Osa 1: Vanusega seotud kortikaalse inhibeeriva tooni langus tugevdab motoorset mälu
Mar 20, 2022
Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com
Pierre Petiteta, b,1,∗, Gershon Spitza,c,1, Uzay E. Emird,e, Heidi Johansen-Berga, Jacinta O'Sheaa,f
integratiivse neuropildistamise keskus, FMRIB keskus, kliiniliste neuroteaduste nuffield osakond (NDCN), John Radcliflee haigla, Headington, Oxford, Ühendkuningriik
b Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, Equipe Trajectoires, Inserm UMR-S 1028, CNRS UMR 5292, Université Lyon 1, Bron, Prantsusmaa
c Turneri aju ja vaimse tervise instituut, Monashi ülikool, Melbourne, Austraalia
d Terviseteaduste kool, Purdue ülikool, West Lafayette, Indiana, USA
e Weldoni biomeditsiinitehnika kool, Purdue ülikool, West Lafayette, Indiana, USA
f Wellcome Center for Integrative Neuroimaging, Oxfordi inimese ajutegevuse keskus (OHBA), Oxfordi ülikooli psühhiaatria osakond, Warnefordi haigla, Warneford Lane, Oxford, Ühendkuningriik
a b s t r a c t:
Vananemine häirib peenhäälestatud ergastuse/inhibeerimise tasakaalu (E:I) kogu ajukoores inhibeeriva tooni (-aminovõihape, GABA) loomuliku languse kaudu, põhjustades funktsionaalseid langusi. Kuid noortel täiskasvanutel suurendab GABA eksperimentaalne alandamine sensomotoorses ajukoores sensomotoorse funktsiooni spetsiifilist domeeni: kohanemine.mälu. Siin testisime hüpoteesi, et kuna sensomotoorne kortikaalne GABA väheneb loomulikult vanusega, kohaneminemälusuureneks ja esimene seletaks viimast. Tulemused kinnitasid seda ennustust. Põhjusliku seose tõestamiseks kasutasime aju stimulatsiooni, et kohanemise ajal veelgi alandada sensomotoorset kortikaalset GABA-d. See, kuidas stimulatsioon mälu muutis, sõltus indiviidide sensomotoorsest kortikaalsest E: I-st. Madala E:I-ga inimestel stimulatsioon suurenesmälu; neil, kellel on kõrge E:I stimulatsioon vähenenudmälu. Seega tuvastasime motoorse mälu vormi, mida vanus loomulikult tugevdab, sõltub põhjuslikult sensomotoorse ajukoore neurokeemiast ja võib olla tervisliku vananemise ja neurorehabilitatsiooni motoorsete oskuste säilitamise strateegiate tugev sihtmärk.
1. Sissejuhatus
Motoorsed võimsused vähenevad koos vanusega (Hunter et al., 2016; Krampe, 2002). Aju ja keha vananedes kaotavad liigutused kiiruse (Bedard et al., 2002; Jiménez-Jiménez et al., 2011), jõudu (Frontera jt, 2000) ja koordinatsiooni (Serrien jt, 2000). Seda loomulikku funktsioonikaotust süvendavad motoorsed häired, mis vanusega järsult tõusevad (nt insult, sarkopeenia, parkinsonism). Kuna eakate elanikkond suureneb (Leeson, 2018), on vaja strateegiaid, mis neutraliseeriksid ja kompenseeriksid vanusega seotud motoorset langust.
Vananemise ajal peab motoorne süsteem pidevalt kohanema käimasolevate neuro-muskuloskeleti muutustega. Aju plastilisus võimaldab seda. Plastilisus on hädavajalik uute motoorsete oskuste õppimiseks, olemasolevate kohanemiseks ja säilitamiseks ning haiguste tõttu kahjustatud funktsioonide taastamiseks (Dayan ja Cohen, 2011; Sampaio-Baptista jt, 2018). Seega mängib plastilisus olulist rolli vanusega seotud motoorse languse leevendamisel (McNeil ja Rice, 2018; Rozycka ja Liguz-Lecznar, 2017).
Kahjuks väheneb plastilisus ka vanusega (Burke ja Barnes, 2006), eriti motoorses valdkonnas (Bhandari et al., 2016; Freitas et al., 2013; Rogasch et al., 2009). Peamine põhjus on kortikaalse ergutamise ja inhibeerimise (E:I) vahelise täpselt häälestatud tasakaalu düsregulatsioon (Rozycka ja Liguz-Lecznar, 2017). Kogu ajukoores on E:I häiritud, kuna -aminovõihape (GABA) – peamine inhibeeriv neurotransmitter – on valdavalt vähenenud koos vanusega (2018), halvenenud võime automaatseid reaktsioone maha suruda (Hermans et al., 2018a) ja aeglasemalt. motoorsete järjestuste õppimine (King et al., 2020).
