Transkranijalna stimulacija naizmjeničnom strujom na Theta frekvenciji lijevo parijetalni korteks oštećuje asocijativno, ali ne i perceptivno, memorijsko kodiranje

Za više informacija:ali.ma@wecistanche.com

SAŽETAK

Smatra se da su neuronske oscilacije u theta opsegu (4-8 Hz) u osnovi asocijativnihmemorijska funkcijau hipokampalno-kortikalnoj mreži. Iako postoji mnogo dokaza koji podržavaju ulogu teta oscilacija u životinjama iljudsko pamćenje, većina dokaza je korelacijski. Neinvazivna moždana stimulacija (NIBS) može se koristiti za moduliranje kortikalne oscilatorne aktivnosti kako bi se utjecalo na moždanu aktivnost i eventualno moduliralo dublje regije mozga, kao što je hipokampus, putem jakih i pouzdanih funkcionalnih veza kortiko-hipokampusa. Primijenili smo fokalnu transkranijalnu stimulaciju izmjeničnom strujom (tACS) na 6 Hz preko lijevog parijetalnog korteksa da moduliramo moždanu aktivnost u navodnoj kortiko-hipokampalnoj mreži kako bismo utjecali na asocijativno memorijsko kodiranje. Nakon kodiranja i stimulacije mozga, učesnici su završiliasocijativno pamćenjei zadatak perceptivnog prepoznavanja. Rezultati su pokazali da se theta tACS značajno smanjioasocijativno pamćenjeperformanse, ali nije utjecao na performanse perceptivne memorije. Ovi rezultati pokazuju da parijetalni theta tACS modulira asocijativnu obradu odvojeno od perceptivne obrade, i dodatno potkrepljuju hipotezu da su theta oscilacije implicirane u kortiko-hipokampalnoj mreži i asocijativnom kodiranju.

Kliknite na Cistanche herba za poboljšanje pamćenja

1. Uvod

Asocijativna memorijase obično definiše kao amemorijski sistemkoji konstruiše odnose između prvobitno nepovezanih stavki (Suzuki, 2008; Tulving, 1984). Sposobnost formiranja asocijacija je ključnafunkcija epizodne memorije(Kahana, Howard, & Polyn, 2008.) i omogućava nam da zapamtimo detalje specifičnih događaja i prisjetimo se apstraktnih informacija, potrebnih za svakodnevne zadatke i interakcije (Herweg, Solomon i Kahana, 2020). Proučavanje neuronskih mehanizama koji leže u osnovi asocijativnog pamćenja tradicionalno se fokusiralo na hipokampus i njegovu središnju ulogu u široko rasprostranjenim moždanim mrežama. S obzirom na brzu i fleksibilnu prirodu asocijativnog pamćenja, potreban je dinamički mehanizam za neuronsku komunikaciju. U tom smislu, neuronski oscilatorni ritmovi su od posebnog interesa jer se smatra da doprinose komunikaciji između neuronskih populacija koje su istovremeno uključene u kognitivne procese (Buzs´ Aki & Draguhn, 2004; Wang, 2010). Konkretno, oscilatorna aktivnost u theta opsegu (4-8 Hz) je opsežno istraživana u životinjskoj i ljudskoj kogniciji (Buzs´ aki, 2002; Jacobs, 2014; Meador et al., 1991; Lisman & Jensen, 2013; Maurer et al. al., 2015; Sauseng, Griesmayr, Freunberger, & Klimesch, 2010), jer se pretpostavlja da igra integralnu ulogu u funkciji hipokampusa tokom prostorne navigacije i asocijativne obrade memorije (Buzs´ aki, 2002; Skin, Kilianski, & McNaughton , 2019; Wallenstein, Hasselmo i Eichenbaum, 1998). Čini se da se uspjeh memorijskog kodiranja oslanja na povećanje theta snage u hipokampalnim regijama (Burke et al., 2013; Khader, Jost, Ranganath i R¨ Osler, 2010), iako je smanjena theta snaga za kasnije uspješno zapamćene predmete također (Crespo-García et al., 2016; Fellner et al., 2016; Lega, Jacobs, & Kahana, 2012).

Alyssa Meng a, Max Kaiser a, Tom A. de Graaf a,b, Felix Dücker a,b, Alexander T. Sack a,b, Peter De Weerd a,b, Vincent van de Ven a,b,*

a Odsjek za kognitivnu neuronauku, Fakultet psihologije i neuronauke, Univerzitet u Maastrichtu, poštanski fah 616, 6200 MD Maastricht, Nizozemska b Maastricht Brain Imaging Center (MBIC), Univerzitet Maastricht, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Nizozemska

