Korduva neuromodulatsiooniga eakate täiskasvanute töömälu ja pikaajalise mälu pikaajaline, lahutatav paranemine, 3. osa

Esmaste leidude replikatsioon sõltumatus valimis.

Tegime täiendava katse, et kontrollida, kas katse 1 esmased tähelepanekud korduvad sõltumatus proovis. Katse 3 koosnes 30 vanemast osalejast, kes randomiseeriti saama DLPFC gamma- või IPL-teeta neuromodulatsiooni tasuta tagasikutsumise ülesande täitmise ajal.

Neuromodulatsiooni ja mälu vahel on tihe seos. Neuromodulatsioon parandab mälu, soodustades ajurakkude vahelisi ühendusi ja teabeedastust. Mälu on inimese ellujäämise ja arengu oluline nurgakivi. Närviregulatsiooni kaudu võib see aidata meil teadmisi paremini omandada ja rakendada.

Neuromodulatsioon võib mõjutada paljusid mälu aspekte. Esiteks võib neuromodulatsioon mõjutada aktiivsust ajukoores, moduleerides seeläbi taju, tähelepanu ja kognitiivseid võimeid. Need on mälu kujunemise aluseks ning neuromodulatsiooni kaudu võivad need aidata meil teavet paremini mõista, meeles pidada ja rakendada.

Teiseks võib neuromodulatsioon moduleerida ka neuronite vahelisi ühendusi ja signaalimist. Neuronite vaheliste ühenduste arv ja struktuur võivad otseselt mõjutada mäluvõimet. Neuronite vahelisi ühendusi ja signaalimist saab tugevdada neuromodulatsiooni abil, parandades seeläbi mäluvõimet.

Lisaks võib neuromodulatsioon mõjutada hipokampust ja teisi aju neuronaalseid populatsioone, et soodustada pikaajalist mälu säilitamist ja ülevaatamist. Neuromodulatsiooni abil saame paremini reguleerida neuronipopulatsioonide vahelisi ühendusi ning parandada mälestuste kodeerimist ja salvestamist.

Kokkuvõtteks võib öelda, et seos neuromodulatsiooni ja mälu vahel on väga tihe. Neuromodulatsiooni tõhustamise abil saame parandada oma mälu ning teadmisi paremini haarata ja rakendada. Sellel on positiivne mõju meie õppimisele, tööle ja elule, seega peaksime pöörama tähelepanu neuromodulatsiooni mõjule mälule ning edendama neuromodulatsiooni ja mälu arengut kehalise harjutuse, toitumise reguleerimise jms kaudu. On näha, et meie vajavad mälu parandamist ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Hakkliha tõhusus tuleneb selles sisalduvatest erinevatest toimeainetest, sealhulgas hapetest, polüsahhariididest, flavonoididest jne. Need koostisosad võivad aju tervist mitmel viisil edendada.

Mälu parandamiseks klõpsake teadmise lisandeid

Järgitud neuromodulatsiooniprotokoll oli suures osas sarnane katsega 1, välja arvatud see, et euromodulatsioon viidi läbi kolmel järjestikusel päeval, mitte neljal järjestikusel päeval ja see ei sisaldanud pikaajalist jälgimist.

Mälu toimivust uuriti algtasemel ja iga neuromodulatsiooni seansi ajal. Segatud ANOVA päeva (alustase, 1. päev, 2. päev ja 3. päev) ja seeriaasendiga (primaatsus, keskmine 1, keskmine 2, keskmine 3 ja hiljutine) kui subjektisisesed tegurid ja rühm (DLPFCgamma ja IPL teeta) katsealuste tegur näitas olulisi erinevusi mälu jõudluses (päev × seeriapositsioon × rühm: F7,9 220.{11}},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). 

Järelkontrolli ANOVA-d näitasid olulist koostoimet seeriapositsiooni ja rühma vahel neuromodulatsiooni päeval 2 ja 3 ning olulist koostoimet päeva ja rühma vahel esmatähtsus- ja hiljutisusklastrite puhul (täiendav tabel 4). Kahepoolsed sõltumatu valimi t-testid näitasid, et mälu jõudlus primaarklastris paranes oluliselt DLPFC gammarühmas võrreldes IPL teeta rühmaga neuromodulatsiooni 2. ja 3. päeval (joonis 6a, ülemine).

