1. del: S starostjo povezano zmanjšanje kortikalne zavorne tone krepi motorični spomin

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-pošta:audrey.hu@wecistanche.com

Pierre Petiteta,b,1,∗, Gershon Spitza,c,1, Uzay E. Emird,e, Heidi Johansen-Berga, Jacinta O'Sheaa,f

Center Wellcome za integrativno nevroimaging, Center FMRIB, Oddelek za klinično nevroznanost Nufield (NDCN), Bolnišnica John Radclie, Headington, Oxford, Združeno kraljestvo

b Center de Recherche en Neurosciences de Lyon, Equipe Trajectoires, Inserm UMR-S 1028, CNRS UMR 5292, Université Lyon 1, Bron, Francija

c Turnerjev inštitut za možgane in duševno zdravje, Univerza Monash, Melbourne, Avstralija

d Šola zdravstvenih ved, Univerza Purdue, West Lafayette, Indiana, ZDA

e Weldon School of Biomedical Engineering, Univerza Purdue, West Lafayette, Indiana, ZDA

f Wellcome Center for Integrative Neuroimaging, Oxford Center for Human Brain Activity (OHBA), University of Oxford Department of Psychiatry, Warneford Hospital, Warneford Lane, Oxford, Združeno kraljestvo

a b s t r a c t:

Staranje prek naravnega upada inhibitornega tonusa (-aminobutirična kislina, GABA) prekine natančno nastavljeno ravnovesje vzbujanja/inhibicije (E:I) v korteksu, kar povzroči poslabšanje delovanja. Vendar pa pri mladih odraslih eksperimentalno znižanje GABA v senzomotoričnem korteksu poveča specifično področje senzomotorične funkcije: prilagoditevspomin. Tukaj smo preizkusili hipotezo, da senzomotorična kortikalna GABA s starostjo naravno upada, prilagajanjespominbi se povečalo, prvo pa bi pojasnilo drugo. Rezultati so to napoved potrdili. Da bi dokazali vzročnost, smo uporabili možgansko stimulacijo za nadaljnje znižanje senzomotorične kortikalne GABA med prilagajanjem. Kako je stimulacija spremenila spomin pri posameznikih, je bilo odvisno od senzomotornega kortikalnega E:I. Pri tistih z nizkim E:I se je stimulacija povečalaspomin; pri tistih z visokim E:I je stimulacija zmanjšanaspomin. Tako smo identificirali obliko motoričnega spomina, ki se naravno krepi s starostjo, je vzročno odvisna od nevrokemije senzomotorične skorje in je lahko močna tarča za strategije ohranjanja motoričnih sposobnosti pri zdravem staranju in nevrorehabilitaciji.

Cistanche lahko izboljša spomin

1. Uvod

Motorične zmogljivosti s starostjo upadajo (Hunter in sod., 2016; Krampe, 2002). Ko se možgani in telo starajo, gibi izgubljajo hitrost (Bedard et al., 2002; Jiménez-Jiménez et al., 2011), moč (Frontera et al., 2000) in koordinacijo (Serrien et al., 2000). To naravno izgubo funkcije še poslabšajo motorične motnje, ki se s starostjo strmo povečajo (npr. kap, sarkopenija, parkinsonizem). Ker se starejši prebivalstvo povečuje (Leeson, 2018), obstaja potreba po strategijah za preprečevanje in kompenzacijo motoričnih motenj, povezanih s starostjo.

Med staranjem se mora motorični sistem nenehno prilagajati nenehnim nevro-mišično-skeletnim spremembam. Plastičnost možganov to omogoča. Plastičnost je bistvenega pomena za učenje novih motoričnih spretnosti, prilagajanje in ohranjanje obstoječih ter za rehabilitacijo funkcij, ki jih je okvarila bolezen (Dayan in Cohen, 2011; Sampaio-Baptista et al., 2018). Tako ima plastičnost pomembno vlogo pri blaženju s starostjo povezanega motoričnega upada (McNeil in Rice, 2018; Rozycka in Liguz-Lecznar, 2017).

Na žalost se s staranjem zmanjšuje tudi plastičnost (Burke in Barnes, 2006), zlasti na motoričnem področju (Bhandari in sod., 2016; Freitas in sod., 2013; Rogasch in sod., 2009). Glavni vzrok je disregulacija fino nastavljenega ravnovesja med kortikalno ekscitacijo in inhibicijo (E:I) (Rozycka in Liguz-Lecznar, 2017). V korteksu je E:I moteno, ker -aminobutirična kislina (GABA) – glavni zaviralni nevrotransmiter – naj bi pretežno upadala s starostjo, 2018), oslabljena sposobnost zatiranja samodejnih odzivov (Hermans et al., 2018a) in počasnejši učenje motoričnih zaporedij (King et al., 2020).

