Transkraniálna stimulácia striedavým prúdom na frekvencii theta do ľavej parietálnej kôry narušuje asociatívne, ale nie percepčné kódovanie pamäte

Pre viac informácií:ali.ma@wecistanche.com

ABSTRAKT

Predpokladá sa, že neurálne oscilácie v rozsahu theta (4–8 Hz) sú asociatívnepamäťová funkciav hipokampálno-kortikálnej sieti. Zatiaľ čo existuje dostatok dôkazov, ktoré podporujú úlohu theta oscilácií u zvierat aľudská pamäť, väčšina dôkazov je korelačných. Neinvazívna mozgová stimulácia (NIBS) sa môže použiť na moduláciu kortikálnej oscilačnej aktivity na ovplyvnenie mozgovej aktivity a prípadne moduláciu hlbších oblastí mozgu, ako je hipokampus, prostredníctvom silných a spoľahlivých kortiko-hipokampálnych funkčných spojení. Aplikovali sme fokálnu transkraniálnu stimuláciu striedavým prúdom (tACS) pri 6 Hz nad ľavým parietálnym kortexom, aby sme modulovali mozgovú aktivitu v domnelej kortiko-hipokampálnej sieti, aby sme ovplyvnili kódovanie asociatívnej pamäte. Po zakódovaní a stimulácii mozgu účastníci dokončili anasociatívna pamäťa úloha vnemového rozpoznávania. Výsledky ukázali, že theta tACS významne klesliasociatívna pamäťvýkon, ale neovplyvnil výkon percepčnej pamäte. Tieto výsledky ukazujú, že parietálny theta tACS moduluje asociatívne spracovanie oddelene od percepčného spracovania a ďalej potvrdzujú hypotézu, že oscilácie theta sú zapojené do kortiko-hippokampálnej siete a asociatívneho kódovania.

Kliknite na Cistanche herba na zlepšenie pamäte

1. Úvod

Asociačná pamäťsa bežne definuje ako apamäťový systémktorý vytvára vzťahy medzi pôvodne nesúvisiacimi položkami (Suzuki, 2008; Tulving, 1984). Schopnosť vytvárať asociácie je základomfunkcia epizodickej pamäte(Kahana, Howard, & Polyn, 2008), a umožňuje nám zapamätať si detaily konkrétnych udalostí a vyvolať abstraktné informácie, ktoré sú potrebné pre každodenné úlohy a interakcie (Herweg, Solomon, & Kahana, 2020). Štúdium nervových mechanizmov, ktoré sú základom asociatívnej pamäte, sa tradične zameriavalo na hipokampus a jeho ústrednú úlohu v rozsiahlych mozgových sieťach. Vzhľadom na rýchlu a flexibilnú povahu asociatívnej pamäte je potrebný dynamický mechanizmus nervovej komunikácie. V tomto ohľade sú nervové oscilačné rytmy mimoriadne zaujímavé, pretože sa predpokladá, že prispievajú ku komunikácii medzi neurónovými populáciami, ktoré sú súčasne zapojené do kognitívnych procesov (Buzs' Aki & Draguhn, 2004; Wang, 2010). Najmä oscilačná aktivita v rozsahu theta (4–8 Hz) bola rozsiahlo skúmaná v kognícii zvierat a ľudí (Buzs' aki, 2002; Jacobs, 2014; Meador a kol., 1991; Lisman & Jensen, 2013; Maurer a kol. al., 2015; Sauseng, Griesmayr, Freunberger, & Klimesch, 2010), keďže sa predpokladá, že hrá integrálnu súčasť funkcie hipokampu počas priestorovej navigácie a asociatívneho spracovania pamäte (Buzs' aki, 2002; Skin, Kilianski, & McNaughton , 2019; Valdštejn, Hasselmo a Eichenbaum, 1998). Zdá sa, že úspech kódovania pamäte závisí od zvýšenia sily theta v hipokampálnych oblastiach (Burke a kol., 2013; Khader, Jost, Ranganath, & R¨ Osler, 2010), hoci pokles sily theta pre následne úspešne zapamätané položky tiež boli pozorované (Crespo-García a kol., 2016; Fellner a kol., 2016; Lega, Jacobs a 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 Katedra kognitívnej neurovedy, Fakulta psychológie a neurovied, Maastrichtská univerzita, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Holandsko b Maastrichtské centrum pre zobrazovanie mozgu (MBIC), Maastrichtská univerzita, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Holandsko