Hiljutise klastri jõudlus oli sekkumise 3. päeval oluliselt kõrgem IPL teeta rühmas võrreldes DLPFC gamma rühmaga (joonis 6a, alumine). Need tulemused on paralleelsed vaatlused katsest 1 (joonis 2a, vasakul). Algtaseme jõudlus ei erinenud kahe rühma vahel (täiendav tabel 4), välistades seega rühmadevahelised mittespetsiifilised erinevused.

Uurides algtaseme kognitiivse funktsiooni ja mälu jõudluse vahelist seost, leidsime, et DLPFCgamma rühmas madalama MoCA skooriga isikud näitasid paremat mälu 3. päeval ainult primaarklastris (r13=−{2}}.672, P=0.006; joonised 6b, c), samas kui need, kellel oli madalam MoCA skoor IPL-teeta rühmas, näitasid paremat mälu jõudlust 3. päeval ainult hiljutise klastri puhul (r13= −0,618,P=0.014; joonis 6d,e), sarnane katse 1 leidudele (joonis 5).

Üheskoos kordavad need osalejate sõltumatu valimi tähelepanekud katse 1 peamisi leide, tugevdades veelgi usaldust nende põhjal tehtud järelduste vastu.

Arutelu

Esitame tõendeid WM-i ja LTM-i vanemate täiskasvanute selektiivse paranemise kohta ajurütmide eraldatava ruumispektraalse kaasamise kaudu ja täiustused püsivad vähemalt 1 kuu pärast sekkumist. Katse 1 näitas, et WM-i ja LTM-i funktsioonide selektiivsed muutused on võimalikud vastavalt IPL-i ja gammarütmide kaasamise kaudu DLPFC-s.

Katse 2 näitas, et modulatsioonisageduste vahetamine kahe piirkonna vahel ei toonud mingit kasu. Järelikult määrab mälu parandamiseks sobiva substraadi anatoomilise asukoha ja rütmilise sageduse kombinatsioon.

Lisaks kinnitas see, et eksperimendi 1 ajal täheldatud paranemised olid tingitud funktsionaalselt spetsiifiliste ajuahelate kaasamisest, mitte aga mittespetsiifilistest mõjudest, nagu transretinaalne transkutaanne stimulatsioon 33.

Lisaks täheldasime suuremat paranemist halvema kognitiivse funktsiooniga inimestel. Neid leide korrati 3. katse sõltumatus proovis.

Lisaks leidsime, et kiirus, millega mälufunktsioon paraneb sekkumise ajal, ennustab mälu tugevust 1 kuu pärast sekkumist, andes seega olulise mõõdiku ravile reageerimise mõõtmiseks tulevastes uuringutes.

Need leiud koos viitavad sellele, et mälufunktsiooni saab vanematel täiskasvanutel selektiivselt ja jätkusuutlikult parandada funktsionaalselt spetsiifiliste ajurütmide moduleerimise kaudu.

Spetsiifilisus, millega erinevad rütmilised neuromodulatsiooniprotokollid mõjutasid erinevaid mälufunktsioone, võib tunduda üllatav, arvestades kirjandust, mis dokumenteerib nii frontaalse kui ka parietaalse piirkonna üldist kaasamist ning nii teeta- kui ka gammarütme WM-i ja LTM-funktsiooni 36, 37.

See kehtib eriti seetõttu, et neuromodulatsioon viidi läbi kõigi loendis esitatud sõnade kodeerimise ja tagasikutsumise ajal. Meie leiud viitavad kindlalt sellele, et meie sekkumised manipuleerisid kahte erinevat kognitiivset operatsiooni. Kahe poe raamistikku järgides oletame, et IPLtheta modulatsioon parandas WM-i toiminguid.