Seevastu testisime siin hüpoteesi, et kuna M1 GABA väheneb koos vanusega, on ülajäseme motoorse funktsiooni spetsiifiline vorm – kohanemine.mälu– suureneks. Kogu eluea jooksul on kohanemine sensomotoorse süsteemi omadus, mis võimaldab inimestel oma liigutusi kohandades häiringutele vastu seista ja seega säilitada edukat motoorset jõudlust (Franklin ja Wolpert, 2011; Wolpert et al., 2011). Pärast seda, kui see õppevorm on toimunud ja häiritud on kõrvaldatud, kohaneminemäluväljendub järelmõjuna (AE) – liikumise nihkena häiringule vastupidises suunas. Kohanemise tugevusmäluindekseeritakse selle AE püsivuse järgi aja jooksul. On palju tõendeid selle kohta, et kuigi vanematel täiskasvanutel esineb sensomotoorsete häiretega kokkupuutel sageli puudujääke (st aeglasem vigade vähenemine; Anguera et al., 2011; Bock, 2005; Buch et al., 2003; Fernández-Ruiz jt, 2000; Huang ja Ahmed, 2014; Panouillères et al., 2015; Vandevoorde ja Orban de Xivry, 2019), pärast häire kõrvaldamist säilib AE (Bock, 2005; Buch et al., 2003; Hegele ja Hegele ja Hegele Panouillères et al., 2015; Roller jt, 2002; Vandevoorde ja Orban de Xivry, 2019) või isegi suurenenud (Fernández-Ruiz et al., 2000; Nemanich ja Earhart, 2015; Wolpe jt, võrreldud 2020). noorematele täiskasvanutele (kuigi vt: Malone ja Bastian, 2016). MRS-i ja tDCS-mõõtmiste ohutuse vastunäidustused. Sõelumise viis läbi üks katsetajatest ja osalejate haiguslugu määrati enesearuande alusel. Kõik osalejad andsid kirjaliku teadliku nõusoleku. Uuringu kiitis heaks Ühendkuningriigi NHSi teaduseetika komitee (Oxford A; REC viitenumber: 13/SC/0163). Katses 1 viisid kõik osalejad (= 32) läbi prisma kohandamise (PA) ning lühikese (10-minutite) ja pikaajalise (24-tunnid) säilivuse testid. Alamproovile tehti MRS-skaneerimine, et mõõta neurokeemiat vasakpoolses sensomotoorses ajukoores (= 22) ja anatoomilises kontrollmahus kuklakoores (= 20; joonis S2). Alamproov nõustus osalema ka katses 2 (= 25), mis koosnes kahest iganädalasest PA seansist koos anoodi/võlts-tDCS-ga M1-le. Täielik teave selle kohta, millised mõõtmised iga inimese kohta saadi, on tabelis S1.
Katses 1 määrati valimi suurus (= 32) G∗Poweri (Faul et al., 2007) (versioon 3.1.9.2) võimsusanalüüsi põhjal, mis tulenes seose varasematest uuringutest. käitumise ja vanusega seotud GABA muutuse vahel motoorses valdkonnas (Heise et al., 2013; Hermans et al., 2018a). Nende uuringute keskmine efekti suurus oli ||=0.52. Selle suurusega efekti tuvastamiseks on vaja minimaalset valimit=19 I tüüpi vea tõenäosusega=0,05 ja võimsust (1 − )=0,80 (alusel priori ühesuunaline korrelatsioonianalüüs). Meie neurokeemilisest vaatenurgast näitas eelmine töö, et M1 inhibeeriva tooni eksperimentaalne alandamine kohanemise ajal aju stimulatsiooni kaudu ei mõjutanud kohanemise kiirust, kuid suurendas AE püsivust noortel täiskasvanutel (Galea et al., 2010; O'Shea et al. , 2017). Siin arutlesime, et kui AE retentsioon sõltub põhjuslikult M1 inhibeerivast toonist, siis see vormmäluvõib vanusega seotud M1 GABA vähenemise tõttu loomulikult suureneda.
