[en] Many everyday tasks and working environments rely on our ability to keep our attention focused for prolonged periods of time. However, as we have all experienced, this ability is effortful and cannot be sustained indefinitely. Inevitably, as time goes by, our performance becomes less sharp and more error-prone, as our mind either falters in the face of demands it cannot sustain, or it slowly disengages from the task at hand, wandering elsewhere. This phenomenon is known as vigilance decrement. This thesis begins by disentangling a working definition of the concept of vigilance, as its use across different disciplines, and its fuzzy description within cognitive psychology render it hard to grasp. By distinguishing vigilance from other processes such as arousal, alertness, and sustained attention, we land on the following working definition: "the ability to monitor the environment and detect rare but critical stimuli". Further refining this definition, the present thesis accounts for a recent conceptualization of vigilance as a two-component process: (i) executive vigilance (EV), defined as the ability to monitor the environment to detect specific infrequent but critical signals, requiring the exertion of control to decide whether a response has to be emitted or not (Luna et al., 2018a); (ii) arousal vigilance (AV), on the other hand, defined as the general maintenance of a basic state of activation to emit fast and relatively automatic responses to those rare but critical stimuli requiring minimal topdown control (Luna et al., 2018a). A further aspect of relevance for the present thesis is the specific sensitivity of the EV decrement to the cognitive demands required by the task (Luna, Barttfeld, et al., 2022). The inevitable decrement of vigilance over time will lead to consequences that can range from the trivial, such as missing the right exit on the motorway while driving, to the catastrophic, such as a fatal accident (Wundersitz, 2019). In addition to these everyday or work-related consequences, lesions or alterations in the development of the brain can reduce the capacity for exerting vigilance. This motivates the main aim of the present thesis: to study the potential of transcranial direct current stimulation (tDCS) in mitigating this vigilance decrement. By applying a constant electrical current across the scalp, tDCS can influence the excitability of underlying neuronal populations. This modulation of neuronal activity, in turn, can modulate cognitive functions, including attention and vigilance (Coffman et al., 2014a). A review of the existing literature on the application of tDCS to attention deficits in clinical populations with attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) or acquired brain injury (ABI), and to vigilance in healthy populations, shows that the large heterogeneity of tDCS parameters and outcome measures does not yet provide a clear picture of the efficacy of tDCS in mitigating vigilance decrements. The present thesis aims to further explore the potential of applying anodal high-definition tDCS (HD-tDCS) over the right posterior parietal cortex (rPPC) to mitigate the EV decrement (Luna et al., 2020), by exploring the impact of differing cognitive demands as well as underlying neuroimaging data as outcome predictors. In a first study, participants (N = 60) completed the ANTI-Vea task while receiving either anodal or sham HD-tDCS over the rPPC. Electrophysiological (EEG) recordings were completed before and after stimulation. Anodal HD-tDCS specifically mitigated executive vigilance (EV) and reduced the increment of alpha power with time-on-task, while further increasing the increment of gamma power. Through a new proposed index of Alphaparietal/Gammafrontal a further dissociation is observed. The increment of this Alphaparietal/Gammafrontal Index with time-on-task was associated with a steeper EV decrement in the sham group, which was abolished by anodal HD-tDCS. In a second study, participants (N = 120) completed a modified ANTI-Vea task (single or dual task) while receiving either anodal or sham HD-tDCS over the rPPC. Joint analyses of this data and data from prior studies performing a triple task (combined N = 240, Study I and Luna et al. 2020) were completed. We observed that against the mitigated vigilance decrement observed in the triple task condition (standard ANTI-Vea) with anodal HD-tDCS, both the single and dual load conditions showed significant EV decrements that were not affected by the application of HDtDCS. In a third study, EEG data collected in Studies I and II (N = 180) was analysed more in-depth, by parametrizing the EEG power spectra to disentangle periodic (oscillatory) from aperiodic (non-oscillatory, namely aperiodic exponent and offset) components. HD-tDCS led to a decrement of the aperiodic exponent extracted from the 30-45 Hz frequency range, suggesting an increased excitation/inhibition (E/I) balance with active stimulation. This increment of the E/I balance was associated with a mitigated EV decrement in the high-demand (triple) task and an exacerbated EV decrement in the low-demand (single) task. While these results require further research as the results were only observed considering a directional hypothesis and other interactions may obscure the effect, they illustrate a potential mechanistic explanation of the cognitiveload dependent effect. A last empirical chapter contains a report with an initial exploration of the potential influence of microstructural white matter connectivity on the effect of the HD-tDCS protocol on the EV decrement. We analysed diffusion-weighted imaging (DWI) data collected from participants (N = 172) in Studies I and II (triple, dual, or single tasks combined with either anodal or sham HD-tDCS over the rPPC). The preliminary findings suggest the right third branch of the superior longitudinal fasciculus (SLF), the left second branch of the SLF, the Cingulum, and the Splenium of the Corpus Callosum as potentially relevant structures for future causal analyses, such as moderation analyses. This thesis contributes to the understanding of the vigilance decrement and the potential of tDCS to mitigate it, highlighting the importance of considering cognitive load and individual differences in neurophysiological responses for a more nuanced understanding of its effects. Specifically, the results from this thesis highlight: (i) the need for replication studies and the integration of neurophysiological measures as a means to potentially predict stimulation outcomes, (ii) the need to consider the task used as an outcome measure due to the different brain states it will induce, (iii) the importance of considering the underlying brain state in interaction with the effects of tDCS to better understand its mechanisms of action, and whilst no definitive predictions can be made yet, (iv) it offers a promising first look at the potential of predicting tDCS outcomes from pre-intervention structural neuroimaging data. With future research, the results of this thesis can aid in further exploring this interesting intersection of neuromodulation, vigilance, and neurophysiology, which may help design more precise future interventions to mitigate the inevitable decrement of vigilance over time.