Kuid erinevalt varasematest neuromodulatsiooniuuringutest visuospatiaalsete memorandumitega18 ei usu me, et IPL teeta modulatsioon parandas WM-i mahtuvust. Kui see nii oleks, oleks mälu jõudluse paranemist täheldatud lisaks värskendusklastrile ka mõnes keskmises positsiooniklastris.

Samuti ei oota me IPL teeta modulatsiooniga üldise tähelepanu funktsiooni suurenemist. Kuigi oletatakse, et parietaalsed teeta rütmid hõlbustavad tähelepanelikku proovivõttu38, on vähe tõendeid, mis viitaksid tähelepanu muutustele parietaalse teeta kaasamisega39.

Selle asemel teeme ettepaneku, et IPL teeta modulatsioon võis hõlbustada järjestikuste mäluesitluste ajalist eraldamist, minimeerides nendevahelisi häireid15.

Lisaks on teada, et teetarütmid hõlbustavad ka ajalist konteksti vahendatud meenutamist40, peegeldades potentsiaalselt ühist neurofüsioloogilist mehhanismi, mis on WM-i esituste säilitamise ja kontekstipõhise otsimise aluseks. WM-i võimsuse olemuslikud piirangud, mida neuromodulatsioon ei mõjuta, võivad piirata neid täiustusi ainult loendi viimaste sõnadega, parandades seeläbi ainult hiljutisuse klastrit.

Kui jah, siis võivad need leiud kajastada lisaks mälumahu muutmisele ka täiendavat lähenemisviisi mitteinvasiivselt parandavale WM-funktsioonile mõjuka teeta-gamma ristsageduse sidumise teoorias15.

Võimalus, et kuigi IPL-tetamodulatsioon võis hõlbustada hilisemate loendi üksuste hooldamist ja tagasikutsumist, ei pruukinud see parandada varem esitatud teabe edastamist LTM-ile, võis mõjude selektiivsust veelgi kaasa aidata. See võib olla tingitud kahe mälusalve eristatavate kodeerimismehhanismide olemasolust, mida toetab hiljutine transkraniaalse magnetilise stimulatsiooni (TMS) uuring14.

Teise võimalusena võib esituste ülekandmine kahe mälusüsteemi vahel hõlmata eraldi täidesaatvaid juhtimisprotsesse41, mida praegune neuromodulatsiooni disain ei mõjuta. Järelikult ei pruugi IPL teeta modulatsioon mõjutada mälu esitusi primaarklastris. Selle asemel ilmnesid DLPFC gammamodulatsiooniga valikuliselt ülimuslikkuse efekti täiustused.

See protokoll võis selektiivselt parandada võimet hankida eraldi kodeeritud või LTM-i üle kantud esitusi, mõjutades potentsiaalselt hipokampust ja teisi oimusagara struktuure42, millel on samaaegselt ka gamma aktiivsus hilinenud tagasikutsumise ajal36. Eelmine neuromodulatsiooniuuring, mis uuris mälufunktsiooni noortel täiskasvanutel ühe seansi tavapärase tACS-iga, on selle ettepanekuga kooskõlas22.

Seega, kuigi on teada, et nii teeta kui gamma rütmid ning nii DLPFC kui ka IPL piirkonnad üldiselt aitavad kaasa WM-i ja LTM-i jõudlusele, võivad need indekseerida erinevaid kognitiivseid protsesse, mis on valikuliselt aluseks käesolevas uuringus täheldatud lahutatavatele täiustustele.

Käesoleva uuringu tulemused aitavad kaasa ka vaba meenutamise teoreetiliste mudelite ümber käivale arutelule. Primaarse ja hiljutise mõju eraldatud neuralbaasid on olnud neuropsühholoogias tuliseks aruteluks vastuoluliste tõenditega14, 43. Praeguses uuringus täheldatud ülimuslikkuse ja hiljutise mõju selektiivne moduleerimine toetab erinevaid alusmehhanisme, mis on kooskõlas kahekaupluse mudelitega11 ja neuropsühholoogiliste tähelepanekutega12,13.

