Idősebb felnőttek munkamemóriájának és hosszú távú memóriájának tartós, szétválasztható javulása ismétlődő neuromodulációval 3. rész

Az elsődleges leletek megismétlése független mintában.

Végeztünk egy további kísérletet annak tesztelésére, hogy az 1. kísérlet elsődleges megfigyelései megismétlődnek-e egy független mintában. A 3. kísérlet 30 idősebb, véletlenszerűen kiválasztott résztvevőből állt, akik DLPFC gamma vagy IPL theta neuromodulációt kaptak a szabad visszahívási feladat végrehajtása során.

Szoros kapcsolat van a neuromoduláció és a memória között. A neuromoduláció javítja a memóriát azáltal, hogy elősegíti az agysejtek közötti kapcsolatokat és információátvitelt. Az emlékezet az emberi túlélés és fejlődés egyik fontos sarokköve. Az idegi szabályozáson keresztül segíthet a tudás jobb elsajátításában és alkalmazásában.

A neuromoduláció a memória számos aspektusát érintheti. Először is, a neuromoduláció befolyásolhatja az agykéreg aktivitását, ezáltal modulálja az észlelést, a figyelmet és a kognitív képességeket. Ezek képezik az emlékezet kialakulásának alapját, és a neuromoduláció révén segíthetnek abban, hogy jobban megértsük, emlékezzünk és alkalmazzuk az információkat.

Másodszor, a neuromoduláció modulálhatja a neuronok közötti kapcsolatokat és jelátvitelt is. A neuronok közötti kapcsolatok száma és szerkezete közvetlenül befolyásolhatja a memóriaképességet. A neuronok közötti kapcsolatok és jelátvitel neuromodulációval erősíthető, ezáltal javítható a memória.

Ezenkívül a neuromoduláció befolyásolhatja a hippocampust és az agy más neuronpopulációit, hogy elősegítse a hosszú távú memória megtartását és felülvizsgálatát. A neuromoduláció révén jobban szabályozhatjuk az idegsejtek populációi közötti kapcsolatokat, és javíthatjuk az emlékek kódolását és tárolását.

Összefoglalva, a neuromoduláció és a memória közötti kapcsolat nagyon szoros. A neuromoduláció fokozásával javíthatjuk memóriánkat, és jobban megragadhatjuk és alkalmazhatjuk a tudást. Ez pozitív hatással van tanulásunkra, munkánkra és életünkre, ezért érdemes odafigyelnünk a neuromoduláció emlékezetre gyakorolt ​​hatására, valamint a neuromoduláció és az emlékezet fejlődését elősegíteni testmozgással, táplálkozási szabályozással stb. Látható, hogy javítani kell a memóriát, és a Cistanche deserticola jelentősen javíthatja a memóriát, mivel a Cistanche deserticola egy hagyományos kínai gyógyászati ​​anyag, amelynek számos egyedi hatása van, amelyek közül az egyik a memória javítása. A darált hús hatékonyságát a benne található különféle hatóanyagok jelentik, beleértve a savakat, poliszacharidokat, flavonoidokat stb. Ezek az összetevők különféle módon elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a know-kiegészítőkre a memória javítása érdekében

A követett neuromodulációs protokoll nagymértékben hasonló volt az 1. kísérlethez, azzal a különbséggel, hogy az euromodulációt nem négy egymást követő napon, hanem három napig végezték, és nem tartalmazott hosszú távú követést.

A memóriateljesítményt a kiinduláskor és minden neuromodulációs munkamenet során vizsgáltuk. Vegyes ANOVA a nappal (alapállapot, 1. nap, 2. nap és 3. nap) és sorozatpozícióval (elsőbbségi, középső 1. középső, 2. középső, 3. középső és újdonság), mint alanyon belüli tényezők és csoport (DLPFCgamma és IPL théta) között alanyok faktor szignifikáns különbségeket mutatott ki a memória teljesítményében (nap × soros pozíció × csoport: F7,9,220.{11}}.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). 