Proučavanje oscilatornih mehanizama hipokampusa u asocijativnoj memoriji, posebno kod ljudi, može biti izazovno, jer njegova lokacija duboko u mozgu onemogućava direktno neinvazivno mjerenje neuralne aktivnosti. Štaviše, merenje oscilacija ne dozvoljava uvek procenu kauzalnih doprinosa, što idealno uključuje direktnu eksperimentalnu manipulaciju neuronskim mehanizmima od interesa. Takva manipulacija se može postići neinvazivnom moždanom stimulacijom (NIBS), korištenjem prednosti lokalne (tj. kortikalne) i mrežne funkcionalne povezanosti za istraživanje kortikalnih i subkortikalnih memorijskih efekata. Nedavne studije transkranijalne magnetne stimulacije (TMS) pokazale su da kortikalna stimulacija može promijeniti aktivnost i povezanost unutar hipokampalno-kortikalne mreže, što bi zauzvrat moglo dovesti do poboljšanih performansi pamćenja (Hermiller, VanHaerents, Raij, & Voss, 2019; Tambini, Nee , & D'Esposito, 2018; Wang et al., 2014). Ovdje se eksperimentalno izazvane promjene kortikalne aktivnosti mogu proširiti na udaljenija područja kroz zadanu funkcionalnu povezanost (Kim, Ekstrom i Tandon, 2016). Konkretno, lateralne parijetalne kore su snažno i pouzdano funkcionalno povezane sa hipokampusom (Buckner, Andrews-Hanna i Schacter, 2008; van de Ven, Wingen, Kuypers, Ramaekers, & Formisano, 2013; Vincent et al., 2006). Lakoća stimulacije parijetalnog korteksa, u kombinaciji s ograničenom nelagodom od transkranijalne stimulacije nad ovim područjima, čini ovo područje važnom metom za mrežnu neuromodulaciju asocijativnog pamćenja.

Drugačija NIBS tehnika, transkranijalna stimulacija izmjeničnom strujom (tACS), omogućava modulaciju neuronskih mreža kroz unaprijed određenu egzogenu frekvenciju (Abellaneda-P´erez et al., 2020.; Cabral Calderin et al., 2016.; Helfrich et al., 2014. ; Reed & Kadosh, 2018; Vos sen, Gross, & That, 2015; Vosskuhl, Huster i Herrmann, 2016; Herrmann et al., 2013). Istodobne studije tACS-fMRI pokazale su da tACS modulira neuralnu aktivnost i međuregionalnu povezanost za kortikalne i subkortikalne oblasti distalno od lokacije stimulacije vlasišta (B¨ Eichinger et al., 2017; Cabral-Calderin et al., 2016; Vosskuhl et al., 2016; Abellaneda-Perez et al., 2020). Nalazi nedavne studije sugeriraju da se tACS može koristiti za modulaciju aktivnosti u hipokampalno-kortikalnoj mreži. Abellaneda-P´erez i dr. (2020.) davali su theta-tACS preko dorsolateralnog prefrontalnog korteksa dok su učesnici bili podvrgnuti fMRI skeniranju tokom stanja mirovanja ili dok su obavljali zadatak radne memorije N-straga. U poređenju sa stimulacijom jednosmernom strujom (tDCS), tACS je rezultirao povećanom aktivnošću višestrukih podrazumevanih mrežnih područja, uključujući hipokampus i inferiorni parijetalni korteks, tokom stanja mirovanja, kao i zadatka N-leđa. Ovi nalazi dalje pokazuju da se neinvazivna moždana stimulacija kortikalnih područja može koristiti za moduliranje aktivnosti hipokampusa putem mrežne povezanosti.

Do danas, tACS se koristio za specifično proučavanje oscilatornih mehanizama u asocijativnoj memoriji u samo ograničenom broju studija. U jednoj studiji (Lang, Gan, Alrazi, & Monchi, 2019.), učesnici su kodirali asocijacije između proizvoljnih parova lice-scena dok su bili podvrgnuti theta-tACS visoke definicije (ili anodnom tDCS ili lažnom stimulacijom) preko fuziformnog područja, nakon čega su završio asocijativni test pamćenja. Rezultati su pokazali da theta tACS tokom kodiranja poboljšava performanse asocijativne memorije, u poređenju sa tDCS ili lažnim. Međutim, tACS je također poboljšao ispravno odbacivanje varalica, što sugerira opštiji učinak kognitivnog poboljšanja. Prethodne studije su prijavile theta oscilatornu aktivnost u prefrontalnom i senzornom korteksu ljudi i životinja tokom procedura radne memorije (Lee et al., 2005; Raghavachari et al., 2006; Sauseng, Griesmayr, Freunberger i Klimesch, 2010), kao i tokom perceptivnog obrade (Helfrich, Fiebelkorn, Szczepanski, Lin, Parvizi, Knight i Kastner, 2018; Landau, Schreyer, Van Pelt, & Fries, 2015; Somer, Allen, Brooks, Buttrill, & Javadi, 2020), koji podržavaju doprinos razne kognitivne procese do performansi asocijativnog pamćenja. Zaista, nekoliko studija je prijavilo poboljšane performanse radne memorije nakon što je theta tACS primijenjen preko parijetalnog (Jauˇsovec & Jauˇsovec, 2014) ili prefrontalnog korteksa (Alekseichuk, Turi, de Lara, Antal i Paulus, 2016; Abellaneda-Perez i dr., 2020, 20). ; Reinhart i Nguyen, 2019.), dok je frontoparijetalna međuregionalna desinhronizacija izazvana tACS-om na 6 Hz rezultirala smanjenim performansama radne memorije (Alekseichuk, Pabel, Antal i Paulus, 2017.). Međutim, druga studija u kojoj je theta tACS primijenjen preko lijevog prefrontalnog korteksa tokom asocijativnog memorijskog kodiranja nije promijenila performanse pamćenja kod mladih zdravih sudionika (Klink, Peter, Wyss i Kl¨ Oppel, 2020.).

