Długotrwała, dysocjowalna poprawa pamięci roboczej i pamięci długotrwałej u starszych osób dorosłych z powtarzalną neuromodulacją Część 3

Replikacja pierwotnych ustaleń w niezależnej próbie.

Przeprowadziliśmy dodatkowy eksperyment, aby sprawdzić, czy pierwotne obserwacje z Eksperymentu 1 powtarzają się w niezależnej próbie. Eksperyment 3 obejmował 30 starszych uczestników, których losowo przydzielono do grupy otrzymującej neuromodulację DLPFC gamma lub IPL theta podczas wykonywania zadania swobodnego przypominania.

Istnieje ścisły związek pomiędzy neuromodulacją a pamięcią. Neuromodulacja poprawia pamięć poprzez promowanie połączeń i transferu informacji między komórkami mózgowymi. Pamięć jest ważnym kamieniem węgielnym ludzkiego przetrwania i rozwoju. Dzięki regulacji neuronowej może pomóc nam lepiej opanować i zastosować wiedzę.

Neuromodulacja może wpływać na wiele aspektów pamięci. Po pierwsze, neuromodulacja może wpływać na aktywność kory mózgowej, modulując w ten sposób percepcję, uwagę i zdolności poznawcze. Stanowią one podstawę tworzenia pamięci, a dzięki neuromodulacji mogą pomóc nam lepiej rozumieć, zapamiętywać i stosować informacje.

Po drugie, neuromodulacja może również modulować połączenia i sygnalizację między neuronami. Liczba i struktura połączeń między neuronami może bezpośrednio wpływać na zdolność zapamiętywania. Połączenia i sygnalizacja między neuronami można wzmocnić poprzez neuromodulację, poprawiając w ten sposób zdolność pamięci.

Ponadto neuromodulacja może wpływać na hipokamp i inne populacje neuronów w mózgu, sprzyjając zatrzymywaniu i przeglądaniu pamięci długoterminowej. Dzięki neuromodulacji możemy lepiej regulować połączenia między populacjami neuronów oraz usprawniać kodowanie i przechowywanie wspomnień.

Podsumowując, związek między neuromodulacją a pamięcią jest bardzo ścisły. Wzmacniając neuromodulację, możemy poprawić naszą pamięć oraz lepiej przyswajać i stosować wiedzę. Ma to pozytywny wpływ na naszą naukę, pracę i życie, dlatego powinniśmy zwracać uwagę na wpływ neuromodulacji na pamięć i promować rozwój neuromodulacji i pamięci poprzez ćwiczenia fizyczne, regulację diety itp. Widać, że trzeba poprawić pamięć, a Cistanche desericola może znacznie poprawić pamięć, ponieważ Cistanche desericola to tradycyjny chiński materiał leczniczy, który ma wiele unikalnych efektów, z których jednym jest poprawa pamięci. Skuteczność mięsa mielonego wynika z różnych zawartych w nim składników aktywnych, w tym kwasów, polisacharydów, flawonoidów itp. Składniki te mogą na różne sposoby promować zdrowie mózgu.

Kliknij Poznaj suplementy poprawiające pamięć

Zastosowany protokół neuromodulacji był w dużej mierze podobny do Eksperymentu 1, z tą różnicą, że neuromodulację przeprowadzono przez trzy, a nie cztery kolejne dni i nie obejmowała długoterminowej obserwacji.

Wydajność pamięci badano na początku badania i podczas każdej sesji neuromodulacji. Mieszana ANOVA z dniem (punkt bazowy, dzień 1, dzień 2 i dzień 3) i pozycją seryjną (prymat, środek 1, środek 2, środek 3 i ostatnia faza) jako czynniki wewnątrzosobnicze i grupa (DLPFCgamma i IPL theta) jako pomiędzy- czynnik badanych ujawnił istotne różnice w wydajności pamięci (dzień × pozycja szeregowa × grupa: 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). 

Dalsze analizy ANOVA ujawniły znaczącą interakcję między pozycją seryjną a grupą w 2. i 3. dniu neuromodulacji oraz znaczącą interakcję między dniem a grupą dla klastrów pierwszeństwa i niedawności (tabela uzupełniająca 4). Dwustronne testy t dla niezależnych próbek wykazały, że wydajność pamięci w klastrze prymatu uległa znacznej poprawie w grupie gamma DLPFC w porównaniu z grupą IPL theta w drugim i trzecim dniu neuromodulacji (ryc. 6a, u góry).

