Del 1: Aldersrelatert nedgang i kortikal inhibitorisk tone styrker motorisk minne
Mar 20, 2022
Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com
Pierre Petiteta,b,1,∗, Gershon Spitza,c,1, Uzay E. Emird,e, Heidi Johansen-Berga, Jacinta O'Sheaa,f
et velkomstsenter for integrativ nevroimaging, FMRIB-senteret, Nufield Department of Clinical Neurosciences (NDCN), John Radclie Hospital, Headington, Oxford, Storbritannia
b Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, Equipe Trajectoires, Inserm UMR-S 1028, CNRS UMR 5292, Université Lyon 1, Bron, Frankrike
c Turner Institute for Brain and Mental Health, Monash University, Melbourne, Australia
d School of Health Sciences, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA
e Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA
f Wellcome Center for Integrative Neuroimaging, Oxford Center for Human Brain Activity (OHBA), University of Oxford Department of Psychiatry, Warneford Hospital, Warneford Lane, Oxford, Storbritannia
a b s t r a c t:
Aldring forstyrrer den finjusterte eksitasjons-/hemmingsbalansen (E:I) over cortex via en naturlig nedgang i hemmende tonus (-aminosmørsyre, GABA), og forårsaker funksjonsnedgang. Hos unge voksne forbedrer imidlertid eksperimentelt senking av GABA i den sensorimotoriske cortex et spesifikt domene for en sensorimotorisk funksjon: tilpasninghukommelse. Her testet vi hypotesen om at ettersom sensorimotorisk kortikal GABA avtar naturlig med alderen, tilpasninghukommelseville øke, og førstnevnte ville forklare sistnevnte. Resultatene bekreftet denne spådommen. For å bevise årsakssammenheng brukte vi hjernestimulering for å senke sensorimotorisk kortikal GABA ytterligere under tilpasning. På tvers av individer var hvordan stimulering endret minnet avhengig av sensorimotorisk kortikal E:I. Hos de med lav E:I økte stimuleringenhukommelse; hos de med høy E:I stimulering reduserthukommelse. Dermed identifiserte vi en form for motorisk hukommelse som naturlig styrkes av alder, avhenger kausalt av sensorimotorisk cortex nevrokjemi og kan være et potent mål for bevaringsstrategier for motoriske ferdigheter i sunn aldring og nevrorehabilitering.
Cistanche kan forbedre hukommelsen
1. Introduksjon
Motoriske kapasiteter avtar med alderen (Hunter et al., 2016; Krampe, 2002). Når hjernen og kroppen blir eldre, mister bevegelsene fart (Bedard et al., 2002; Jiménez-Jiménez et al., 2011), styrke (Frontera et al., 2000) og koordinasjon (Serrien et al., 2000). Dette naturlige funksjonstapet forverres av motoriske forstyrrelser som øker kraftig med alderen (f.eks. hjerneslag, sarkopeni, parkinsonisme). Etter hvert som den eldre befolkningen øker (Leeson, 2018), er det behov for strategier for å motvirke og kompensere for aldersrelatert motorisk nedgang.
Under aldring må det motoriske systemet kontinuerlig tilpasse seg pågående nevro-muskuloskeletale forandringer. Hjerneplastisitet muliggjør dette. Plastisitet er avgjørende for å lære nye motoriske ferdigheter, tilpasse og beholde eksisterende, og for å rehabilitere funksjoner svekket av sykdom (Dayan og Cohen, 2011; Sampaio-Baptista et al., 2018). Dermed spiller plastisitet en viktig rolle i å dempe aldersrelatert motorisk tilbakegang (McNeil og Rice, 2018; Rozycka og Liguz-Lecznar, 2017).
Dessverre avtar også plastisiteten med alderen (Burke og Barnes, 2006), spesielt i det motoriske domenet (Bhandari et al., 2016; Freitas et al., 2013; Rogasch et al., 2009). En hovedårsak er dysreguleringen av den finjusterte balansen mellom kortikal eksitasjon og inhibering (E:I) (Rozycka og Liguz-Lecznar, 2017). På tvers av cortex er E:I forstyrret fordi -aminosmørsyre (GABA) – den viktigste hemmende nevrotransmitteren – hovedsakelig har blitt rapportert å avta med alderen, 2018), nedsatt evne til å undertrykke automatiske responser (Hermans et al., 2018a) og langsommere motorisk sekvenslæring (King et al., 2020).