Ukratko, nalazi neinvazivne theta stimulacije na asocijativno pamćenje ostaju neuvjerljivi. Potrebno je razmotriti nekoliko faktora da bismo dalje razumjeli. Prvo, efekat theta stimulacije na asocijativnu memoriju može biti ojačan kada se primeni na kortikalne oblasti koje su snažno povezane sa hipokampalno-kortikalnim mrežama. Na osnovu nedavnih TMS studija, parijetalni korteks može biti dobar kandidat za primenu tACS-a. Međutim, još uvijek nije prijavljena direktna primjena theta tACS preko parijetalnog korteksa radi selektivnog mijenjanja asocijativne obrade memorije. Drugo, specifičnost theta stimulacije asocijativnog pamćenja zahtijeva da neasocijativne kognitivne funkcije nisu modulirane. Ovo je posebno relevantno s obzirom na to da parijetalni korteks igra ulogu u asocijativnom pamćenju, kao i u perceptivnoj obradi (Cabeza et al., 2011; Culham & Kanwisher, 2001; Gottlieb, 2007). Parietalni theta tACS bi stoga mogao indirektno modulirati asocijativnu obradu modulacijom senzornog ili pažnjivog kodiranja, što bi zauzvrat moglo modulirati asocijativnu i neasocijativnu memoriju, kao što je perceptivno prepoznavanje. Podržavanje funkcionalne specifičnosti theta oscilatorne aktivnosti u asocijativnoj memoriji zahtijevalo bi theta tACS efekat na asocijativnu memoriju u odsustvu efekta na perceptivno pamćenje.

U trenutnoj studiji, dali smo fokalni tACS na 6 Hz preko lijevog parijetalnog korteksa u okviru subjekta koji je lažno kontroliran dizajn, dok su sudionici kodirali zadatak uparivanja lica i scene. Nakon faze kodiranja i tACS-a, učesnici su završili dva testa pamćenja koji su mjerili znanje o parovima stavki (tj. asocijativno pamćenje) i identitetu predmeta (tj. perceptivno pamćenje). Pretpostavili smo da bi parijetalni theta tACS, u poređenju sa lažnom stimulacijom, uticao na asocijativnu, ali ne i perceptivnu memoriju.

2. Metode

2.1. Učesnici

Regrutovali smo dvadeset zdravih volontera (srednja starost [SD] =21.68 godina [2,84], 12 žena) iz akademskog okruženja Univerziteta u Maastrichtu putem onlajn sistema za zapošljavanje. Svi sudionici su prethodno testirani korištenjem neinvazivnog obrasca za skrining za stimulaciju mozga u pogledu podobnosti, zdravstvenih rizika i štetnih efekata. Potencijalni učesnici koji su prijavili bilo kakve NIBS kontraindikacije tokom svoje faze skrininga bili su isključeni. Svi učesnici su dali pismeni informirani pristanak prije učešća. Studiju je odobrila etička komisija za psihologiju i neuronauku (ERCPN) Fakulteta za psihologiju i neuronauku (FPN) Univerziteta u Maastrichtu. Sigurnost i udobnost sudionika praćeni su tijekom stimulacije mozga kako bi se uhvatili svi neželjeni efekti uslijed stimulacije. Učesnici su nadoknađeni poklon vaučerom ili kreditom za kurs.

2.2. Procedura zadatka

Učesnici su završili zadatak vizuelne asocijativne memorije, "Zadatak lica i scene" (FAST; Lang et al,2019), koji je programiran u PsychoPy ((Peirce et al.2019)). Zadatak se sastojao od kodiranja i faze testiranja. Tokom faze kodiranja zadatka, učesnicima su predstavljeni parovi slika koji su se sastojali od neutralnog lica i prirodne scene. Neutralna lica svih etničkih grupa i uzrasta prikupljena su iz Čikaške baze podataka lica (CFD verzija 2.0.3; Ma, Correll, & Wittenbrink, 2015). Lica nisu imala lako prepoznatljive crte kao što su pirsing ili tetovaže. Sve slike scene su preuzete iz online baze podataka slika.

U svakom ispitivanju, učesnici su vidjeli par slika koje se sastoje od neutralnog lica predstavljenog na lijevoj strani ekrana i scene predstavljene na desnoj strani ekrana. Morali su naznačiti kako će osoba na predstavljenoj slici procijeniti odgovarajući gen. Učesnicima je naloženo da daju svoj sud putem skale ocjenjivanja koja je bila vizualizirana kao skaliran klizač (opseg -3 do 3) ispod para slike do osigurati da su učesnici aktivno kodirali (slika 1). Par slika je bio prikazan sve dok se nije pritisnulo dugme, što je omogućavalo samostalno kodiranje, ali sa gornjom granicom od 8 s.