Štúdium hipokampálnych oscilačných mechanizmov v asociatívnej pamäti, najmä u ľudí, môže byť náročné, pretože jeho umiestnenie hlboko v mozgu vylučuje priame neinvazívne meranie nervovej aktivity. Navyše meranie oscilácií nie vždy umožňuje posúdenie kauzálnych príspevkov, čo v ideálnom prípade zahŕňa priamu experimentálnu manipuláciu záujmových nervových mechanizmov. Takúto manipuláciu možno dosiahnuť neinvazívnou stimuláciou mozgu (NIBS), využitím lokálnej (tj kortikálnej) a sieťovej funkčnej konektivity na skúmanie kortikálnych a subkortikálnych pamäťových efektov. Nedávne štúdie transkraniálnej magnetickej stimulácie (TMS) ukázali, že kortikálna stimulácia môže zmeniť aktivitu a konektivitu v rámci hipokampálno-kortikálnej siete, čo by zase mohlo viesť k zvýšeniu výkonnosti pamäte (Hermiller, VanHaerents, Raij a Voss, 2019; Tambini, Nee & D'Esposito, 2018; Wang a kol., 2014). Tu sa experimentálne vyvolané zmeny v kortikálnej aktivite môžu rozšíriť do vzdialenejších oblastí prostredníctvom predvolenej funkčnej konektivity (Kim, Ekstrom a Tandon, 2016). Najmä laterálne parietálne kôry sú silne a spoľahlivo funkčne spojené s hipokampom (Buckner, Andrews-Hanna, & Schacter, 2008; van de Ven, Wingen, Kuypers, Ramaekers a Formisano, 2013; Vincent a kol., 2006). Jednoduchosť stimulácie parietálneho kortexu v kombinácii s obmedzeným nepohodlím z transkraniálnej stimulácie v týchto oblastiach robí z tejto oblasti dôležitý cieľ pre sieťovú neuromoduláciu asociatívnej pamäte.

Odlišná technika NIBS, transkraniálna stimulácia striedavým prúdom (tACS), umožňuje moduláciu neurónových sietí prostredníctvom vopred určenej exogénnej frekvencie (Abellaneda-P'erez a kol., 2020; Cabral Calderin a kol., 2016; Helfrich a kol., 2014 Reed & Kadosh, 2018; Vos sen, Gross, & That, 2015; Vosskuhl, Huster a Herrmann, 2016; Herrmann a kol., 2013). Súbežné štúdie tACS-fMRI ukázali, že tACS moduluje nervovú aktivitu a medziregionálnu konektivitu pre kortikálne a subkortikálne oblasti distálne od miesta stimulácie na pokožke hlavy (B¨ Eichinger a kol., 2017; Cabral-Calderin a kol., 2016; Vosskuhl a kol., 2016; Abellaneda-Perez a kol., 2020). Zistenia nedávnej štúdie naznačujú, že tACS možno použiť na moduláciu aktivity v hipokampálno-kortikálnej sieti. Abellaneda-P'erez a kol. (2020) podávali theta-tACS cez dorzolaterálny prefrontálny kortex, zatiaľ čo účastníci podstúpili skenovanie fMRI počas pokojového stavu alebo pri vykonávaní úlohy pracovnej pamäte N-back. V porovnaní so stimuláciou jednosmerným prúdom (tDCS) viedol tACS k zvýšenej aktivite viacerých oblastí siete so štandardným režimom, vrátane hipokampu a dolnej parietálnej kôry, počas pokojového stavu, ako aj úlohy N-back. Tieto zistenia ďalej ukazujú, že neinvazívna mozgová stimulácia kortikálnych oblastí môže byť použitá na moduláciu aktivity hipokampu prostredníctvom sieťového pripojenia.

Doteraz sa tACS používal na špecifické štúdium oscilačných mechanizmov v asociatívnej pamäti iba v obmedzenom počte štúdií. V jednej štúdii (Lang, Gan, Alrazi, & Monchi, 2019) účastníci zakódovali asociácie medzi ľubovoľnými pármi tváre a scény, zatiaľ čo podstupovali theta-tACS s vysokým rozlíšením (alebo anodickú tDCS alebo simulovanú stimuláciu) v oblasti vretennej kosti, potom absolvovali test asociatívnej pamäte. Výsledky ukázali, že theta tACS počas kódovania zvýšil výkon asociatívnej pamäte v porovnaní s tDCS alebo simuláciou. Avšak tACS tiež zlepšilo správne odmietnutie návnadových predmetov, čo naznačuje všeobecnejší účinok na zlepšenie kognitívnych funkcií. Predchádzajúce štúdie uvádzali oscilačnú aktivitu theta v prefrontálnom a senzorickom kortexe človeka a zvierat počas procedúr pracovnej pamäte (Lee a kol., 2005; Raghavachari a kol., 2006; Sauseng, Griesmayr, Freunberger a Klimesch, 2010), ako aj počas percepčných spracovania (Helfrich, Fiebelkorn, Szczepanski, Lin, Parvizi, Knight, & Kastner, 2018; Landau, Schreyer, Van Pelt, & Fries, 2015; Somer, Allen, Brooks, Buttrill, & Javadi, 2020), ktoré podporujú prínos rôznych kognitívnych procesov až po výkon asociatívnej pamäte. Niekoľko štúdií skutočne uvádzalo zvýšenú výkonnosť pracovnej pamäte po podaní theta tACS cez parietálny (Jausovec & Jausovec, 2014) alebo prefrontálny kortex (Alekseichuk, Turi, de Lara, Antal a Paulus, 2016; Abellaneda-Perez et al., 2020 Reinhart a Nguyen, 2019), zatiaľ čo frontoparietálna medziregionálna desynchronizácia indukovaná tACS pri 6 Hz viedla k zníženiu výkonu pracovnej pamäte (Alekseichuk, Pabel, Antal a Paulus, 2017). Iná štúdia, v ktorej sa theta tACS podával cez ľavý prefrontálny kortex počas kódovania asociatívnej pamäte, však nezmenila výkonnosť pamäte u mladých zdravých účastníkov (Klink, Peter, Wyss a Kl¨ Oppel, 2020).

