la aplicación de la estimulación transcraneal multifocal por corriente directa (MtDCS) sobre la corteza prefrontal dorsolateral (DLPFC) izquierda y la corteza prefrontal ventrolateral (VLPFC) izquierda durante la toma de riesgos. 34 adultos sanos se sometieron a 3 intervenciones de MtDCS en un orden contrabalanceado mientras completaban las tareas de decisión de riesgo, con la condición de estimulación (DLPFC, VLPFC, o sham) como el factor intra-sujeto, y la intensidad de estimulación (1.5 mA o 2 mA) y la personalidad (3 perfiles) como factores entre-sujetos. Como se esperaba, los participantes con un perfil de personalidad "normativo" se comportaron de forma más conservadora. Los participantes tuvieron más aversión al riesgo tras la inhibición del DLPFC y este efecto de aversión al riesgo fue más marcado en los participantes impulsivos- desinhibidos. Tras la inhibición de la VLPFC, los participantes con un perfil de personalidad "normativo" tuvieron más aversión al riesgo. MtDCS influyó en el comportamiento de toma de riesgos en función de los rasgos de personalidad. La actividad del DLPFC izquierdo está relacionada con la propensión al riesgo en personas impulsivas-desinhibidas, mientras que la actividad del VLPFC izquierdo está relacionada con la propensión al riesgo en personas con un perfil de personalidad normativo.

En la segunda etapa experimental, nos centramos en la memoria de trabajo y la interferencia emocional. En concreto, nos centramos en el efecto del DLPFC en la interferencia emocional

en la memoria de trabajo. Utilizamos estimulación magnética transcraneal repetitiva y modulamos la actividad del DLPFC (inhibición y activación) mientras evaluamos el rendimiento de la memoria de trabajo (MT). Este rendimiento de la MT fue interferido por distractores emocionales, neutros y digitales. Sin embargo, en contra de nuestra hipótesis, no encontramos efectos significativos. La rTMS no modificó el efecto de la interferencia emocional en la tarea de la memoria de trabajo. Tampoco lo hizo la personalidad. En este contexto, nuestros resultados podrían servir de advertencia sobre las limitaciones que surgen cuando se estimulan cerebros sanos.