Derimot testet vi her hypotesen om at ettersom M1 GABA avtar med alderen, en spesifikk form for motorisk funksjon i øvre lemmer – tilpasninghukommelse– ville øke. Over hele levetiden er tilpasning den egenskapen til det sansemotoriske systemet som gjør individer i stand til å motvirke forstyrrelser ved å justere bevegelsene sine og dermed opprettholde vellykket motorisk ytelse (Franklin og Wolpert, 2011; Wolpert et al., 2011). Etter at denne formen for læring har funnet sted og forstyrrelsen er fjernet, vil tilpasninghukommelseuttrykkes som en ettereffekt (AE) – en bevegelsesskjevhet i retning motsatt forstyrrelsen. Styrken til tilpasninghukommelseer indeksert av utholdenheten over tid av denne AE. Det er et vell av bevis for at mens eldre voksne ofte viser underskudd under eksponering for en sensorimotorisk forstyrrelse (dvs. langsommere feilreduksjon; Anguera et al., 2011; Bock, 2005; Buch et al., 2003; Fernández-Ruiz et al., 2000; Huang og Ahmed, 2014; Panouillères et al., 2015; Vandevoorde og Orban de Xivry, 2019), etter fjerning av forstyrrelsen er AE bevart (Bock, 2005; Buch et al., 2003; Hegele og Hegele og Hegele og Hegele, 2008uer, 2008uer, 2008) ; Panouillères et al., 2015; Roller et al., 2002; Vandevoorde og Orban de Xivry, 2019) eller til og med økte (Fernández-Ruiz et al., 2000; Nemanich og Earhart, 2015; Wolpe et al., 2020) til yngre voksne (selv om se: Malone og Bastian, 2016). Fra og sikkerhetskontraindikasjoner for MRS- og tDCS-målingene. Screeningen ble utført av en av forsøkslederne, og deltakernes sykehistorie ble bestemt ved egenrapportering. Skriftlig informert samtykke ble gitt av alle deltakerne. Studien ble godkjent av UK NHS Research Ethics Committee (Oxford A; REC-referansenummer: 13/SC/0163). I eksperiment 1 utførte alle deltakerne (= 32) prismetilpasning (PA) og tester av kort (10-minutter) og langsiktig (24-timer) retensjon. En delprøve gjennomgikk en MRS-skanning for å måle nevrokjemi i venstre sensorimotorisk cortex (= 22) og i et anatomisk kontrollvolum i occipital cortex (= 20; Fig. S2). En delprøve samtykket til også å delta i eksperiment 2 (= 25), bestående av to ukentlige økter med PA kombinert med anodal/sham tDCS til M1. Fullstendige detaljer om hvilke målinger som ble oppnådd for hvert individ er i tabell S1.
I eksperiment 1 ble prøvestørrelsen (=32) bestemt basert på en effektanalyse kjørt i G∗Power (Faul et al., 2007) (versjon 3.1.9.2), basert på tidligere undersøkelser av assosiasjonen mellom atferd og aldersrelatert GABA-endring innenfor det motoriske domenet (Heise et al., 2013; Hermans et al., 2018a). Gjennomsnittlig effektstørrelse på tvers av disse studiene var ||=0.52. For å oppdage en effekt av denne størrelsen kreves et minimumsutvalg på=19 med en sannsynlighet for en type I-feil=0.05, og potens (1 − )=0.80 (basert på en priori ensidet korrelasjonsanalyse). Vårt et nevrokjemisk perspektiv, tidligere arbeid viste at eksperimentelt senking av M1-hemmende tone under tilpasning via hjernestimulering ikke hadde noen innvirkning på tilpasningshastigheten, men økt persistens av AE hos unge voksne (Galea et al., 2010; O'Shea et al. , 2017). Her begrunnet vi at hvis AE-retensjon avhenger kausalt av M1-hemmende tone, så er denne formen forhukommelsekan øke naturlig med alderen på grunn av en aldersrelatert M1 GABA-nedgang.