Nasprotno pa smo tukaj testirali hipotezo, da se, ker se M1 GABA s starostjo zmanjšuje, posebna oblika motorične funkcije zgornjih udov – prilagoditev.spomin– bi se povečala. Skozi celotno življenjsko dobo je prilagajanje tista lastnost senzomotoričnega sistema, ki posameznikom omogoča, da se zoperstavijo motnjam s prilagajanjem svojih gibov in tako ohranijo uspešno motorično delovanje (Franklin in Wolpert, 2011; Wolpert et al., 2011). Ko je prišlo do te oblike učenja in je motnja odstranjena, sledi prilagoditevspominse izraža kot naknadni učinek (AE) – pristranskost gibanja v smeri, nasprotni motnji. Moč prilagajanjaspominse indeksira z obstojnostjo tega AE skozi čas. Obstaja veliko dokazov, da medtem ko starejši odrasli pogosto kažejo pomanjkljivosti med izpostavljenostjo senzomotorični motnji (tj. počasnejše zmanjševanje napak; Anguera et al., 2011; Bock, 2005; Buch et al., 2003; Fernández-Ruiz et al., 2000; Huang in Ahmed, 2014; Panouillères et al., 2015; Vandevoorde in Orban de Xivry, 2019), po odstranitvi motnje se AE ohrani (Bock, 2005; Buch et al., 2003; Hegele in Heuer, 2008). ; Panouillères et al., 2015; Roller et al., 2002; Vandevoorde in Orban de Xivry, 2019) ali celo povečala (Fernández-Ruiz et al., 2000; Nemanich in Earhart, 2015; Wolpe et al., 2020) v primerjavi mlajšim odraslim (čeprav glej: Malone in Bastian, 2016). Od in varnostne kontraindikacije za meritve MRS in tDCS. Pregled je izvedel eden od eksperimentatorjev, anamneza udeležencev pa je bila določena s samoprijavo. Vsi udeleženci so dali pisno informirano soglasje. Študijo je odobril UK NHS Research Ethics Committee (Oxford A; referenčna številka REC: 13/SC/0163). V poskusu 1 so vsi udeleženci (= 32) izvedli prilagoditev prizme (PA) in preizkuse kratkega (10- minut) in dolgoročnega (24- ur) zadrževanja. Podvzorec je bil podvržen skeniranju MRS za merjenje nevrokemije v levem senzomotoričnem korteksu (= 22) in v anatomskem kontrolnem volumnu v okcipitalnem korteksu (= 20; slika S2). Podvzorec je privolil tudi v sodelovanje v poskusu 2 (= 25), ki je sestavljen iz dveh tedenskih sej PA v kombinaciji z anodnim/lažnim tDCS do M1. Vse podrobnosti o tem, katere meritve so bile pridobljene za vsakega posameznika, so v tabeli S1.

V poskusu 1 je bila velikost vzorca (= 32) določena na podlagi analize moči, izvedene v G∗Power (Faul et al., 2007) (različica 3.1.9.2), ki je nastala na podlagi prejšnjih raziskav povezave med vedenjem in s starostjo povezano spremembo GABA v motorični domeni (Heise et al., 2013; Hermans et al., 2018a). Povprečna velikost učinka v teh študijah je bila ||=0.52. Za zaznavanje učinka te velikosti je potreben najmanjši vzorec=19 z verjetnostjo napake tipa I=0.05 in močjo (1 − )=0.80 (na podlagi priori enostranska korelacijska analiza). Z našega nevrokemičnega vidika je prejšnje delo pokazalo, da eksperimentalno znižanje inhibitornega tonusa M1 med prilagajanjem prek možganske stimulacije ni imelo vpliva na hitrost prilagajanja, ampak je povečalo obstojnost neželenih učinkov pri mladih odraslih (Galea et al., 2010; O'Shea et al. , 2017). Tu smo sklepali, da če je zadrževanje AE vzročno odvisno od inhibitornega tonusa M1, potem je ta oblikaspominse lahko naravno poveča s starostjo zaradi s starostjo povezanega upada M1 GABA.

