Dlhodobé, disociovateľné zlepšenie pracovnej pamäte a dlhodobej pamäte u starších dospelých s opakovanou neuromoduláciou, časť 3

Replikácia primárnych zistení v nezávislej vzorke.

Vykonali sme ďalší experiment, aby sme otestovali, či sa primárne pozorovania z experimentu 1 replikujú v nezávislej vzorke. Experiment 3 pozostával z 30 starších účastníkov randomizovaných tak, aby dostali buď DLPFC gama alebo IPL theta neuromoduláciu počas vykonávania úlohy voľného stiahnutia.

Medzi neuromoduláciou a pamäťou je úzky vzťah. Neuromodulácia zlepšuje pamäť podporou spojení a prenosu informácií medzi mozgovými bunkami. Pamäť je dôležitým základným kameňom ľudského prežitia a rozvoja. Prostredníctvom nervovej regulácie nám môže pomôcť lepšie zvládnuť a aplikovať poznatky.

Neuromodulácia môže ovplyvniť mnohé aspekty pamäte. Po prvé, neuromodulácia môže ovplyvniť aktivitu v mozgovej kôre, čím moduluje vnímanie, pozornosť a kognitívne schopnosti. Tie sú základom pre tvorbu pamäti a prostredníctvom neuromodulácie nám môžu pomôcť lepšie pochopiť, zapamätať si a aplikovať informácie.

Po druhé, neuromodulácia môže tiež modulovať spojenia a signalizáciu medzi neurónmi. Počet a štruktúra spojení medzi neurónmi môže priamo ovplyvniť pamäťovú schopnosť. Spojenie a signalizácia medzi neurónmi môžu byť posilnené neuromoduláciou, čím sa zlepší pamäťová schopnosť.

Okrem toho môže neuromodulácia ovplyvniť hipokampus a iné neurónové populácie v mozgu, aby sa podporila dlhodobá pamäť a kontrola. Prostredníctvom neuromodulácie môžeme lepšie regulovať spojenia medzi populáciami neurónov a zlepšiť kódovanie a ukladanie spomienok.

Záverom, vzťah medzi neuromoduláciou a pamäťou je veľmi blízky. Posilnením neuromodulácie si môžeme zlepšiť pamäť a lepšie uchopiť a aplikovať poznatky. To má pozitívny vplyv na naše štúdium, prácu a život, preto by sme mali venovať pozornosť vplyvu neuromodulácie na pamäť a podporovať rozvoj neuromodulácie a pamäte prostredníctvom fyzického cvičenia, regulácie stravovania atď. potreba zlepšiť pamäť a Cistanche deserticola môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche deserticola je tradičný čínsky liečivý materiál, ktorý má mnoho jedinečných účinkov, jedným z nich je zlepšenie pamäte. Účinnosť mletého mäsa spočíva v rôznych aktívnych zložkách, ktoré obsahuje, vrátane kyselín, polysacharidov, flavonoidov atď. Tieto zložky môžu podporovať zdravie mozgu rôznymi spôsobmi.

Kliknite na vedieť doplnky na zlepšenie pamäte

Sledovaný neuromodulačný protokol bol do značnej miery podobný experimentu 1, okrem toho, že neuromodulácia sa uskutočňovala skôr tri ako štyri po sebe nasledujúce dni a nezahŕňala dlhodobé sledovanie.

Výkon pamäte sa skúmal na začiatku a počas každého sedenia neuromodulácie. Zmiešaná ANOVA s dňom (základná línia, deň 1, deň 2 a deň 3) a sériovou pozíciou (primát, stred 1, stred 2, stred 3 a aktuálnosť) ako faktory v rámci subjektu a skupinu (DLPFCgamma a IPL theta) ako medzi- faktor subjektov odhalil významné rozdiely vo výkone pamäte (deň × sériová pozícia × skupina: 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). 