[es] Numerosas tareas cotidianas y entornos de trabajo dependen de nuestra capacidad para mantener nuestra atención durante períodos prolongados. Sin embargo, como cualquiera ha podido experimentar, esta capacidad supone un considerable esfuerzo y no puede mantenerse indefinidamente. Inevitablemente, con el paso del tiempo, nos volvemos menos ágiles y aumenta nuestra propensión a cometer errores, ya que nuestra mente flaquea ante exigencias que no puede sostener, o bien se desengancha lentamente de la tarea que tenemos entre manos, desviándose hacia otra parte. Este fenómeno se conoce como decremento en vigilancia. Esta tesis comienza desentrañando una definición de trabajo del concepto de vigilancia, ya que su uso en diferentes disciplinas y su descripción difusa dentro de la psicología cognitiva hacen que sea difícil de delimitar. Al distinguir la vigilancia de otros procesos como la activación, la alerta y la atención sostenida, llegamos a la siguiente definición de trabajo: "la capacidad de monitorizar el entorno y detectar estímulos poco frecuentes pero críticos". Refinando aún más esta definición, la presente tesis contempla una reciente conceptualización de la vigilancia como un proceso formado por dos componentes: (i) la vigilancia ejecutiva (VE), definida como la capacidad de monitorizar el entorno para detectar señales específicas poco frecuentes pero críticas, que requieren el ejercicio de control para decidir si hay que emitir una respuesta o no (Luna et al., 2018); (ii) la vigilancia del arousal (AV), definida como el mantenimiento general de un estado básico de activación para emitir respuestas rápidas y relativamente automáticas ante aquellos estímulos infrecuentes pero críticos que requieren un mínimo control descendente (Luna et al., 2018). Otro aspecto de relevancia para la presente tesis es la sensibilidad específica del decremento de la VE a las demandas cognitivas requeridas por la tarea (Luna et al., 2022). El inevitable decremento en vigilancia con el paso del tiempo acarrea consecuencias que abarcan desde lo trivial, como pasarse la salida correcta de la autopista mientras se está al volante, hasta lo catastrófico, como un accidente fatal (Wundersitz, 2019). Además de estas consecuencias cotidianas o laborales, las lesiones o alteraciones en el desarrollo del cerebro pueden reducir la capacidad para ejercer la vigilancia. Esto motiva el objetivo principal de la presente tesis: estudiar el potencial de la estimulación transcraneal por corriente directa (tDCS) para mitigar esta disminución de la vigilancia. Mediante la aplicación de una corriente eléctrica constante a través del cuero cabelludo, la tDCS puede influir en la excitabilidad de las poblaciones neuronales subyacentes. Esta modulación de la actividad neuronal, a su vez, puede modular las funciones cognitivas, incluyendo la atención y la vigilancia (Coffman et al., 2014). La presente tesis incluye una revisión de la literatura existente sobre la aplicación de la tDCS a los déficits de atención en poblaciones clínicas como trastorno por déficit de atención con hiperactividad o daño cerebral adquirido, y a la vigilancia en poblaciones sanas. Dicha revisión muestra que la gran heterogeneidad de los parámetros de tDCS y las medidas de impacto aún no proporcionan una imagen clara de la eficacia de la tDCS para mitigar el decremento en vigilancia. La presente tesis tiene como objetivo explorar más a fondo el potencial de la aplicación de tDCS anodal de alta definición (HD-tDCS) sobre la corteza parietal posterior derecha (rPPC) para mitigar la disminución de EV (Luna et al., 2020), explorando el impacto de las diferentes demandas cognitivas, así como los datos de neuroimagen subyacentes como predictores de resultados. En un primer estudio, las/los participantes (N = 60) completaron la tarea ANTI-Vea mientras recibían HD-tDCS anodal o sham sobre el rPPC. Se realizaron registros electrofisiológicos (EEG) antes y después de la estimulación. La HD-tDCS anodal mitigó específicamente la vigilancia ejecutiva (EV) y redujo el incremento de la potencia