Ciljanje na frontoparijetalnu mrežu korištenjem bifokalne transkranijalne stimulacije naizmjeničnom strujom tokom zadatka učenja motoričke sekvence kod zdravih starijih odraslih, 1. dio

apstraktno

Pozadina: Zdrave starije odrasle osobe pokazuju smanjenje motoričkih performansi i kapaciteta motoričkog učenja, kao i performansi radne memorije (WM). Predloženo je da WM bude uključen u procese motoričkog učenja, kao što je učenje sekvenci. Korelacijski dokazi su pokazali uključenost frontoparijetalne mreže (FPN), mreže koja leži u osnovi WM procesa, u učenju motoričkih sekvenci.

Motoričko učenje se odnosi na metode za poboljšanje efikasnosti učenja i pamćenja kroz sport, muziku, ples, borilačke vještine itd. Za razliku od tradicionalnih metoda učenja, motorno učenje posvećuje više pažnje koordinisanom radu tijela i mozga, čineći učenje opuštenijim i ugodnijim .

Uticaj motoričkog učenja na pamćenje je veoma značajan. Vježbom možemo poboljšati tjelesni metabolizam, ubrzati cirkulaciju krvi i u potpunosti opskrbiti mozak kisikom i hranjivim tvarima. U isto vrijeme, motoričko učenje također može stimulirati hipokampus u mozgu, koji je ključno područje za pohranu memorije koje nam može pomoći da bolje zapamtimo i razumijemo znanje.

Osim toga, motoričko učenje također može poboljšati koncentraciju i koncentraciju ljudi. Tokom vježbanja, ljudsko tijelo luči velike količine neurotransmitera kao što su dopamin i adrenalin, zbog kojih se osjećamo pozitivnije i energičnije. Ovo nam je od velike pomoći da se bolje fokusiramo na zadatke učenja.

U motoričkom učenju možemo odabrati različite metode vježbanja, kao što su preskakanje užeta, igranje košarke, ples, joga itd. Različite metode vježbanja imaju različite efekte na mozak. Na primjer, ples nam može pomoći da bolje kontroliramo ritam tijela i poboljšamo prostornu svijest; igranje košarke nam može pomoći da bolje sagledamo spoljašnje okruženje i da se nosimo sa složenim situacijama.

Ukratko, motoričko učenje igra važnu ulogu u poboljšanju naše efikasnosti učenja i pamćenja. Trebali bismo integrirati vježbu u svakodnevno učenje, u potpunosti iskoristiti sinergiju tijela i mozga, te učiti i rasti ugodnije. Vidi se da moramo poboljšati svoje pamćenje. Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je cistanche deserticola tradicionalni kineski ljekoviti materijal s mnogim jedinstvenim efektima, 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 na saznajte 10 načina za poboljšanje memorije

Međutim, trenutno nedostaju uzročni dokazi. Studije neinvazivne moždane stimulacije (NIBS) do sada su se fokusirale pretežno na područja povezana s motorikom kako bi se poboljšalo učenje motoričkih sekvenci, dok područja povezana s više kognitivnih aspekata motoričkog učenja još uvijek nisu obrađena. Hipoteza: U ovoj studiji želimo pružiti uzročne dokaze za uključivanje WM procesa i osnovnog FPN-a u uspješnom izvođenju zadatka učenja motoričke sekvence upotrebom tetatranskranijalne stimulacije naizmjeničnom strujom (tACS) koja cilja na FPN tokom zadatka učenja motoričke sekvence.

Metode: U kohorti od 20 zdravih starijih odraslih osoba, primijenili smo bifokalni tACS u theta opsegu na FPN tokom zadatka učenja sekvence. Uz korištenje dvostruko slijepog, cross-over dizajna, testirali smo efikasnost aktivne tvari u usporedbi s lažnom stimulacijom. Korištene su dvije verzije motoričkog zadatka: jedna s visokim i jedna s niskim WM opterećenjem, kako bi se istražila efikasnost stimulacije na zadacima koji se razlikuju po zahtjevima za WM. Dodatno, efekti stimulacije na performanse WM-a su adresirani korištenjem zadatka N-leđa. tACS frekvencija je personalizirana korištenjem EEG-a mjerenjem individualne theta vršne frekvencije tokom N-back zadatka.

Rezultati: Primena personalizovanog theta tACS-a na FPN poboljšala je performanse tokom zadatka učenja motorne sekvence sa visokim WM opterećenjem (p < .001), ali ne i sa malim WM opterećenjem. Aktivna stimulacija je značajno poboljšala i brzinu (p < .001) i tačnost (p ¼ .03) tokom zadatka sa visokim opterećenjem WM-a. Osim toga, paradigma stimulacije je poboljšala performanse na zadatku N-leđa za 2- back task(p ¼ .013), ali ne za 1-nazad i 3-nazad.