Následné ANOVA odhalili významnú interakciu medzi sériovou pozíciou a skupinou v dňoch 2 a 3 neuromodulácie a významnú interakciu medzi dňom a skupinou pre klastre primárnosti a aktuálnosti (doplnková tabuľka 4). Obojstranné nezávislé t-testy vzoriek ukázali, že výkonnosť pamäte v klastri primátov sa významne zlepšila v skupine DLPFC gama v porovnaní so skupinou IPL theta v deň 2 a deň 3 neuromodulácie (obr. 6a, hore).

Výkon v klastri aktuálnosti bol signifikantne vyšší v skupine IPL theta v porovnaní so skupinou DLPFC gama v deň 3 intervencie (obr. 6a, dole). Tieto výsledky vychádzajú z paralelných pozorovaní z experimentu 1 (obr. 2a, vľavo). Základná výkonnosť sa medzi týmito dvoma skupinami nelíšila (doplnková tabuľka 4), čím sa vylúčili nešpecifické rozdiely medzi skupinami.

Pri skúmaní vzťahu medzi základnými kognitívnymi funkciami a pamäťovou výkonnosťou sme zistili, že jedinci s nižším skóre MoCA v skupine DLPFCgamma vykazovali lepší pamäťový výkon na 3. deň iba v klastri primátov (r13=−0.672, P=0.006; obr. 6b,c), zatiaľ čo tí s nižším skóre MoCA v skupine IPL theta vykazovali lepší výkon pamäte na 3. deň iba v klastri aktuálnosti (r13= −0,618,P=0.014; obr. 6d,e), podobné zisteniam v experimente 1 (obr. 5).

Spoločne tieto pozorovania v nezávislej vzorke účastníkov replikujú primárne zistenia experimentu 1, čím ďalej posilňujú dôveru v závery z nich odvodené.

Diskusia

Predkladáme dôkazy o selektívnych zlepšeniach u starších dospelých WM a LTM prostredníctvom disociovateľného priestorového strhnutia mozgových rytmov a zlepšenia pretrvávajú najmenej 1 mesiac po intervencii. Experiment 1 ukázal, že selektívne zmeny funkcie WM a LTM sú možné prostredníctvom unášania tarhytmov v IPL a gama rytmov v DLPFC.

Experiment 2 ukázal, že prepínanie modulačných frekvencií medzi týmito dvoma oblasťami neprinieslo žiadne výhody. V dôsledku toho je to kombinácia anatomického umiestnenia a rytmickej frekvencie, ktorá určuje vhodný substrát na zlepšenie pamäte.

Okrem toho sa potvrdilo, že zlepšenia pozorované počas experimentu 1 boli spôsobené strhávaním funkčne špecifických mozgových okruhov a nie kvôli nešpecifickým účinkom, ako je transretinálna alebo transkutánna stimulácia 33.

Okrem toho sme pozorovali väčšie zlepšenia u jedincov s horšou kognitívnou funkciou. Tieto zistenia boli ďalej replikované v nezávislej vzorke v Experimente 3.

Ďalej sme zistili, že rýchlosť, s akou sa funkcia pamäte zlepšuje počas intervencie, predpovedá silu pamäte 1 mesiac po intervencii, čím sa získa dôležitá metrika na meranie odozvy na liečbu v budúcich štúdiách.

Tieto zistenia spoločne naznačujú, že funkciu pamäte možno u starších dospelých selektívne a udržateľne zlepšiť moduláciou funkčne špecifických mozgových rytmov.

Špecifickosť, s ktorou odlišné rytmické neuromodulačné protokoly ovplyvňovali rôzne pamäťové funkcie, sa môže zdať prekvapivá vzhľadom na literatúru dokumentujúcu všeobecné zapojenie frontálnych aj parietálnych oblastí a theta aj gama rytmov do funkcie WM a LTM36,37.

Je to najmä preto, že neuromodulácia bola vykonaná počas kódovania aj vybavovania všetkých slov prezentovaných počas zoznamu. Naše zistenia silne naznačujú, že naše intervencie zmanipulovali dve odlišné kognitívne operácie. Podľa rámca s dvoma obchodmi predpokladáme, že modulácia IPLtheta zlepšila operácie WM.

