Zacielenie na frontoparietálnu sieť pomocou bifokálnej transkraniálnej stimulácie striedavým prúdom počas vzdelávacej úlohy motorickej sekvencie u zdravých starších dospelých 1. časť

abstraktné

Východiská: Zdraví starší dospelí vykazujú pokles motorickej výkonnosti a schopnosti motorického učenia, ako aj výkonnosti pracovnej pamäte (WM). Navrhlo sa, aby sa WM podieľal na procesoch motorického učenia, ako je sekvenčné učenie. Korelačné dôkazy ukázali zapojenie frontoparietálnej siete (FPN), siete, ktorá je základom procesov WM, do učenia motorickej sekvencie.

Motorické učenie sa vzťahuje na metódy na zlepšenie efektívnosti učenia a pamäte prostredníctvom športu, hudby, tanca, bojových umení atď. Na rozdiel od tradičných metód učenia motorické učenie venuje väčšiu pozornosť koordinovanej činnosti tela a mozgu, vďaka čomu je učenie uvoľnenejšie a príjemnejšie. .

Vplyv motorického učenia na pamäť je veľmi významný. Cvičením dokážeme zlepšiť metabolickú úroveň organizmu, zrýchliť krvný obeh a plnohodnotne zásobiť mozog kyslíkom a živinami. Motorické učenie môže zároveň stimulovať aj hipokampus v mozgu, čo je kľúčová pamäťová oblasť, ktorá nám môže pomôcť lepšie si zapamätať a pochopiť vedomosti.

Okrem toho môže motorické učenie zlepšiť aj koncentráciu a koncentráciu ľudí. Počas cvičenia ľudské telo vylučuje veľké množstvo neurotransmiterov, ako je dopamín a adrenalín, vďaka ktorým sa môžeme cítiť pozitívnejší a energickejší. To nám veľmi pomáha, aby sme sa lepšie sústredili na učebné úlohy.

V motorickom učení si môžeme zvoliť rôzne cvičebné metódy, ako je skákanie cez švihadlo, hranie basketbalu, tanec, joga atď. Rôzne cvičebné metódy majú rôzne účinky na mozog. Napríklad tanec nám môže pomôcť lepšie ovládať rytmus tela a zlepšiť priestorové vnímanie; hranie basketbalu nám môže pomôcť lepšie vnímať vonkajšie prostredie a riešiť zložité situácie.

Stručne povedané, motorické učenie hrá dôležitú úlohu pri zlepšovaní našej efektívnosti učenia a pamäte. Cvičenie by sme mali začleniť do každodenného učenia, naplno využívať synergiu tela a mozgu a učiť sa a rásť príjemnejšie. Je vidieť, že si musíme zlepšiť pamäť. Cistanche deserticola môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche deserticola je tradičný čínsky liečivý materiál s mnohými jedinečnými účinkami, z ktorých jedným 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 spoznajte 10 spôsobov, ako zlepšiť pamäť

V súčasnosti však chýbajú kauzálne dôkazy. Štúdie neinvazívnej mozgovej stimulácie (NIBS) sa doteraz zamerali predovšetkým na oblasti súvisiace s motorikou na zlepšenie učenia motorickej sekvencie, zatiaľ čo oblasti spojené s kognitívnejšími aspektmi motorického učenia sa ešte neriešili.Hypotéza: V tejto štúdii sa snažíme poskytnúť kauzálne dôkazy za zapojenie procesov WM a základnej FPN do úspešného vykonávania úlohy učenia motorickej sekvencie pomocou stimulácie tatranskraniálneho striedavého prúdu (tACS) zameranej na FPN počas úlohy učenia motorickej sekvencie.

Metódy: V kohorte 20 zdravých starších dospelých sme aplikovali bifokálne tACS v rozsahu theta na FPN počas úlohy učenia sekvencie. S použitím dvojito zaslepeného, ​​skríženého dizajnu sme testovali účinnosť aktívnej v porovnaní s falošnou stimuláciou. Použili sa dve verzie motorickej úlohy: jedna s vysokým a druhá s nízkym zaťažením WM, aby sa preskúmala účinnosť stimulácie pri úlohách, ktoré sa líšia v dopyte po WM. Okrem toho sa účinky stimulácie na výkon WM riešili pomocou úlohy N-back. Frekvencia tACS bola personalizovaná pomocou EEG merania individuálnej vrcholovej frekvencie theta počas úlohy N-back.

Výsledky: Aplikácia personalizovaných theta tACS na FPN zlepšila výkon počas úlohy učenia motorickej sekvencie s vysokou záťažou WM (p < 0,001), ale nie s nízkou záťažou WM. Aktívna stimulácia významne zlepšila rýchlosť (p < 0,001) aj presnosť (p ¼ 0,03) počas úlohy s vysokou WM záťažou. Okrem toho stimulačná paradigma zlepšila výkon pri úlohe N-back pre 2- back task(p ¼ .013), ale nie pre 1-späť a 3-späť.

