Dolgotrajne, ločljive izboljšave delovnega in dolgoročnega spomina pri starejših odraslih s ponavljajočo se nevromodulacijo 3. del

Replikacija primarnih ugotovitev v neodvisnem vzorcu.

Izvedli smo dodaten poskus, da bi preverili, ali se primarna opažanja iz poskusa 1 ponovijo v neodvisnem vzorcu. Eksperiment 3 je sestavljalo 30 starejših udeležencev, ki so bili randomizirani za prejemanje DLPFC gama ali IPL theta nevromodulacije med izvajanjem naloge brezplačnega priklica.

Med nevromodulacijo in spominom obstaja tesna povezava. Nevromodulacija krepi spomin s spodbujanjem povezav in prenosa informacij med možganskimi celicami. Spomin je pomemben temelj človekovega preživetja in razvoja. Z nevronsko regulacijo nam lahko pomaga pri boljšem obvladovanju in uporabi znanja.

Nevromodulacija lahko vpliva na številne vidike spomina. Prvič, nevromodulacija lahko vpliva na aktivnost v možganski skorji in s tem modulira zaznavanje, pozornost in kognitivne sposobnosti. Ti so osnova za oblikovanje spomina, z nevromodulacijo pa nam lahko pomagajo bolje razumeti, zapomniti in uporabiti informacije.

Drugič, nevromodulacija lahko modulira tudi povezave in signalizacijo med nevroni. Število in struktura povezav med nevroni lahko neposredno vplivata na spominsko sposobnost. Povezave in signalizacijo med nevroni je mogoče izboljšati z nevromodulacijo, s čimer se izboljša spominska sposobnost.

Poleg tega lahko nevromodulacija vpliva na hipokampus in druge nevronske populacije v možganih, da spodbuja dolgoročno ohranjanje in pregledovanje spomina. Z nevromodulacijo lahko bolje reguliramo povezave med populacijami nevronov in izboljšamo kodiranje in shranjevanje spominov.

Skratka, razmerje med nevromodulacijo in spominom je zelo tesno. S krepitvijo nevromodulacije lahko izboljšamo svoj spomin ter bolje razumemo in uporabimo znanje. To pozitivno vpliva na naš študij, delo in življenje, zato moramo biti pozorni na vpliv nevromodulacije na spomin ter spodbujati razvoj nevromodulacije in spomina s telesno vadbo, regulacijo prehrane ipd. Vidimo lahko, da potrebujejo za izboljšanje spomina, Cistanche deserticola pa lahko občutno izboljša spomin, saj je Cistanche deserticola tradicionalno kitajsko zdravilno sredstvo, ki ima številne edinstvene učinke, eden izmed njih je izboljšanje spomina. Učinkovitost mletega mesa izhaja iz različnih učinkovin, ki jih vsebuje, vključno s kislino, polisaharidi, flavonoidi itd. Te sestavine lahko na različne načine spodbujajo zdravje možganov.

Kliknite poznajte dodatke za izboljšanje spomina

Protokol nevromodulacije, ki smo mu sledili, je bil v veliki meri podoben poskusu 1, le da je bila nevromodulacija izvedena tri in ne štiri zaporedne dni in ni vključevala dolgoročnega spremljanja.

Učinkovitost spomina je bila preučena na začetku in med vsako nevromodulacijsko sejo. Mešana ANOVA z dnevom (izhodišče, 1. dan, 2. dan in 3. dan) in serijskim položajem (primarnost, sredina 1, sredina 2, sredina 3 in nedavnost) kot dejavniki znotraj osebkov in skupina (DLPFCgama in IPL theta) kot med- faktor subjektov je razkril pomembne razlike v zmogljivosti spomina (dan × serijski položaj × skupina: F7,9,220.8=6.315, P<0.001, ηp 2=0.184; Fig. 6a), and this effect remained significant even after accounting for covariates (F7.7,176.1=5.887, P<0.001, ηp 2=0.204). 