Stručne povedané, zistenia neinvazívnej stimulácie theta na asociatívnej pamäti zostávajú nepresvedčivé. Aby sme lepšie porozumeli, musíme sa zamerať na niekoľko faktorov. Po prvé, účinok stimulácie theta na asociatívnu pamäť môže byť posilnený, keď sa aplikuje na kortikálne oblasti, ktoré sú silne spojené s hipokampálno-kortikálnymi sieťami. Na základe nedávnych štúdií TMS môže byť parietálny kortex dobrým kandidátom na podávanie tACS. Priama aplikácia theta tACS na parietálny kortex na selektívnu zmenu spracovania asociatívnej pamäte však ešte nebola hlásená. Po druhé, špecifickosť stimulácie theta na asociatívnej pamäti vyžaduje, aby neboli modulované neasociatívne kognitívne funkcie. Toto je obzvlášť dôležité vzhľadom na to, že parietálny kortex hrá úlohu v asociatívnej pamäti, ako aj pri percepčnom spracovaní (Cabeza et al., 2011; Culham & Kanwisher, 2001; Gottlieb, 2007). Parietálny theta tACS by teda mohol modulovať asociatívne spracovanie nepriamo moduláciou zmyslového alebo pozornosťového kódovania, čo by zase mohlo modulovať asociatívny a neasociačný pamäťový výkon, ako je napríklad percepčné rozpoznávanie. Podpora funkčnej špecifickosti oscilačnej aktivity theta v asociatívnej pamäti by vyžadovala účinok theta tACS na asociatívnu pamäť pri absencii účinku na percepčnú pamäť.

V súčasnej štúdii sme podávali fokálny tACS pri 6 Hz cez ľavú parietálnu kôru v rámci falošne kontrolovaného dizajnu v rámci subjektu, zatiaľ čo účastníci zakódovali úlohu párovania tváre a scény. Po fáze kódovania a tACS účastníci dokončili dva pamäťové testy, ktoré merali znalosti o párovaní položiek (tj asociatívna pamäť) a identite položiek (tj percepčná pamäť). Predpokladali sme, že parietálny theta tACS v porovnaní s falošnou stimuláciou ovplyvní asociatívnu, ale nie percepčnú pamäť.

2. Metódy

2.1. Účastníci

Prostredníctvom online náborového systému sme prijali dvadsať zdravých dobrovoľníkov (priemerný vek [SD] =21,68 rokov [2,84], 12 žien) z akademického prostredia Maastrichtskej univerzity. Všetci účastníci boli predbežne testovaní pomocou neinvazívneho skríningového formulára na stimuláciu mozgu na spôsobilosť, zdravotné riziká a nežiaduce účinky. Potenciálni účastníci, ktorí hlásili akékoľvek kontraindikácie NIBS počas fázy skríningu, boli vylúčení. Všetci účastníci dali pred účasťou svoj písomný informovaný súhlas. Štúdiu schválila Etická komisia pre psychológiu a neurovedu (ERCPN) Fakulty psychológie a neurovied (FPN) na Maastrichtskej univerzite. Bezpečnosť a pohodlie účastníkov sa monitorovali počas stimulácie mozgu, aby sa zachytili akékoľvek nepriaznivé účinky spôsobené stimuláciou. Účastníci boli odmenení darčekovým poukazom alebo kreditom na kurz.

2.2. Postup úlohy

Účastníci dokončili vizuálnu asociatívnu pamäťovú úlohu „Face and Scene Task“ (FAST; Lang et al,2019), ktorá bola naprogramovaná v PsychoPy((Peirce et al.2019)). Úloha pozostávala z kódovacej a testovacej fázy. Počas fázy kódovania úlohy boli účastníkom prezentované dvojice obrázkov, ktoré pozostávali z neutrálnej tváre a prírodnej scény. Neutrálne tváre všetkých etník a vekových skupín boli zhromaždené z databázy tvárí v Chicagu (CFD verzia 2.0.3; Ma, Correll a Wittenbrink, 2015). Tváre nemali ľahko rozlíšiteľné črty ako piercing alebo tetovanie. Všetky obrázky scény boli prevzaté z online databázy obrázkov.

V každom pokuse účastníci videli pár obrázkov pozostávajúci z neutrálnej tváre prezentovanej na ľavej strane obrazovky a scény prezentovanej na pravej strane obrazovky. Museli uviesť, ako by osoba na prezentovanom obrázku zhodnotila zodpovedajúci gén. Účastníci boli inštruovaní, aby poskytli svoj úsudok prostredníctvom hodnotiacej stupnice, ktorá bola vizualizovaná ako škálovaný posuvník (rozsah -3 až 3) pod párom obrázkov. zabezpečiť, aby účastníci aktívne kódovali (obr. 1). Pár obrázkov sa zobrazoval, kým nebolo stlačené tlačidlo, čo umožňuje kódovanie vlastným tempom, ale s horným limitom 8 s.