See hüpotees leidis kinnitust läbilõikeuuringus, milles osales kolmkümmend kaks tervet vanemat täiskasvanut (keskmine vanus: 67,46 aastat, sd: 8,07). Kasutades magnetresonantsspektroskoopiat (MRS) neurokeemia kvantifitseerimiseks, näitasime, et M1 GABA väheneb koos vanusega. Kasutades prisma kohandamist (PA; von Helmholtz, 1867), näitasime, et kinnipidamine suureneb koos vanusega. A
Vahendusanalüüs kinnitas hiljem, et kuna GABA väheneb koos vanusega, siis kohaneminemälusuureneb ja esimene seletab viimast. Põhjusliku seose demonstreerimiseks sekkusime eksperimentaalselt ergastava anoodi transkraniaalse alalisvoolu stimulatsiooniga (a-tDCS), et proovida veelgi alandada M1 GABA-d (Antonenko et al., 2017; Kim et al., 2014; Stagg jt, 2009) ja suurendades seega kohanemist veelgimälu. Keskmiselt stimulatsioon ei suurenenudmäluselles vanuserühmas. Pigem näitas mõõdukuse analüüs, et stimulatsioon muutusmälusõltus indiviidide motoorsest kortikaalsest E:I-st. Stimuleerimine suurendas retentsiooni madala E:I-ga inimestel, kuid vähendas retentsiooni kõrge E:I-ga inimestel.
Kokkuvõttes tuvastasime motoorse funktsionaalse plastilisuse spetsiifilise domeeni, mis vanusega paraneb, mis on motoorse kortikaalse inhibeeriva languse loomulik tagajärg. Seda mälufunktsiooni saab veelgi tugevdada neurostimulatsiooniga, kuid ainult inimestel, keda motoorse ajukoore E:I vanusega seotud düsregulatsioon on kõige vähem mõjutanud. Need leiud seavad kahtluse alla levinud nägemuse vananemisest kui vältimatust funktsionaalsest langusest. Kui uute motoorsete oskuste õppimine võib väheneda, siis võime säilitada olemasolevate oskuste kohanemine paraneb loomulikult koos vanusega. See kohaneminemäluparaneb vanusega loomulikult, näitab, et sellel võib olla kasutamata potentsiaali treeningstrateegiate sihtmärgina, mille eesmärk on säilitada, parandada või taastada motoorseid funktsioone terve või patoloogilise vananemise korral (nt prismateraapia visuaalse ruumilise tähelepanuta jätmise taastusraviks; O'Shea et al., 2017; Rossetti et al., 1998).
2. Materjalid ja meetodid
2.1. Osalejad
Selles uuringus osales kolmkümmend kaks paremakäelist meest vanuses 49–81 aastat (keskmine vanus: 67,5 aastat, sd: 8,1). Kõiki neid sõeluti, et välistada neuroloogiliste või psühhiaatriliste häirete isiklik või perekondlik ajalugu (= 32 käitumisanalüüside jaoks;=20 neurokeemiliste analüüside jaoks), mistõttu oli piisav võimsus. Eksperimendis 2 määrati valimi suurus võrreldava võimsuse analüüsi põhjal, mille aluseks oli meie eelmises töös kirjeldatud stimulatsiooniefekti suurus (O'Shea et al., 2017). Selles uuringus suurendas vasakpoolne M1 a-tDCS pikaajalist retentsiooni kuni neli päeva pärast kohanemist, efekti suurusega=0,73. Minimaalne valimi suurus, mis on vajalik efekti=0,73 tuvastamiseks I tüüpi vea tõenäosusega=0,05 ja võimsus (1 − )=0,80, oli {{24 }} (põhineb kahe sõltuva keskmise ühepoolsel erinevusel). Võimalike väljalangejate arvestamiseks värvati kakskümmend kuus osalejat. Üks osaleja kaotas säilitamise järelkontrolli ja seetõttu ei kaasatud teda=25 lõplikku valimisse.