Nadaljnja ANOVA je pokazala pomembno interakcijo med serijskim položajem in skupino na 2. in 3. dan nevromodulacije ter pomembno interakcijo med dnevom in skupino za skupine primata in nedavnosti (dodatna tabela 4). Dvostranski t-testi neodvisnega vzorca so pokazali, da je bila zmogljivost spomina v primarni skupini znatno izboljšana v gama skupini DLPFC v primerjavi s skupino IPL theta na 2. in 3. dan nevromodulacije (slika 6a, zgoraj).

Učinkovitost v gruči nedavnosti je bila 3. dan posega znatno višja v skupini IPL theta v primerjavi s skupino DLPFC gama (slika 6a, spodaj). Ti rezultati so vzporedna opazovanja iz Eksperimenta 1 (slika 2a, levo). Izhodiščna uspešnost se med obema skupinama ni razlikovala (dodatna tabela 4), kar je izločilo nespecifične razlike med skupinama.

Pri preučevanju razmerja med izhodiščno kognitivno funkcijo in zmogljivostjo spomina smo ugotovili, da so posamezniki z nižjimi rezultati MoCA v skupini DLPFCgamma pokazali boljšo zmogljivost spomina 3. dan le v primarni skupini (r13=−0.672, P=0.006; slika 6b,c), medtem ko so tisti z nižjimi rezultati MoCA v skupini IPL theta pokazali boljšo zmogljivost pomnilnika 3. dan samo v gruči nedavnosti (r13= −0,618,P=0,014; slika 6d,e), podobno kot ugotovitve v poskusu 1 (slika 5).

Ta opažanja v neodvisnem vzorcu udeležencev skupaj posnemajo primarne ugotovitve 1. poskusa in dodatno krepijo zaupanje v sklepe, izpeljane iz njih.

Diskusija

Predstavljamo dokaze za selektivne izboljšave WM in LTM pri starejših odraslih z ločljivim prostorskospektralnim vključevanjem možganskih ritmov, izboljšave pa se ohranijo vsaj 1 mesec po posegu. Eksperiment 1 je pokazal, da so možne selektivne spremembe funkcij WM in LTM z vključevanjem taritmov v IPL oziroma gama ritmov v DLPFC.

Eksperiment 2 je pokazal, da preklapljanje modulacijskih frekvenc med obema regijama ni prineslo nobenih koristi. Posledično je kombinacija anatomske lokacije in ritmične frekvence tista, ki določa ustrezen substrat za izboljšanje spomina.

Poleg tega je potrdilo, da so bile izboljšave, opažene med poskusom 1, posledica vključevanja funkcionalno specifičnih možganskih vezij in ne zaradi nespecifičnih učinkov, kot je transretinalna ali transkutana stimulacija 33.

Poleg tega smo opazili večje izboljšave pri posameznikih s slabšimi kognitivnimi funkcijami. Te ugotovitve smo nadalje ponovili v neodvisnem vzorcu v poskusu 3.

Nadalje smo ugotovili, da hitrost, s katero se spominska funkcija izboljša med posegom, napove moč spomina 1 mesec po posegu, s čimer je pridobljena pomembna metrika za merjenje odzivnosti na zdravljenje v prihodnjih študijah.

Te ugotovitve skupaj kažejo, da je mogoče funkcijo spomina pri starejših odraslih selektivno in trajnostno izboljšati z modulacijo funkcionalno specifičnih možganskih ritmov.

Specifičnost, s katero so različni ritmični nevromodulacijski protokoli vplivali na različne spominske funkcije, se lahko zdi presenetljiva glede na literaturo, ki dokumentira splošno vpletenost tako frontalnih kot parietalnih regij ter obeh theta in gama ritmov v funkcijo WM in LTM36,37.