Po každom páre tvár-scéna nasledoval 100 ms inter-stimulačný interval, počas ktorého bol prezentovaný fixačný kríž. Fáza kódovania pozostávala z celkovo 45 párov tvárových scén, ktoré boli rozdelené do 5 blokov po 9 párov obrázkov. Každý blok bol oddelený 5 s intervalom.

Obr.1. Fáza kódovania a získavania. Počas fázy kódovania (A) účastníci videli páry scén s tvárou a uviedli, ako pozitívne alebo negatívne si myslia, že daná osoba scénu hodnotí. Počas fázy testovania pamäte (B) účastníci videli páry tvárových scén a museli uviesť, či boli položky predtým videné ako pár (~1: videné spolu), videné ako položky rôznych párov (~2:videné, ale nie spolu). "), alebo neboli predtým žiadnym spôsobom videní ("3: nikdy nevideli"). Účastníci dostali 8 s na zakódovanie a ohodnotenie každého páru tvárovej scény. Po každom páre tvár-scéna nasledoval 100 ms interstimul. Vo fáze vyhľadávania , účastníci dostali neobmedzený čas na odpoveď. Po každom páre vyhľadávania tváre a scény nasledoval 100 ms interstimul

Každý účastník vykonal dve verzie tejto úlohy, ktoré boli dizajnovo identické, ale používali sa neprekrývajúce sa súbory obrazov tvárí a scén. Každá úloha kódovania bola prezentovaná buď počas 6 Hz alebo simulovanej stimulácie tACS. Aby sa účastníci oboznámili s úlohou, bola pred experimentálnymi podmienkami poskytnutá skrátená verzia 15 nových párov ako tréning a na začiatku každej verzie boli prezentované štandardizované pokyny.

Po úlohe kódovania účastníci dokončili videohru ako úlohu rozptýlenia počas 5 minút, aby sa znížil efekt krátkodobej pamäte na aktuálnosť a minimalizovali sa možné následné účinky stimulácie. Predpokladá sa, že úloha je dostatočne pútavá, aby zabránila namáhavému nácviku.

Po úlohe rozptýlenia účastníci dokončili fázu testovania pamäte, ktorá zahŕňala úlohu asociatívneho a percepčného rozpoznávania. V úlohe asociatívneho rozpoznávania účastníci videli 45 prezentácií buď 1) pôvodných párov tvár-scéna videných počas kódovania, 2) párov tvárí a scén, ktoré boli predtým videné, ale boli prevzaté z rôznych párov kódovania, alebo 3) párov nových obrázkov, ktoré neboli predtým počas kódovania viditeľné. Účastníci boli požiadaní, aby uviedli, či „videli spolu“, „videli, ale nie spolu“ alebo „nikdy nevideli“ pomocou kláves „1“, „2“ a „3“. Účastníci boli požiadaní, aby odpovedali na klávesnici svojou dominantnou rukou. Neexistoval žiadny časový limit.

Asociatívne vyhľadávacie bloky boli zmiešané s úlohou vnímania rozpoznávania, v ktorej bola prezentovaná séria nových alebo predtým videných obrázkov počas 200 ms, po ktorých boli účastníci požiadaní, či obrázky rozpoznali (odpovede áno/nie; obr. 2). V jednom bloku účastníci odpovedali na 9 párov asociatívnych vyhľadávacích obrázkov a potom odpovedali na 9 obrázkov na rozpoznávanie vnímania. Bloky sa striedali vo formáte ABAB.

Poradie podmienok tACS bolo medzi účastníkmi vyvážené. Účastníci si pred začatím testovania opreli hlavy o pevnú opierku brady. Experiment trval približne 90 minút na účastníka, čo zahŕňalo čas potrebný na pripojenie elektród. Každý účastník podstúpil simulované a theta stimulačné podmienky v ten istý deň, pričom medzi dvoma stimulačnými periódami bolo približne 30 minút.

2.3. parametre tACS

tACS sa aplikoval pomocou zariadenia neuroConn DC-STIMULATOR TES s použitím koncentrickej elektródovej zostavy na fokálnu stimuláciu, ktorá zahŕňala vnútornú kruhovú elektródu (priemer 3 cm) umiestnenú vo vnútri vonkajšej elektródy (priemer 11 cm; obr. 3A). Toto nastavenie sa predtým používalo na fokálnu stimuláciu počas kognitívnych úloh (Bortoletto, Rodella, Salva-dor, Miranda a Miniussi, 2016; Gbadeyan, Steinhauser, McMahon, & Meinzer, 2016; Schuhmann et al, 2019) . Stred koncentrického nastavenia bol umiestnený nad miestom na pokožke hlavy P3, ako bolo identifikované systémom polohovania elektród 10–20 EEG, pretože sa ukázalo, že toto miesto má rozsiahle spojenie so sieťou hipokampu (Freedberg a kol., 2019; Hermiller a kol. ., 2019; Wang a kol., 2014). Použili sme softvér SimNIBS na simuláciu šírenia elektrického poľa pre koncentrické nastavenie pri podávaní cez P3. Výsledky simulácie ukázali elektrické pole s ohniskom maximálnej intenzity poľa (0,296 V/m na 99,9 percentile) pod centrálnou elektródou, ktoré sa zmenšovalo smerom k vonkajšej prstencovej elektróde (obr. 3B). Pre vizuálne porovnanie, Obr. 3C ukazuje T-mapu hipokampálno-kortikálnej konektivity zo štúdie funkčnej magnetickej rezonancie (rs-fMRI) v pokojovom stave so štyridsiatimi tromi účastníkmi (Tambini et al., 2018; získané z ), v r. ktorá ľavá parietálna oblasť vysokej hipokampálnej konektivity prekrýva s našou lokalizáciou stimulácie.