Wyniki w klastrze niedawnym były znacząco wyższe w grupie IPL theta w porównaniu z grupą DLPFC gamma w 3. dniu interwencji (ryc. 6a, na dole). Wyniki te są równoległe do obserwacji z Eksperymentu 1 (ryc. 2a, po lewej). Wyniki wyjściowe nie różniły się między obiema grupami (tabela uzupełniająca 4), wykluczając w ten sposób niespecyficzne różnice między grupami.

Badając związek między wyjściowymi funkcjami poznawczymi a wydajnością pamięci, odkryliśmy, że osoby z niższymi wynikami MoCA w grupie DLPFCgamma wykazywały lepszą wydajność pamięci w 3. dniu tylko w klastrze pierwszeństwa (r13=-0.672, P=0.006; ryc. 6b, c), podczas gdy osoby z niższymi wynikami MoCA w grupie IPL theta wykazały lepszą wydajność pamięci w dniu 3 tylko w klastrze niedawnym (r13= −0,618, P=0,014; rys. 6d, e), podobnie jak w eksperymencie 1 (ryc. 5).

Łącznie obserwacje te przeprowadzone na niezależnej próbie uczestników odzwierciedlają główne ustalenia Eksperymentu 1, jeszcze bardziej wzmacniając pewność co do wniosków z nich wyciągniętych.

Dyskusja

Przedstawiamy dowody na selektywną poprawę u osób starszych z WM i LTM poprzez dysocjowane przestrzenno-spektralne porywanie rytmów mózgowych, a poprawa utrzymuje się przez co najmniej miesiąc po interwencji. Eksperyment 1 pokazał, że możliwe są selektywne zmiany funkcji WM i LTM poprzez porywanie rytmów odpowiednio w rytmach IPL i gamma w DLPFC.

Eksperyment 2 pokazał, że przełączanie częstotliwości modulacji pomiędzy dwoma regionami nie przyniosło żadnych korzyści. W konsekwencji to połączenie położenia anatomicznego i częstotliwości rytmicznej wyznacza odpowiedni substrat do poprawy pamięci.

Co więcej, potwierdziło, że poprawa zaobserwowana podczas Eksperymentu 1 wynikała z pobudzenia funkcjonalnie specyficznych obwodów mózgowych, a nie z niespecyficznych efektów, takich jak przezsiatkówkowa lub przezskórna stymulacja 33.

Ponadto zaobserwowaliśmy większą poprawę u osób z gorszymi funkcjami poznawczymi. Ustalenia te zostały następnie powtórzone w niezależnej próbie w Eksperymencie 3.

Ponadto odkryliśmy, że szybkość, z jaką poprawia się funkcja pamięci podczas interwencji, pozwala przewidzieć siłę pamięci 1 miesiąc po interwencji, dostarczając w ten sposób ważnego wskaźnika do pomiaru reakcji na leczenie w przyszłych badaniach.

Łącznie odkrycia te sugerują, że funkcję pamięci można selektywnie i trwale poprawić u osób starszych poprzez modulację funkcjonalnie specyficznych rytmów mózgu.

Specyfika, z jaką różne protokoły neuromodulacji rytmicznej wpływały na różne funkcje pamięci, może wydawać się zaskakująca, biorąc pod uwagę literaturę dokumentującą ogólne zaangażowanie obszarów czołowych i ciemieniowych oraz rytmów theta i gamma w funkcję WM i LTM36,37.

Dzieje się tak szczególnie dlatego, że neuromodulację przeprowadzono zarówno podczas kodowania, jak i przywoływania wszystkich słów prezentowanych na liście. Nasze ustalenia zdecydowanie sugerują, że nasze interwencje manipulowały dwiema odrębnymi operacjami poznawczymi. Kierując się strukturą podwójnego magazynu, stawiamy hipotezę, że modulacja IPLtheta poprawiła operacje WM.