Ta hipoteza je bila potrjena v presečni študiji dvaintridesetih zdravih starejših odraslih (povprečna starost: 67,46 let, sd: 8,07). Z uporabo magnetnoresonančne spektroskopije (MRS) za kvantifikacijo nevrokemije smo pokazali, da M1 GABA upada s starostjo. Z uporabo prilagoditve prizme (PA; von Helmholtz, 1867) smo pokazali, da se zadrževanje povečuje s starostjo. A

mediacijska analiza je pozneje potrdila, da se GABA s starostjo zmanjšuje, prilagoditevspominpovečuje, prvo pa pojasnjuje drugo. Da bi dokazali vzročnost, smo eksperimentalno intervenirali z ekscitatorno anodalno transkranialno enosmerno stimulacijo (a-tDCS) – da bi poskusili dodatno znižati M1 GABA (Antonenko et al., 2017; Kim et al., 2014; Stagg et al., 2009) in tako še dodatno povečajo prilagajanjespomin. V povprečju se stimulacija ni povečalaspominv tej starostni skupini. Namesto tega je analiza moderiranja pokazala, kako se je stimulacija spremenilaspominodvisno od motoričnega kortikalnega E:I posameznika. Stimulacija je povečala zadrževanje pri posameznikih z nizkim E:I, vendar zmanjšala zadrževanje pri posameznikih z visokim E:I.

Če povzamemo, identificirali smo specifično področje motorične funkcionalne plastičnosti, ki se s starostjo izboljšuje kot naravna posledica upada motorične kortike. To spominsko funkcijo je mogoče dodatno okrepiti z nevrostimulacijo, vendar le pri posameznikih, ki jih s starostjo povezana disregulacija motoričnega kortikalne E:I najmanj prizadene. Te ugotovitve izpodbijajo prevladujoč pogled na staranje kot na neizogiben funkcionalni upad. Medtem ko se lahko učenje novih motoričnih veščin zmanjša, se zmožnost ohranjanja prilagajanja obstoječih spretnosti s starostjo naravno izboljša. Ta prilagoditevspominse s starostjo naravno povečuje, nakazuje, da ima lahko neizkoriščen potencial kot tarča za strategije usposabljanja, katerih cilj je ohraniti, izboljšati ali obnoviti motorično funkcijo pri zdravem ali patološkem staranju (npr. terapija s prizmo za rehabilitacijo vizuoprostorske zanemarjenosti; O'Shea et al., 2017; Rossetti et al., 1998).

2. Materiali in metode

2.1. Udeleženci

V tej študiji je sodelovalo 32 desničarjev, starih med 49 in 81 let (povprečna starost: 67,5 let, sd: 8,1). Vsi so bili pregledani, da bi izključili kakršno koli osebno ali družinsko anamnezo nevroloških ali psihiatričnih motenj. Velikosti vzorcev (= 32 za vedenjske analize;=20 za nevrokemijske analize) so imele ustrezno moč. V 2. poskusu je bila velikost vzorca določena na podlagi primerljive analize moči, ki je temeljila na velikosti učinka stimulacije, o kateri smo poročali v našem prejšnjem delu (O'Shea et al., 2017). V tej študiji je levi M1 a-tDCS izboljšal dolgoročno zadrževanje do štiri dni po prilagoditvi z velikostjo učinka=0,73. Najmanjša velikost vzorca, potrebna za zaznavanje učinka=0.73 z verjetnostjo napake tipa I=0.05 in močjo (1 − )=0.80 je bila {{24 }} (temelji na enostranski razliki dveh odvisnih srednjih vrednosti). Da bi omogočili morebitni osip, je bilo izbranih šestindvajset udeležencev. En udeleženec je bil izgubljen zaradi retencijskega spremljanja in zato ni bil vključen v končni vzorec=25.