2.2. Prisma kohandamise protokoll
Mõlemas katses, PA viidi läbi, kasutades selleks otstarbeks ehitatud automatiseeritud aparatuuri (joonis S1a). Osalejad istusid, pea lõuatoes, ja vaatasid vedelkristallkuvari (LCD) katiku kaudu 32--tollist horisontaalset puuteekraani (dispersioonkile, Liquid Crystal Technologies, Ohio, USA). Puuteekraani kasutati visuaalsete sihtmärkide esitamiseks ja ulatuse lõpp-punktide salvestamiseks ning LCD-katikat kasutati ekraani ja jäseme visuaalse tagasiside juhtimiseks. Lõuatoe varda külge kinnitati nupp, mis oli kõigi osutusliigutuste lähteasendiks. Osalejatel kästi hoida nuppu kogu aeg all ja vabastada see ainult siis, kui nad alustasid sihtmärgi poole jõudmist. Ainult järelmõju (AE) katsete puhul käivitas nupu vabastamine vedelkristallekraani katiku läbipaistmatuks muutumise, varjades seega lõpp-punkti täpsuse visuaalse tagasiside. Lisaks takistas fikseeritud katik osalejatel oma jäseme nägemast lähteasendis ja jõudmise trajektoori esimesel kolmandikul. Osalejaid juhendati mitte libistama oma sõrme üle puuteekraani pinna, vaid puudutama ekraani alles siis, kui liikumine on lõppenud. Osutusvead arvutati nurgana, mis moodustati lähteasendit ja sihtmärki ühendava sirge ning lähteasendit ja registreeritud maandumisasendit ühendava sirge vahel. Kokkuleppeliselt kodeeriti prismaatilise nihke suuna (paremale / päripäeva) vead positiivseks, vastassuunalised vead (vasakule / vastupäeva) aga negatiivseks. Ülesanne programmeeriti MATLAB-i versioonis 2014b (MathWorks; https://uk.mathworks.com), kasutades Psychtoolboxi (Kleiner et al., 2007) versiooni 3, mis töötab MacBook Pro sülearvutis. Igal katsel andis helisalvestis osalejatele ülesandeks jõuda puuteekraanil kuvatud sihtmärgini ja osutada selle parema nimetissõrmega. Sihtmärk võib asuda kas ekraani keskel (avatud ahelaga katsed) või 10 cm vasakul või paremal (suletud ahelaga katsed). Osalejate silmade ja keskse sihtmärgi vaheline kaugus oli 57 cm.
PA ajal kasutasid osalejad kahte tüüpi ülesandeplokki: suletud ahelaga osutamine (CLP) ja avatud ahelaga osutamine (OLP). Suletud tsükliga katsetes kandsid osalejad 10◦ paremale nihutatava prismaga prille (liustikuprillid: Julbo, Longchaumois, Prantsusmaa; läätsed: OptiquePeter, Lyon, Prantsusmaa) ja neil paluti teha kiireid liigutusi (keskmine liikumise kestus: 452 ms, sd : 119 ms) kas vasakule või paremale sihtmärgini pseudojuhuslikus järjekorras. Osalejaid koolitati hoidma oma sõrme maandumisasendis ja korrigeerima oma liikumist järgmisel katsel vastavalt vajadusele. Strateegiliste kohanduste ja "lennu ajal" vigade parandamise piiramiseks (Redding ja Wallace, 1996; 2001) visuaalset tagasisidet võltsile) käitumistestide ajal. See saavutati pimestavate koodide (stimulaatori "õpperežiim") abil, mille andis teadlane, kes ei osalenud käitumistestides. Pimestamine toimus statistilise analüüsi etapis, kui andmete kogumine oli lõpetatud.
Katses 2 viisid osalejad läbi kaks PA pluss tDCS-seanssi (anood/võlts, järjekord tasakaalustatud), millest igaühe vahel oli vähemalt üks nädal (keskmine intervall: 10 päeva, sd: 6 päeva). See intervall valiti selleks, et võimaldada nii DCS-i mõjul kortikaalsele erutuvusele (Nitsche et al., 2003; Nitsche ja Paulus, 2000) kui ka AE-le välja uhtuda (O'Shea et al., 2017), et tagada taastumine algtaseme osutamise käitumine ja ajukoore erutuvus teise katseseansi alguseks. Stimuleerimise põhjus PA ajal – erinevalt enne või pärast – oli interakteeruda, et esimene kolmandik igast jõudvast liigutusest suleti fikseeritud katikuga, nagu ka eelmises töös (Inoue et al., 2015; O'Shea et al., 2017; 2014). Iga katse lõpus kestis visuaalne tagasiside maandumisasendi kohta 500 ms pärast puudutuse salvestamist. Selle aja möödudes muutus LCD katik läbipaistmatuks ja osalejad pidid naasma algasendisse (st nuppu vajutama ja hoidma all) ilma käe visuaalse tagasisideta. See protseduur piiras prisma kokkupuudet ulatuva liikumisega, mitte tagasi liikumisega. Avatud ahelaga katsetes eemaldati prismad ja osalejatel kästi osutada kesksele sihtmärgile. Täpsust rõhutati kiiruse asemel (keskmine liikumise kestus: 799 ms, sd: 135 ms). Igal katsel esitati visuaalset tagasisidet, kui LCD-katik muutus ulatuse alguses läbipaistmatuks, varjades seega sihtmärgi nägemise, ulatuse ja lõpp-punkti vea ning tagasiliikumise. See võimaldas mõõta vasakpoolset AE-d, ilma et osalejad visuaalsete vigade tagasiside tõttu aktiivselt kohaneksid.