Záver: Výkon počas úlohy učenia motorickej sekvencie možno zvýšiť pomocou personalizovaných bifokálnych theta tACS na FPN, keď je zaťaženie WM vysoké, čo naznačuje, že účinnosť tejto stimulačnej paradigmy závisí od kognitívnej požiadavky počas úlohy učenia. Tieto údaje poskytujú ďalšie kauzálne dôkazy o kritickom zapojení procesov WM a FPN počas vykonávania úlohy učenia motorickej sekvencie u zdravých starších ľudí. Tieto zistenia otvárajú nové vzrušujúce možnosti, ako čeliť vekom podmienenému poklesu motorickej výkonnosti, kapacity učenia a výkonu WM.

1. Úvod

Schopnosť získať nové motorické zručnosti je dôležitá v každodennom živote. Motorické učenie je proces závislý od praxe, pri ktorom sa pohyby vykonávajú rýchlejšie a presnejšie [1]. Obrovské množstvo výskumu prispelo k lepšiemu pochopeniu nervových substrátov a základných mechanizmov, ktoré sa podieľajú na získavaní, upevňovaní a udržiavaní nových motorických zručností. Neurovedecké štúdie sa zamerali predovšetkým na motorickú sieť a kľúčovú úlohu primárnej motorickej kôry (M1)[ 2e4].

To platí najmä pre štúdie neinvazívnej stimulácie mozgu (NIBS), ktoré sa pokúšajú zlepšiť motorické učenie kombináciou praxe náročnej motorickej úlohy so stimulačnou paradigmou [5e8]. Štúdie však naznačujú, že náročné motorické úlohy, ako je učenie motorickej sekvencie (MSL), sa nespoliehajú výlučne na procesy súvisiace s motorom, ale aj na onkognitívne procesy, ako je pracovná pamäť (WM) [4,9,10]. Prekvapivo, oblasti mozgu súvisiace s WM neboli cieľom paradigiem NIBS určených na štúdium MSL.

MSL je proces, v ktorom sú spojené nezávislé pohyby, čo nakoniec vedie k viacprvkovej sekvencii, ktorú možno vykonať rýchlo a presne [4,11]. Štúdie preukázali zapojenie WM do MSL [12e14]. WM označuje schopnosť dočasne uchovávať a manipulovať s informáciami v mysli [15]. Interindividuálna variabilita vo WM napr. pozostáva z počtu položiek, ktoré možno držať a pracovať s nimi [4]. Toto je dôležité pre MSL, najmä počas procesu zoskupovania prvkov sekvencie do „kúskov“.

Tento proces delenia vedie k rýchlejšiemu vykonávaniu pohybov [16e18]. Mnohé štúdie ukázali, že zdraví starší ľudia vykazujú pokles schopnosti učiť sa motorické sekvencie [12,14]. Okrem toho starnutie znižuje kognitívne funkcie vrátane WM [19]. Preto sa nedávno navrhla interakcia medzi vekom, kapacitou WM a MSL [14], hoci kauzálny dôkaz v prospech tohto návrhu zostáva obmedzený.

Sľubnou neurotechnológiou, ktorá poskytuje kauzálny dôkaz, je použitie NIBS, ako je transkraniálna stimulácia striedavým prúdom (tACS) [20e23]. Táto technika umožňuje exogénne zasahovať do prebiehajúcej oscilačnej aktivity a zacieliť na špecifické siete, ako je fronto-parietálna sieť (FPN), na zvýšenie alebo zníženie špecificky príslušných kognitívnych funkcií, ako sú WM procesy [24,25].

FPN, sieť súvisiaca s WM, sa aktivuje počas úloh sekvencie motora [18,26e29]. Kognitívne procesy sa spoliehajú na koordinované interakcie v rámci mozgových sietí a medzi nimi, ktoré sa v mozgu realizujú oscilačnou aktivitou [30,31]. Efektívnosť sa napríklad zvyšuje oscilačnou synchronizáciou impulzov neurónov, čo vytvára súbory neurónov, ktoré vykonávajú špecifické výpočtové funkcie [31,32]. Hlavným pracovným mechanizmom tACS je strhávať alebo synchronizovať neurónové siete [20,33].