Denne hypotesen ble bekreftet i en tverrsnittsstudie av trettito friske eldre voksne (gjennomsnittsalder: 67,46 år, sd: 8,07). Ved å bruke magnetisk resonansspektroskopi (MRS) for å kvantifisere nevrokjemi, viste vi at M1 GABA avtar med alderen. Ved å bruke prismetilpasning (PA; von Helmholtz, 1867) viste vi at retensjon øker med alderen. EN
mediasjonsanalyse bekreftet deretter at tilpasning ettersom GABA avtar med alderenhukommelseøker, og førstnevnte forklarer sistnevnte. For å demonstrere kausalitet intervenerte vi eksperimentelt med eksitatorisk anodal transkraniell likestrømstimulering (a-tDCS) – for å prøve å senke M1 GABA ytterligere (Antonenko et al., 2017; Kim et al., 2014; Stagg et al., 2009) og dermed øke tilpasningen ytterligerehukommelse. I gjennomsnitt økte ikke stimuleringenhukommelsei denne aldersgruppen. Snarere viste en moderasjonsanalyse at hvordan stimulering endret seghukommelseavhengig av individers motoriske kortikale E:I. Stimulering økte retensjon hos individer med lav E:I, men redusert retensjon hos individer med høy E:I.
Oppsummert identifiserte vi et spesifikt domene for motorisk funksjonell plastisitet som forbedres med alderen, som en naturlig konsekvens av motorisk kortikal inhiberende nedgang. Denne minnefunksjonen kan forsterkes ytterligere ved nevrostimulering, men bare hos individer som er minst påvirket av aldersrelatert dysregulering av motorisk kortikal E:I. Disse funnene utfordrer det rådende synet på aldring som en uunngåelig funksjonell nedgang. Mens læring av nye motoriske ferdigheter kan avta, forbedres kapasiteten til å opprettholde tilpasning av eksisterende ferdigheter naturlig med alderen. Den tilpasningenhukommelseforsterkes naturlig med alderen indikerer at den kan ha et uutnyttet potensiale som et mål for treningsstrategier som tar sikte på å bevare, forbedre eller gjenopprette motorisk funksjon ved sunn eller patologisk aldring (f.eks. prismeterapi for rehabilitering av visuospatial neglekt; O'Shea et al., 2017; Rossetti et al., 1998).
2. Materialer og metoder
2.1. Deltakere
32 høyrehendte menn i alderen 49 til 81 år (gjennomsnittsalder: 67,5 år, sd: 8,1) deltok i denne studien. Alle ble screenet for å utelukke enhver personlig eller familiehistorie med nevrologisk eller psykiatrisk lidelse prøvestørrelser (= 32 for atferdsanalyser;=20 for nevrokjemiske analyser) hadde derfor tilstrekkelig kraft. I eksperiment 2 ble prøvestørrelsen bestemt basert på en sammenlignbar kraftanalyse informert av stimuleringseffektstørrelsen rapportert i vårt tidligere arbeid (O'Shea et al., 2017). I den studien ga venstre M1 a-tDCS forbedret langtidsretensjon opptil fire dager etter tilpasning, med en effektstørrelse på=0.73. Minste prøvestørrelse som kreves for å oppdage en effekt på=0.73 med en sannsynlighet for en type I-feil=0.05, og potens (1 − )=0.80 var {{24 }} (basert på en ensidig forskjell på to avhengige middel). For å tillate potensielt frafall ble tjueseks deltakere rekruttert. Én deltaker gikk tapt for oppbevaringsoppfølging og ble derfor ikke inkludert i det endelige utvalget av=25.