Svaki par lice-scena praćen je intervalom između stimulusa od 100 ms tokom kojeg je predstavljen fiksacijski križ. Faza kodiranja sastojala se od ukupno 45 parova lice-scena, koji su bili razdvojeni u 5 blokova od 9 parova slika. Svaki blok je odvojen intervalom od 5 s.

Fig.1. Faza kodiranja i preuzimanja. Tokom faze kodiranja (A), učesnici su vidjeli parove scena lica i naznačili koliko pozitivno ili negativno misle da je osoba procijenila scenu. Tokom faze testa pamćenja (B), učesnici su vidjeli parove lica i scene i morali su naznačiti da li su predmeti prethodno viđeni kao par (~1: viđeni zajedno), viđeni kao predmeti različitih parova (~2: viđeni, ali ne zajedno "), ili ranije nisu viđeni na bilo koji način ("3: nikad viđeno"). Učesnicima je dato 8 s da kodiraju i ocijene svaki par scena lica. Svaki par lice-scena je praćen interstimulusom od 100 ms. U fazi preuzimanja , učesnicima je dato neograničeno vrijeme da odgovore. Svaki par preuzimanja scene lica praćen je interstimulusom od 100 ms

Svaki učesnik je izveo dvije verzije ovog zadatka, koje su bile identične po dizajnu, ali su koristile nepreklapajuće skupove slika lica i scene. Svaki zadatak kodiranja je predstavljen tokom 6 Hz ili lažne tACS stimulacije. Kako bi se učesnici upoznali sa zadatkom, skraćena verzija od 15 novih parova data je kao obuka prije eksperimentalnih uvjeta, a standardizirana uputstva su predstavljena na početku svake verzije.

Nakon zadatka kodiranja, učesnici su završili video igricu kao zadatak odvlačenja pažnje u trajanju od 5 minuta kako bi umanjili efekat nedavnosti kratkoročnog pamćenja i minimizirali moguće naknadne efekte stimulacije. Vjeruje se da je zadatak dovoljno angažiran da spriječi naporne probe.

Nakon zadatka odvlačenja pažnje, učesnici su završili fazu testiranja pamćenja, koja se sastojala od asocijativnog i perceptivnog zadatka prepoznavanja. U zadatku asocijativnog prepoznavanja, učesnici su vidjeli 45 prezentacija ili 1) originalnih parova lica i scene viđenih tokom kodiranja, 2) parova lica i scena koji su prethodno viđeni, ali uzeti iz različitih parova kodiranja, ili 3) parova novih slika koje nisu ranije viđene tokom kodiranja. Od učesnika je zatraženo da naznače da li su "vidjeli zajedno", "videli, ali ne zajedno" ili "nikad vidjeli" pomoću tipki '1', '2' i '3'. Učesnici su zamoljeni da odgovore na tastaturi svojom dominantnom rukom. Nije bilo vremenskog ograničenja.

Blokovi asocijativnog pronalaženja pomiješani su sa zadatkom perceptivnog prepoznavanja, u kojem je niz novih ili prethodno viđenih slika predstavljen u trajanju od 200 ms, nakon čega su učesnici upitani da li prepoznaju slike (odgovori da/ne; slika 2). Po bloku, učesnici su odgovorili na 9 parova slika za asocijativno pronalaženje, a zatim su odgovorili na 9 slika za perceptivno prepoznavanje. Blokovi su se izmjenjivali u ABAB formatu.

Redoslijed uslova tACS-a bio je uravnotežen među učesnicima. Učesnici su položili glave u fiksni oslonac za bradu prije početka testiranja. Eksperiment je trajao otprilike 90 minuta po učesniku, što je uključivalo i vrijeme potrebno za pričvršćivanje elektroda. Svaki učesnik je bio podvrgnut lažnim i teta uslovima stimulacije istog dana, sa otprilike 30 minuta između dva perioda stimulacije.

2.3. tACS parametri

tACS je primijenjen pomoću neuroConn DC-STIMULATOR TES uređaja, koristeći koncentričnu elektrodu za fokalnu stimulaciju, koja je uključivala unutrašnju kružnu elektrodu (3 cm promjera) postavljenu unutar vanjske elektrode (prečnik 11 cm; Slika 3A). Ova postavka se ranije koristila za fokalnu stimulaciju tokom kognitivnih zadataka (Bortoletto, Rodella, Salva-dor, Miranda, & Miniussi,2016; Gbadeyan, Steinhauser, McMahon, &Meinzer,2016; Schuhmann et al,2019) . Središte koncentrične postavke postavljeno je preko lokacije skalpa P3, što je identificirano sistemom pozicioniranja elektroda 10-20 EEG, jer se pokazalo da ovo mjesto ima široke veze s hipokampalnom mrežom (Freedberg et al., 2019; Hermiller et al. ., 2019; Wang et al., 2014). Koristili smo SimNIBS softver da simuliramo širenje električnog polja za koncentričnu postavku kada se administrira preko P3. Rezultati simulacije pokazali su električno polje sa žarišnom tačkom maksimalne jačine polja (0,296 V/m na 99,9 percentilu) ispod centralne elektrode, koje se smanjilo prema elektrodi vanjskog prstena (slika 3B). Za vizuelno poređenje, slika 3C prikazuje T-mapu hipokampalno-kortikalne povezanosti iz studije funkcionalne magnetne rezonancije u stanju mirovanja (rs-fMRI) sa četrdeset tri učesnika (Tambini et al., 2018; dobijeno od ), u što se lijevo parijetalno područje visoke hipokampalne povezanosti preklapa s našom lokacijom stimulacije.