A nyomon követett ANOVA-k szignifikáns kölcsönhatást tártak fel a sorozatpozíció és a csoport között a neuromoduláció 2. és 3. napján, valamint szignifikáns kölcsönhatást a nap és a csoport között az elsőbbségi és az újkori klaszterek esetében (4. kiegészítő táblázat). Kétoldalú, független mintás t-tesztek azt mutatták, hogy a memória teljesítménye az elsődleges klaszterben szignifikánsan javult a DLPFC gamma csoportban az IPL théta csoporthoz képest a neuromoduláció 2. és 3. napján (6a. ábra, fent).

A recency klaszterben a teljesítmény szignifikánsan magasabb volt az IPL théta csoportban a DLPFC gamma csoporthoz képest a beavatkozás 3. napján (6a. ábra, alul). Ezek az 1. kísérletből származó párhuzamos megfigyelések eredményei (2a. ábra, bal). A kiindulási teljesítmény nem különbözött a két csoport között (4. kiegészítő táblázat), így kizárva a nem specifikus csoportok közötti különbségeket.

Az alapszintű kognitív funkció és a memóriateljesítmény közötti összefüggést vizsgálva azt találtuk, hogy a DLPFCgamma csoportban alacsonyabb MoCA pontszámmal rendelkező egyének csak a 3. napon mutattak jobb memóriateljesítményt az elsődleges klaszterben (r13=−{2}}.672, P=0.006; 6b,c ábra), míg az alacsonyabb MoCA pontszámmal rendelkezők az IPL théta csoportban a 3. napon csak a recenzió klaszterében mutattak jobb memóriateljesítményt (r13= −0,618,P=0.014; 6d,e ábra), hasonlóan az 1. kísérlet eredményeihez (5. ábra).

Ezek a résztvevők független mintájában végzett megfigyelések együttesen megismétlik az 1. kísérlet elsődleges megállapításait, tovább erősítve a belőlük levont következtetésekbe vetett bizalmat.

Vita

Bizonyítékokat mutatunk be a WM és LTM időskori felnőttek szelektív javulására az agyritmusok disszociálható térspektrális elragadása révén, és a javulás a beavatkozás után legalább 1 hónapig fennmarad. Az 1. kísérlet azt mutatta, hogy a WM és LTM funkciók szelektív megváltoztatása lehetséges azáltal, hogy a ritmusokat az IPL-ben, illetve a gamma ritmusokat a DLPFC-ben rögzítik.

A 2. kísérlet azt mutatta, hogy a modulációs frekvenciák váltása a két régió között nem járt semmilyen előnnyel. Következésképpen az anatómiai elhelyezkedés és a ritmikus frekvencia kombinációja határozza meg a megfelelő szubsztrátot a memória javításához.

Ezenkívül megerősítette, hogy az 1. kísérlet során megfigyelt javulás a funkcionálisan specifikus agyi áramkörök elzáródásának köszönhető, nem pedig olyan nem specifikus hatásoknak, mint például a transzretinális transzkután stimuláció 33.

Ezen túlmenően nagyobb javulást figyeltünk meg a gyengébb kognitív funkciójú egyéneknél. Ezeket az eredményeket a 3. kísérletben egy független mintában is megismételtük.

Megállapítottuk továbbá, hogy az a sebesség, amellyel a memóriafunkció javul a beavatkozás során, előrejelzi a memória erősségét 1 hónappal a beavatkozás után, így fontos mérőszámot ad a kezelésre való reagálás mérésére a jövőbeni vizsgálatok során.

Ezek az eredmények együttesen azt sugallják, hogy a memóriafunkció szelektíven és fenntarthatóan javítható idősebb felnőtteknél a funkcionálisan specifikus agyi ritmusok modulálásával.

Meglepőnek tűnhet az a specifitás, amellyel az eltérő ritmikus neuromodulációs protokollok különböző memóriafunkciókat befolyásoltak, tekintettel a frontális és a parietális régiók általános érintettségére, valamint a théta és gamma ritmusokra a WM és LTM funkciókra36, 37.

Ez különösen azért van így, mert a neuromodulációt mind a kódolás, mind a lista során bemutatott szó visszahívása során végrehajtották. Eredményeink határozottan arra utalnak, hogy beavatkozásaink két különböző kognitív műveletet manipuláltak. A dual-store keretrendszert követve feltételezzük, hogy az IPLtheta moduláció javította a WM műveleteket.