2.2. Prismetilpasningsprotokoll
I begge eksperimentene ble PA utført ved hjelp av et spesialbygd automatisert apparat (fig. S1a). Deltakerne satt med hodet festet i en hakestøtte og så på en 32-tommers horisontal berøringsskjerm gjennom en Liquid Crystal Display (LCD) lukker (Dispersion film, Liquid Crystal Technologies, Ohio, USA). Berøringsskjermen ble brukt til å presentere de visuelle målene og registrere rekkeviddeendepunkter, og LCD-lukkeren ble brukt til å kontrollere visuell tilbakemelding av skjermen og lem. En knapp ble festet til stangen på hakestøtten og fungerte som startposisjon for alle pekebevegelser. Deltakerne ble bedt om å holde knappen trykket hele tiden, og å bare slippe den når de initierte en nående bevegelse mot et mål. Bare ved ettervirkningsprøver (AE) utløste utløsningen av knappen LCD-lukkeren til å bli ugjennomsiktig, og dermed blokkerte visuell tilbakemelding om endepunktsnøyaktighet. I tillegg forhindret en fast lukker deltakerne i å se lemmet sitt i startposisjonen og i løpet av den første tredjedelen av banen. Deltakerne ble bedt om å ikke skyve fingeren over overflaten av berøringsskjermen, men å i stedet berøre skjermen bare på slutten av deres bevegelse. Pekefeil ble beregnet som vinkelen dannet mellom en rett linje som forbinder startposisjonen og målet, og en rett linje som forbinder startposisjonen og den registrerte landingsposisjonen. Etter konvensjon ble feil i retningen av det prismatiske skiftet (høyre/mot klokken) kodet som positive, mens feil i motsatt retning (venstre/mot klokken) ble kodet som negative. Oppgaven ble programmert i MATLAB versjon 2014b (MathWorks; https://uk.mathworks.com) ved å bruke Psychtoolbox (Kleiner et al., 2007) versjon 3, kjørt på en bærbar MacBook Pro. På hvert forsøk instruerte et lydopptak deltakerne til å nå og peke med høyre pekefinger på målet presentert på berøringsskjermen. Målet kan enten være plassert i midten av skjermen (åpen sløyfeforsøk) eller 10 cm til venstre eller høyre (lukket sløyfeforsøk). Avstanden mellom deltakernes øyne og det sentrale målet var 57 cm.
Under PA vekslet deltakerne mellom to typer oppgaveblokker: peking med lukket sløyfe (CLP) og peking med åpen sløyfe (OLP). På forsøk med lukket sløyfe brukte deltakerne 10◦ høyreskiftende prismebriller (brebriller: Julbo, Longchaumois, Frankrike; linser: OptiquePeter, Lyon, Frankrike) og ble bedt om å gjøre raske bevegelser (gjennomsnittlig bevegelsesvarighet: 452 ms, sd : 119 ms) til enten venstre eller høyre mål i en pseudo-randomisert rekkefølge. Deltakerne ble opplært til å holde fingeren ved landingsposisjonen og korrigere bevegelsen ved neste forsøk etter behov. For å begrense strategiske justeringer og "in-flight" feilkorreksjon (Redding og Wallace, 1996; 2001) visuell tilbakemelding av sham) under atferdstesting. Dette ble oppnådd ved å bruke blendende koder ("studiemodus" av stimulatoren) levert av en forsker som ikke var involvert i atferdstesting. Avblinding skjedde på det statistiske analysestadiet, når datainnsamlingen var fullført.
I eksperiment 2 utførte deltakerne to PA pluss tDCS økter (anodal/sham, ordre motbalansert), hver atskilt med minimum én uke (gjennomsnittlig intervall: 10 dager, sd: 6 dager). Dette intervallet ble valgt for å la både effekten av DCS på kortikal eksitabilitet (Nitsche et al., 2003; Nitsche og Paulus, 2000) og AE vaskes ut (O'Shea et al., 2017), for å sikre en retur til baseline pekeatferd og kortikal eksitabilitet ved starten av den andre eksperimentelle økten. Begrunnelsen for stimulering under PA – i motsetning til før eller etter – var å samhandle den første tredjedelen av hver bevegelse som nådde seg med den faste lukkeren, som i tidligere arbeid (Inoue et al., 2015; O'Shea et al., 2017; 2014). Ved slutten av hvert forsøk varte visuell tilbakemelding av landingsposisjonen i 500 ms etter at berøringen ble registrert. Etter denne tiden ble LCD-lukkeren ugjennomsiktig og deltakerne måtte gå tilbake til startposisjonen (dvs. trykke og holde knappen) uten visuell tilbakemelding fra hånden. Denne prosedyren begrenset prismeeksponering for den nående bevegelsen i motsetning til returbevegelsen. På forsøk med åpen sløyfe ble prismer fjernet og deltakerne ble bedt om å peke på det sentrale målet. Nøyaktighet ble vektlagt over hastighet (gjennomsnittlig bevegelsesvarighet: 799 ms, sd: 135 ms). Visuell tilbakemelding ble presentert på hver prøve ved at LCD-lukkeren ble ugjennomsiktig ved begynnelse av rekkevidden, og dermed blokkerte synet av målet, rekkevidde og endepunktfeil, og returbevegelse. Dette gjorde det mulig å måle venstregående AE uten at deltakerne aktivt de-tilpasset seg som svar på visuell feiltilbakemelding.