Mõlemas katses mõõdeti iga PA-seansiga osutamise täpsust algtaseme, kohanemise, lühiajalise (10-minutit) ja pikaajalise säilitamise (24- tundi; joonis S1) ajal. Algtaseme suletud ja avatud ahelaga osutamise täpsust mõõdeti vastavalt kahes 20 ja 30 katses. Kohandamine koosnes suletud ja avatud ahelaga osutusplokkide vahelduvatest paaridest, kuus katses 1 ja seitse katses 2 (joonis S1). AE säilimist mõõdeti 10-minutit ja 24-tundi pärast PA lõppu 45 avatud ahelaga katse ühe ploki abil. 2. katses järgnes 10-minutite säilitamisele väljapesemise faas, kus osalejad osutasid ilma prismasid kandmata, jälgisid oma vasakpoolseid vigu ja seetõttu kohanesid. Washout koosnes 40 suletud ahelaga katsetest ja 45 avatud ahelaga katsetest, mis jaotati kuue vahelduva ploki vahel (joonis S1b). Pesemise eesmärk oli kahekordne. Esiteks võimaldas see meil uurida, kas võltsseisundis oli vanem vanus seotud kohanemise ebaõnnestumisega, mis võib selgitada tugevamat AE-d hilisemal ajahetkel (vt täiendavaid tulemusi). Teiseks arutlesime, et kuimälumoodustumist tugevdas stimulatsioon PA ajal, siis häiris väljapesemine tõenäolisemalt pikaajalist säilimist võltsseisundis kui anoodiseisundis, mis võib suurendada tundlikkust stimulatsiooni mõju tuvastamiseks 24-tundidel.
2.3. Transkraniaalne alalisvoolu stimulatsioon
Katses 2 saadi tDCS akupõhise alalisvoolu stimulaatoriga (Neuroconn GmbH, Ilmenau, Saksamaa), mis oli ühendatud kahe 7 × 5 cm käsnelektroodiga, mis olid leotatud 0,9-protsendilises soolalahuses. Vastavalt rahvusvahelisele 10–20 elektroodisüsteemile (Herwig et al., 2003) tsentreeriti anoodelektrood üle C3 (5 cm külgsuunas Cz-st), mis vastab vasakpoolsele primaarsele motoorsele ajukoorele. Katood asetati parema supraorbitaalse harja kohale. Anoodi tDCS-i ajal rakendati stimulatsiooni 1 mA juures 20 minutit kogu kohanemisfaasi vältel, nagu meie eelmises töös (O'Shea et al., 2017). Impedantsi jälgiti võrgus ja seda hoiti stimulatsiooni ajal kogu aeg alla 10 kOhm. Stimulatsiooni alguses ja alguses tõusis vool 10 sekundi jooksul üles ja alla. tDCS-i ajal oli protseduur identne, välja arvatud see, et 20 minuti jooksul ei stimuleeritud. Selle asemel tekkisid iga 550 ms järel väikesed vooluimpulsid (110 A üle 15 ms), et simuleerida tõelise stimulatsiooniga seotud mööduvaid kipitustunde. Nii katsetajad kui ka osalejad olid stimulatsioonitingimuste suhtes pimedad (anoodiga või koosmäluvisuaalse nihkega kokkupuutel toimuvad moodustumise protsessid, mis on teadaolevalt seotud pikaajalise retentsiooniga (Inoue et al., 2015; Joiner ja Smith, 2008; Kording et al., 2007; Smith et al., 2006). Varem näitasime, et M1 a-tDCS, mida rakendati enne – erinevalt ajal – PA ei mõjutanud kohanemistmälu, mis näitab neurostimulatsiooni ja samaaegse kognitiivse seisundi vahelise koostoime tähtsust (O'Shea et al., 2017).