Kuid meie tulemused ei ole praegu vastuolus vaba tagasikutsumise alternatiivsete mudelitega. Näiteks omistab üks teooria esmatähtsa efekti "pikaajalisele töömälule", milles pikaajalised salvestus- ja otsingutoimingud toetavad WM-funktsiooni, mis sõltub teadmistest sõltuvatest otsingustruktuuridest44,45. See vaade ei ole vastuolus ülalmainitud hüpoteesiga, et DLPFC gamma neuromodulatsioon võis mõjutada LTM-ist otsimist, ehkki selles WM-i vaates.

Nende kahe vaatenurga eristamiseks on kasutada isikupärastamise meetodit ekspertiisi moduleerimiseks45. Sel juhul ennustaks see teooria DLPFC gamma neuromodulatsiooni tugevamat mõju tugevamate teadmistest sõltuvate otsingustruktuuride olemasolul. mis ei ole mõeldud primaarmõjude selgitamiseks, on vanematel täiskasvanutel primaarmõjude puudujääke omistatud tähelepanuprotsessidele46, mis omakorda on seotud DLPFC gammaaktiivsusega47. DLPFC gamma neuromodulatsioon võib olla veelgi suurendanud kodeerimismehhanismide tõhususe sisemist gradienti, mis on kasulik seeria varajastele sündmustele46. Nimelt on selle mõjuga seotud suurenenud gammaaktiivsus oimusagaras17.

Nagu ülalpool arutletud, võis DLPFC gamma neuromodulatsioon kaasa tuua allavoolu mõju gamma aktiivsusele oimusagara struktuurides42, suurendades ülimuslikkust. Seda, kas DLPFC gammaneuromodulatsioon mõjutab konkreetselt LTM-i otsinguprotsesse või tähelepanumehhanisme, saab potentsiaalselt lahendada mälu jõudluse agranulaarse analüüsi abil primacyclusteris.

Näiteks LTM-i otsingukonto ennustab täiendavat nihet mälu jõudlusele koos järjestikuse positsiooni suurenemisega primaarklastris, mis on tingitud otsinguprotsesside sarnastest eelistest kõigis jadapositsioonides, samas kui tähelepanukonto ennustab mälu jõudluse kalde vähenemist jadapositsiooni funktsioonina. , peegeldades seega püsiva tähelepanu stabiliseerumist46.

Neuromodulatsiooniprotokolli edu ülimuslikkuse efekti selektiivsel manipuleerimisel on võimas vahend nende konkureerivate ennustuste testimiseks. Tulevased uuringud, mis on nende hüpoteeside süstemaatiliseks testimiseks piisavalt võimsad, võivad neid konkureerivaid ennustusi eristada, et täpsustada ja ühitada erinevaid vaba meenutamise teooriaid.

See töö aitab kaasa kasvavale kirjandusele, mis viitab mitteinvasiivsete tehnikate potentsiaalsele kliinilisele eelisele vanemate täiskasvanute mälufunktsiooni jaoks. Käesolevas uuringus kasutatud protokollid näitavad, et mälufunktsiooni saab valikuliselt parandada vähemalt 1 kuu jooksul pärast 4-päevast sekkumist. Need pikaajalised mõjud võivad tekkida neuroplastiliste muutuste tõttu48 pärast sisemiste ajurütmide faasilukustamist tACS-iga49.

Lisaks viitavad need leiud sellele, et funktsionaalset diferentseerumist, mis vananedes tavaliselt väheneb50, saab soodustada funktsionaalselt spetsiifilise neuromodulatsiooni abil. Käesoleva uuringu tulemused võivad motiveerida mitut uurimissuunda nende kliinilise potentsiaali edasiseks uurimiseks. Näiteks peaksid tulevased uuringud uurima nende leidude üldistavust erinevatele kognitiivsetele paradigmadele, mis hõlmavad mälufunktsiooni erinevates sensoorsetes valdkondades, ja kordama neid suuremates uuringuproovides.

Lisaks tuleb kindlaks määrata, kuidas edendada jätkusuutlikke mõjusid, mis ületavad praeguses uuringus vaadeldud 1-kuulist kestust. Üks võimalik lähenemisviis on neuromodulatsiooniprotokolli isikupärastamine vastavalt individuaalsetele anatoomilistele ja funktsionaalsetele omadustele6.

