Langvarige, dissosierbare forbedringer i arbeidsminne og langtidshukommelse hos eldre voksne med repeterende nevromodulering del 3

Replikering av primærfunn i et uavhengig utvalg.

Vi utførte et ekstra eksperiment for å teste om de primære observasjonene fra eksperiment 1 replikeres i en uavhengig prøve. Eksperiment 3 besto av 30 eldre deltakere som var randomisert til å motta enten DLPFC gamma eller IPL theta nevromodulasjon under utførelsen av den frie gjenkallingsoppgaven.

Det er en nær sammenheng mellom nevromodulasjon og hukommelse. Nevromodulering forbedrer hukommelsen ved å fremme forbindelser og informasjonsoverføring mellom hjerneceller. Hukommelse er en viktig hjørnestein i menneskets overlevelse og utvikling. Gjennom nevral regulering kan det hjelpe oss bedre å mestre og anvende kunnskap.

Nevromodulering kan påvirke mange aspekter av minnet. For det første kan nevromodulering påvirke aktiviteten i hjernebarken, og derved modulere persepsjon, oppmerksomhet og kognitive evner. Disse er grunnlaget for hukommelsesdannelse, og gjennom nevromodulering kan de hjelpe oss bedre å forstå, huske og anvende informasjon.

For det andre kan nevromodulering også modulere forbindelsene og signaleringen mellom nevroner. Antall og struktur av forbindelser mellom nevroner kan direkte påvirke hukommelsesevnen. Forbindelsene og signaleringen mellom nevroner kan forbedres gjennom nevromodulering, og dermed forbedre hukommelsesevnen.

I tillegg kan nevromodulering påvirke hippocampus og andre nevronale populasjoner i hjernen for å fremme langsiktig minneoppbevaring og gjennomgang. Gjennom nevromodulering kan vi bedre regulere forbindelsene mellom populasjoner av nevroner og forbedre kodingen og lagringen av minner.

Avslutningsvis er forholdet mellom nevromodulasjon og hukommelse veldig nært. Ved å forbedre nevromodulering kan vi forbedre hukommelsen vår og bedre forstå og anvende kunnskap. Dette har en positiv innvirkning på studiet, arbeidet og livet vårt, så vi bør ta hensyn til effekten av nevromodulering på hukommelsen, og fremme utviklingen av nevromodulasjon og hukommelse gjennom fysisk trening, kostholdsregulering osv. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig fordi Cistanche deserticola er et tradisjonelt kinesisk medisinsk materiale som har mange unike effekter, en av dem er å forbedre hukommelsen. Effekten av kjøttdeig kommer fra de ulike aktive ingrediensene den inneholder, inkludert syre, polysakkarider, flavonoider osv. Disse ingrediensene kan fremme hjernens helse på ulike måter.

Klikk vet kosttilskudd for å forbedre hukommelsen

Nevromodulasjonsprotokollen som ble fulgt var stort sett lik eksperiment 1, bortsett fra at nevromodulering ble utført i tre i stedet for fire påfølgende dager og ikke inkluderte en langsiktig oppfølging.

Minneytelse ble undersøkt ved baseline og under hver nevromodulasjonssesjon. En blandet ANOVA med dag (grunnlinje, dag 1, dag 2 og dag 3) og serieposisjon (primat, midt 1, midt 2, midt 3 og nylig) som innen-subjektsfaktorer og gruppe (DLPFCgamma og IPL theta) som mellom- emnefaktoren viste signifikante forskjeller i minneytelse (dag × seriell posisjon × gruppe: 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). 

Oppfølgings-ANOVAer avslørte en signifikant interaksjon mellom serieposisjon og gruppe på dag 2 og 3 med nevromodulering og en signifikant interaksjon mellom dag og gruppe for forrang- og nylige klynger (tilleggstabell 4). Tosidige uavhengige prøve-t-tester viste at minneytelsen i primærklyngen ble betydelig forbedret i DLPFC-gammagruppen i forhold til IPL-thetagruppen på dag 2 og dag 3 av nevromodulering (fig. 6a, øverst).

Ytelsen i den nylige klyngen var signifikant høyere i IPL-theta-gruppen i forhold til DLPFC-gammagruppen på dag 3 av intervensjonen (fig. 6a, nederst). Disse resultatene er parallelle observasjoner fra eksperiment 1 (fig. 2a, venstre). Baseline-ytelsen var ikke forskjellig mellom de to gruppene (tilleggstabell 4), og utelukket derfor ikke-spesifikke forskjeller mellom grupper.

