Dugotrajna poboljšanja radnog pamćenja i dugotrajnog pamćenja kod starijih odraslih osoba uz ponavljajuću neuromodulaciju 3. dio

Replikacija primarnih nalaza u nezavisnom uzorku.

Izveli smo dodatni eksperiment da testiramo da li se primarna zapažanja iz Eksperimenta 1 repliciraju u nezavisnom uzorku. Eksperiment 3 se sastojao od 30 starijih učesnika randomiziranih da bi primili ili DLPFC gama ili IPL teta neuromodulaciju tokom izvođenja zadatka slobodnog prisjećanja.

Postoji bliska veza između neuromodulacije i pamćenja. Neuromodulacija poboljšava pamćenje promovišući veze i prijenos informacija između moždanih stanica. Sećanje je važan kamen temeljac ljudskog opstanka i razvoja. Kroz neuronsku regulaciju, može nam pomoći da bolje savladamo i primijenimo znanje.

Neuromodulacija može utjecati na mnoge aspekte pamćenja. Prvo, neuromodulacija može utjecati na aktivnost u moždanoj kori, modulirajući na taj način percepciju, pažnju i kognitivne sposobnosti. Oni su osnova za formiranje pamćenja, a kroz neuromodulaciju nam mogu pomoći da bolje razumijemo, zapamtimo i primjenjujemo informacije.

Drugo, neuromodulacija također može modulirati veze i signalizaciju između neurona. Broj i struktura veza između neurona može direktno uticati na sposobnost pamćenja. Veze i signalizacija između neurona mogu se poboljšati neuromodulacijom, čime se poboljšava sposobnost pamćenja.

Osim toga, neuromodulacija može utjecati na hipokampus i druge neuronske populacije u mozgu kako bi promovirala dugoročno zadržavanje i pregled pamćenja. Kroz neuromodulaciju možemo bolje regulirati veze između populacija neurona i poboljšati kodiranje i pohranjivanje sjećanja.

Zaključno, veza između neuromodulacije i pamćenja je vrlo bliska. Jačanjem neuromodulacije možemo poboljšati svoje pamćenje i bolje shvatiti i primijeniti znanje. To ima pozitivan utjecaj na naše učenje, rad i život, pa treba obratiti pažnju na utjecaj neuromodulacije na pamćenje, te podsticati razvoj neuromodulacije i pamćenja kroz fizičke vježbe, regulaciju ishrane itd. Vidi se da smo treba poboljšati pamćenje, a cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je cistanche deserticola tradicionalni kineski medicinski materijal koji ima mnogo jedinstvenih učinaka, od kojih je jedno poboljšanje pamćenja. Djelotvornost mljevenog mesa proizlazi iz različitih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući kiselinu, polisaharide, flavonoide, itd. Ovi sastojci mogu promovirati zdravlje mozga na različite načine.

Kliknite znati suplemente za poboljšanje pamćenja

Protokol neuromodulacije koji je slijedio bio je uglavnom sličan Eksperimentu 1, osim što je neuromodulacija izvedena tri umjesto četiri uzastopna dana i nije uključivala dugotrajno praćenje.

Memorijske performanse su ispitivane na početku i tokom svake neuromodulacione sesije. Mješoviti ANOVA sa danom (bazna linija, dan 1, dan 2 i dan 3) i serijskom pozicijom (primarnost, sredina 1, sredina 2, sredina 3 i nedavnost) kao faktori unutar subjekta i grupa (DLPFCgama i IPL theta) kao između- faktor ispitanika je otkrio značajne razlike u performansama memorije (dan × serijski položaj × 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). 

Praćenje ANOVA otkrilo je značajnu interakciju između serijske pozicije i grupe 2. i 3. dana neuromodulacije i značajnu interakciju između dana i grupe za klastere primata i skorije (dopunska tabela 4). Dvostrani t-testovi nezavisnog uzorka pokazali su da su performanse memorije u primarnom klasteru značajno poboljšane u DLPFC gama grupi u odnosu na IPL theta grupu na dan 2 i dan 3 neuromodulacije (slika 6a, vrh).

Performanse u nedavnom klasteru bile su značajno veće u IPL teta grupi u odnosu na DLPFC gama grupu 3. dana intervencije (Slika 6a, dole). Ovi rezultati su paralelna zapažanja iz Eksperimenta 1 (slika 2a, lijevo). Osnovni učinak se nije razlikovao između dvije grupe (dodatna tabela 4), čime su isključene nespecifične razlike između grupa.