Za svakog učesnika koristili smo EEG kapu (www.easycap.de; bez priključenih elektroda) da označimo položaj P3, centralnim i bočnim rastojanjima između anatomskih markera koji su definisani 10-20 EEG sistemom pozicioniranja elektroda na svakom glava učesnika. Kapu smo centrirali na glavu prema standardnim procedurama i označili je na tjemenu kozmetičkom olovkom za kožu. Svaki učesnik je pregledan zbog ogrebotina, upale ili malih rana na tjemenu prije postavljanja elektrode. Sudionici s bilo kakvim kožnim abnormalnostima na ili blizu lokacije stimulacije isključeni su iz eksperimenta prije postavljanja elektrode. Provodljiva adhezivna pasta je korištena za optimizaciju provodljivosti između elektroda i vlasišta na ispod 10 kΩ za svakog učesnika. Provjerili smo da se pasta za svaku od dvije elektrode nije spojila. Zbog ljepljive paste, nisu bile potrebne trake za glavu ili trake za držanje elektroda na mjestu tijekom eksperimenta.

U teta stanju. frekvencija stimulacije je postavljena na 6 Hz za 5400 ciklusa (15 min × 60 s × 6 Hz) pri intenzitetu od 2 mA (peak-to-peak). Učesnici su upoznati sa osjećajem tACS-a u kratkoj sesiji stimulacije kako bi se utvrdilo da li je stimulacija podnošljiva. Jedan učesnik je ukazao na nelagodu, a intenzitet stimulacije je smanjen za ovog učesnika na 1,8 mA. Tokom eksperimenta, stimulacija je primijenjena 15 minuta, počevši 5 minuta prije zadatka kodiranja. Učesnici su dobili zadatak popunjavanja (zadatak vizualne diskriminacije) tokom prvih 5 minuta stimulacije kako bi okupirali učesnike i osigurali da su u sličnom mentalnom stanju prije nego što su započeli zadatak asocijativnog kodiranja. Trajanje povećanja i smanjenja je postavljeno na 30 s u theta stanju. U lažnom stanju, stimulacija je trajala 300 ciklusa (50 s) prije nego što se smanjila kako bi se stvorilo prvobitno nerazlučivo stanje za maskiranje stanja.

Zbog razlike u kontinuiranim somatosenzornim senzacijama između dva tACS stanja. učesnici su teoretski mogli razlikovati teta stimulaciju od lažne stimulacije. Da bi potvrdili da li je to bio slučaj, od učesnika je zatraženo da verbalno identifikuju razlike u uslovima stimulacije posthoc na kraju eksperimenta. Nijedan od učesnika nas nije obavijestio da su u stanju pouzdano razlikovati theta stimulaciju od lažne.

3. Analiza podataka

Statistical analysis was performed in JASP(JASPTeam,2018). Of the twenty participants, data of one participant was excluded for having incomplete data files as a result of an error in the experiment program code. Data of another participant were excluded after reporting suffering from fatigue before and during the experiment Of the remaining data-sets, trials with a clear delayed response (>2×SD) su isključeni iz analize, što je predstavljalo gubitak od 4,03 posto u prosjeku svih ispitivanja.

Analizirali smo performanse memorije tako što smo izračunali osjetljivost memorije (d, Stanislaw & Todorov,1999; Macmillan & Creelman,2005) koristeći stope pogodaka i stope lažnih alarma. Za test asocijativnog pamćenja, stopa pogodaka je izračunata kao udio parova fac-scena prikazanih tokom zadatka kodiranja, koji su ispravno identificirani kao "vidjeti kao par". Stopa lažnih alarma identificirana je kao udio parova scena lica za koje je pogrešno ocijenjeno da su viđeni kao par tokom zadatka kodiranja. Za test perceptivne memorije, stopa pogodaka je izračunata kao udio prethodno prikazanih pojedinačnih stavki koje su ispravno ocijenjene kao što su ranije viđene, a stope lažnih alarma kao udio novih stavki koje su pogrešno ocijenjene kao što su ranije viđene. Statistička poređenja između tACS stanja obavljena su korištenjem t-testova uparenih uzoraka, a ANOVA ponovljene mjere su korištene da bi se testiralo da li su efekti unutar subjekta u korelaciji sa kovarijantama Starost, Pol i Red tACS stanja. Osim toga, izvršili smo uparene uzorke t-testova i ponovljene mjere ANOVA analize vremena odgovora kodiranja (vrijeme od početka para stimulansa do pritiska na dugme) kako bismo utvrdili da li je priroda kodiranja sa sopstvenim tempom stvorila značajnu razliku u performansama između uslova i učesnika. Efekti su smatrani značajnim pri p-vrijednosti od 0,05.