Na rozdiel od predchádzajúcich neuromodulačných štúdií s visuopriestorovými memorandami18 si však nemyslíme, že modulácia IPL theta zlepšila kapacitu WM. Ak by to tak bolo, zlepšenie výkonu pamäte by sa okrem klastra aktuálnosti pozorovalo aj v niektorých klastroch strednej polohy.

Neočakávame ani zvýšenie všeobecnej funkcie pozornosti s moduláciou IPL theta. Hoci sa predpokladá, že parietálne theta rytmy uľahčia odber vzoriek do pozornosti38, existuje len málo dôkazov, ktoré by naznačovali zmeny v pozornosti pri parietálnom strhávaní theta39.

Namiesto toho navrhujeme, že modulácia IPL theta mohla uľahčiť dočasnú segregáciu medzi po sebe nasledujúcimi pamäťovými reprezentáciami, čím sa minimalizuje rušenie medzi nimi15.

Okrem toho je známe, že theta rytmy uľahčujú dočasné kontextom sprostredkované vyvolanie40, čo potenciálne odráža spoločný neurofyziologický mechanizmus, ktorý je základom zachovanej údržby a kontextového vyhľadávania reprezentácií WM. Vnútorné obmedzenia kapacity WM, neovplyvnené neuromoduláciou, môžu obmedziť tieto vylepšenia len na neskoršie slová v zozname, čím sa zlepší iba klaster aktuálnosti.

Ak áno, potom tieto zistenia môžu odrážať ďalší prístup k neinvazívnemu zlepšeniu funkcie WM v rámci vplyvnej teórie krížovej frekvenčnej väzby theta-gama15, okrem zmeny kapacity pamäte18.

Možnosť, že hoci IPL thetamodulácia mohla uľahčiť údržbu a vyvolanie položiek laterlistu, nemusela zlepšiť prenos predtým prezentovaných informácií do LTM, mohla ďalej prispieť k selektivite účinkov. Mohlo by to byť spôsobené prítomnosťou odlišných mechanizmov kódovania pre dva pamäťové sklady, čo je možnosť podporená nedávnou štúdiou transkraniálnej magnetickej stimulácie (TMS)14.

Alternatívne môže prenos reprezentácií medzi dvoma pamäťovými systémami zahŕňať samostatné výkonné riadiace procesy41, ktoré nie sú ovplyvnené súčasným návrhom neuromodulácie. V dôsledku toho modulácia IPL theta nemusí ovplyvniť reprezentácie pamäte v klastri primátov. Namiesto toho sa zlepšenia primárneho účinku objavili selektívne s gama moduláciou DLPFC.

Tento protokol mohol selektívne zlepšiť schopnosť získať reprezentácie oddelene zakódované alebo prenesené do LTM, čím potenciálne ovplyvnil hipokampus a iné štruktúry temporálneho laloku42, ktoré tiež súčasne vykazujú gama aktivitu počas oneskoreného vybavovania36. Predchádzajúca neuromodulačná štúdia, hoci skúmala pamäťovú funkciu u mladých dospelých s konvenčným tACS s jednou reláciou, je v súlade s týmto návrhom22.

Hoci je teda známe, že rytmy theta aj gama a oblasti DLPFC aj IPL vo všeobecnosti prispievajú k výkonu WM a LTM, môžu indexovať odlišné kognitívne procesy, ktoré selektívne tvoria základ disociovateľných zlepšení pozorovaných v súčasnej štúdii.

Zistenia tejto štúdie tiež prispievajú k diskusii o teoretických modeloch voľného stiahnutia z obehu. Segregované neurálne bázy účinkov primátov a aktuálnosti boli v neuropsychológii veľmi diskutovanou témou s protichodnými dôkazmi14,43. Selektívna modulácia účinkov primárnosti a aktuálnosti pozorovaná v súčasnej štúdii podporuje odlišné základné mechanizmy v súlade s modelmi s dvoma skladmi11 a neuropsychologickými pozorovaniami12,13.