2.2. Protokol prilagajanja prizme

V obeh poskusih je bila PA izvedena z uporabo namensko zgrajene avtomatizirane naprave (slika S1a). Udeleženci so sedeli z glavo pritrjeno na podbradnik in gledali v 32--palčni vodoravni zaslon na dotik skozi zaslon s tekočimi kristali (LCD) (disperzijski film, Liquid Crystal Technologies, Ohio, ZDA). Zaslon na dotik je bil uporabljen za predstavitev vizualnih ciljev in snemanje končnih točk dosega, zaslonka LCD pa je bila uporabljena za nadzor vizualnih povratnih informacij zaslona in uda. Gumb je bil pritrjen na drog podbradnika in je služil kot začetni položaj za vse kazalne gibe. Udeležencem je bilo naročeno, naj gumb držijo ves čas pritisnjen in naj ga izpustijo le, ko začnejo premikati se proti cilju. Samo pri poskusih z naknadnim učinkom (AE) je sprostitev gumba sprožila zaslonko LCD, da postane neprozorna in tako onemogoči vizualno povratno informacijo o natančnosti končne točke. Poleg tega je fiksni zaklop udeležencem preprečil, da bi videli svoj ud na začetnem položaju in v prvi tretjini poti doseganja. Udeležencem je bilo naročeno, naj s prstom ne drsijo po površini zaslona na dotik, ampak naj se raje dotaknejo zaslona šele na koncu giba. Napake pri kazanju so bile izračunane kot kot med premico, ki povezuje začetni položaj in tarčo, ter ravno črto, ki povezuje začetni položaj in zabeleženi položaj za pristajanje. Po dogovoru so bile napake v smeri prizmatičnega premika (desno/v smeri urinega kazalca) kodirane kot pozitivne, napake v nasprotni smeri (levo/v nasprotni smeri urinega kazalca) pa kot negativne. Naloga je bila programirana v MATLAB različici 2014b (MathWorks; https://uk.mathworks.com) z uporabo Psychtoolbox (Kleiner et al., 2007) različice 3, ki se izvaja na prenosniku MacBook Pro. Pri vsakem poskusu je zvočni glasovni posnetek udeležencem naročil, naj dosežejo in z desnim kazalcem pokažejo na tarčo, prikazano na zaslonu na dotik. Tarča se lahko nahaja na sredini zaslona (preskusi z odprto zanko) ali 10 cm levo ali desno (poskusi z zaprto zanko). Razdalja med očmi udeležencev in centralno tarčo je bila 57 cm.

Med PA so se udeleženci izmenjevali med dvema vrstama opravilnih blokov: kazanjem z zaprto zanko (CLP) in kazanjem z odprto zanko (OLP). Pri poskusih z zaprto zanko so udeleženci nosili očala s prizmo 10° v desno (ledeniška očala: Julbo, Longchaumois, Francija; leče: OptiquePeter, Lyon, Francija) in dobili so navodila za hitro doseganje gibov (povprečno trajanje gibanja: 452 ms, sd : 119 ms) na levi ali desni cilj v psevdonaključnem vrstnem redu. Udeleženci so bili usposobljeni, da držijo prst na položaju za pristanek in po potrebi popravijo svoje gibanje pri naslednjem poskusu. Omejiti strateške prilagoditve in popravljanje napak "med letom" (Redding in Wallace, 1996; 2001) vizualna povratna informacija lažnega) med vedenjskim testiranjem. To je bilo doseženo z uporabo slepih kod ("študijski način" stimulatorja), ki jih je zagotovil raziskovalec, ki ni bil vključen v vedenjsko testiranje. Razkrivanje se je zgodilo na stopnji statistične analize, ko je bilo zbiranje podatkov zaključeno.

V poskusu 2 so udeleženci izvedli dve seji PA plus tDCS (anodalna/navidezna, vrstni red protiutež), vsako ločeno z najmanj enim tednom (povprečni interval: 10 dni, sd: 6 dni). Ta interval je bil izbran tako, da je omogočil izpiranje učinka DCS na kortikalno ekscitabilnost (Nitsche et al., 2003; Nitsche in Paulus, 2000) in AE (O'Shea et al., 2017), da se zagotovi vrnitev v osnovno usmerjeno vedenje in kortikalno razdražljivost do začetka druge eksperimentalne seje. Utemeljitev za stimulacijo med PA – v nasprotju s pred ali po – je bila interakcija, prva tretjina vsakega segajočega giba je bila zaprta s fiksnim zaklopom, kot v prejšnjem delu (Inoue et al., 2015; O'Shea et al., 2017; 2014). Na koncu vsakega poskusa je vizualna povratna informacija pristajalnega položaja trajala 500 ms po tem, ko je bil zabeležen dotik. Po tem času je zaklop LCD postal neprozoren in udeleženci so se morali vrniti v začetni položaj (tj. pritisniti in držati gumb) brez vizualne povratne informacije svoje roke. Ta postopek je omejil izpostavljenost prizme segajočemu gibanju v nasprotju s povratnim gibom. Pri poskusih z odprto zanko so bile prizme odstranjene in udeležencem je bilo naročeno, naj usmerijo na osrednjo tarčo. Natančnost je bila poudarjena nad hitrostjo (povprečno trajanje gibanja: 799 ms, sd: 135 ms). Vizualna povratna informacija je bila predstavljena pri vsakem poskusu tako, da je zaklop LCD postal neprozoren ob začetku dosega, s čimer je bil zakrit vid cilja, napaka dosega in končne točke ter povratno gibanje. To je omogočilo merjenje levo usmerjenega AE, ne da bi se udeleženci aktivno deadaptirali kot odziv na povratne informacije o vizualni napaki.