2.4. MRS-i omandamise protokoll
MRS-andmed koguti Oxfordi kliinilise magnetresonantsi uuringute keskuses (OCMR, Oxfordi ülikool), Siemens Trio {{0}}Tesla kogu keha MR-skanneriga ja 32-kanalimähise abil. . Kõrge eraldusvõimega T1-kaalutud struktuursed MR-kujutised (MPRAGE; 224 × 1 mm aksiaalsed lõigud; TR/TE=3000/4,71 ms; pöördenurk=8◦; FOV=256); voksli suurus=1 mm isotroopne; skaneerimisaeg=528 sekundit) saadi MRS-voksli paigutamise ja registreerimise eesmärgil. MRS-andmed saadi kahest huvipakkuvast mahust (VOI-d; voksli suurus=2 × 2 × 2 cm3) kahe järjestikuse hankimise käigus. Esimene VOI oli tsentreeritud vasaku mootorikäe nupule (Yousry et al., 1997) ja hõlmas tsentraalse gyruse-eelse ja järgse osi (joonis S2c). Teine (anatoomiline kontroll) VOI tsentreeriti kahepoolselt kuklasagaras (nägemiskoores) kalkariini sulcus (Engel et al., 1997; Ip jt, 2017; Lunghi et al., 2015) (joonis S2c) ). See kontrollpiirkond valiti, kuna meie teadmiste kohaselt ei ole see olnud seotud prisma AE-de arendamisega ja/või säilitamisega (ülevaate saamiseks vt: Panico et al., 2020; Petitet et al., 2017). B0-seibimine viidi läbi GRESHAMi abil (64 × 4,2 mm aksiaalsed viilud, TR=862,56 ms, TE1/2=4,80/9,60 ms, pöördenurk=12◦ , FOV {{ 40}}, skannimise kestus=63 sekundit). MR-spektroskoopia andmed (spektrid) saadi pooladiabaatilise lokaliseerimise abil adiabaatilise selektiivse ümberfokuseerimise (poolLASER) järjestusega (TR/TE=4000/28 ms, 64 skaneerimise keskmist, skaneerimisaeg=264 sekundit) muutuva võimsusega raadiosageduslike impulssidega, millel on optimeeritud lõõgastusviivitused (VAPOR), vee summutus ja välise mahu küllastumine (Deelchand et al., 2015; Öz ja Tkáč, 2011). Lisaks saadi samadest VOI-dest summutamata veespektrid, et eemaldada pöörisvoolu jääkvooluefektid ja rekonstrueerida faasitud massiivi spektrid (Natt et al., 2005). Ühe kaadri võtted salvestati eraldi (ühe kaadri võtterežiim), seejärel korrigeeriti sagedust ja faasi enne 64 skaneeringu keskmist.
2.5. MRS-i andmete analüüs
Metaboliidid kvantifitseeriti, kasutades LCModelit (Provencher, 2012; 1993; 2001), mis viidi läbi kõigis spektrites keemilise nihke vahemikus 0,5–4,2 ppm. Mudeli spektrid loodi Vespa projekti (mitmekülgne stimulatsioon, impulsid ja analüüs) varem teatatud keemiliste nihete ja sidestuskonstantide põhjal. Huvipakkuvast mahust saadud summutamata veesignaali kasutati pöörisvooluefektide eemaldamiseks ja faasiliste massiivispektrite rekonstrueerimiseks (Natt et al., 2005). Enne summeerimist korrigeeriti ühe skaneerimise spektreid subjekti liikumisest põhjustatud sageduse ja faasi variatsioonide suhtes. Glutamic (Glx) kasutati käesolevas uuringus, kuna glutamaadi ja glutamiini vahel ei olnud võimalik 3T MRI skanneri abil vahet teha. Et vältida proovi kallutamist kõrge kontsentratsiooni hinnangute poole, arvutati iga üksiku andmekogumi jaoks eeldatav suhteline Cramér-Rao alumine piir (CRLB), võttes arvesse kontsentratsiooni hinnangut ja eeldades, et kõigi mõõtmiste puhul on müratase konstantne (üksikasjalike meetodite kohta vt lisateavet). Andmestikud, mille Pearsoni jääk eeldatava ja täheldatud suhtelise CRLB vahel ületas 2, jäeti järgnevast analüüsist välja. Kasutades seda kvaliteedifiltrikriteeriumi aminovõihappe (märgistatud GABA), glutamiksi (glutamiin pluss gutamaat, märgistatud Glx) ja kogukreatiini (kreatiin pluss fosfokreatiin, märgistatud TCR) jaoks, jäeti neli V1 MRS-i andmestikku kõrvale ja ühtegi M1 MRS-andmestikku ei jäetud kõrvale.