I begge eksperimentene målte hver PA-økt pekenøyaktighet under baseline, tilpasning, kortsiktig (10-minutter) og langsiktig oppbevaring (24-timer; Fig. S1). Baseline lukket og åpen sløyfe pekenøyaktighet ble målt i to blokker med henholdsvis 20 og 30 forsøk. Tilpasning består av alternerende par med lukkede og åpne sløyfer pekeblokker, seks i eksperiment 1 og syv i eksperiment 2 (fig. S1). Retensjon av AE ble målt 10-minutter og 24-timer etter slutten av PA, ved hjelp av en enkelt blokk med 45 åpne sløyfeforsøk. I eksperiment 2 ble 10-minuttretensjon etterfulgt av en utvaskingsfase der deltakerne pekte uten å ha på seg prismer, observerte feilene deres til venstre og derfor detilpasset seg. Washout besto av 40 lukkede sløyfeforsøk og 45 åpne sløyfeforsøk fordelt på seks interleaved blokker (fig. S1b). Hensikten med utvaskingen var todelt. For det første gjorde det oss i stand til å undersøke om, i den falske tilstanden, høyere alder var assosiert med manglende tilpasning, noe som kunne forklare sterkere AE på et senere tidspunkt (se tilleggsresultater). For det andre begrunnet vi at hvishukommelsedannelsen ble styrket av stimulering under PA, deretter var det mer sannsynlig at utvasking forstyrret langvarig retensjon i den falske tilstanden enn i den anodale tilstanden, noe som kan øke følsomheten for å oppdage effekten av stimulering etter 24-timer.
2.3. Transkraniell likestrømstimulering
I eksperiment 2 ble tDCS levert av en batteridrevet DC-stimulator (Neuroconn GmbH, Ilmenau, Tyskland) koblet til to 7 × 5 cm svampelektroder dynket i en 0,9 prosent saltvannsløsning. Anodelektroden ble sentrert over C3 (5 cm lateralt til Cz) tilsvarende den venstre primære motoriske cortex i henhold til det internasjonale 10–20 elektrodesystemet (Herwig et al., 2003). Katoden ble plassert over høyre supraorbitalrygg. Under anodal tDCS ble stimulering påført ved 1 mA i 20 minutter, gjennom hele tilpasningsfasen, som i vårt tidligere arbeid (O'Shea et al., 2017). Impedansen ble overvåket online og holdt under 10 kOhm til enhver tid under stimulering. Strømmen rampet opp og ned over en periode på 10 sekunder ved start og forskyvning av stimulering. Under sham tDCS var prosedyren identisk bortsett fra at ingen stimulering ble levert i løpet av de 20 min. I stedet oppsto små strømpulser (110 A over 15 ms) hver 550 ms for å simulere de forbigående prikkende følelsene forbundet med ekte stimulering. Både eksperimentatorer og deltakere ble blindet for stimuleringstilstanden (anodal eller medhukommelsedannelsesprosesser som skjer under eksponering for det visuelle skiftet, som er kjent for å relatere til langtidsretensjon (Inoue et al., 2015; Joiner og Smith, 2008; Kording et al., 2007; Smith et al., 2006). Vi viste tidligere at M1 a-tDCS brukt før – i motsetning til under – PA ikke hadde noen effekt på tilpasninghukommelse, som viser viktigheten av interaksjonen mellom nevrostimulering og samtidig kognitiv tilstand (O'Shea et al., 2017).