V obeh poskusih je vsaka seja PA merila natančnost kazanja med izhodiščem, prilagajanjem, kratkoročnim (10- minut) in dolgoročnim zadrževanjem (24- ur; slika S1). Osnovna natančnost kazanja z zaprto in odprto zanko je bila izmerjena v dveh blokih po 20 oziroma 30 poskusov. Prilagoditev je sestavljena iz izmeničnih parov kazalnih blokov z zaprto in odprto zanko, šest v poskusu 1 in sedem v poskusu 2 (slika S1). Zadrževanje AE je bilo izmerjeno 10- minut in 24- ur po koncu PA z enim blokom 45 poskusov z odprto zanko. V eksperimentu 2 je 10-minutnemu zadrževanju sledila faza izpiranja, v kateri so udeleženci kazali, ne da bi nosili prizme, opazovali svoje napake v levo in se zato deadaptirali. Izpiranje je bilo sestavljeno iz 40 poskusov z zaprto zanko in 45 poskusov z odprto zanko, porazdeljenih v šest prepletenih blokov (slika S1b). Namen izpiranja je bil dvojen. Prvič, omogočilo nam je raziskati, ali je bila v navideznem stanju višja starost povezana z neuspehom de-adaptacije, kar bi lahko pojasnilo močnejši AE v kasnejši časovni točki (glejte dodatne rezultate). Drugič, sklepali smo, da čespominje bila tvorba okrepljena s stimulacijo med PA, potem je bilo verjetneje, da bo izpiranje motilo dolgotrajno zadrževanje v lažnem stanju kot v anodnem stanju, kar bi lahko povečalo občutljivost za zaznavanje učinka stimulacije ob 24- urah.

2.3. Transkranialna enosmerna stimulacija

V poskusu 2 je tDCS dovajal baterijski DC stimulator (Neuroconn GmbH, Ilmenau, Nemčija), povezan z dvema gobastima elektrodama velikosti 7 × 5 cm, namočenimi v 0.9-odstotno fiziološko raztopino. Anodna elektroda je bila centrirana nad C3 (5 cm stransko od Cz), ki ustreza levemu primarnemu motoričnemu korteksu v skladu z mednarodnim sistemom 10–20 elektrod (Herwig et al., 2003). Katoda je bila nameščena čez desni supraorbitalni greben. Med anodalnim tDCS je bila stimulacija uporabljena pri 1 mA 20 minut, skozi celotno fazo prilagajanja, kot v našem prejšnjem delu (O'Shea et al., 2017). Impedanco smo spremljali na spletu in ves čas med stimulacijo ohranjali pod 10 kOhm. Tok je naraščal in padal v obdobju 10 s ob začetku in zamiku stimulacije. Med lažnim tDCS je bil postopek enak, le da v 20 minutah ni bila izvedena nobena stimulacija. Namesto tega so se vsakih 550 ms pojavili majhni tokovni impulzi (110 A v 15 ms), da so simulirali prehodne občutke mravljinčenja, povezane z resnično stimulacijo. Tako eksperimentatorji kot udeleženci so bili zaslepljeni glede stanja stimulacije (anodno ali zspominprocesi nastajanja, ki se pojavljajo med izpostavljenostjo vizualnemu premiku, za katerega je znano, da je povezan z dolgotrajnim zadrževanjem (Inoue et al., 2015; Joiner in Smith, 2008; Kording et al., 2007; Smith et al., 2006). Prej smo pokazali, da M1 a-tDCS, uporabljen pred – v nasprotju z med – PA ni vplival na prilagoditevspomin, ki prikazuje pomembnost interakcije med nevrostimulacijo in sočasnim kognitivnim stanjem (O'Shea et al., 2017).