Kudede korrigeerimine on oluline samm MRS-andmete analüüsis, eriti vanematel täiskasvanutel aju atroofia tõttu, mis on pakutud vastavaks R-i (Lüdecke) sjPlot paketi funktsiooni "tab{0}}mudel" vaikevalikule. , 2021). Neuroanatoomilise ja neurokeemilise spetsiifilisuse kindlakstegemiseks võrdlesime LMM-i mudeli parameetreid otse. Mudeli parameetreid võrreldi üldise lineaarse hüpoteesi testiga, kasutades R-i multi-comp paketti (Hothorn et al., 2008). Visualiseerimise eesmärgil on joonised fig. Joonistel 1b, 3 ja 6b on kujutatud ploki keskmistatud andmeid retentsiooni mõõtmisena, kuid statistilised analüüsid viidi läbi üksikute katseandmete põhjal koos juhuslike lõikepunktide ja kallakutega. Efekti suuruse mõõtmed on
kõigi oluliste analüüside jaoks, kasutades efektisuuruse paketti (Ben-Shachar et al., 2020) R. Coheni d-s, kasutati ühe valimi t-testi efekti suuruste arvutamiseks nulliga lühi- ja pikaajalise säilivuse jaoks. Arvestada vähemalt osaliselt sageli täheldatud vanusega seotud MRS-i mõõdetud GABA taseme langusega (Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). LC-mudel väljastab metaboliitide kontsentratsioonid kogu huvipakkuva mahu jaoks. Seega, kui närvikoe osa huvipakkuvas mahus on vanusega seotud atroofia tõttu madal (Good et al., 2001), on metaboliitide kontsentratsiooni hinnangud samuti tingimata sellest madalamad. Selle võimaliku segaduse arvessevõtmiseks on pakutud välja mitmeid kudede korrigeerimise tehnikaid, kuid praegu pole kirjanduses üksmeelt (Harris et al., 2015; Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). Enamik neist tehnikatest eeldab huvipakkuva metaboliidi jaotumist erinevates koeosades. Sellised eeldused ei pruugi aga kehtida kogu eluea jooksul, kuna normaalne vananemisprotsess võib mõnda sektsiooni rohkem mõjutada kui teisi. Seetõttu kasutati kõigis käesolevas artiklis esitatud analüüsides mittekoe korrigeeritud kontsentratsiooni hinnanguid ja selle asemel lisati halli aine (GM) ja valge aine (WM) protsent MRS-vokslis segadusttekitavate muutujatena (nagu Scholl et al., 2017). Kuna see osalise mahu korrigeerimise lähenemisviis ei eelda GABA ja Glx jaotumist erinevates koetüüpides, on see eriti sobiv käesoleva uuringu jaoks (kus osalejad olid vanuses 49 kuni 81 aastat) ja seega ka atroofia kontrollimiseks. agnostik vananemise erineva mõju suhtes koetüüpidele. VOI-des sisalduva halli aine, valge aine ja tserebrospinaalvedeliku protsendid arvutati FMRIB automaatse segmenteerimistööriista abil (Zhang et al., 2001). Need on esitatud koos MRS-i andmekvaliteedi mõõdikutega tabelis S2.
Inimeste lõikes oli kogukreatiini (TCR) kontsentratsiooni hinnang negatiivses korrelatsioonis vanusega M1 vokslis ( (21)=−0.46,=0.04 ), kuigi mitte V1 vokslis ( (17)=−0,06,=0,81; joonis S2b). Selle vanusega segaduse tõttu ei saanud TCR-i kasutada metaboliitide hinnangute jaoks kehtiva sisemise võrdlusalusena. Seetõttu kasutasime kogu selle töö jooksul GABA ja Glx absoluutse kontsentratsiooni hinnanguid, selle asemel, et väljendada andmeid TCR-i suhetena.