2.4. MRS-anskaffelsesprotokoll
MRS-data ble innhentet ved Oxford Center for Clinical Magnetic Resonance Research (OCMR, University of Oxford), på en Siemens Trio {{0}}Tesla-helkropps-MR-skanner og ved hjelp av en 32-kanalspole . Høyoppløselige T1-vektede strukturelle MR-bilder (MPRAGE; 224 × 1 mm aksiale skiver; TR/TE=3000/4,71 ms; flipvinkel=8◦; FOV=256; voxelstørrelse=1 mm isotropisk; skannetid=528 sek.) ble anskaffet for MRS-voxelplassering og registreringsformål. MRS-data ble hentet fra to volumer av interesse (VOI-er; voxelstørrelse=2 × 2 × 2 cm3) i to påfølgende anskaffelser. Den første VOI var sentrert på venstre motorhåndsknott (Yousry et al., 1997) og inkluderte deler av den pre- og post-sentrale gyrusen (fig. S2c). Den andre (anatomiske kontroll) VOI ble sentrert bilateralt på calcarine sulcus i occipitallappen (visuell cortex) (Engel et al., 1997; Ip et al., 2017; Lunghi et al., 2015) (Fig. S2c) ). Denne kontrollregionen ble valgt fordi den, så vidt vi vet, ikke har vært involvert i utvikling og/eller oppbevaring av prisme-AE (for gjennomgang, se: Panico et al., 2020; Petitet et al., 2017). B0 shimming ble utført med en GRESHAM (64 × 4,2 mm aksiale skiver, TR=862.56 ms, TE1/2=4.80/9.60 ms, flipvinkel=12◦ , FOV {{ 40}}, skannevarighet=63 sekunder). MR-spektroskopidata (spektre) ble innhentet ved hjelp av en semi-adiabatisk lokalisering ved adiabatisk selektiv refokusering (semi-LASER) sekvens (TR/TE=4000/28 ms, 64 skannegjennomsnitt, skannetid=264 sek.) med variabel effekt radiofrekvenspulser med optimaliserte avspenningsforsinkelser (VAPOR), vannundertrykkelse og ytre volummetning (Deelchand et al., 2015; Öz og Tkáč, 2011). I tillegg ble ikke-undertrykte vannspektre hentet fra de samme VOI-ene for å fjerne gjenværende virvelstrømeffekter og for å rekonstruere de fasede array-spektrene (Natt et al., 2005). Enkeltskuddsopptak ble lagret separat (single-shot-innsamlingsmodus), deretter frekvensen og fasekorrigert før gjennomsnittet ble over 64 skanninger.
2.5. MRS dataanalyse
Metabolitter ble kvantifisert ved å bruke LCModel (Provencher, 2012; 1993; 2001) utført på alle spektre innenfor det kjemiske skiftområdet 0,5 til 4,2 ppm. Modellspektrene ble generert basert på tidligere rapporterte kjemiske skift og koblingskonstanter av Vespa Project (Versatile Stimulation, Pulses, and Analysis). Det ikke-undertrykte vannsignalet som ble hentet fra volumet av interesse ble brukt til å fjerne virvelstrømeffekter og for å rekonstruere de fasede array-spektrene (Natt et al., 2005). Enkeltskanningsspektra ble korrigert for frekvens- og fasevariasjoner indusert av motivets bevegelse før summering. Glutamin (Glx) ble brukt i den nåværende studien på grunn av manglende evne til å skille mellom glutamat og glutamin ved å bruke en 3T MR-skanner. For å unngå forspenning av prøven mot høye konsentrasjonsestimater, og forventet relativ Cramér-Rao Lower Bound (CRLB) ble beregnet for hvert enkelt datasett gitt konsentrasjonsestimatet og forutsatt et konstant støynivå på tvers av alle målinger (se tilleggsinformasjon for detaljerte metoder). Datasett hvor Pearson-resten mellom forventet og observert relativ CRLB oversteg 2 ble ekskludert fra påfølgende analyse. Ved å bruke dette kvalitetsfiltreringskriteriet for -Aminosmørsyre (merket GABA), Glutamix (glutamin pluss gutamat, merket Glx) og totalt kreatin (kreatin pluss fosfokreatin, merket TCR), ble fire V1 MRS-datasett forkastet og ingen M1 MRS-datasett ble forkastet.