Jednakże, w przeciwieństwie do poprzednich badań neuromodulacji z zapisami wzrokowo-przestrzennymi18, nie sądzimy, że modulacja theta IPL poprawiła samą pojemność WM. Gdyby tak było, poprawę wydajności pamięci można by zaobserwować także w niektórych klastrach pozycji środkowej, oprócz klastra niedawnego.

Nie spodziewamy się również wzrostu ogólnej funkcji uwagi przy modulacji theta IPL. Chociaż przypuszcza się, że rytmy theta ciemieniowe ułatwiają próbkowanie uwagi38, niewiele jest dowodów sugerujących zmiany w uwadze w wyniku porywania theta przez ciemieniową39.

Zamiast tego proponujemy, aby modulacja theta IPL mogła ułatwić czasową segregację pomiędzy kolejnymi reprezentacjami pamięci, minimalizując zakłócenia między nimi15.

Co więcej, wiadomo również, że rytmy theta ułatwiają przywoływanie w oparciu o kontekst czasowy40, potencjalnie odzwierciedlając wspólny mechanizm neurofizjologiczny leżący u podstaw zachowanego utrzymywania i kontekstowego wyszukiwania reprezentacji WM. Wewnętrzne ograniczenia zdolności WM, na które nie ma wpływu neuromodulacja, mogą ograniczyć te ulepszenia jedynie do kolejnych słów na liście, poprawiając w ten sposób jedynie klaster niedawności.

Jeśli tak, to odkrycia te mogą odzwierciedlać dodatkowe podejście do nieinwazyjnej poprawy funkcji WM w ramach wpływowej teorii sprzężenia krzyżowego częstotliwości theta-gamma15, poza zmianą pojemności pamięci18.

Możliwość, że chociaż tetamodulacja IPL mogła ułatwić konserwację i przywoływanie pozycji z późniejszej listy, mogła nie poprawić transferu wcześniej przedstawionych informacji do LTM, mogła dodatkowo przyczynić się do selektywności efektów. Może to wynikać z obecności odrębnych mechanizmów kodowania dla obu magazynów pamięci, co potwierdza niedawne badanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS)14.

Alternatywnie, transfer reprezentacji pomiędzy dwoma systemami pamięci może obejmować oddzielne procesy kontroli wykonawczej41, na które nie ma wpływu obecny projekt neuromodulacji. W rezultacie modulacja theta IPL mogła nie mieć wpływu na reprezentacje pamięci w klastrze pierwszeństwa. Zamiast tego poprawa efektu pierwszeństwa pojawiła się selektywnie dzięki modulacji gamma DLPFC.

Protokół ten mógł selektywnie poprawić zdolność odzyskiwania oddzielnie zakodowanych reprezentacji lub przesłanych do LTM, potencjalnie wpływając na hipokamp i inne struktury płata skroniowego42, które jednocześnie wykazują aktywność gamma podczas opóźnionego przypominania36. Poprzednie badanie neuromodulacji, chociaż badało funkcję pamięci u młodych dorosłych z konwencjonalnym tACS w jednej sesji, jest zgodne z tą propozycją22.

Tak więc, chociaż wiadomo, że zarówno rytmy theta, jak i gamma, a także regiony DLPFC i IPL, ogólnie rzecz biorąc, przyczyniają się do wydajności WM i LTM, mogą indeksować odrębne procesy poznawcze, które selektywnie leżą u podstaw dysocjowalnej poprawy obserwowanej w bieżącym badaniu.

Wyniki niniejszego badania wnoszą także wkład do debaty wokół teoretycznych modeli swobodnego przypominania. Oddzielne podstawy neuronowe efektów pierwszeństwa i niedawności były przedmiotem gorącej debaty w neuropsychologii, w oparciu o sprzeczne dowody14,43. Selektywna modulacja efektów pierwszeństwa i niedawności obserwowana w bieżącym badaniu potwierdza odrębne mechanizmy leżące u podstaw, zgodnie z modelami podwójnego sklepu11 i obserwacjami neuropsychologicznymi12,13.