Zaključak: Učinak tokom zadatka učenja motoričke sekvence može se poboljšati korištenjem personaliziranog bifokalnog teta tACS-a na FPN kada je WM opterećenje visoko, što ukazuje da efikasnost ove paradigme stimulacije ovisi o kognitivnom zahtjevu tokom zadatka učenja. Ovi podaci pružaju dodatne uzročne dokaze za kritičnu uključenost WM procesa i FPN-a tokom izvršavanja zadatka učenja motoričke sekvence kod zdravih starijih. Ova otkrića otvaraju nove uzbudljive mogućnosti za suzbijanje opadanja motoričkih performansi, kapaciteta za učenje i WM-a uzrokovanog godinama.

1. Uvod

Sposobnost sticanja novih motoričkih vještina važna je u svakodnevnom životu. Motoričko učenje je proces ovisan o praksi u kojem se pokreti izvode brže i preciznije [1]. Ogromno istraživanje je doprinijelo boljem razumijevanju neuronskih supstrata i osnovnih mehanizama uključenih u stjecanje, konsolidaciju i zadržavanje novih motoričkih vještina. Neuronaučne studije su se pretežno fokusirale na motoričku mrežu i ključnu ulogu primarnog motoričkog korteksa (M1)[ 2e4].

Ovo je posebno slučaj za studije neinvazivne moždane stimulacije (NIBS) koje pokušavaju da poboljšaju motoričko učenje kombinovanjem prakse izazovnog motoričkog zadatka sa paradigmom stimulacije [5e8]. Međutim, studije su pokazale da se izazovni motorički zadaci, kao što je učenje motoričkih sekvenci (MSL), ne oslanjaju isključivo na motoričke procese, već i na onkognitivne procese, kao što je radna memorija (WM) [4,9,10]. Iznenađujuće, područja mozga vezana za WM nisu bila meta za NIBS paradigme namijenjene proučavanju MSL-a.

MSL je proces u kojem su povezani nezavisni pokreti, što na kraju rezultira nizom više elemenata koji se može izvesti brzo i precizno [4,11]. Studije su pokazale uključenost WM u MSL [12e14]. WM se odnosi na sposobnost da se privremeno pohranjuju i manipulišu informacijama u umu [15]. Inter-individualna varijabilnost u WM-u, npr., sastoji se od broja stavki koje se mogu držati i sa kojima se može raditi [4]. Ovo je važno za MSL, posebno tokom procesa grupisanja elemenata ove sekvence u "komadove".

Ovaj proces lomljenja rezultira bržim izvođenjem pokreta [16e18]. Mnoge studije su pokazale da zdravi stariji pokazuju pad sposobnosti učenja motoričkih sekvenci [12,14]. Štaviše, starenje smanjuje kognitivne funkcije uključujući WM [19]. Stoga je nedavno predložena interakcija između starosti, WM kapaciteta i MSL-a [14], iako su uzročni dokazi u prilog ovoj sugestiji i dalje ograničeni.

Obećavajuća neurotehnologija za pružanje uzročnih dokaza je upotreba NIBS-a, kao što je transkranijalna stimulacija naizmjeničnom strujom (tACS) [20e23]. Ova tehnika omogućava da se egzogeno interferira sa tekućom oscilatornom aktivnošću i cilja na specifične mreže, kao što je fronto-parietalna mreža (FPN), kako bi se poboljšale ili smanjile specifične kognitivne funkcije, kao što su WM procesi[24,25].

FPN, mreža koja se odnosi na WM, aktivira se tokom zadataka motorne sekvence [18,26e29]. Kognitivni procesi se oslanjaju na koordinisane interakcije unutar i između moždanih mreža, koje se u mozgu implementiraju oscilatornom aktivnošću [30,31]. Na primjer, efikasnost se povećava oscilatornom sinhronizacijom neuronskog pokretanja, čime se stvaraju ansambli neurona koji provode specifične računske funkcije [31,32]. Glavni radni mehanizam tACS-a je da uvuče ili sinhronizuje neuronske mreže[20,33].

Frekvencija stimulacije se prilagođava tako da odgovara endogenoj oscilatornoj frekvenciji i njenom stanju mozga. Preciznije, tACS dozvoljava egzogenu interakciju sa tekućim oscilacijama, što može rezultirati poboljšanom koherentnošću unutar mreža sa odgovarajućim bihevioralnim uticajem [23,33,34]. Neuronske oscilacije u theta opsegu (4e8 Hz) su uključene u WM zadatke, sa povećanjem theta snage tokom povećanog WM opterećenja[35e37]. Polania et al. i Violante et al. su pokazali uzročnu vezu između sinhronizacije theta oscilacija sa relativnom faznom razlikom 0⁰ u FPN-u i poboljšanja performansi WM-a [24,25]. Međutim, nedostaje znanje o efektima sinhronizacije theta oscilacija u FPN-u i MSL-u izazvane tACS-om.