To še posebej velja, ker je bila nevromodulacija izvedena med kodiranjem in priklicem vseh besed, predstavljenih med seznamom. Naše ugotovitve močno kažejo, da so naše intervencije manipulirale z dvema različnima kognitivnima operacijama. Po ogrodju dvojnega shranjevanja domnevamo, da je modulacija IPLtheta izboljšala operacije WM.

Vendar pa za razliko od prejšnjih nevromodulacijskih študij z vizuoprostorskimi memorandumi18 ne menimo, da je IPL theta modulacija sama po sebi izboljšala zmogljivost WM. Če bi bilo tako, bi bile izboljšave v zmogljivosti pomnilnika poleg gruče nedavnosti opažene tudi v nekaterih skupinah srednjega položaja.

Prav tako ne pričakujemo povečanja funkcije splošne pozornosti z IPL theta modulacijo. Čeprav se domneva, da parietalni theta ritmi olajšajo vzorčenje pozornosti38, je malo dokazov, ki bi kazali na spremembe pozornosti s parietalnim theta entrainmentom39.

Namesto tega predlagamo, da je IPL theta modulacija morda olajšala časovno ločevanje med zaporednimi predstavitvami spomina, kar je zmanjšalo motnje med njimi15.

Poleg tega je znano tudi, da theta ritmi olajšajo priklic s časovnim kontekstom40, kar potencialno odraža skupni nevrofiziološki mehanizem, ki je podlaga za ohranjeno vzdrževanje in na kontekstu temelječe iskanje predstavitev WM. Notranje omejitve zmogljivosti WM, na katere nevromodulacija ne vpliva, lahko te izboljšave omejijo le na poznejše besede na seznamu, s čimer se le izboljša gruča nedavnosti.

Če je tako, potem lahko te ugotovitve odražajo dodaten pristop za neinvazivno izboljšanje funkcije WM v okviru vplivne teorije navzkrižne frekvence spajanja theta–gama15, poleg spreminjanja zmogljivosti pomnilnika18.

Možnost, da čeprav je tetamodulacija IPL morda olajšala vzdrževanje in priklic elementov kasnejšega seznama, morda ni izboljšala prenosa predhodno predstavljenih informacij v LTM, je morda dodatno prispevala k tej selektivnosti učinkov. To je lahko posledica prisotnosti različnih kodirnih mehanizmov za obe shrambi spomina, možnost, ki jo podpira nedavna študija transkranialne magnetne stimulacije (TMS)14.

Druga možnost je, da prenos predstavitev med obema pomnilniškima sistemoma lahko vključuje ločene izvršilne nadzorne procese41, na katere trenutna zasnova nevromodulacije ne vpliva. Posledično theta modulacija IPL morda ni vplivala na predstavitve pomnilnika v primarni gruči. Namesto tega so se izboljšave primarnega učinka pojavile selektivno z modulacijo gama DLPFC.

Ta protokol je morda selektivno izboljšal zmožnost pridobivanja predstavitev, ločeno kodiranih ali prenesenih v LTM, s potencialnim vplivom na hipokampus in druge strukture temporalnega režnja42, ki prav tako istočasno kažejo aktivnost gama med odloženim priklicem36. Čeprav je prejšnja študija nevromodulacije preučevala funkcijo spomina pri mladih odraslih z eno samo sejo konvencionalnega tACS, se ujema s tem predlogom22.

Čeprav je torej znano, da oba ritma theta in gama ter regije DLPFC in IPL na splošno prispevajo k učinkovitosti WM in LTM, lahko indeksirajo različne kognitivne procese, ki so selektivno podlaga za izboljšave, ki jih je mogoče ločiti, opažene v trenutni študiji.

Ugotovitve te študije prispevajo tudi k razpravam o teoretičnih modelih prostega priklica. Ločene nevronske baze učinkov primarnosti in nedavnosti so bile predmet vročih razprav v nevropsihologiji z nasprotujočimi si dokazi14,43. Selektivna modulacija učinkov primarnosti in nedavnosti, opažena v trenutni študiji, podpira različne osnovne mehanizme, v skladu z modeli dvojne trgovine11 in nevropsihološkimi opazovanji12,13.