Ispitujući odnos između osnovne kognitivne funkcije i performansi pamćenja, otkrili smo da su pojedinci sa nižim MoCA rezultatima u DLPFCgamma grupi pokazali bolje performanse pamćenja na dan 3 samo u primarnom klasteru (r13=−0.672, P=0.006; Slika 6b,c), dok su oni sa nižim MoCA rezultatima u IPL theta grupi pokazali bolje performanse memorije 3. dana samo u nedavnom klasteru (r13= −0.618,P=0.014; sl. 6d,e), slično nalazima u eksperimentu 1 (slika 5).

Zajedno, ova zapažanja na nezavisnom uzorku učesnika repliciraju primarne nalaze Eksperimenta 1, dodatno jačajući povjerenje u zaključke izvučene iz njih.

Diskusija

Predstavljamo dokaze za selektivna poboljšanja u WM i LTM kod starijih odraslih osoba kroz disocijabilno prostornospektralno uvlačenje moždanih ritmova, a poboljšanja se održavaju najmanje 1 mjesec nakon intervencije. Eksperiment 1 je pokazao da su selektivne promjene funkcije WM i LTM moguće kroz uvlačenje tarritmova u IPL i gama ritmova u DLPFC, respektivno.

Eksperiment 2 je pokazao da prebacivanje frekvencija modulacije između dva regiona nije dalo nikakve koristi. Posljedično, kombinacija anatomske lokacije i ritmičke frekvencije određuje odgovarajući supstrat za poboljšanje pamćenja.

Štaviše, potvrđeno je da su poboljšanja uočena tokom Eksperimenta 1 bila posljedica uvlačenja funkcionalno specifičnih moždanih kola, a ne zbog nespecifičnih efekata kao što je transretina ili transkutana stimulacija 33.

Osim toga, primijetili smo veća poboljšanja kod osoba sa lošijom kognitivnom funkcijom. Ovi nalazi su dalje replicirani u nezavisnom uzorku u Eksperimentu 3.

Nadalje, otkrili smo da brzina kojom se funkcija memorije teme poboljšava tokom intervencije predviđa snagu pamćenja 1 mjesec nakon intervencije, čime se daje važan pokazatelj za mjerenje odziva na tretman u budućim studijama.

Zajedno, ovi nalazi sugeriraju da se memorijska funkcija može selektivno i održivo poboljšati kod starijih osoba kroz modulaciju funkcionalno specifičnih moždanih ritmova.

Specifičnost s kojom su različiti protokoli ritmičke neuromodulacije utjecali na različite memorijske funkcije može izgledati iznenađujuće s obzirom na literaturu koja dokumentira opću uključenost frontalnih i parijetalnih regija i teta i gama ritmova u WM i LTM funkciju36,37.

Ovo je posebno slučaj jer je neuromodulacija obavljena i za vrijeme kodiranja i za ponovno pozivanje svih riječi predstavljenih tokom liste. Naši nalazi snažno sugeriraju da su naše intervencije manipulirale dvije različite kognitivne operacije. Prateći okvir dual-store, pretpostavljamo da je IPLtheta modulacija poboljšala WM operacije.

Međutim, za razliku od prethodnih studija neuromodulacije sa vizualno-prostornim memorandumima18, ne mislimo da je IPL theta modulacija poboljšala WM kapacitet sam po sebi. Da je to bio slučaj, onda bi se poboljšanja u performansama memorije također primijetila u nekim srednjim pozicijama pored klastera nedavnog.

Također ne očekujemo povećanje opće funkcije pažnje s IPL theta modulacijom. Iako se pretpostavlja da parijetalni theta ritmovi olakšavaju uzorkovanje s pažnjom38, malo je dokaza koji bi ukazivali na promjene u pažnji s parijetalnim theta zahvatom39.

Umjesto toga, mi predlažemo da je IPL theta modulacija možda olakšala vremensku segregaciju između uzastopnih memorijskih reprezentacija, minimizirajući interferenciju među njima15.

Štaviše, poznato je da teta ritmovi olakšavaju prisjećanje posredovano vremenskim kontekstom40, potencijalno odražavajući zajednički neurofiziološki mehanizam koji leži u osnovi očuvanog održavanja i kontekstno-baziranog pronalaženja WM reprezentacija. Intrinzična ograničenja WM kapaciteta, na koja neuromodulacija ne utiče, mogu ograničiti ova poboljšanja samo na kasnije riječi na listi, čime se samo poboljšava klaster nedavnosti.

Ako je tako, onda ovi nalazi mogu odražavati dodatni pristup za neinvazivno poboljšanje WM funkcije u okviru utjecajne teorije spajanja teta-gama unakrsnih frekvencija15, osim promjene memorijskog kapaciteta18.

Mogućnost da, iako je IPL tetamodulacija možda olakšala održavanje i opoziv stavki lateralnog popisa, možda nije poboljšala prijenos prethodno predstavljenih informacija u LTM, možda je dodatno doprinijela ovim selektivnosti efekata. Ovo bi moglo biti zbog prisutnosti različitih mehanizama kodiranja za dva memorijska skladišta, što je mogućnost podržana nedavnom studijom transkranijalne magnetne stimulacije (TMS)14.