U ovoj studiji, imali smo za cilj da utvrdimo uzročnu vezu između WM i MSL kod zdravih starijih odraslih osoba. Da bi se to postiglo, personalizirani theta tACS primijenjen je na desni dorsolateralni prefrontalni korteks (DLPFC) i stražnji parijetalni korteks (PPC) s ciljem poboljšanja MSL-a korištenjem treninga sekvencijalnog tapkanja prstom (SFTT) [3]. Da bi se procijenila važnost WM-a tokom MSL-a i kako na to utječe FPN stimulacija, korištene su dvije verzije SFTT-a. Verzije su se razlikovale u smislu malog i visokog WM opterećenja.

WM opterećenje je zadržano na niskom nivou eksplicitnim prikazivanjem sekvence na ekranu tokom zadatka [38]. U verziji sa visokim opterećenjem WM-a, ova sekvenca je morala biti zapamćena prije zadatka i nije bila prikazana tijekom zadatka. Ovo onlajn održavanje sekvence tokom izvođenja pokreta se relevantno oslanja na WM procese [39].

Osim toga, provjeravamo da li sadašnja paradigma stimulacije poboljšava WM korištenjem zadatka N-back [24]. Ovom studijom predstavljamo FPN kao dodatnu ciljnu lokaciju za stimulaciju za motoričke performanse i poboljšanje učenja i obasjavamo važnost uzimanja u obzir kognitivnih procesa tokom MSL paradigmi.

2. Metode

2.1. Učesnici

U ovoj studiji smo regrutovali N=21 zdravih, starijih, dešnjaka (N=11 žena, srednja starost ± sd: 69,6 ± 4,4, srednji koeficijent lateralnosti Edinburški inventar rukosti 85,03 ± 17,3)[40]. Podaci od N=20 učesnika su uzeti u obzir zbog odustajanja jednog učesnika zbog nepovezane promene u fizičkom zdravlju. Kriterijumi za uključivanje su bili: 60 godina [41e43], dešnjak i odsustvo kontraindikacija za transkranijalnu električnu stimulaciju (tES).

Kriterijumi za isključenje bili su: neuropsihijatrijske bolesti, anamneza napadaja, lijekovi koji mogu biti u interakciji sa tES-om, mišićno-koštana disfunkcija koja ometa pokrete prstiju, profesionalni muzičar i uzimanje opojnih droga. Svi učesnici su potpisali informirani pristanak. Studija je provedena u skladu s deklaracijom iz Helsinkija [44]. Etičko odobrenje je dobijeno od kantonalnog etičkog komiteta u Vaudu, Švicarska (broj projekta: 2017-00765).

2.2. Eksperimentalni dizajn

Dizajn ove studije bio je dvostruko slijep, lažno kontroliran i unakrsno. Sastojao se od dvije sesije prije cross-overa i dvije sesije nakon cross-overa. Tokom sesije prvog dana, učesnici su informisani, pregledani i zamoljeni da popune tri različita upitnika (tES sigurnosni upitnik, Edinburgh HandednessInventory (EHI), Centar za epidemiološke studije DepressionScale (CES-D)) [40,45]. Nakon toga, učesnici su izvršili Nback test sa EEG akvizicijom za analizu vršne frekvencije.

Nakon EEG mjerenja, učesnici su radili motorni trening i kognitivni trening uz istovremeni tACS. Sljedećeg dana učesnici su izvodili samo motorički trening sa tACS-om. Uvjet stimulacije je ostao isti oba dana zaredom i promijenjen je nakon cross-overa. Redoslijed stimulacije definiran je na pseudo-randomizirani način od strane eksperimentatora koji nije uključen u prikupljanje podataka.

Sljepoću za stimulativno stanje i učesnika i eksperimentatora osigurao je dodatni eksperimentator koji je postavljao parametre i uključivao stimulatore tokom eksperimenta. Između prije i poslije unakrsnih sesija postojao je minimalni period od dvije sedmice, na osnovu našeg prethodnog rada [46]. Isti zadaci, sa različitim sekvencama, ponavljani su nakon ukrštanja, isključujući upitnike. Molimo pogledajte sliku 1 A za vremensku liniju dizajna studije.

For more information:1950477648nn@gmail.com