Ved å undersøke forholdet mellom kognitiv funksjon og hukommelsesytelse, fant vi at individer med lavere MoCA-score i DLPFCgamma-gruppen viste bedre hukommelsesytelse på dag 3 bare i primacy-klyngen (r13=-0.672, P=0.006; Fig. 6b,c), mens de med lavere MoCA-poengsum i IPL-theta-gruppen viste bedre minneytelse på dag 3 bare i nylig-klyngen (r13= −0.618,P=0.014; Fig. 6d,e), lik funnene i eksperiment 1(fig. 5).

Sammen gjengir disse observasjonene i et uavhengig utvalg av deltakere de primære funnene i eksperiment 1, noe som ytterligere styrker tilliten til konklusjonene som trekkes fra dem.

Diskusjon

Vi presenterer bevis for selektive forbedringer hos WM og LTM hos eldre voksne gjennom dissosierbar spatiospektral medføring av hjernerytmer, og forbedringene opprettholdes i minst 1 måneds intervensjon. Eksperiment 1 viste at selektive endringer i WM- og LTM-funksjonen er mulig gjennom innføring av rytmene i henholdsvis IPL og gammarytmer i DLPFC.

Forsøk 2 viste at bytte av modulasjonsfrekvenser mellom de to regionene ikke ga noen fordeler. Følgelig er det kombinasjonen av anatomisk plassering og rytmisk frekvens som bestemmer det riktige underlaget for minneforbedring.

Dessuten bekreftet det at forbedringene som ble observert under eksperiment 1 skyldtes medføring av funksjonelt spesifikke hjernekretsløp og ikke på grunn av uspesifikke effekter som transretinal eller transkutan stimulering 33.

I tillegg observerte vi større forbedringer hos individer med dårligere kognitiv funksjon. Disse funnene ble ytterligere replikert i en uavhengig prøve i eksperiment 3.

Vi fant videre at hastigheten som temaminnefunksjonen forbedres med under intervensjonen predikerer minnestyrken 1 måned etter intervensjonen, og gir dermed en viktig metrikk for å måle behandlingsrespons i fremtidige studier.

Sammen antyder disse funnene at hukommelsesfunksjonen kan forbedres selektivt og bærekraftig hos eldre voksne gjennom modulering av funksjonelt spesifikke hjernerytmer.

Spesifisiteten som distinkte rytmiske nevromodulasjonsprotokoller påvirket forskjellige minnefunksjoner med kan virke overraskende gitt litteraturen som dokumenterer den generelle involveringen av både frontale og parietale regioner og både theta- og gammarytmer tilWM- og LTM-funksjon36,37.

Dette er spesielt tilfellet fordi nevromodulering ble utført under både koding og tilbakekalling av alle ord presentert under en liste. Våre funn tyder sterkt på at intervensjonene våre manipulerte to distinkte kognitive operasjoner. Etter dual-store-rammeverket antar vi at IPLtheta-modulasjon forbedret WM-operasjoner.

I motsetning til tidligere nevromodulasjonsstudier med visuospatiale memoranda18, tror vi imidlertid ikke at IPL theta-modulasjon forbedret WM-kapasiteten i seg selv. Hvis det var tilfelle, ville forbedringer i minneytelse også blitt observert i noen midtposisjonsklynger i tillegg til nylige klynge.

Vi forventer heller ikke økninger i generell oppmerksomhetsfunksjon med IPL thetamodulering. Selv om det antas at parietale theta-rytmer letter oppmerksomhetsprøver38, er det lite bevis som tyder på endringer i oppmerksomhet med parietal theta-medriving39.

I stedet foreslår vi at IPL theta-modulasjon kan ha lettet den tidsmessige segregeringen mellom påfølgende minnerepresentasjoner, og minimerer interferens mellom dem15.

Dessuten er theta-rytmer også kjent for å lette temporal kontekstmediert tilbakekalling40, noe som potensielt reflekterer en vanlig nevrofysiologisk mekanisme som ligger til grunn for bevart vedlikehold og kontekstbasert gjenfinning av WM-representasjoner. Iboende begrensninger på WM-kapasiteten, upåvirket av nevromodulering, kan begrense disse forbedringene til bare de senere ordene i listen, og dermed bare forbedre nysynsklyngen.

I så fall kan disse funnene reflektere en ekstra tilnærming for ikke-invasiv forbedring av WM-funksjonen innenfor den innflytelsesrike theta-gamma kryssfrekvenskoblingsteorien15, i tillegg til å endre minnekapasiteten18.

Muligheten for at selv om IPL-thetamodulering kan ha forenklet vedlikehold og tilbakekalling av sidelisteelementer, kan det ikke ha forbedret overføringen av tidligere presentert informasjon til LTM, kan ha bidratt ytterligere til disse selektiviteten til effekter. Dette kan skyldes tilstedeværelsen av distinkte kodingsmekanismer for de to minnelagrene, en mulighet støttet av en nylig transkraniell magnetisk stimulering (TMS) studie14.