A korábbi, vizuális térbeli memorandumokkal18 végzett neuromodulációs vizsgálatokkal ellentétben azonban nem gondoljuk, hogy az IPL théta moduláció javította a WM kapacitását. Ha ez így lenne, akkor a memória-teljesítmény javulása néhány középső pozícióklaszterben is megfigyelhető lett volna a recency klaszter mellett.

Az IPL théta modulációval sem számítunk az általános figyelem funkció növekedésére. Bár a feltételezések szerint a parietális théta ritmusok elősegítik a figyelmes mintavételt38, kevés bizonyíték utal arra, hogy a figyelem megváltozik a parietális théta bevonásával39.

Ehelyett azt javasoljuk, hogy az IPL théta moduláció elősegíthette az egymást követő memóriareprezentációk időbeli elkülönítését, minimalizálva a köztük lévő interferenciát15.

Ezenkívül ismert, hogy a théta ritmusok elősegítik az időbeli kontextus által közvetített felidézést40, ami potenciálisan egy közös neurofiziológiai mechanizmust tükröz, amely a WM-reprezentációk megőrzött karbantartása és kontextus alapú visszakeresése mögött áll. A WM-kapacitás belső korlátai, amelyeket a neuromoduláció nem érint, ezeket a fejlesztéseket csak a lista későbbi szavaira korlátozhatják, ezáltal csak az újkori klasztert javítják.

Ha igen, akkor ezek az eredmények egy további megközelítést tükrözhetnek a WM-funkció non-invazív javítására a befolyásos téta–gamma keresztfrekvenciás csatolás elméletében15, a memóriakapacitás megváltoztatása mellett18.

Az a lehetőség, hogy bár az IPL-tetamoduláció megkönnyítette a későbbi listaelemek karbantartását és visszahívását, nem javította a korábban bemutatott információk LTM-be való átvitelét, tovább járulhatott a hatások szelektivitásához. Ennek oka lehet a két memóriatár külön kódoló mechanizmusának jelenléte, amelyet egy közelmúltban végzett transzkraniális mágneses stimuláció (TMS) tanulmány támaszt alá14.

Alternatív megoldásként a reprezentációk átvitele a két memóriarendszer között magában foglalhat külön végrehajtó vezérlési folyamatokat41, amelyeket a jelenlegi neuromodulációs terv nem érint. Következésképpen előfordulhat, hogy az IPL théta moduláció nem befolyásolta a memóriareprezentációkat az elsődleges fürtben. Ehelyett az elsőbbségi effektus javulása szelektíven jelent meg a DLPFC gamma-modulációval.

Ez a protokoll szelektíven javíthatta a külön kódolt vagy LTM-be átvitt reprezentációk lekérésének képességét, potenciálisan befolyásolva a hippocampust és más halántéklebeny-struktúrákat42, amelyek egyidejűleg gamma-aktivitást is mutatnak a késleltetett visszahívás során36. Egy korábbi neuromodulációs vizsgálat, jóllehet fiatal felnőttek memóriafunkcióját vizsgálta egymenetes hagyományos tACS-ben, igazodik ehhez a javaslathoz22.

Így, bár a théta- és gamma-ritmusokról, valamint a DLPFC- és az IPL-régiókról ismert, hogy általában hozzájárulnak a WM és LTM teljesítményhez, ezek olyan különálló kognitív folyamatokat mutathatnak, amelyek szelektíven alapozzák meg a jelen tanulmányban megfigyelt szétválasztható javulásokat.

A jelen tanulmány megállapításai szintén hozzájárulnak a szabad felidézés elméleti modelljei körüli vitához. Az elsőbbségi és újkori hatások szegregált idegbázisai heves viták tárgyát képezik a neuropszichológiában, ellentmondó bizonyítékokkal14,43. A jelenlegi tanulmányban megfigyelt elsőbbségi és újkori hatások szelektív modulációja különböző mögöttes mechanizmusokat támaszt alá, összhangban a kettős tároló modellekkel11 és a neuropszichológiai megfigyelésekkel12,13.