Kako su naše hipoteze uključivale nulte efekte (de Graaf & Sack, 2011), izračunali smo Bayesov faktor kako bismo kvantifikovali snagu dokaza u korist odsustva efekta zbog tACS-a, odnosno BF1o<1(wagenmakers,2007). bayes="" factor="" calculation="" was="" performed="" using="">

4. Rezultati

4.1. Vrijeme odgovora tokom kodiranja

Tokom zadatka kodiranja, učesnici su odgovorili u prosjeku 2753,1 ms (SE= 213, 8 ms) nakon početka parova slika tokom theta-tACS. Tokom lažnog-tACS-a, vrijeme odgovora kodiranja je bilo 2971,5 (227,4) ms. Vremena odgovora kodiranja se nisu značajno razlikovala između dva tACS uslova (t(17)=-1.54,p= 0.14). Također smo testirali da li se varijacija vremena odgovora u pokusima kodiranja svakog učesnika razlikuje između tACS uslovi (srednji [SE] theta-tACS=978.8 [68.5], lažni-tAGS=1060.4[96.2]), i nije pronađena značajna razlika (t(17){{26} }.33, p=0.20).

4.2 Theta-bazirani tACS efekti na asocijativne memorijske odgovore

Performanse asocijativnog d'memory tokom theta-tACS (srednja vrijednost [SE]=1.32 [0.13]) je bila značajno niža od asocijativnog d'za vrijeme lažnih-tACs(1.61 [0 .16]; t(17)=-2.517,p= 0.022,Cohenov d=-0.59;vidi 互g. 4A）. ANOVA ponovljenih mjerenja sa tACS （ Theta, Sham） kao faktor unutar subjekta je pokazao da ovaj efekat nije bio u interakciji sa faktorima između ispitanika Starost (p=0.23) ili Pol (p=0}.36). prekomjerni efekti theta stimulacije na kodiranje tokom sljedeće lažne sesije stimulacije korištenjem tACS reda (theta praćenog lažnim vs.sham praćenim theta) kao faktorima između subjekata, koji nisu imali značajnu interakciju sa tACS efektom unutar subjekta asocijativno pamćenje (p= 0.64).

Da bismo dalje istražili efekat tACS-a na d', izvršili smo post-hoc poređenja za stopu pogodaka i stopu lažnih alarma između dva tACS stanja. Stopa pogodaka je bila značajno veća u lažnom stanju (67.0 posto [0.05]) u poređenju sa theta uvjetom (53,7 posto [0.{101} {23}}5]) za asocijativnu memoriju (t(17)=-3.286,p=0.004, Cohenov d =-0.78). Stope lažnih alarma za performanse asocijativne memorije nisu otkrile značajnu razliku između lažnog (16,2 posto [0,02]) ili theta stanja (12,1 posto [0,02]:t(17)=-1.428,p{{28} }.171). Ovi nalazi su potvrdili da theta-tACS narušava performanse asocijativnog pamćenja.

4.3. Theta baziran tACS efekat na perceptivno prepoznavanje predmeta

Zatim smo analizirali rezultate za test perceptivnog prepoznavanja, koji je izveden na istom vizuelnom materijalu kao i za test asocijativnog pamćenja. Nismo pronašli značajnu razliku u perceptivnom prepoznavanju predmeta između theta (1.56 [0.16]) i lažnih uslova (1.48 [0.10];t(17)=0.462 ,p=0.65;vidi Sliku 4B). Kako smo pretpostavili da nema ACS efekta na perceptivno prepoznavanje, izračunali smo Bayesov faktor (BF) za ovo poređenje. Otkrili smo da je BF1o{15}}.44, pružajući anegdotske dokaze u prilog bez efekta.

4.4. Poređenje performansi asocijativnog i perceptivnog pamćenja

Da bismo analizirali da li tACS utječe na asocijativnu i perceptivnu memoriju prepoznavanja različito, izvršili smo četiri daljnje analize. Prvo smo povezali asocijativnu memoriju i performanse perceptivnog prepoznavanja za lažno stanje kako bismo utvrdili da li je osnovni učinak u dva zadatka povezan. Ova korelacija nije bila značajna (r=0.28,p=0.26) . Izračunavanje Bayesovog faktora pokazalo je da dokazi govore u prilog izvođenju dva zadatka koja nisu povezana (BFy =0.52). Ovaj rezultat odgovara našoj hipotezi da se zadaci asocijativnog i perceptivnog pamćenja oslanjaju na različite osnovne neuralne mehanizme. Drugo, uporedili smo d' lažnog stanja dva memorijska zadatka, koristeći t-test uparenih uzoraka. i utvrdili da se ne razlikuju značajno (t(17)= 0.78,p=0.78 BFyo=0.25).što ukazuje da su zadaci bili podjednako teški. Treće, korelirali smo razliku u performansama zbog tACS (tj. d(Theta-d(Sham) između asocijativnog i perceptivnog pamćenja prepoznavanja i nismo našli značajnu korelaciju (r= 0.12,p= 0.63) ;BF10=0.33).Četvrto, testirali smo da li je tACS-indukovano oštećenje performansi asocijativne memorije veće od (nultog) efekta tAGS-a na performanse memorije prepoznavanja. Da bismo modelirali ovu interakciju između tACS-a i zadatka, izračunali smo model ponovljenih mjerenja sa tACS i Zadatkom kao faktorima unutar subjekta (i Starošću, Spolom i Redom kao faktorima između ispitanika) i pronađen je značajan efekat interakcije tACS× Zadatka (F(1,13)=7.68,p=0.015,= 0.37). Sve u svemu, ovi rezultati pokazuju da je tACS uticao na asocijativnu memoriju drugačije od performansi memorije prepoznavanja.