en oscilaciones de la banda alpha con el tiempo en la tarea, mientras que aumentó aún más el incremento de la potencia en gamma. A través de un nuevo índice propuesto de Alphaparietal/Gammafrontal se observa una mayor disociación. El incremento de este Índice Alphaparietal/Gammafrontal Index con el tiempo en la tarea se asoció con un decremento en EV más pronunciado en el grupo simulado, que fue abolida por la HD-tDCS anodal. En un segundo estudio, las/los participantes (N = 120) completaron una tarea ANTI-Vea modificada (tarea simple o doble) mientras recibían HDtDCS anodal o sham sobre el rPPC. Se realizaron análisis conjuntos de estos datos y de los datos de estudios anteriores que realizaban una tarea triple (N = 240 combinados, Estudio I y Luna et al. 2020). Observamos que frente al decremento en EV observado en la condición de tarea triple (ANTI-Vea estándar) con HD-tDCS anodal, tanto la condición de carga única como la de carga doble mostraron decrementos significativos de la EV que no se vieron afectadas por la aplicación de HD-tDCS. En un tercer estudio, los datos de EEG recogidos en los Estudios I y II (N = 180) se analizaron en mayor profundidad, parametrizando los espectros de potencia de EEG para separar los componentes periódicos (oscilatorios) de los aperiódicos (no oscilatorios, en concreto el exponente aperiódico y el offset). La HD-tDCS condujo a una disminución del exponente aperiódico extraído del rango de frecuencia de 30-45 Hz, lo que sugiere un aumento del equilibrio excitación/inhibición (E/I) neural con la estimulación activa. Este aumento de E/I se asoció con un decremento en EV mitigado en la tarea de alta demanda (triple) y una decremento en EV exacerbado en la tarea de baja demanda (simple). Aunque estos resultados requieren más investigación, ya que sólo se observaron considerando una hipótesis direccional y otras interacciones potencialmente pudieron enmascaran el efecto, ilustran una posible explicación mecanicista del efecto dependiente de la carga cognitiva. Un último capítulo empírico recoge un informe la exploración inicial de la influencia potencial de la conectividad microestructural de la sustancia blanca cerebral sobre el efecto del protocolo de HD-tDCS sobre el decremento en EV. Analizamos los datos de imágenes ponderadas por difusión (DWI) recogidas de la muestra (N = 172) de los Estudios I y II (tareas triples, duales, y simples combinadas con HD-tDCS anodal o sham sobre el rPPC). Los resultados preliminares sugieren que la tercera rama del fascículo longitudinal superior (SLF) derecho, la segunda rama del SLF izquierdo, el cíngulo y el esplenio del cuerpo calloso son estructuras potencialmente relevantes para futuros análisis causales, como los análisis de moderación. Esta tesis contribuye a la comprensión del decremento en vigilancia y el potencial de la tDCS para mitigarla, destacando la importancia de considerar la carga cognitiva y las diferencias individuales en las respuestas neurofisiológicas para una comprensión más matizada de sus efectos. En concreto, los resultados de esta tesis destacan: (i) la necesidad de estudios de replicación y la integración de medidas neurofisiológicas como medio para potencialmente porder predecir los resultados de la estimulación, (ii) la necesidad de considerar la tarea utilizada como medida de impacto debido a los diferentes estados cerebrales que inducirá, (iii) la importancia de considerar el estado cerebral subyacente en interacción con los efectos de la tDCS para comprender mejor sus mecanismos de acción, y aunque todavía no se pueden hacer predicciones definitivas, (iv) ofrece un primer vistazo prometedor al potencial de predecir los resultados de la tDCS a partir de datos de neuroimagen estructural registrados antes de la intervención. Con investigaciones futuras, los resultados de esta tesis pueden ayudar a explorar más a fondo esta interesante intersección de neuromodulación, vigilancia y neurofisiología, que puede ayudar a diseñar intervenciones futuras más precisas para mitigar el inevitable decremento en vigilancia con el tiempo.