Alternativt kan overføringen av representasjoner mellom de to minnesystemene involvere separate eksekutive kontrollprosesser41 upåvirket av dagens nevromodulasjonsdesign. Følgelig kan det hende at IPL theta-modulasjon ikke har påvirket minnerepresentasjoner i forrangsklyngen. I stedet kom forbedringer i forrangseffekten selektivt med DLPFC gammamodulering.

Denne protokollen kan selektivt ha forbedret evnen til å hente representasjonene separat kodet eller overført til LTM, ved potensielt å påvirke hippocampus og andre temporallappstrukturer42, som også samtidig viser gammaaktivitet under forsinket tilbakekalling36. En tidligere nevromodulasjonsstudie, selv om den undersøkte hukommelsesfunksjonen hos unge voksne med konvensjonell tACS i én økt, stemmer overens med dette forslaget22.

Selv om både theta- og gammarytmer, og både DLPFC- og IPL-regioner, er kjent for å generelt bidra til WM- og LTM-ytelse, kan de indeksere distinkte kognitive prosesser som selektivt ligger til grunn for de dissosierbare forbedringene observert i den nåværende studien.

Funnene i denne studien bidrar også til debatten rundt teoretiske modeller for fri erindring. Segregerte nevrale baser av forrang og nylige effekter har vært et heftig debattert tema i nevropsykologi med motstridende bevis14,43. Den selektive moduleringen av forrang og nylige effekter observert i den nåværende studien støtter distinkte underliggende mekanismer, i samsvar med dual-store modellene11 og nevropsykologiske observasjoner12,13.

Imidlertid er funnene våre for øyeblikket ikke uforenlige med alternative modeller for fri tilbakekalling. For eksempel tilskriver en teori forrangseffekter til 'langsiktig arbeidsminne' der langsiktige lagrings- og gjenfinningsoperasjoner støtter WM-funksjonen avhengig av ekspertiseavhengige gjenfinningsstrukturer44,45. Dette synet er ikke i strid med den nevnte hypotesen om at DLPFC gamma-nevromodulering kan ha påvirket gjenfinning fra LTM, om enn i denne visningstjenesten til WM.

En måte å disambiguere mellom disse to perspektivene på er å bruke metoden for personalisering for å modulere ekspertise45, i så fall vil denne teorien forutsi en sterkere effekt av DLPFC gamma-nevromodulering i nærvær av sterkere ekspertiseavhengige gjenfinningsstrukturer. Videre, selv om de kontekstuelle gjenfinningsteoriene er ikke designet for å forklare forrangseffekter, har underskudd i forrangseffekter hos eldre voksne blitt tilskrevet oppmerksomhetsprosesser46, som igjen er assosiert med DLPFC gammaaktivitet47. DLPFC gamma-nevromodulering kan ha ytterligere forbedret den iboende gradienten i effektiviteten av kodingsmekanismer med fordeler for tidlige hendelser i en serie46. Spesielt er økt gammaaktivitet i tinninglappen assosiert med denne effekten17.

Som diskutert ovenfor, kan DLPFC gamma-nevromodulering ha ført til nedstrømseffekter på gammaaktivitet i tinninglappstrukturene42, noe som forsterker primacy-effekten. Hvorvidt DLPFC gammaneuromodulasjon spesifikt påvirker LTM-gjenfinningsprosesser eller oppmerksomhetsmekanismer kan potensielt adresseres gjennom agranulær analyse av minneytelse i primasyklisten.

For eksempel forutsier LTM-gjenfinningskontoen et additivt skifte til minneytelse med økende seriell posisjon i primærklyngen på grunn av lignende fordeler som gjenfinningsprosesser i alle serieposisjoner, mens oppmerksomhetskontoen forutsier reduksjon i hellingen av minneytelse som en funksjon av dissesielle posisjonen , og reflekterer dermed en stabilisering i vedvarende oppmerksomhet46.

Suksessen til nevromodulasjonsprotokollen med å selektivt manipulere forrangseffekten vil være et kraftig verktøy for å teste disse konkurrerende spådommene. Fremtidige studier som har tilstrekkelig kraft til å systematisk teste disse hypotesene kan disambiguere mellom disse konkurrerende spådommene for å avgrense og forene de forskjellige teoriene om fri erindring.