Jednakże nasze ustalenia nie są obecnie niezgodne z alternatywnymi modelami bezpłatnego wycofania. Na przykład jedna z teorii przypisuje efekty pierwszeństwa „długoterminowej pamięci roboczej”, w której długoterminowe operacje przechowywania i wyszukiwania wspierają funkcję WM w zależności od struktur wyszukiwania zależnych od wiedzy specjalistycznej44,45. Pogląd ten nie jest niezgodny z wyżej wymienioną hipotezą, że neuromodulacja gamma DLPFC mogła mieć wpływ na pobieranie z LTM, aczkolwiek – w tym ujęciu – w służbie WM.

Sposobem na ujednoznacznienie tych dwóch perspektyw jest wykorzystanie metody personalizacji do modulowania wiedzy specjalistycznej45, w którym to przypadku teoria ta przewiduje silniejszy efekt neuromodulacji gamma DLPFC w obecności silniejszych struktur wyszukiwania zależnych od wiedzy specjalistycznej. Co więcej, chociaż teorie wyszukiwania kontekstowego są deficyty efektów pierwszeństwa u starszych dorosłych, które nie zostały zaprojektowane w celu wyjaśnienia efektu pierwszeństwa, przypisano procesom uwagi46, które z kolei są powiązane z aktywnością gamma DLPFC47. Neuromodulacja gamma DLPFC mogła jeszcze bardziej zwiększyć wewnętrzny gradient efektywności mechanizmów kodowania, co przynosi korzyści w przypadku wczesnych zdarzeń w serii46. Warto zauważyć, że z tym efektem powiązana jest zwiększona gammaaktywność w płacie skroniowym17.

Jak omówiono powyżej, neuromodulacja gamma DLPFC mogła prowadzić do dalszych skutków na aktywność gamma w strukturach płata skroniowego42, wzmacniając efekt pierwszeństwa. To, czy gammaneuromodulacja DLPFC specyficznie wpływa na procesy odzyskiwania LTM lub mechanizmy uwagi, można potencjalnie rozwiązać poprzez szczegółową analizę wydajności pamięci w klastrze naczelnych.

Na przykład konto wyszukiwania LTM przewiduje addytywne przesunięcie w wydajności pamięci wraz ze wzrostem pozycji szeregowej w klastrze pierwszeństwa ze względu na podobne korzyści dla procesów wyszukiwania we wszystkich pozycjach szeregowych, podczas gdy konto uwagi przewiduje zmniejszenie nachylenia wydajności pamięci jako funkcję tej pozycji , odzwierciedlając w ten sposób stabilizację w zakresie długotrwałej uwagi46.

Sukces protokołu neuromodulacji w selektywnym manipulowaniu efektem pierwszeństwa będzie potężnym narzędziem do testowania tych konkurencyjnych przewidywań. Przyszłe badania, które mają wystarczającą moc, aby systematycznie testować te hipotezy, mogą rozróżnić te konkurencyjne przewidywania, aby udoskonalić i pogodzić różne teorie swobodnego przypominania.

Praca ta stanowi wkład w rosnącą literaturę sugerującą potencjalne korzyści kliniczne dla funkcji pamięci u osób starszych przy zastosowaniu technik nieinwazyjnych7. Protokoły stosowane w bieżącym badaniu wykazują, że po 4-dniowej interwencji można selektywnie poprawić funkcję pamięci na co najmniej 1 miesiąc. Te długotrwałe skutki mogą powstać w wyniku zmian neuroplastycznych48 po zablokowaniu fazowym wewnętrznych rytmów mózgowych za pomocą tACS49.

Ponadto odkrycia te sugerują, że zróżnicowanie funkcjonalne, które zwykle zmniejsza się wraz z wiekiem50, można wspierać poprzez funkcjonalnie specyficzną neuromodulację. Wyniki niniejszego badania mogą zmotywować kilka kierunków badań do dalszego zbadania ich potencjału klinicznego. Na przykład przyszłe badania powinny sprawdzić możliwość uogólnienia tych odkryć na różne paradygmaty poznawcze obejmujące funkcje pamięci w różnych domenach sensorycznych i powtórzyć je w większych próbach badawczych.

Ponadto należy określić, w jaki sposób promować trwałe efekty wykraczające poza 1-miesięczny czas trwania zaobserwowany w bieżącym badaniu. Jednym z możliwych podejść jest personalizacja protokołu neuromodulacji zgodnie z indywidualnymi cechami anatomicznymi i funkcjonalnymi6.