Vendar naše ugotovitve trenutno niso nezdružljive z alternativnimi modeli brezplačnega odpoklica. Na primer, ena teorija pripisuje glavne učinke 'dolgoročnemu delovnemu spominu', v katerem operacije dolgoročnega shranjevanja in iskanja podpirajo funkcijo WM, ki je odvisna od struktur iskanja, odvisnih od strokovnega znanja44,45. Ta pogled ni v neskladju z zgoraj omenjeno hipotezo, da je nevromodulacija gama DLPFC lahko vplivala na pridobivanje iz LTM, čeprav v tem pogledu v službi WM.

Način za razjasnitev dvoumnosti med tema dvema vidikoma je uporaba metode personalizacije za modulacijo strokovnega znanja45, v tem primeru bi ta teorija napovedala močnejši učinek nevromodulacije gama DLPFC v prisotnosti močnejših struktur za iskanje odvisnih od strokovnega znanja. Poleg tega, čeprav so teorije kontekstualnega iskanja niso zasnovani za razlago primarnih učinkov, so primanjkljaje primarnih učinkov pri starejših odraslih pripisali procesom pozornosti46, ki so nato povezani z aktivnostjo gama DLPFC47. Gama nevromodulacija DLPFC je morda dodatno povečala intrinzični gradient v učinkovitosti kodirnih mehanizmov s koristmi za zgodnje dogodke v seriji46. Predvsem je povečana aktivnost gama v temporalnem režnju povezana s tem učinkom17.

Kot je bilo razloženo zgoraj, je nevromodulacija gama DLPFC lahko privedla do nižjih učinkov na aktivnost gama v strukturah temporalnega režnja42, kar je povečalo primarni učinek. Ali gamanevromodulacija DLPFC posebej vpliva na procese iskanja LTM ali na mehanizme pozornosti, je mogoče obravnavati z agranularno analizo zmogljivosti spomina znotraj primacikla.

Na primer, račun pridobivanja LTM napoveduje dodaten premik v zmogljivosti pomnilnika z naraščajočim serijskim položajem v glavni gruči zaradi podobnih koristi za procese pridobivanja na vseh serijskih položajih, medtem ko račun pozornosti napoveduje zmanjšanje naklona zmogljivosti pomnilnika kot funkcijo teh serijskih položajev. , kar odraža stabilizacijo trajne pozornosti46.

Uspeh nevromodulacijskega protokola pri selektivni manipulaciji učinka primarnosti bo močno orodje za testiranje teh konkurenčnih napovedi. Prihodnje študije, ki bodo dovolj močne za sistematično preizkušanje teh hipotez, lahko razjasnijo dvoumnost med temi konkurenčnimi napovedmi, da izboljšajo in uskladijo različne teorije prostega priklica.

To delo prispeva k naraščajoči literaturi, ki nakazuje morebitne klinične koristi za delovanje spomina pri starejših odraslih z neinvazivnimi tehnikami7. Protokoli, uporabljeni v trenutni študiji, kažejo, da je mogoče funkcijo spomina selektivno izboljšati vsaj 1 mesec po 4-dnevnem posegu. Ti dolgotrajni učinki se lahko pojavijo zaradi nevroplastičnih sprememb48 po faznem zaklepanju intrinzičnih možganskih ritmov s tACS49.

Poleg tega te ugotovitve kažejo, da je mogoče funkcionalno diferenciacijo, ki se običajno zmanjšuje s staranjem50, spodbujati s funkcionalno specifično nevromodulacijo. Ugotovitve iz te študije lahko motivirajo več vrstic preiskave za nadaljnjo preučitev njihovega kliničnega potenciala. Na primer, prihodnje študije bi morale preučiti posplošljivost teh ugotovitev na različne kognitivne paradigme, ki zajemajo spominsko funkcijo v različnih senzoričnih domenah, in jih ponoviti v večjih študijskih vzorcih.