Alternativno, prijenos reprezentacija između dva memorijska sistema može uključivati ​​odvojene procese izvršne kontrole41 na koje ne utiče trenutni dizajn neuromodulacije. Posljedično, IPL theta modulacija možda nije utjecala na memorijske reprezentacije u primarnom klasteru. Umjesto toga, poboljšanja u efektu primata su se pojavila selektivno sa DLPFC gama modulacijom.

Ovaj protokol je možda selektivno poboljšao sposobnost dohvaćanja reprezentacija koje su zasebno kodirane ili prebačene u LTM, potencijalno utječući na hipokampus i druge strukture temporalnog režnja42, koje također istovremeno pokazuju gama aktivnost tokom odloženog prisjećanja36. Prethodna studija neuromodulacije, iako je ispitivala funkciju pamćenja kod mladih odraslih osoba s konvencionalnim tACS-om u jednoj sesiji, usklađena je s ovim prijedlogom22.

Prema tome, iako je poznato da itheta i gama ritmovi, i DLPFC i IPL regioni generalno doprinose performansama WM i LTM, oni mogu indeksirati različite kognitivne procese koji selektivno leže u osnovi razdvojivih poboljšanja uočenih u trenutnoj studiji.

Nalazi ove studije takođe doprinose raspravama oko teorijskih modela slobodnog prisećanja. Segregirane neuronske baze učinaka primata i nedavnosti bile su tema o kojoj se žestoko raspravlja u neuropsihologiji sa oprečnim dokazima14,43. Selektivna modulacija efekata primata i nedavnosti uočena u trenutnoj studiji podržava različite osnovne mehanizme, u skladu sa modelima dual-store11 i neuropsihološkim zapažanjima12,13.

Međutim, naši nalazi, trenutno, nisu nekompatibilni s alternativnim modelima slobodnog opoziva. Na primjer, jedna teorija pripisuje efekte primata 'dugoročnoj radnoj memoriji' u kojoj operacije dugotrajnog skladištenja i pronalaženja podržavaju WM funkciju koja zavisi od struktura za pronalaženje zavisne od stručnosti44,45. Ovo gledište nije u suprotnosti s prethodno spomenutom hipotezom da je DLPFC gama neuromodulacija možda utjecala na pronalaženje iz LTM-a, doduše - u ovom pogledu u usluzi WM.

Način da se razdvoji između ove dvije perspektive je korištenje metode personalizacije za moduliranje stručnosti45, u kom slučaju bi ova teorija predvidjela jači efekat DLPFC gama neuromodulacije u prisustvu jačih struktura za dohvat zavisne od stručnosti. Nadalje, iako su kontekstualne teorije pronalaženja nisu dizajnirani da objasne efekte primata, deficiti u efektima primata kod starijih odraslih pripisuju se procesima pažnje46, koji su zauzvrat povezani sa DLPFC gama aktivnošću47. DLPFC gama neuromodulacija može dodatno poboljšati unutrašnji gradijent u efikasnosti mehanizama kodiranja sa prednostima za rane događaje u seriji46. Značajno je da je povećana gamaaktivnost u temporalnom režnju povezana s ovim efektom17.

Kao što je gore diskutovano, DLPFC gama neuromodulacija je možda dovela do nizvodnih efekata na gama aktivnost u strukturama temporalnog režnja42, pojačavajući efekat primata. Da li DLPFC gamaneuromodulacija posebno utiče na procese pronalaženja LTM ili mehanizme pažnje može se potencijalno rešiti kroz agranularnu analizu performansi memorije unutar primaciklustera.

Na primjer, račun za pronalaženje LTM predviđa aditivni pomak na performanse memorije s povećanjem serijske pozicije u primarnom klasteru zbog sličnih prednosti procesima preuzimanja na svim serijskim pozicijama, dok račun pažnje predviđa smanjenje nagiba performansi memorije kao funkciju ove serijske pozicije , čime se odražava stabilizacija trajne pažnje46.

Uspjeh neuromodulacijskog protokola u selektivnoj manipulaciji efektom primata bit će moćno oruđe za testiranje ovih konkurentskih predviđanja. Buduće studije koje imaju dovoljno snage da sistematski testiraju ove hipoteze mogu razdvojiti ova konkurentna predviđanja kako bi precizirali i pomirili različite teorije slobodnog prisjećanja.