Dette arbeidet bidrar til den voksende litteraturen som antyder spotensielle kliniske fordeler for hukommelsesfunksjon hos eldre voksne med ikke-invasive teknikker7. Protokollene som brukes i den nåværende studien viser at minnefunksjonen kan forbedres selektivt i minst 1 måned etter en 4-dagers intervensjon. Disse langvarige effektene kan oppstå på grunn av nevroplastiske endringer48 etter faselåsing av iboende hjernerytmer med tACS49.

I tillegg antyder disse funnene at funksjonell differensiering, som vanligvis reduseres med aldring50, kan fremmes gjennom funksjonell spesifikk nevromodulering. Funn fra denne studien kan motivere flere undersøkelseslinjer for å undersøke deres kliniske potensial ytterligere. For eksempel bør fremtidige studier undersøke generaliserbarheten av disse funnene til forskjellige kognitive paradigmer som spenner over minnefunksjon på tvers av forskjellige sensoriske domener og replikere dem i større studieprøver.

Dessuten må det bestemmes hvordan man kan fremme bærekraftige effekter som går utover 1-månedsvarigheten som er observert i den nåværende studien. Personalisering av nevromodulasjonsprotokollen i henhold til individuelle anatomiske og funksjonelle egenskaper er en mulig tilnærming6.

I tillegg kan den spesifikke frekvensen innenfor theta- og gammaområdene, antall og varighet av modulasjonsøkter, det optimale gapet mellom påfølgende økter, og interaksjonen mellom kognitiv og nevrale funksjon i utgangspunktet med disse metrikkene varieres systematisk for å bestemme de mest optimale modulasjonsdesignene.

Videre, i tillegg til MoCA, bør fremtidige studier bruke mer omfattende nevropsykologiske vurderinger for å kvantifisere kognitiv funksjon og dens assosiasjon med tACS-induserte forbedringer.

Til slutt, utover potensielle fordeler for friske eldre voksne, bør de translasjonsmessige implikasjonene for personer med nevropsykiatriske og nevrodegenerative lidelser, spesielt de med selektiv hukommelsessvikt10 og i risikosonen fordemens5, undersøkes. Funn fra denne studien tjener som et springbrett mot å undersøke disse spørsmålene av klinisk interesse.

Innhold på nett

Eventuelle metoder, tilleggsreferanser, naturforskningsrapporteringssammendrag, kildedata, utvidede data, tilleggsinformasjon, anerkjennelser, fagfellevurderingsinformasjon; detaljer om forfatterbidrag og konkurrerende interesser; og erklæringer om data og kodetilgjengelighet er tilgjengelig påhttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Referanser

1. Sentre for sykdomskontroll og forebygging. Trender i aldring - USA og over hele verden. MMWR Morb. Dødelig. Wkly. Rep. 52, 101–104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Beslutningstaking i aldrende hjerne: endringer i affektive og motiverende kretser. Nat. Rev. Neurosci. 16 278–289 (2015).

3. Søraas, A. et al. Selvrapporterte hukommelsesproblemer 8 måneder etter covid-19infeksjon. JAMA Nett. Åpen 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR & Amaral, DG Individuelle forskjeller i kognitive og nevrobiologiske konsekvenser av normal aldring. Trender Neurosci. 15.340–345 (1992).

5. Gauthier, S. et al. Lett kognitiv svikt. Lancet 367, 1262–1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG Synkronisering av hjernerytmer for å forbedre kognisjon. Annu. Rev. Med. 72, 29–43 (2021).

7. Reinhart, RMG & Nguyen, JA Arbeidsminne gjenopplivet eldre voksne ved å synkronisere rytmiske hjernekretser. Nat. Neurosci. 22 820–827 (2019).

8. Cowan, N. Hva er forskjellene mellom langtids-, korttids- og arbeidsminne? Prog. Brain Res. 169, 323–338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM & Inman, VW En analyse av aldersforskjeller ved umiddelbar tilbakekalling. J. Gerontol. 37, 425-431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ Dobbel dissosiasjon av kortsiktig og langsiktig hukommelse for nonverbalt materiale ved Parkinsons sykdom og global hukommelsestap. En ytterligere analyse. Brain 114, 893–906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Menneskelig hukommelse: et foreslått system og dets kontrollprosesser. i Te Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Teory bind 2 (red. Spence, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD & Warrington, EK Minnekoding og hukommelsestap.Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK Uavhengig funksjon av verbale minnelagre: en nevropsykologisk studie. QJ Exp. Psychol. 22, 261-273 (1970).

14. Innocenti, I. et al. TMS-interferens med forrangs- og nylige mekanismer avslører bimodal episodisk koding i den menneskelige hjernen. J. Cogn. Neurosci. 25 109–116 (2013).

15. Lisman, JE & Jensen, O. Te theta-gamma nevrale kode. Neuron 77,1002–1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com