Ponadto konkretna częstotliwość w zakresach theta i gamma, liczba i czas trwania sesji modulacyjnych, optymalna przerwa między kolejnymi sesjami oraz interakcja podstawowych funkcji poznawczych i neuronalnych z tymi metrykami mogą być systematycznie zmieniane w celu określenia najbardziej optymalnych projektów modulacji.

Ponadto, oprócz MoCA, przyszłe badania powinny wykorzystywać bardziej wszechstronne oceny neuropsychologiczne w celu ilościowego określenia wyjściowych funkcji poznawczych i ich związku z poprawą wywołaną tACS.

Wreszcie, poza potencjalnymi korzyściami dla zdrowych starszych osób dorosłych, należy zbadać implikacje translacyjne dla osób z zaburzeniami neuropsychiatrycznymi i neurodegeneracyjnymi, szczególnie tych z selektywnymi deficytami pamięci10 i zagrożonymi demencją5. Wyniki niniejszego badania stanowią kamień milowy w kierunku zbadania tych kwestii będących przedmiotem zainteresowania klinicznego.

Treści internetowe

Wszelkie metody, dodatkowe odniesienia, streszczenia raportów z badań przyrodniczych, dane źródłowe, dane rozszerzone, informacje uzupełniające, podziękowania, informacje z recenzji naukowych; szczegółowe informacje na temat wkładu autora i konkurencyjnych interesów; oraz zestawienia danych i dostępności kodów są dostępne pod adresemhttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Bibliografia

1. Centra Kontroli i Zapobiegania Chorobom. Trendy w starzeniu się – w Stanach Zjednoczonych i na świecie. MMWR Morb. Śmiertelny. Wkly. Rep. 52, 101–104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR i Knutson, B. Podejmowanie decyzji w starzejącym się mózgu: zmiany w obwodach afektywnych i motywacyjnych. Nat. Ks. Neurosci. 16278–289 (2015).

3. Søraas, A. i in. Problemy z pamięcią zgłaszane przez siebie 8 miesięcy po zakażeniu-19COVID. JAMA Netw. Otwarte 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR i Amaral, DG Indywidualne różnice w poznawczych i neurobiologicznych konsekwencjach normalnego starzenia się. Trendy Neurosci. 15,340–345 (1992).

5. Gauthier, S. i in. Łagodne upośledzenie funkcji poznawczych. Lancet 367, 1262–1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA i Reinhart, RMG Synchronizacja rytmów mózgu w celu poprawy funkcji poznawczych. Annu. Ks. Med. 72, 29–43 (2021).

7. Reinhart, RMG i Nguyen, JA Pamięć robocza ożywiła osoby starsze poprzez synchronizację rytmicznych obwodów mózgowych. Nat. Neurologia. 22820–827 (2019).

8. Cowan, N. Jakie są różnice między pamięcią długoterminową, krótkotrwałą i roboczą? Wałówka. Rozdzielczość mózgu 169, 323–338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM i Inman, VW Analiza różnic wieku w natychmiastowym przypomnieniu. J. Gerontol. 37, 425–431 (1982).

10. Sullivan, EV i Sagar, HJ Podwójna dysocjacja pamięci krótkotrwałej i długotrwałej dla materiału niewerbalnego w chorobie Parkinsona i globalnej amnezji. Dalsza analiza. Mózg 114, 893–906 (1991).

11. Atkinson, RC i Shifrin, RM Pamięć ludzka: proponowany system i jego procesy kontrolne. w Te Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Teory, tom 2 (red. Spence, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD i Warrington, EK Kodowanie pamięci i amnezja. Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. i Warrington, EK Niezależne funkcjonowanie magazynów pamięci werbalnej: badanie neuropsychologiczne. QJ Exp. Psychol. 22, 261–273 (1970).

14. Innocenti, I. i in. Interferencja TMS z mechanizmami pierwszeństwa i niedawności ujawnia bimodalne kodowanie epizodyczne w ludzkim mózgu. J. Cogn. Neurologia. 25,109–116 (2013).

15. Lisman, JE i Jensen, O. Kod neuronowy Teta-gamma. Neuron 77,1002–1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com