Vevskorreksjon er et viktig trinn i MRS-dataanalyse, spesielt hos eldre voksne på grunn av hjerneatrofi, som har blitt foreslått å tilsvare standardalternativet til funksjonen "tab_modell" til sjPlot-pakken i R (Lüdecke) , 2021). Vi sammenlignet LMM-modellparametere direkte for å etablere nevroanatomisk og nevrokjemisk spesifisitet. Modellparametere ble sammenlignet ved hjelp av en generell lineær hypotesetest ved bruk av multi-komp-pakken i R (Hothorn et al., 2008). For visualiseringsformål viser fig. 1b, 3 og 6 b viser blokkgjennomsnittlige data som mål på retensjon, men de statistiske analysene ble kjørt på individuelle forsøksdata med tilfeldige avskjæringer og helninger. Mål for effektstørrelse er
rapportert for alle vesentlige analyser, ved bruk av effectsize-pakken (Ben-Shachar et al., 2020) i R. Cohens d ble brukt til å beregne effektstørrelser for en ett-utvalgs t-test mot null for kort- og langtidsretensjon i Eks-to-konto, i det minste delvis, for den ofte observerte aldersrelaterte nedgangen i MRS-målte GABA-nivåer (Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). LCmodel gir ut metabolittkonsentrasjoner for et helt volum av interesse. Så hvis andelen av nevralt vev innenfor et volum av interesse er lav, på grunn av aldersrelatert atrofi (Good et al., 2001), vil metabolittkonsentrasjonsestimater også nødvendigvis være under. Flere vevskorreksjonsteknikker har blitt foreslått for å gjøre rede for denne potensielle forvirringen, uten foreløpig konsensus i litteraturen (Harris et al., 2015; Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). De fleste av disse teknikkene gjør antagelser om fordelingen av metabolitten av interesse i de forskjellige vevsrommene. Imidlertid kan det hende at slike forutsetninger ikke holder over hele levetiden, da den normale aldringsprosessen kan påvirke noen rom mer enn andre. Derfor brukte alle analyser rapportert i denne artikkelen ikke-vevskorrigerte konsentrasjonsestimater og inkluderte i stedet prosentandelen av grå substans (GM) og hvit substans (WM) i MRS-voxel som forvirrende variabler uten interesse (som i Scholl et al., 2017). Siden denne tilnærmingen for delvis volumkorreksjon ikke gir noen antagelse om fordelingen av GABA og Glx innenfor de forskjellige vevstypene, er den spesielt egnet for denne studien (der deltakerne varierte i alder fra 49 til 81), og dermed kontrollerer for atrofi mens de gjenstår agnostiker om de forskjellige virkningene av aldring på vevstyper. Prosentandelen av grå substans, hvit substans og cerebrospinalvæske som er tilstede i VOI-ene ble beregnet ved å bruke FMRIBs automatiserte segmenteringsverktøy (Zhang et al., 2001). De er rapportert sammen med MRS-datakvalitetsmålinger i tabell S2.
På tvers av individer var estimatet for total kreatin (TCR) konsentrasjon negativt korrelert med alder i M1-vokselen ( (21)=−0.46,=0.04 ) men ikke i V1-vokselen ( (17)=−0.06,=0.81; Fig. S2b). På grunn av denne forvekslingen med alder, kunne ikke TCR brukes som en gyldig intern referanse for metabolittestimater. Derfor, gjennom dette arbeidet, brukte vi absolutte konsentrasjonsestimater for GABA og Glx, i stedet for å uttrykke dataene som forhold mellom TCR.
2.6. Statistisk analyse
Statistiske analyser av atferd ble utført i R (R Core Team, 2017). For å kontrollere for interindividuelle forskjeller i pre-adaptasjon ble pekenøyaktighet på tvers av alle forsøk endepunktfeildata normalisert ved å trekke fra den gjennomsnittlige pekefeilen ved baseline (på tvers av venstre/høyre mål for blokker med lukket sløyfe; midtre mål for blokker med åpen sløyfe ). Med mindre annet er spesifisert, var alle statistiske tester tosidet. Analyser ble utført ved bruk av lineær regresjon og inkluderte kontroller av følgende forutsetninger: 1) linearitet, 2) varianshomogenitet og 3) normalitet av residualer. Disse antakelsene ble undersøkt visuelt ved å bruke plott av residualer vs. observerte verdier (linearitet), tilpassede verdier vs. residualer (homogenitet av varians) og fordeling av residualer (normalitet av residualer). Lineære mixed-eects-modeller (LMMs) ble brukt for analyser med en longitudinell/repeted-measures-komponent (f.eks. tilpasning, retensjon) ved å inkludere avskjæringer og skråninger som deltakerende tilfeldige effekter. Denne tilnærmingen har to fordeler sammenlignet med gjentatte mål variansanalyser (ANOVAer): den tillot oss å 1) også vurdere atferdsdynamikk innenfor blokk, i motsetning til bare blokkgjennomsnittsfeil, og 2) skille tilfeldige kilder til interindividuell variabilitet fra meningsfulle. Alle modellspesifikasjoner er rapportert i tilleggstabeller. P-verdier ble estimert ved bruk av Wald-testen, som eksperimenter 1, og for parede prøver t-tester av sham versus anodal stimulering på kort- og langtidsretensjon i eksperiment 2. Omtrentlig partiell eta-kvadrat () for lineær blandet- effektregresjonsanalyser for å oppsummere andelen varians assosiert med en bestemt fast effekt. Det er foreslått tommelfingerregler for tolkning av effektstørrelser. Disse normene for Cohens d er: liten=[0.2{{30}}; 0.49]; medium=[0.5; 0.79]; stor Større enn eller lik 0.8. Normene for er: liten=[0.01; 0,05]; medium=[0,06; 0,13]; stor Større enn eller lik 0,14 (Cohen, 2013).