2.4. Protokol zajema MRS

Podatki MRS so bili pridobljeni v Oxfordskem centru za raziskave klinične magnetne resonance (OCMR, Univerza v Oxfordu), na Siemens Trio {{0}}Tesla MR skener celega telesa in z uporabo 32-kanalne tuljave . T1-utežene strukturne MR slike visoke ločljivosti (MPRAGE; 224 × 1 mm aksialne rezine; TR/TE=3000/4,71 ms; kot obračanja=8◦; FOV=256; velikost voksla=1 mm izotropna; čas skeniranja=528 sekund) so bile pridobljene za postavitev in registracijo voksla MRS. Podatki MRS so bili pridobljeni iz dveh volumnov zanimanja (VOI; velikost voksla=2 ×2 ×2 cm3) v dveh zaporednih pridobitvah. Prvi VOI je bil osredotočen na gumb levega motornega ročaja (Yousry et al., 1997) in je vključeval dele pred- in postcentralnega girusa (slika S2c). Drugi (anatomski kontrolni) VOI je bil osredotočen dvostransko na kalkarinski sulkus v okcipitalnem režnju (vidni korteks) (Engel et al., 1997; Ip et al., 2017; Lunghi et al., 2015) (slika S2c). ). Ta kontrolna regija je bila izbrana, ker po naših podatkih ni bila vpletena v razvoj in/ali zadrževanje neželenih učinkov prizme (za pregled glej: Panico et al., 2020; Petitet et al., 2017). B0 šimiranje je bilo izvedeno z GRESHAM (64 × 4,2 mm aksialne rezine, TR=862.56 ms, TE1/2=4.80/9.60 ms, kot obračanja=12◦ , FOV {{ 40}}, trajanje skeniranja=63 sekund). Podatki MR spektroskopije (spektri) so bili pridobljeni z uporabo semiadiabatne lokalizacije z zaporedjem adiabatnega selektivnega ponovnega fokusiranja (pol-LASER) (TR/TE=4000/28 ms, 64 povprečij skeniranja, čas skeniranja=264 sekund) z radiofrekvenčnimi impulzi spremenljive moči z optimiziranimi sprostitvenimi zakasnitvami (VAPOR), zaviranjem vode in nasičenostjo zunanjega volumna (Deelchand et al., 2015; Öz in Tkáč, 2011). Poleg tega so bili iz istih VOI pridobljeni nezadušeni spektri vode, da bi odstranili preostale učinke vrtinčnih tokov in rekonstruirali spektre faznega niza (Natt et al., 2005). Posnetki z enim posnetkom so bili shranjeni ločeno (način zajemanja z enim posnetkom), nato sta bili frekvenca in faza popravljeni pred povprečenjem 64 skeniranj.

2.5. Analiza podatkov MRS

Metaboliti so bili kvantificirani z uporabo LCModel (Provencher, 2012; 1993; 2001), izvedenega na vseh spektrih v območju kemičnega premika od 0,5 do 4,2 ppm. Modelni spektri so bili ustvarjeni na podlagi predhodno prijavljenih kemičnih premikov in sklopitvenih konstant Vespa Project (Versatile Stimulation, Pulses, and Analysis). Nepotlačen vodni signal, pridobljen iz volumna, ki nas zanima, je bil uporabljen za odstranitev učinkov vrtinčnih tokov in za rekonstrukcijo spektrov faznega niza (Natt et al., 2005). Spektri posameznega skeniranja so bili pred seštevanjem popravljeni za variacije frekvence in faze, ki jih povzroča gibanje subjekta. Glutamin (Glx) je bil uporabljen v trenutni študiji zaradi nezmožnosti razlikovanja med glutamatom in glutaminom z uporabo 3T MRI skenerja. Da bi se izognili pristranskosti vzorca k ocenam visoke koncentracije, je bila izračunana pričakovana relativna spodnja meja Cramér-Rao (CRLB) za vsak posamezen nabor podatkov glede na oceno koncentracije in ob predpostavki konstantne ravni hrupa pri vseh meritvah (za podrobne metode glejte Dodatne informacije). Nizi podatkov, za katere je Pearsonov ostanek med pričakovanim in opazovanim relativnim CRLB presegel 2, so bili izključeni iz nadaljnje analize. Z uporabo tega kriterija filtriranja kakovosti za -aminomasleno kislino (označeno z GABA), glutamix (glutamin in gutamat, označeno z Glx) in skupni kreatin (kreatin in fosfokreatin, označeno s TCR) so bili štirje nabori podatkov V1 MRS zavrženi in noben nabor podatkov M1 MRS ni bil zavržen.