Pre každého účastníka sme použili EEG čiapku (www.easycap.de; bez pripojených elektród) na označenie polohy P3 centrálnymi a laterálnymi vzdialenosťami medzi anatomickými značkami, ktoré sú definované 10–20 EEG polohovacím systémom elektród na každom z nich. hlavu účastníka. Čiapočku sme vycentrovali na hlavu podľa štandardných postupov a označili ju na temene pomocou kozmetickej ceruzky šetrnej k pokožke. Každý účastník bol pred pripojením elektródy vyšetrený na odreniny, zápaly alebo malé rany na pokožke hlavy. Účastníci s akýmikoľvek kožnými abnormalitami v mieste alebo blízko miesta stimulácie boli z experimentu pred umiestnením elektródy vylúčení. Vodivá lepiaca pasta sa použila na optimalizáciu vodivosti medzi elektródami a pokožkou hlavy pod 10 kΩ pre každého účastníka. Overili sme, že pasta pre každú z dvoch elektród sa nepripojila. Kvôli lepiacej paste neboli potrebné žiadne čelenky ani popruhy, ktoré by držali elektródy na mieste počas celého experimentu.

V theta stave. frekvencia stimulácie bola nastavená na 6 Hz pre 5400 cyklov (15 min. x 60 s x 6 Hz) pri intenzite 2 mA (od vrcholu k vrcholu). Účastníci boli oboznámení s pocitom tACS v krátkom stimulačnom sedení, aby sa zistilo, či je stimulácia tolerovateľná. Jeden účastník uviedol nepohodlie a intenzita stimulácie sa u tohto účastníka znížila na 1,8 mA. Počas experimentu bola stimulácia aplikovaná 15 minút, počnúc 5 minút pred úlohou kódovania. Účastníci dostali výplňovú úlohu (úlohu vizuálnej diskriminácie) počas prvých 5 minút stimulácie, aby zaujali účastníkov a zabezpečili, aby boli v podobnom duševnom stave predtým, ako začali s úlohou asociatívneho kódovania. Trvanie nábehu a dobehu bolo nastavené na 30 s v podmienkach theta. V simulovanom stave trvala stimulácia 300 cyklov (50 s), kým sa znížila, aby sa vytvoril pôvodne nerozoznateľný stav na maskovanie podmienok.

Kvôli rozdielu v kontinuálnych somatosenzorických vnemoch medzi dvoma stavmi tACS. účastníci mohli teoreticky rozlíšiť theta stimuláciu od simulovanej stimulácie. Na overenie, či je to tak, boli účastníci požiadaní, aby na konci experimentu slovne identifikovali rozdiely v stimulačných podmienkach posthoc. Žiadny z účastníkov nás neinformoval, že nedokázal s istotou rozlíšiť stimuláciu theta od simulácie.

3. Analýza údajov

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) boli vylúčené z analýzy, čo predstavovalo stratu 4,03 percenta v priemere zo všetkých pokusov.

Výkon pamäte sme analyzovali výpočtom citlivosti pamäte (d, Stanislaw & Todorov, 1999; Macmillan & Creelman, 2005) pomocou frekvencie zásahov a frekvencie falošných poplachov. Pre test asociatívnej pamäte sa miera zásahov vypočítala ako podiel párov fac-scéna zobrazených počas úlohy kódovania, ktoré boli správne identifikované ako „videné ako pár“. Miera falošných poplachov bola identifikovaná ako podiel párov tváre a scény, ktoré boli nesprávne posúdené ako pár počas úlohy kódovania. Pre test percepčnej pamäte sa miera zásahov vypočítala ako podiel predtým zobrazených jednotlivých položiek, ktoré boli správne posúdené, ako bolo vidieť predtým, a miera falošných poplachov ako podiel nových položiek, ktoré boli chybne posúdené, ako bolo vidieť predtým. Štatistické porovnania medzi podmienkami tACS sa uskutočňovali pomocou párových t-testov a ANOVA s opakovanými meraniami sa použili na testovanie, či účinky v rámci subjektu korelujú s kovariátmi veku, pohlavia a poradia stavu tACS. Okrem toho sme vykonali párové vzorové t-testy a opakované merania ANOVA analýz časov odozvy kódovania (čas od začiatku páru stimulov po stlačenie tlačidla), aby sme určili, či povaha kódovania s vlastným tempom vytvorila významný rozdiel vo výkonnosti medzi podmienkami a účastníkmi. Účinky sa považovali za významné pri hodnote p 0,05.