Poleg tega je treba določiti, kako spodbujati trajnostne učinke, ki presegajo 1-mesečno trajanje, ugotovljeno v trenutni študiji. Personalizacija nevromodulacijskega protokola glede na posamezne anatomske in funkcionalne značilnosti je eden od možnih pristopov6.

Poleg tega je mogoče specifično frekvenco znotraj theta in gama območij, število in trajanje modulacijskih sej, optimalno vrzel med zaporednimi sejami in interakcijo osnovne kognitivne in nevronske funkcije s temi metrikami sistematično spreminjati, da se določijo najbolj optimalni modeli modulacije.

Poleg tega bi morale prihodnje študije poleg MoCA uporabiti bolj celovite nevropsihološke ocene za količinsko opredelitev osnovne kognitivne funkcije in njene povezave z izboljšavami, ki jih povzroča tACS.

Nazadnje, poleg potencialnih koristi za zdrave starejše odrasle, je treba preučiti translacijske posledice za ljudi z nevropsihiatričnimi in nevrodegenerativnimi motnjami, zlasti tiste s selektivnimi pomanjkljivostmi spomina10 in pri tveganju za demenco5. Ugotovitve te študije služijo kot odskočna deska k raziskovanju teh vprašanj kliničnega pomena.

Spletna vsebina

Katere koli metode, dodatne reference, povzetki poročil Nature Research, izvorni podatki, razširjeni podatki, dodatne informacije, zahvale, informacije o strokovnih pregledih; podrobnosti o avtorskih prispevkih in konkurenčnih interesih; in izjave o razpoložljivosti podatkov in kode so na voljo nahttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3}.

Reference

1. Centri za nadzor in preprečevanje bolezni. Trendi staranja v ZDA in po svetu. MMWR Morb. smrtnik. Wkly. Rep. 52, 101–104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Odločanje v starajočih se možganih: spremembe čustvenih in motivacijskih krogov. Nat. Rev. Neurosci. 16.278–289 (2015).

3. Søraas, A. et al. Samoprijavljene težave s spominom 8 mesecev po okužbi-19COVID. JAMA Netw. Odpri 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR & Amaral, DG Individualne razlike v kognitivnih in nevrobioloških posledicah normalnega staranja. Trendi Neurosci. 15,340–345 (1992).

5. Gauthier, S. et al. Blaga kognitivna motnja. Lancet 367, 1262–1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG. Sinhronizacija možganskega ritma za izboljšanje kognicije. Annu. Rev. Med. 72, 29–43 (2021).

7. Reinhart, RMG & Nguyen, JA. Delovni spomin je oživil starejše odrasle s sinhronizacijo ritmičnih možganskih krogov. Nat. Neurosci. 22.820–827 (2019).

8. Cowan, N. Kakšne so razlike med dolgoročnim, kratkoročnim in delovnim spominom? Prog. Brain Res. 169, 323–338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM & Inman, VW Analiza starostnih razlik pri takojšnjem priklicu. J. Gerontol. 37, 425–431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ Dvojna disociacija kratkoročnega in dolgoročnega spomina za neverbalni material pri Parkinsonovi bolezni in globalni amneziji. Nadaljnja analiza. Brain 114, 893–906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Človeški spomin: predlagani sistem in njegovi nadzorni procesi. v Te Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Teory Volume 2 (ed. Spence, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD & Warrington, EK Kodiranje spomina in amnezija. Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK Neodvisno delovanje verbalnih spominskih shramb: nevropsihološka študija. QJ Exp. Psychol. 22, 261–273 (1970).

14. Innocenti, I. et al. Interferenca TMS z mehanizmi primarnosti in nedavnosti razkriva bimodalno epizodno kodiranje v človeških možganih. J. Cogn. Neurosci. 25,109–116 (2013).

15. Lisman, JE & Jensen, O. Teta-gama nevronska koda. Neuron 77, 1002–1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com