4.5. Poređenje vremena odgovora kodiranja kao objašnjenje tACS efekata

Moguće je da su individualne razlike u vremenu odgovora kodiranja utjecale na tACS efekat na memoriju, uprkos nedostatku značajnog tACS efekta na vrijeme odgovora kodiranja. Na primjer, učesnici s bržim vremenom kodiranja mogli su slabije obraditi stimuluse, što ih je moglo učiniti ranjivijim na efekte tACS-a. Da bismo istražili ovaj problem, ponovo smo izračunali ANOVA-e ponovljenih mjerenja za asocijativnu memoriju i memoriju za prepoznavanje i asocijativnu x interakciju prepoznavanja. ali sada koristeći vrijeme odgovora kodiranja u prosjeku između dva tACS uslova kao kovarijantu, nismo pronašli značajan učinak odgovora kodiranja vrijeme za asocijativnu memoriju (p=0.31), memoriju za prepoznavanje (p=0.25) ili interakciju asocijativnog × prepoznavanja (p=0.97). Da bismo potkrijepili ove nulte efekte, izračunali smo Bayesov faktor za interakciju vremena odgovora kodiranja s učinkom ponovljene mjere tACS-a na asocijativnu memoriju, memoriju prepoznavanja i interakciju asocijativnog × prepoznavanja i otkrili da su oni bili na ili ispod/u svim slučajevima (za svaki odgovarajući model, BF1{{10}} je bio 0.35,0.37 i 0.13). Ovi nalazi stoga pobijaju sugestiju da su vremena kodiranja uticala na efekat tACS-a na performanse memorije.

5. Diskusija

Naši rezultati pokazuju da theta tACS preko parijetalnog korteksa tokom memorijskog kodiranja narušava performanse asocijativnog pamćenja, ali ne i pamćenje perceptivnog prepoznavanja istih materijala zadatka. Ovi nalazi su u skladu sa ponovljenim opažanjima da theta oscilatorna aktivnost posebno doprinosi asocijativnom kodiranju memorije (a]sein et al., 1998; Buzsaki, 2002; Lega et al, 2012; Burke et al, 2013; Herweg et al, 2020; Sauseng et al, 2010). Otkriće da performanse asocijativnog pamćenja nisu u korelaciji sa performansama perceptivnog pamćenja dalje potvrđuju ideju da su neuronski korelati dva memorijska procesa razdvojivi. Ovo je od daljeg značaja s obzirom na to da je utvrđeno da mjesto parijetalne stimulacije (P3) igra ulogu i u asocijativnom pamćenju i u perceptivnoj obradi (Cabeza et al,201l; Culham & Kanwisher,2001; Gotlieb, 2007). To jest, neuronski korelati ova dva zadatka pokazuju prostorno preklapanje u parijetalnom korteksu. Ipak, disocijabilni učinak theta tACS-a na dva memorijska zadatka sugerira da theta oscilatorna aktivnost može funkcionalno razdvojiti dva memorijska procesa u parijetalnom korteksu. Nadalje, ova disocijacija se ne može objasniti razlikom u težini zadatka, jer je učinak u lažnim uslovima oba zadatka bio sličan.

Naš nalaz asocijativnog oštećenja pamćenja nakon theta tACS je u suprotnosti s nekoliko prethodnih nalaza poboljšane performanse pamćenja izazvane theta tACS. Međutim, poređenje između studija ometa heterogenost u dizajnu zadataka i lokaciji moždane stimulacije. Na primjer, tACS-indukovano poboljšanje memorije prijavljeno je u studijama radne memorije (Abellaned-Prezet al,2020 Alekseichuk et al.2016; Khader et al.2010), ali se ovi zadaci vjerovatno nisu oslanjali na asocijativnu obradu. Nadalje, područje stimulacije može biti od posebne važnosti zbog diferencijalnih efekata teta moći na različita neuroanatomska mjesta (Long. Burle, & Kahana 2014). Na primjer, poboljšane performanse u zadatku povezivanja lice-scena nakon što je tACS primijenjen na fuziformno područje (Lang et al, 2019) mogao je biti rezultat modulacije kodiranja crta lica, a ne povećanog asocijativnog memorijskog kodiranja. Dok je theta oscilatorna aktivnost uočena u ovim područjima kod ljudi i životinja (Lee et al,2005; Raghavachari et al,2006; Sauseng et al, 2010), one mogu igrati drugačiju ulogu u procesima pamćenja. U novijoj studiji, Klinlk i saradnici (2020) nisu pronašli promjenu u performansama asocijativnog pamćenja kod mladih sudionika nakon tACS-a preko ventrolateralnog prefrontalnog korteksa, što dodatno ilustruje nedosljednost u rezultatima.