Keďže naše hypotézy zahŕňali nulové účinky (de Graaf & Sack, 2011), vypočítali sme Bayesov faktor, aby sme kvantifikovali silu dôkazov v prospech žiadneho účinku v dôsledku tACS, teda BF1o.<1(wagenmakers,2007). bayes="" factor="" calculation="" was="" performed="" using="">

4. Výsledky

4.1. Čas odozvy počas kódovania

Počas úlohy kódovania účastníci odpovedali v priemere 2753,1 ms (SE= 213,8 ms) po aktivácii párov obrázkov počas theta-tACS. Počas simulovaného-tACS bol čas odozvy kódovania 2971,5 (227,4) ms. Časy odozvy kódovania sa medzi dvoma podmienkami tACS významne nelíšili (t(17)=-1.54,p= 0.14). Testovali sme tiež, či sa rozptyl času odozvy v rámci pokusov s kódovaním každého účastníka líši medzi podmienky tACS (priemer [SE] theta-tACS=978.8 [68.5], falošné-tAGS=1060.4[96.2]) a nezistil sa žiadny významný rozdiel (t(17){{26} }.33,p=0.20).

4.2 Účinky tACS na báze theta na asociatívne pamäťové reakcie

Výkon asociatívnej d'pamäti počas theta-tACS (priemer [SE]=1.32 [0.13]) bol výrazne nižší ako asociatívny d'počas falošných tACs (1,61 [0 .16]; t(17)=-2.517,p= 0.022,Cohenovo d=-0.59;pozri 互g. 4A）.A opakované merania ANOVA s tACS （ Theta, Sham） ako faktor v rámci subjektu ukázali, že tento účinok neinteragoval s faktormi medzi subjektmi Vek (p=0.23) alebo pohlavie(p=0.36). nadmerné účinky stimulácie theta na kódovanie počas nasledujúcej simulovanej stimulácie pomocou poradia tACS (theta nasledované falošnou vs. sham nasledovanou theta) ako medzisubjektovými faktormi, ktoré významne neinteragovali s efektom tACS v rámci subjektu asociatívna pamäť (p= 0.64).

Aby sme ďalej preskúmali účinok tACS na d', vykonali sme post-hoc porovnania miery zásahov a miery falošných poplachov medzi dvoma podmienkami tACS. Miera zásahov bola výrazne vyššia v simulovanom stave (67.0 percent [0.05]) v porovnaní s theta stavom (53,7 percent [0.{101} {23}}5]) pre asociatívnu pamäť (t(17)=-3.286,p=0.004, Cohenovo d =-0.78). Miery falošných poplachov pre výkon asociatívnej pamäte neodhalili žiadny významný rozdiel medzi falošným (16,2 percenta [0,02]) alebo theta stavom (12,1 percenta [0,02]:t(17)=-1,428,p{{28} }.171). Tieto zistenia potvrdili, že theta-tACS zhoršil výkon asociatívnej pamäte.

4.3. Účinok tACS založený na theta na vnímanie rozpoznávania položiek

Ďalej sme analyzovali skóre pre test percepčného rozpoznávania, ktorý bol vykonaný na rovnakom vizuálnom materiáli ako pre test asociatívnej pamäte. Nezistili sme žiadny významný rozdiel vo vnímavom rozpoznávaní položiek medzi theta (1,56 [0.16]) a falošnými podmienkami (1,48 [0.10];t(17)=0.462 ,p=0.65;pozri obr.4B). Keďže sme usúdili, že ACS nemá vplyv na vnímanie, pre toto porovnanie sme vypočítali Bayesov faktor (BF). Zistili sme, že BF1o= 0.44, čo poskytuje neoficiálny dôkaz v prospech žiadneho účinku.

4.4. Porovnanie výkonov asociatívnej a percepčnej pamäte

Aby sme analyzovali, či tACS ovplyvnil asociatívnu a percepčnú rozpoznávaciu pamäť odlišne, vykonali sme štyri ďalšie analýzy. Najprv sme korelovali výkon asociatívnej pamäte a percepčného rozpoznávania pre falošný stav, aby sme určili, či základný výkon v týchto dvoch úlohách súvisí. Táto korelácia nebola významná (r=0.28,p=0.26) . Výpočet Bayesovho faktora ukázal, že dôkazy boli v prospech toho, že tieto dve úlohy spolu nesúvisia (BFy =0.52). Tento výsledok zodpovedá našej hypotéze, že úlohy asociatívnej a percepčnej pamäte sa spoliehajú na rôzne základné nervové mechanizmy. Po druhé, porovnali sme d' falošného stavu dvoch pamäťových úloh pomocou t-testu párových vzoriek. a zistili, že sa výrazne nelíšia (t(17)= 0.78,p=0.78 BFyo=0.25). čo naznačuje, že úlohy boli rovnako náročné. Po tretie, korelovali sme výkonnostný rozdiel spôsobený tACS (tj d(Theta-d(Sham) medzi pamäťou asociatívneho a percepčného rozpoznávania a nenašli sme žiadnu významnú koreláciu (r= 0.12,p= 0.63 ;BF10=0.33). Po štvrté, testovali sme, či tACS indukované zhoršenie výkonu asociatívnej pamäte bolo väčšie ako (nulový) účinok tAGS na výkon rozpoznávacej pamäte. Na modelovanie tejto interakcie medzi tACS a úlohou sme vypočítali model opakovaných meraní s tACS a úlohou ako faktormi v rámci subjektu (a vek, pohlavie a poradie ako faktory medzi subjektmi) a zistil významný efekt interakcie tACS × úloha (F(1,13)=7.68,p=0.015,= 0.37). Celkovo tieto výsledky naznačujú, že tACS ovplyvnil asociatívnu pamäť odlišne od výkonu rozpoznávacej pamäte.