Lisaks saab optimaalseima modulatsioonikava kindlaksmääramiseks süstemaatiliselt varieerida spetsiifilist sagedust teeta- ja gammavahemikus, modulatsiooniseansside arvu ja kestust, optimaalset vahet järjestikuste seansside vahel ning kognitiivse ja närvifunktsiooni algtaseme koostoimet nende mõõdikutega.

Lisaks peaksid tulevased uuringud lisaks MoCA-le kasutama põhjalikumaid neuropsühholoogilisi hinnanguid, et kvantifitseerida algtaseme kognitiivset funktsiooni ja selle seost tACS-i põhjustatud täiustustega.

Lisaks tervetele vanematele täiskasvanutele saadavatele potentsiaalsetele eelistele tuleks uurida ka neuropsühhiaatriliste ja neurodegeneratiivsete häiretega inimestele, eriti neile, kellel on selektiivne mälupuudulikkus10 ja kellel on risk fordementsus5, translatsioonilist mõju. Käesoleva uuringu tulemused on hüppelauaks nende kliinilist huvi pakkuvate küsimuste uurimisel.

Veebisisu

Kõik meetodid, lisaviited, loodusuuringute aruannete kokkuvõtted, lähteandmed, laiendatud andmed, lisateave, tunnustused, vastastikuse eksperdihinnangu teave; üksikasjad autori panuste ja konkureerivate huvide kohta; ning väljavõtted andmete ja koodide saadavuse kohta on saadaval aadressilhttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Viited

1. Haiguste tõrje ja ennetamise keskused. Vananemise suundumused - Ameerika Ühendriigid ja kogu maailmas. MMWR Morb. Surelik. nädalas. Rep. 52, 101–104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Otsuste tegemine vananevas ajus: muutused afektiivsetes ja motivatsiooniahelates. Nat. Rev Neurosci. 16 278–289 (2015).

3. Søraas, A. et al. Enesest teatatud mäluprobleemid 8 kuud pärast COVID{3}}infektsiooni. JAMA võrk. Avatud 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR & Amaral, DG Normaalse vananemise kognitiivsete ja neurobioloogiliste tagajärgede individuaalsed erinevused. Trends Neurosci. 15 340–345 (1992).

5. Gauthier, S. et al. Kerge kognitiivne häire. Lancet 367, 1262–1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG Ajurütmide sünkroonimine tunnetuse parandamiseks. Annu. Rev. Med. 72, 29–43 (2021).

7. Reinhart, RMG & Nguyen, JA Töömälu elavdas vanemaealisi täiskasvanuid, sünkroniseerides rütmilisi ajuahelaid. Nat. Neurosci. 22 820–827 (2019).

8. Cowan, N. Millised on erinevused pikaajalise, lühiajalise ja töömälu vahel? Prog. Brain Res. 169, 323–338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM & Inman, VW Vanuseerinevuste analüüs kohesel meenutamisel. J. Gerontol. 37, 425–431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ Double dissotsiatsioon lühiajalise ja pikaajalise mitteverbaalse materjali jaoks Parkinsoni tõve ja globaalse amneesia korral. Edasine analüüs. Brain 114, 893–906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Inimese mälu: kavandatav süsteem ja selle juhtimisprotsessid. Te Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Teory Volume 2 (toim. Spence, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD & Warrington, EK Mälu kodeerimine ja amneesia. Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK Verbaalsete mälupoodide sõltumatu toimimine: neuropsühholoogiline uuring. QJ Exp. Psychol. 22, 261–273 (1970).

14. Innocenti, I. et al. TMS-i häired ülimuslikkuse ja äsjaaja mehhanismidega paljastavad inimese ajus bimodaalse episoodilise kodeerimise. J. Cogn. Neurosci. 25 109–116 (2013).

15. Lisman, JE & Jensen, O. Te teeta-gamma närvikood. Neuron 77, 1002–1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com