2.6. Statistiline analüüs
Käitumise statistilised analüüsid viidi läbi R-is (R Core Team, 2017). Individuaalsete erinevuste kontrollimiseks kohanemiseelse osutamise täpsuses normaliseeriti kõigi katsete lõpp-punkti veaandmed, lahutades keskmise osutamisviga algtasemel (üle vasaku/parema sihtmärgi suletud ahelaga plokkide puhul; keskmine sihtmärk avatud ahelaga plokkide puhul ). Kui ei ole teisiti täpsustatud, olid kõik statistilised testid kahepoolsed. Analüüsid viidi läbi lineaarse regressiooni abil ja need hõlmasid järgmiste eelduste kontrolli: 1) lineaarsus, 2) dispersiooni homogeensus ja 3) jääkide normaalsus. Neid eeldusi uuriti visuaalselt, kasutades graafikuid jääkide ja vaadeldud väärtuste (lineaarsus), sobitatud väärtuste vs. jääkide (dispersiooni homogeensus) ja jääkide jaotuse (jääkide normaalsus) graafikute abil. Lineaarseid segaefektide mudeleid (LMM) kasutati pikisuunaliste/korduvate mõõtmiste komponendiga (nt kohanemine, kinnipidamine) analüüside jaoks, kaasates lõikepunktid ja kalded osalejate juhuslike efektidena. Sellel lähenemisviisil on korduvate mõõtmiste dispersioonanalüüsidega (ANOVA) võrreldes kaks eelist: see võimaldas meil 1) arvestada ka plokisisese käitumisdünaamikaga, mitte ainult ploki keskmiste vigadega, ja 2) eraldada juhuslikud indiviididevahelise varieeruvuse allikad tähendusrikkad. Kõik mudeli spetsifikatsioonid on esitatud täiendavates tabelites. P-väärtusi hinnati Waldi testiga, mis katsetab 1, ja võltsitud ja anoodilise stimulatsiooni paarisproovide t-teste lühi- ja pikaajalise retentsiooni korral katses 2. Ligikaudne osaline eta-ruut () lineaarse sega- Mõjub regressioonianalüüse, et võtta kokku konkreetse fikseeritud efektiga seotud dispersiooni osakaal. Efekti suuruste tõlgendamiseks on välja pakutud rusikareeglid. Need Coheni d normid on: väike=[0.2{{30}}; 0.49]; keskmine=[0.5; 0.79]; suur Suurem või võrdne 0.8. Normid on järgmised: väike=[0.01; 0,05]; keskmine=[0,06; 0,13]; suur Suurem kui 0,14 või sellega võrdne (Cohen, 2013).
2. katses analüüsiti algtaseme OLP ja CLP keskmist täpsust kahel viisil. Esiteks, et kontrollida järjekorraefekti puudumist (PA seanss 1 vs. PA seanss 2; kasutades paarikaupa t-teste). Teiseks, et kontrollida stimulatsioonitingimuste mõju puudumist (anodaalne tDCS seanss vs vale tDCS seanss; kasutades paarikaupa t-teste samadel andmetel, mis on ümber järjestatud neurostimulatsiooni seisundi järgi). Esimene analüüs tagas, et ühenädalane väljapesuintervall oli efektiivne (st 1. seansi käitumuslikud mõjud olid 2. seansi alguseks hajunud) ja teine tagas, et erinevused anoodi ja võlts-DCS-i tingimuste vahel olid tingitud neurostimulatsiooniefekt, erinevalt juba algtasemel esinevatest juhuslikest süstemaatilistest erinevustest. Et kvantifitseerida statistilisi tõendeid erinevuse puudumise kasuks (st see, mida me püüdsime saavutada), arvutati nende kvaliteedikontrolli analüüside jaoks Bayesi tegur (01). Väärtust 01 > 3 peeti oluliseks tõendiks erinevuste puudumise kohta, mis on kooskõlas sobiva väljapesuga kahe katseseansi vahel.
Kuna GABA sünteesitakse glutamaadist, on nende kahe neurotransmitteri kontsentratsioonid ajus tavaliselt positiivses korrelatsioonis (Jocham et al. (2012); Stagg jt (2011a); meie andmekogumis M1 GABA × M1 Glx: (20)=0.34,=0. 13; V1 GABA × V1 Glx: (14)=0. 16,=0.55). Seetõttu, kui analüüsiti vokslis GABA või Glx absoluutse kontsentratsiooni ja tulemuse vahelist seost, kaasati mudelisse ka teise neurotransmitteri (GABA või Glx) kontsentratsioon. Lisaks lisati kõigis neurokeemilisi andmeid sisaldavates mudelites huvita ühismuutujatena ka halli ja valge aine kontsentratsioonid.
Vahendusanalüüsi kasutati vanuse, neurokeemia ja retentsiooni vaheliste täheldatud korrelatsioonide aluseks olevate "mehhaaniliste" seoste iseloomustamiseks. See viidi läbi, kasutades põhjusliku vahenduse analüüsiks R-paketi vahendust (Imai et al., 2010). Vahendus viidi läbi, kasutades regressiooni mitteparameetrilise alglaadimisega (10, 000 kordusproovi), et teha kindlaks, kas M1 inhibeeriv toon on seotud vanuse ja pikaajalise säilimise vahel. Mudel sisaldas: vanus kui sõltumatu muutuja (X); M1 GABA ja Glx kui vahendajate absoluutsed kontsentratsioonid (M1, M2); plokikeskmine retentsioon 24-tundidel sõltuva muutujana (Y) (ploki keskmine viga, mis on normaliseeritud iga indiviidi baasjoonega) ja GM-i ja WM-i osa kontroll M1-vokslis (C1, C2). Vahendusprotsent () arvutati kaudsete mõjude (ab1 või ab2) kogumõju (c) osana.