Umjesto toga, predlažemo da su naši nalazi u skladu s prethodnim studijama koje pokazuju da parijetalna kortikalna stimulacija modulira neuralnu aktivnost u hipokampalno-kortikalnoj mreži koja podržava asocijativnu obradu memorije (Freedberg et al., 2019.; Hermiller et al, 2019.; Tambini et al. al 2018; Wanget al, 2014). Tačnije, naši nalazi su u skladu s modulacijom asocijativnog pamćenja, ali ne i memorije prepoznavanja, nakon primjene TMS-a preko parijetalnog korteksa (Tambini et al., 2018). Proširujemo ove izvještaje pokazujući da se theta tACS također može modulirati kao asocijativna obrada unutar vjerojatno iste hipokampalno-kortikalne mreže. Moguće je da naš nalaz smanjene, a ne poboljšane asocijativne memorije zaista može biti povezan s theta oscilatornim obrascem moždane stimulacije. .

Važno je uzeti u obzir da smo stimulirali na fiksnoj frekvenciji za sve učesnike, a ne na pojedinačnoj theta frekvenciji. Stimulacija na individualnoj vršnoj frekvenciji dovela bi do poboljšanog neuronskog zahvata, što bi na taj način moglo poboljšati performanse pamćenja (Hanslmayr, Axmacher i Inman, 2019; Thut et al, 2011). Ovu ideju podržava nekoliko prethodnih tACS studija koje su stimulirale na individualnoj theta frekvenciji, identificirane korištenjem theta-gama fazno-amplitudnog spajanja tokom izvršavanja zadatka i pronašle poboljšane performanse radne memorije nakon stimulacije (Reinhart & Nguyen, 2019; Vosskuhl, Huster, & Hermann., 2015.). Međutim, druge tACS studije koje pokazuju poboljšanje radne memorije koristile su fiksnu frekvenciju stimulacije (Jausovec& Jausovec,2014; Lang et al.,2019), sugerirajući da stimulacija na individualnoj theta frekvenciji nije neophodna za modulaciju performansi memorije. Općenito govoreći, nekoliko studija je pokazalo da stimulacija na individualnoj alfa frekvenciji nije dosljedno povećavala neuralnu aktivnost (Vossen et al,2015; Stecher & Herrmann, 2018), sugerirajući da veza između moždane stimulacije, neuralnog zahvata i kognitivnih performansi možda nije direktno. Konačno, postoje dokazi da asocijativno kodiranje kod ljudi podržavaju dva frekventna opsega na ekstremima theta opsega (3-8 Hz), umjesto da variraju oko centra theta opsega (Lega et al, 2012 (Wolinski et al.,2018)).U ovom slučaju, električna oscilatorna stimulacija u centru theta opsega dovela bi do teta desinhronizacije ili pomaka u fazi endogenih frekvencija, što bi moglo poremetiti procesiranje memorije (Alekseichuk et al.201Z ; Polania, Nitsche, Korman Batsikadze, & Paulus, 2012). Tvrdimo da naši nalazi izgledaju najbolje u skladu s prikazom fazne desinhronizacije izazvane tACS-om koja narušava asocijativnu memoriju, ali ne utječe na performanse perceptivnog prepoznavanja

Dizajn naše studije postavlja nekoliko ograničenja za naše zaključke. Nismo uključili funkcionalno snimanje mozga istovremeno s primjenom tACS-a, što nas sprječava da provjerimo učinak parijetalnog tACS-a na hipokampalno-kortikalnu mrežu. Takođe, nismo mjerili EEG istovremeno sa primjenom tACS-a, što znači da nismo mogli empirijski testirati našu postulaciju teta desinhronizacije u asocijativnoj memoriji. Konačno, nismo koristili kontrolnu frekvenciju ili lokaciju da potvrdimo specifičnost theta stimulacije parijetalnog korteksa. Planiramo da se ovim otvorenim pitanjima bavimo u budućim studijama.

Zaključno, naša studija pokazuje da je theta tACS utjecao na kodiranje asocijativnog pamćenja dok je poštedio perceptivno prepoznavanje. u skladu sa hipotezom da theta oscilacije igraju ključnu ulogu u formiranju asocijativnog pamćenja u parijetalno-hipokampalnim interakcijama. Ovi rezultati su usklađeni sa trenutnim neurobiološkim modelima asocijativnog pamćenja i potiču dalje proučavanje koristeći neinvazivnu električnu stimulaciju mozga za modulaciju oscilatorne aktivnosti moždanih mreža asocijativnog pamćenja za trenutna istraživanja pamćenja.