Stimulačná frekvencia je upravená tak, aby zodpovedala endogénnej oscilačnej frekvencii a stavu mozgu. Konkrétnejšie, tACS umožňuje exogénne interakciu s prebiehajúcimi osciláciami, čo môže viesť k zvýšenej koherencii v rámci sietí s príslušným dopadom na správanie [23,33,34]. Neurónové oscilácie v rozsahu théta (4e8 Hz) sú zapojené do úloh WM so zvýšením výkonu theta počas zvýšenej záťaže WM[35e37]. Polania a kol. a Violante a kol. preukázali kauzálny vzťah medzi synchronizáciou oscilácií theta s relatívnym 0⁰ fázovým rozdielom v FPN a zlepšením výkonu WM [24,25]. Chýbajú však poznatky o účinkoch synchronizácie theta oscilácií indukovanej tACS vo FPN a MSL.

V tejto štúdii sme sa zamerali na určenie kauzálneho vzťahu medzi WM a MSL u zdravých starších dospelých. Na tento účel sa aplikoval personalizovaný theta tACS na pravú dorzolaterálnu prefrontálnu kôru (DLPFC) a zadnú parietálnu kôru (PPC) s cieľom zlepšiť MSL pomocou nácviku úlohy sekvenčného poklepania prstom (SFTT) [3]. Na vyhodnotenie dôležitosti WM počas MSL a toho, ako je to ovplyvnené stimuláciou FPN, sa použili dve verzie SFTT. Verzie sa líšili nízkou vs. vysokou záťažou WM.

Zaťaženie WM bolo udržiavané na nízkej úrovni explicitným zobrazením sekvencie na obrazovke počas úlohy [38]. Vo verzii s vysokou záťažou WM sa sekvencia musela pred úlohou zapamätať a počas úlohy sa nezobrazovala. Táto online údržba sekvencie pri vykonávaní pohybov sa relevantne opiera o procesy WM [39].

Okrem toho overujeme, či súčasná stimulačná paradigmima zlepšuje WM pomocou úlohy N-back [24]. Touto štúdiou predstavujeme FPN ako ďalšie cieľové miesto stimulácie pre motorický výkon a zlepšenie učenia a objasňujeme dôležitosť zohľadnenia kognitívnych procesov počas paradigiem MSL.

2. Metódy

2.1. Účastníci

V tejto štúdii sme prijali N ¼ 21 zdravých, starších, pravákov (N ¼ 11 žien, priemerný vek ± SD: 69,6 ± 4,4, priemerný kvocient laterality v Edinburghu 85,03 ± 17,3)[40]. Údaje N ¼ 20 účastníkov boli brané do úvahy z dôvodu vypadnutia jedného účastníka spôsobeného nesúvisiacou zmenou fyzického zdravia. Kritériá zaradenia boli: 60 rokov [41e43], pravák a absencia kontraindikácií pre transkraniálnu elektrickú stimuláciu (tES).

Kritériá vylúčenia boli: neuropsychiatrické ochorenia, anamnéza záchvatov, lieky, ktoré potenciálne interagujú s tES, muskuloskeletálna dysfunkcia, ktorá zhoršuje pohyby prstov, profesionálny hudobník a príjem narkotík. Všetci účastníci podpísali informovaný súhlas. Štúdia bola vykonaná v súlade s Helsinskou deklaráciou [44]. Etický súhlas bol získaný od kantonálnej etickej komisie vo Vaud, Švajčiarsko (číslo projektu: 2017-00765).

2.2. Experimentálny dizajn

Dizajn tejto štúdie bol dvojito zaslepený, falošne kontrolovaný a skrížený. Pozostával z dvoch sedení pred prekrížením a dvoch sedení po prekrížení. Počas stretnutia v deň 1 boli účastníci informovaní, skrínovaní a požiadaní o vyplnenie troch rôznych dotazníkov (dotazník bezpečnosti tES, Edinburgh HandednessInventory (EHI), Centrum epidemiologických štúdií DepressionScale (CES-D)) [40,45]. Potom účastníci vykonali Nback test so získaním EEG na analýzu špičkovej frekvencie.

Po meraní EEG účastníci absolvovali motorický tréning a kognitívny tréning so súbežným tACS. Nasledujúci deň účastníci vykonávali iba motorický tréning s tACS. Stimulačné podmienky zostali rovnaké v oboch po sebe nasledujúcich dňoch a po prekrížení sa zmenili. Poradie stimulácie bolo definované pseudonáhodným spôsobom experimentátorom, ktorý sa nezúčastnil získavania údajov.

Slepota pre stimulačné podmienky účastníka aj experimentátora bola zaistená ďalším experimentátorom, ktorý nastavil parametre a zapol stimulátory počas experimentu. Medzi krížovými sedeniami pred a po nich boli minimálne dva týždne na základe našej predchádzajúcej práce [46]. Rovnaké úlohy s rôznymi sekvenciami sa opakovali po prechode, s výnimkou dotazníkov. Časovú os návrhu štúdie nájdete na obr. 1A.

For more information:1950477648nn@gmail.com