I eksperiment 2 ble baseline OLP og CLP gjennomsnittlig nøyaktighet analysert på to måter. Først for å sjekke fraværet av en ordreeffekt (PA-økt 1 vs. PA-økt 2; bruk av parvise t-tester). For det andre, for å sjekke for fravær av en stimuleringstilstandseffekt (anodal tDCS-sesjon vs. sham tDCS-sesjon; bruk av parvise t-tester på de samme dataene omorganisert etter nevrostimuleringstilstand). Den førstnevnte analysen sikret at utvaskingsintervallet på én uke var effektivt (dvs. atferdseffektene av økt 1 hadde forsvunnet ved begynnelsen av økt 2), og sistnevnte sikret at forskjeller i ytelse mellom anodale og sham tDCS-tilstander kunne tilskrives en nevrostimuleringseffekt i motsetning til tilfeldige systematiske forskjeller som allerede er tilstede ved baseline. For å kvantifisere de statistiske bevisene til fordel for fravær av forskjell (dvs. hva vi hadde som mål å oppnå), ble en Bayes Factor (01) beregnet for disse kvalitetskontrollanalysene. En 01 > 3 ble ansett som betydelig bevis for fravær av forskjell, i samsvar med passende utvasking mellom de to eksperimentelle øktene.
Fordi GABA er syntetisert fra glutamat, er konsentrasjonene av disse to nevrotransmitterne typisk positivt korrelert i hjernen (Jocham et al. (2012); Stagg et al. (2011a); i vårt datasett, M1 GABA × M1 Glx: (20)=0.34,=0. 13; V1 GABA × V1 Glx: (14)=0. 16,=0.55). Derfor, når man analyserte forholdet mellom den absolutte konsentrasjonen i GABA eller Glx innenfor en voxel og utfall, ble konsentrasjonen av den andre nevrotransmitteren (GABA eller Glx) også inkludert i modellen. I tillegg ble konsentrasjoner av grå og hvit substans også inkludert som kovariater uten interesse i alle modeller som inkluderte nevrokjemiske data.
En medieringsanalyse ble brukt for å karakterisere de "mekanistiske" koblingene som ligger til grunn for de observerte korrelasjonene mellom alder, nevrokjemi og retensjon. Dette ble utført ved bruk av R-pakkemediering for årsaksmedieringsanalyse (Imai et al., 2010). Mediering ble utført ved bruk av regresjon med ikke-parametrisk oppstartsstrapping (10,000 resamples) for å finne ut om M1-hemmende tone sto for sammenhengen mellom alder og langsiktig retensjon. Modellen inkluderte: alder som uavhengig variabel (X); absolutte konsentrasjoner av M1 GABA og Glx som mediatorer (M1, M2); blokkgjennomsnittlig retensjon ved 24-timer som den avhengige variabelen (Y) (gjennomsnittlig blokkeringsfeil normalisert av grunnlinjen for hvert individ), og kontroll for brøkdelen av GM og WM i M1-vokselen (C1, C2). Prosentformidlingen () ble beregnet som brøkdelen av total effekt (c) regnskapsført av indirekte effekter (ab1 eller ab2).