Ovaj rad doprinosi rastućoj literaturi koja sugerira potencijalne kliničke prednosti za funkciju pamćenja kod starijih osoba s neinvazivnim tehnikama7. Protokoli korišteni u trenutnoj studiji pokazuju da se memorijska funkcija može selektivno poboljšati za najmanje 1 mjesec nakon 4-dnevne intervencije. Ovi dugotrajni efekti mogu nastati zbog neuroplastičnih promjena48 nakon faznog zaključavanja intrinzičnih moždanih ritmova pomoću tACS49.

Osim toga, ovi nalazi sugeriraju da se funkcionalna diferencijacija, koja se obično smanjuje starenjem50, može promovirati kroz funkcionalno specifičnu neuromodulaciju. Nalazi iz ove studije mogu motivirati nekoliko linija istraživanja da dalje ispitaju njihov klinički potencijal. Na primjer, buduće studije bi trebale ispitati generalizaciju ovih nalaza na različite kognitivne paradigme koje obuhvataju memorijske funkcije u različitim senzornim domenima i replicirati ih u većim studijskim uzorcima.

Štaviše, potrebno je utvrditi kako promovirati održive efekte koji prelaze 1-mjesečno trajanje uočeno u trenutnoj studiji. Personalizacija neuromodulacionog protokola prema individualnim anatomskim i funkcionalnim karakteristikama je jedan od mogućih pristupa6.

Osim toga, specifična frekvencija unutar theta i gama raspona, broj i trajanje sesija modulacije, optimalni jaz između uzastopnih sesija i interakcija osnovne kognitivne i neuronske funkcije sa ovim metrikama mogu se sistematski mijenjati kako bi se odredio najoptimalniji dizajn modulacije.

Nadalje, pored MoCA, buduće studije bi trebale koristiti sveobuhvatnije neuropsihološke procjene za kvantificiranje osnovne kognitivne funkcije i njene povezanosti s poboljšanjima izazvanim tACS-om.

Konačno, osim potencijalnih koristi za zdrave starije odrasle osobe, treba ispitati translacijske implikacije za osobe s neuropsihijatrijskim i neurodegenerativnim poremećajima, posebno one sa selektivnim deficitom pamćenja10 i s rizikom od fordemencije5. Nalazi iz ove studije služe kao odskočna daska ka istraživanju ovih pitanja od kliničkog interesa.

Online sadržaj

Bilo koje metode, dodatne reference, sažetke izvještaja o istraživanju prirode, izvorni podaci, prošireni podaci, dodatne informacije, priznanja, informacije o recenziranju; pojedinosti o autorskim doprinosima i suprotstavljenim interesima; a izjave o dostupnosti podataka i kodova dostupne su nahttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Reference

1. Centri za kontrolu i prevenciju bolesti. Trendovi u starenju - Sjedinjene Američke Države i širom svijeta. MMWR Morb. Mortal. Wkly. Rep. 52, 101–104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Donošenje odluka u mozgu starenja: promjene u afektivnim i motivacijskim krugovima. Nat. Rev. Neurosci. 16,278–289 (2015).

3. Søraas, A. et al. Problemi sa memorijom koji su sami prijavili 8 mjeseci nakon infekcije COVID-19. JAMA Netw. Otvoreno 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR & Amaral, DG Individualne razlike u kognitivnim i neurobiološkim posljedicama normalnog starenja. Trends Neurosci. 15,340–345 (1992).

5. Gauthier, S. et al. Blago kognitivno oštećenje. Lancet 367, 1262–1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG Sinhronizacija moždanih ritmova radi poboljšanja kognicije. Annu. Rev. Med. 72, 29–43 (2021).

7. Reinhart, RMG & Nguyen, JA Radna memorija je oživjela kod starijih osoba sinhronizacijom ritmičkih moždanih kola. Nat. Neurosci. 22,820–827 (2019).

8. Cowan, N. Koje su razlike između dugoročne, kratkoročne i radne memorije? Prog. Brain Res. 169, 323–338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM & Inman, VW Analiza razlika u godinama u neposrednom opozivu. J. Gerontol. 37, 425–431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ Dvostruka disocijacija kratkoročnog i dugotrajnog pamćenja za neverbalni materijal kod Parkinsonove bolesti i globalne amnezije. Dalja analiza. Brain 114, 893–906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Ljudsko pamćenje: predloženi sistem i njegovi kontrolni procesi. u Te Psychology of Learning and Motivation:Advances in Research and Teory tom 2 (ed. Spence, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD & Warrington, EK Memorijsko kodiranje i amnezija. Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK Nezavisno funkcionisanje verbalnih memorija: neuropsihološka studija. QJ Exp. Psihol. 22, 261–273 (1970).

14. Innocenti, I. et al. TMS interferencija sa mehanizmima primata i skorije otkriva bimodalno epizodično kodiranje u ljudskom mozgu. J. Cogn. Neurosci. 25,109–116 (2013).

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

For more information:1950477648nn@gmail.com