4.5. Porovnanie časov odozvy kódovania ako vysvetlenie účinkov tACS

Mohlo by byť možné, že individuálne rozdiely v časoch odozvy kódovania ovplyvnili účinok tACS na pamäť, napriek nedostatku významného účinku tACS na časy odozvy kódovania. Napríklad účastníci s rýchlejšími časmi kódovania mohli stimuly spracovať horšie, čo ich mohlo urobiť zraniteľnejšími voči účinku tACS. Aby sme preskúmali tento problém, prepočítali sme ANOVA s opakovanými meraniami pre asociatívnu a rozpoznávaciu pamäť a asociatívnu x rozpoznávaciu interakciu. ale teraz s použitím kódovacích časov odozvy spriemerovaných medzi dvoma podmienkami tACS ako kovariátov sme nezistili žiadny významný vplyv kódovacej odpovede. čas pre asociatívnu pamäť (p=0.31), pamäť rozpoznávania (p=0.25) alebo interakciu asociatívneho × rozpoznávania (p=0.97). Aby sme potvrdili tieto nulové efekty, vypočítali sme Bayesov faktor pre interakciu časov odozvy kódovania s účinkom opakovaného merania tACS na asociatívnu pamäť, rozpoznávaciu pamäť a asociatívnu × rozpoznávaciu interakciu a zistili sme, že boli na alebo pod/v celku. prípady (pre každý príslušný model bol BF1{{10}} 0,35, 0,37 a 0,13). Tieto zistenia teda vyvracajú návrh, že časy kódovania ovplyvnili účinok tACS na výkon pamäte.

5. Diskusia

Naše výsledky ukazujú, že theta tACS nad parietálnym kortexom počas kódovania pamäte zhoršuje výkon asociatívnej pamäte, ale nie pamäť percepčného rozpoznávania rovnakých materiálov úloh. Tieto zistenia sú v súlade s opakovanými pozorovaniami, že theta oscilačná aktivita špecificky prispieva k asociatívnemu kódovaniu pamäte (a]sein a kol., 1998; Buzsaki, 2002; Lega a kol., 2012; Burke a kol., 2013; Herweg a kol., 2020; Sauseng a kol., 2010). Zistenie, že výkon asociatívnej pamäte nekoreluje s výkonom percepčnej pamäte, ďalej potvrdzuje názor, že nervové koreláty dvoch pamäťových procesov sú disociovateľné. Toto je ešte dôležité vzhľadom na to, že sa zistilo, že miesto parietálnej stimulácie (P3) hrá úlohu v asociatívnej pamäti aj pri percepčnom spracovaní (Cabeza a kol., 201l; Culham & Kanwisher, 2001; Gotlieb, 2007). To znamená, že nervové koreláty týchto dvoch úloh vykazujú priestorové prekrytie v parietálnom kortexe. Napriek tomu disociovateľný účinok theta tACS na dve pamäťové úlohy naznačuje, že oscilačná aktivita theta môže funkčne disociovať dva pamäťové procesy v parietálnom kortexe. Okrem toho túto disociáciu nemožno vysvetliť rozdielom v obtiažnosti úlohy, pretože výkon počas falošných podmienok oboch úloh bol podobný.

Naše zistenie zhoršenia asociatívnej pamäte po theta tACS kontrastuje s niekoľkými predchádzajúcimi zisteniami zlepšeného výkonu pamäte vyvolaného theta tACS. Porovnaniu medzi štúdiami však bráni heterogenita v dizajne úloh a umiestnení mozgovej stimulácie. Napríklad v štúdiách pracovnej pamäte bolo zaznamenané zlepšenie pamäte vyvolané tACS (Abellaned-Prezet al, 2020 Alekseichuk et al. 2016; Khader et al. 2010), ale tieto úlohy sa pravdepodobne nespoliehali na asociatívne spracovanie. Okrem toho môže byť oblasť stimulácie obzvlášť dôležitá kvôli rozdielnym účinkom sily theta na rôzne neuroanatomické miesta (Long. Burle, & Kahana 2014). Napríklad zvýšený výkon v úlohe asociácie tvárovej scény po podaní tACS do oblasti vretena (Lang et al, 2019) mohol byť výsledkom modulácie kódovania rysov tváre, a nie zvýšeného kódovania asociatívnej pamäte. Zatiaľ čo oscilačná aktivita theta bola pozorovaná v týchto oblastiach u ľudí a zvierat (Lee a kol., 2005; Raghavachari a kol., 2006; Sauseng a kol., 2010), môžu hrať inú úlohu v pamäťových procesoch. V novšej štúdii Klinlk et al. (2020) nenašli žiadnu zmenu vo výkone asociatívnej pamäte u mladých účastníkov po tACS nad ventrolaterálnym prefrontálnym kortexom, čo ďalej ilustruje nekonzistentnosť výsledkov.