Naše zistenia však v súčasnosti nie sú nezlučiteľné s alternatívnymi modelmi voľného stiahnutia. Jedna teória napríklad pripisuje efekty prvenstva „dlhodobej pracovnej pamäti“, v ktorej operácie dlhodobého ukladania a vyhľadávania podporujú funkciu WM závislú od vyhľadávacích štruktúr závislých od odbornosti44,45. Tento názor nie je v rozpore s vyššie uvedenou hypotézou, že gama neuromodulácia DLPFC mohla ovplyvniť získavanie z LTM, aj keď v tomto zobrazení v službe WM.

Spôsob, ako odlíšiť tieto dve perspektívy, je použiť metódu personalizácie na moduláciu odbornosti45, v takom prípade by táto teória predpovedala silnejší účinok gama neuromodulácie DLPFC v prítomnosti silnejších vyhľadávacích štruktúr závislých od odbornosti. Okrem toho, hoci kontextové teórie vyhľadávania Nie sú určené na vysvetlenie primárnych účinkov, deficity primárnych účinkov u starších dospelých sa pripisujú procesom pozornosti46, ktoré sú zase spojené s DLPFC gama aktivitou47. Gama neuromodulácia DLPFC mohla ďalej zvýšiť vnútorný gradient v účinnosti kódovacích mechanizmov s výhodami pre skoré udalosti v sérii46. S týmto účinkom je spojená najmä zvýšená gamaaktivita v temporálnom laloku17.

Ako je uvedené vyššie, gama neuromodulácia DLPFC mohla viesť k následným účinkom na aktivitu gama v štruktúrach temporálnych lalokov42, čo zvyšuje primárny účinok. Či gamaneuromodulácia DLPFC špecificky ovplyvňuje procesy vyhľadávania LTM alebo mechanizmy pozornosti, možno potenciálne riešiť pomocou agranulárnej analýzy výkonnosti pamäte v rámci primacyklastra.

Napríklad účet vyhľadávania LTM predpovedá aditívny posun k výkonu pamäte so zvyšujúcou sa sériovou pozíciou v klastri primátov v dôsledku podobných výhod ako procesy získavania na všetkých sériových pozíciách, zatiaľ čo účet pozornosti predpovedá zníženie sklonu výkonu pamäte ako funkciu sériovej pozície. , čím sa odráža stabilizácia trvalej pozornosti46.

Úspech neuromodulačného protokolu pri selektívnej manipulácii s primárnym efektom bude silným nástrojom na testovanie týchto konkurenčných predpovedí. Budúce štúdie, ktoré sú dostatočne výkonné na systematické testovanie týchto hypotéz, môžu odlíšiť tieto konkurenčné predpovede na spresnenie a zosúladenie rôznych teórií voľného stiahnutia.

Táto práca prispieva k rastúcej literatúre, ktorá naznačuje potenciálne klinické prínosy pre funkciu pamäte u starších dospelých pomocou neinvazívnych techník7. Protokoly použité v súčasnej štúdii dokazujú, že funkciu pamäte možno selektívne zlepšiť aspoň 1 mesiac po 4-dňovom zásahu. Tieto dlhotrvajúce účinky môžu vzniknúť v dôsledku neuroplastických zmien48 po fázovom uzamknutí vnútorných mozgových rytmov pomocou tACS49.

Okrem toho tieto zistenia naznačujú, že funkčná diferenciácia, ktorá sa typicky znižuje so starnutím50, môže byť podporovaná funkčne špecifickou neuromoduláciou. Zistenia zo súčasnej štúdie môžu motivovať niekoľko línií výskumu na ďalšie skúmanie ich klinického potenciálu. Budúce štúdie by mali napríklad preskúmať zovšeobecniteľnosť týchto zistení na rôzne kognitívne paradigmy pokrývajúce pamäťovú funkciu v rôznych senzorických doménach a replikovať ich vo väčších študijných vzorkách.