Popravek tkiva je pomemben korak v analizi podatkov MRS, zlasti pri starejših odraslih zaradi možganske atrofije, za katero je bilo predlagano, da ustreza privzeti možnosti funkcije »tab_model« paketa sjPlot v R (Lüdecke , 2021). Neposredno smo primerjali parametre modela LMM, da smo ugotovili nevroanatomsko in nevrokemično specifičnost. Parametri modela so bili primerjani z uporabo splošnega linearnega testa hipotez z uporabo paketa z več primerki v R (Hothorn et al., 2008). Za namene vizualizacije sl. 1b, 3 in 6b prikazujejo blokovno povprečene podatke kot merila zadrževanja, vendar so bile statistične analize izvedene na posameznih poskusnih podatkih z naključnimi preseki in nakloni. Mere velikosti učinka so

poročali za vse bistvene analize z uporabo paketa fffectsize (Ben-Shachar et al., 2020) v R. Cohen's d je bil uporabljen za izračun velikosti učinka za t-test enega vzorca proti nič za kratkoročno in dolgoročno zadrževanje v Ex-, da bi vsaj delno pojasnili pogosto opaženo s starostjo povezano znižanje ravni GABA, izmerjenih z MRS (Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). LCmodel prikaže koncentracije metabolitov za celotno količino, ki nas zanima. Torej, če je delež živčnega tkiva v volumnu, ki nas zanima, nizek zaradi atrofije, povezane s starostjo (Good et al., 2001), bodo tudi ocene koncentracije metabolitov nujno nižje. Predlaganih je bilo več tehnik korekcije tkiv, da bi pojasnili to potencialno zmedo, pri čemer trenutno v literaturi ni soglasja (Harris et al., 2015; Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). Večina teh tehnik temelji na predpostavkah o porazdelitvi metabolita, ki nas zanima, znotraj različnih predelkov tkiva. Vendar pa takšne predpostavke morda ne držijo skozi celotno življenjsko dobo, saj lahko normalni proces staranja na nekatere predelke vpliva bolj kot na druge. Zato so vse analize, navedene v tem dokumentu, uporabile ocene koncentracije, ki niso popravljene za tkiva, in namesto tega vključile odstotek sive snovi (GM) in bele snovi (WM) v vokselu MRS kot spremenljivke zmede, ki niso zanimive (kot v Scholl et al., 2017). Ker ta pristop korekcije delnega volumna ne predvideva porazdelitve GABA in Glx v različnih vrstah tkiv, je še posebej primeren za to študijo (v kateri so bili udeleženci stari od 49 do 81 let) in zato nadzoruje atrofijo, medtem ko ostaja agnostik glede različnih vplivov staranja na vrste tkiv. Odstotki sive snovi, bele snovi in ​​cerebrospinalne tekočine, prisotne v VOI, so bili izračunani z avtomatiziranim orodjem za segmentacijo FMRIB (Zhang et al., 2001). O njih se poroča skupaj z meritvami kakovosti podatkov MRS v tabeli S2.

Pri posameznikih je bila ocena koncentracije celotnega kreatina (TCR) negativno povezana s starostjo v vokslu M1 ((21)=−0.46,=0.04 ), čeprav ne v vokslu V1 ( (17)=−0,06,=0,81; slika S2b). Zaradi te zmede s starostjo TCR ni bilo mogoče uporabiti kot veljavno notranjo referenco za ocene metabolitov. Zato smo v tem delu uporabljali ocene absolutne koncentracije za GABA in Glx, namesto da bi podatke izrazili kot razmerja TCR.