Namiesto toho navrhujeme, aby naše zistenia boli v súlade s predchádzajúcimi štúdiami, ktoré ukazujú, že parietálna kortikálna stimulácia moduluje nervovú aktivitu v hipokampálno-kortikálnej sieti, ktorá podporuje asociatívne spracovanie pamäte (Freedberg a kol., 2019; Hermiller a kol., 2019; Tambini a kol. al 2018; Wanget al, 2014). Konkrétnejšie, naše zistenia sú v súlade s moduláciou asociatívnej pamäte, ale nie rozpoznávacej pamäte, po podaní TMS cez parietálny kortex (Tambini et al., 2018). Rozširujeme tieto správy tým, že ukazujeme, že theta tACS môže modulovať aj ako Sociatívne spracovanie v pravdepodobne rovnakej hipokampálno-kortikálnej sieti Je možné, že naše zistenie zníženej, a nie zvýšenej, asociatívnej pamäte môže skutočne súvisieť s theta oscilačným vzorom stimulácie mozgu. .

Dôležité je, že sme stimulovali pri pevnej frekvencii pre všetkých účastníkov, a nie pri individuálnej theta frekvencii. Stimulácia pri individuálnej špičkovej frekvencii by viedla k zvýšenému nervovému strhávaniu, čo by mohlo zvýšiť výkon pamäte (Hanslmayr, Axmacher & Inman, 2019; Thut et al, 2011). Túto predstavu podporuje niekoľko predchádzajúcich štúdií tACS, ktoré stimulovali individuálnu theta frekvenciu, identifikovanú pomocou theta-gama fázovej amplitúdovej väzby počas vykonávania úlohy a zistili zvýšený výkon pracovnej pamäte po stimulácii (Reinhart & Nguyen, 2019; Vosskuhl, Huster, & Hermann., 2015). Iné štúdie tACS ukazujúce zlepšenie pracovnej pamäte však používali pevnú stimulačnú frekvenciu (Jausovec a Jausovec, 2014; Lang a kol., 2019), čo naznačuje, že stimulácia na individuálnej frekvencii theta nie je potrebná na moduláciu výkonu pamäte. Vo všeobecnosti niekoľko štúdií ukázalo, že stimulácia na individuálnej alfa frekvencii konzistentne nezvýšila nervové strhávanie (Vossen a kol., 2015; Stecher & Herrmann, 2018), čo naznačuje, že vzťah medzi mozgovou stimuláciou, nervovým strhávaním a kognitívnym výkonom nemusí byť priamočiary. Napokon existujú dôkazy, že asociatívne kódovanie u ľudí je podporované dvoma frekvenčnými pásmami na extrémoch rozsahu theta (3-8 Hz), a nie menením okolo stredu rozsahu theta (Lega et al, 2012 (Wolinski et al., 2018)). V tomto prípade by elektrická oscilačná stimulácia v strede rozsahu theta viedla k desynchronizácii theta alebo posunom vo fáze endogénnych frekvencií, čo by mohlo narušiť spracovanie pamäte (Alekseichuk et al. 201Z Polania, Nitsche, Korman Batsikadze a Paulus, 2012). Tvrdíme, že naše zistenia sa javia najlepšie v súlade s popisom fázovej desynchronizácie indukovanej tACS, ktorá zhoršuje asociatívnu pamäť, ale neovplyvňuje výkon vnímania.

Dizajn našej štúdie predstavuje niekoľko obmedzení pre naše závery. Nezahrnuli sme funkčné zobrazovanie mozgu súčasne s podávaním tACS, čo nám bráni overiť účinok parietálneho tACS na hipokampálno-kortikálnu sieť. Tiež sme nemerali EEG súčasne s podávaním tACS, čo znamená, že sme nemohli empiricky otestovať našu postuláciu desynchronizácie theta v asociatívnej pamäti. Nakoniec sme nepoužili kontrolnú frekvenciu alebo umiestnenie na overenie špecifickosti theta stimulácie parietálneho kortexu. Tieto otvorené otázky plánujeme riešiť v budúcich štúdiách.

Na záver naša štúdia ukazuje, že theta tACS ovplyvnilo kódovanie asociatívnej pamäte, pričom šetrilo vnímanie. v súlade s hypotézou, že oscilácie theta hrajú rozhodujúcu úlohu pri vytváraní asociatívnej pamäte v parietálno-hipokampálnych interakciách. Tieto výsledky sú v súlade so súčasnými neurobiologickými modelmi asociatívnej pamäte a podporujú ďalšie štúdium využívajúce neinvazívnu elektrickú stimuláciu mozgu na moduláciu oscilačnej aktivity sietí asociatívnej pamäte pre súčasný výskum pamäte.