Okrem toho je potrebné určiť, ako podporiť udržateľné účinky, ktoré presahujú 1-mesačné trvanie pozorované v súčasnej štúdii. Personalizácia neuromodulačného protokolu podľa individuálnych anatomických a funkčných charakteristík je jedným z možných prístupov6.

Okrem toho sa špecifická frekvencia v rozsahu theta a gama, počet a trvanie modulačných relácií, optimálna medzera medzi po sebe nasledujúcimi reláciami a interakcia základnej kognitívnej a nervovej funkcie s týmito metrikami môžu systematicky meniť, aby sa určili najoptimálnejšie modulačné návrhy.

Okrem MoCA by budúce štúdie mali využívať komplexnejšie neuropsychologické hodnotenia na kvantifikáciu základnej kognitívnej funkcie a jej spojenia so zlepšeniami vyvolanými tACS.

Nakoniec, okrem potenciálnych výhod pre zdravých starších dospelých, by sa mali preskúmať translačné dôsledky pre ľudí s neuropsychiatrickými a neurodegeneratívnymi poruchami, najmä pre tých, ktorí majú selektívny deficit pamäte10 a sú ohrození demenciou5. Zistenia zo súčasnej štúdie slúžia ako odrazový mostík k skúmaniu týchto otázok klinického záujmu.

Online obsah

Akékoľvek metódy, dodatočné referencie, súhrny správ o výskume prírody, zdrojové údaje, rozšírené údaje, doplňujúce informácie, uznania, informácie o partnerskom preskúmaní; podrobnosti o príspevkoch autorov a konkurenčných záujmoch; a výpisy o dostupnosti údajov a kódu sú dostupné nahttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Referencie

1. Centrá pre kontrolu a prevenciu chorôb. Trendy starnutia – Spojené štáty americké a celosvetovo. MMWR Morb. Smrteľný. Wkly. Rep. 52, 101-104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Rozhodovanie v starnúcom mozgu: zmeny v afektívnych a motivačných okruhoch. Nat. Neurosci. 16 278 – 289 (2015).

3. Søraas, A. a kol. Samostatne nahlásené problémy s pamäťou 8 mesiacov po COVID-19infekcii. JAMA Netw. Otvorené 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR & Amaral, DG Individuálne rozdiely v kognitívnych a neurobiologických dôsledkoch normálneho starnutia. Trendy Neurosci. 15, 340-345 (1992).

5. Gauthier, S. a kol. Mierna kognitívna porucha. Lancet 367, 1262 – 1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG Synchronizácia mozgových rytmov na zlepšenie kognície. Annu. Med. 72, 29 – 43 (2021).

7. Reinhart, RMG & Nguyen, JA Pracovná pamäť oživila starších dospelých synchronizáciou rytmických mozgových okruhov. Nat. Neurosci. 22 820 – 827 (2019).

8. Cowan, N. Aké sú rozdiely medzi dlhodobou, krátkodobou a pracovnou pamäťou? Prog. Brain Res. 169, 323-338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM & Inman, VW Analýza vekových rozdielov pri okamžitom odvolaní. J. Gerontol. 37, 425-431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ Dvojitá disociácia krátkodobej a dlhodobej pamäte pre neverbálny materiál pri Parkinsonovej chorobe a globálnej amnézii. Ďalšia analýza. Brain 114, 893-906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Ľudská pamäť: navrhovaný systém a jeho riadiace procesy. v Te Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Teory Volume 2 (ed. Spence, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD & Warrington, EK Kódovanie pamäte a amnézia. Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK Nezávislé fungovanie verbálnych pamäťových zásobníkov: neuropsychologická štúdia. QJ Exp. Psychol. 22, 261-273 (1970).

14. Innocenti, I. a kol. Interferencia TMS s mechanizmami primácie a aktuálnosti odhaľuje bimodálne epizodické kódovanie v ľudskom mozgu. J. Cogn. Neurosci. 25 109 – 116 (2013).

15. Lisman, JE & Jensen, O. Te theta–gama nervový kód. Neuron 77,1002-1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com