2.6. Statistična analiza

Statistične analize vedenja so bile izvedene v R (R Core Team, 2017). Za nadzor medindividualnih razlik v natančnosti kazanja pred prilagoditvijo so bili podatki o napakah končne točke vseh poskusov normalizirani z odštevanjem povprečne napake kazanja na izhodišču (čez levi/desni cilj za bloke z zaprto zanko; srednji cilj za bloke z odprto zanko ). Če ni drugače določeno, so bili vsi statistični testi dvostranski. Analize so bile izvedene z uporabo linearne regresije in so vključevale preverjanje naslednjih predpostavk: 1) linearnost, 2) homogenost variance in 3) normalnost ostankov. Te predpostavke so bile pregledane vizualno z uporabo grafov ostankov v primerjavi z opazovanimi vrednostmi (linearnost), prilagojenih vrednosti v primerjavi z ostanki (homogenost variance) in porazdelitve ostankov (normalnost ostankov). Linearni modeli mešanih učinkov (LMM) so bili uporabljeni za analize s komponento longitudinalnih/ponavljajočih se meritev (npr. prilagajanje, zadrževanje) z vključitvijo presekov in naklonov kot naključnih učinkov udeležencev. Ta pristop ima dve prednosti v primerjavi z analizami variance s ponavljajočimi se meritvami (ANOVA): omogočil nam je, da 1) upoštevamo tudi vedenjsko dinamiko znotraj bloka, v nasprotju s samo povprečnimi napakami bloka, in 2) ločimo naključne vire variabilnosti med posamezniki od smiselne. Vse specifikacije modela so navedene v dodatnih tabelah. P-vrednosti so bile ocenjene z uporabo Waldovega testa, ki je poskus 1, in za t-teste parnih vzorcev navidezne proti anodni stimulaciji pri kratko- in dolgotrajni retenci v poskusu 2. Približni delni eta-kvadrat () za linearne mešane regresijske analize učinkov za povzetek deleža variance, povezanega z določenim stalnim učinkom. Za razlago velikosti učinka so bila predlagana osnovna pravila. Te norme za Cohenov d so: majhen=[0.2{{30}}; 0.49]; srednje=[0.5; 0.79]; velik Večji ali enak 0.8. Norme za so: majhne=[0.01; 0,05]; srednje=[0,06; 0,13]; velik Večji ali enak 0,14 (Cohen, 2013).

V 2. poskusu je bila izhodiščna povprečna natančnost OLP in CLP analizirana na dva načina. Najprej preverite odsotnost učinka naročila (seja PA 1 proti seji PA 2; z uporabo parnih t-testov). Drugič, za preverjanje odsotnosti učinka pogoja stimulacije (anodalna seja tDCS proti lažni seji tDCS; uporaba parnih t-testov na istih podatkih, preurejenih glede na stanje nevrostimulacije). Prva analiza je zagotovila, da je bil enotedenski interval izpiranja učinkovit (tj. vedenjski učinki 1. seje so se razblinili z začetkom 2. seje), druga pa je zagotovila, da je mogoče razlike v delovanju med anodalnim in navideznim tDCS pogojem pripisati nevrostimulacijski učinek v nasprotju z naključnimi sistematičnimi razlikami, ki so že prisotne na začetku. Za kvantifikacijo statističnih dokazov v prid odsotnosti razlik (tj. tega, kar smo želeli doseči), je bil za te analize nadzora kakovosti izračunan Bayesov faktor (01). 01 > 3 se je štelo za pomemben dokaz za odsotnost razlike, ki je skladna z ustreznim izpiranjem med obema poskusnima sejama.

Ker se GABA sintetizira iz glutamata, sta koncentraciji teh dveh nevrotransmiterjev običajno v pozitivni korelaciji v možganih (Jocham et al. (2012); Stagg et al. (2011a); v našem naboru podatkov M1 GABA × M1 Glx: (20)=0.34,=0. 13; V1 GABA × V1 Glx: (14)=0. 16,=0.55). Zato je bila pri analizi razmerja med absolutno koncentracijo v GABA ali Glx znotraj voksela in rezultatom v model vključena tudi koncentracija drugega nevrotransmiterja (GABA ali Glx). Poleg tega so bile koncentracije sive in bele snovi vključene kot sospremenljivke, ki niso zanimive v vseh modelih, ki so vključevali nevrokemične podatke.

Analiza mediacije je bila uporabljena za karakterizacijo "mehanističnih" povezav, ki so podlaga za opažene korelacije med starostjo, nevrokemijo in zadrževanjem. To je bilo izvedeno z uporabo mediacije paketa R za analizo vzročne mediacije (Imai et al., 2010). Mediacija je bila izvedena z uporabo regresije z neparametričnim zagonom (10, 000 ponovnih vzorcev), da bi ugotovili, ali je zaviralni ton M1 odgovoren za povezavo med starostjo in dolgoročnim zadrževanjem. Model je vključeval: starost kot neodvisno spremenljivko (X); absolutne koncentracije M1 GABA in Glx kot mediatorjev (M1, M2); blokovno povprečno zadrževanje pri 24-urah kot odvisna spremenljivka (Y) (povprečna napaka bloka, normalizirana z izhodiščem za vsakega posameznika) in nadzor za delež GM in WM v vokslu M1 (C1, C2). Odstotek mediacije () je bil izračunan kot delež celotnega učinka (c), ki ga predstavljajo posredni učinki (ab1 ali ab2).