Eredményeink azonban jelenleg nem összeegyeztethetetlenek a szabad visszahívás alternatív modelljeivel. Például az egyik elmélet elsődleges hatásokat tulajdonít a „hosszú távú munkamemóriának”, amelyben a hosszú távú tárolási és visszakeresési műveletek támogatják a WM-funkciókat, amelyek a szakértelemtől függő visszakeresési struktúráktól függenek44,45. Ez a nézet nem összeegyeztethetetlen azzal a fent említett hipotézissel, hogy a DLPFC gamma neuromoduláció befolyásolhatta az LTM-ből való visszakeresést, jóllehet a WM e nézetében.

E két perspektíva megkülönböztetésének egyik módja a személyre szabás módszerének alkalmazása a szakértelem modulálására45, amely esetben ez az elmélet a DLPFC gamma neuromoduláció erősebb hatását jósolná meg erősebb szakértelem-függő visszakeresési struktúrák jelenlétében. Nem az elsőbbségi hatások magyarázatára tervezték, az idősebb felnőtteknél az elsőbbségi hatások hiányát a figyelmi folyamatoknak46 tulajdonították, amelyek viszont a DLPFC gamma-aktivitásához kapcsolódnak47. A DLPFC gamma neuromoduláció tovább javíthatta a kódolási mechanizmusok hatékonyságának belső gradiensét, és előnyökkel járt a sorozat korai eseményei szempontjából46. Nevezetesen, hogy a temporális lebenyben megnövekedett gammaaktivitás kapcsolódik ehhez a hatáshoz17.

Amint azt fentebb tárgyaltuk, a DLPFC gamma neuromoduláció a temporális lebeny struktúráiban42 a gamma aktivitásra gyakorolt ​​downstream hatásokhoz vezethetett, fokozva az elsődleges hatást. Az, hogy a DLPFC gammaneuromoduláció specifikusan befolyásolja-e az LTM visszakeresési folyamatokat vagy a figyelemmechanizmusokat, potenciálisan megvizsgálható a memória teljesítményének agranuláris elemzésével a primacyclusteren belül.

Például az LTM lekérési fiók a memória teljesítményének additív eltolódását jósolja meg a soros pozíció növekedésével az elsődleges klaszterben, a visszakeresési folyamatokhoz hasonló előnyök miatt minden soros pozícióban, míg a figyelmi fiók a memóriateljesítmény meredekségének csökkenését jósolja a soros pozíció függvényében. , ami a tartós figyelem stabilizálódását tükrözi46.

A neuromodulációs protokoll sikere az elsődleges hatás szelektív manipulálásában hatékony eszköz lesz ezen versengő előrejelzések tesztelésére. Azok a jövőbeli tanulmányok, amelyek elegendő erővel rendelkeznek e hipotézisek szisztematikus teszteléséhez, meg tudják különböztetni ezeket a versengő előrejelzéseket, hogy finomítsák és összeegyeztessék a szabad felidézés különféle elméleteit.

Ez a munka hozzájárul a növekvő irodalomhoz, amely potenciális klinikai előnyöket sugall az idősebb felnőttek memóriafunkciója szempontjából non-invazív technikákkal7. A jelenlegi tanulmányban használt protokollok azt mutatják, hogy a memóriafunkció szelektíven javítható legalább 1 hónapig egy 4-napos beavatkozás után. Ezek a hosszan tartó hatások a neuroplasztikus változások miatt következhetnek be48 a belső agyi ritmusok tACS-sel történő fáziszárása után49.

Ezen túlmenően ezek az eredmények azt sugallják, hogy a funkcionális differenciálódás, amely az öregedéssel jellemzően csökken50, előmozdítható funkcionálisan specifikus neuromodulációval. A jelen tanulmány eredményei több vizsgálati irányt is ösztönözhetnek klinikai potenciáljuk további vizsgálatára. A jövőbeli tanulmányoknak például meg kell vizsgálniuk ezeknek az eredményeknek a különböző kognitív paradigmákra való általánosíthatóságát, amelyek a memóriafunkciókat különböző szenzoros tartományokban átfogják, és meg kell ismételni őket nagyobb vizsgálati mintákban.

Ezenkívül meg kell határozni, hogyan lehet előmozdítani a fenntartható hatásokat, amelyek túlmutatnak a jelenlegi tanulmányban megfigyelt 1-hónapos időtartamon. Az egyik lehetséges megközelítés a neuromodulációs protokoll személyre szabása az egyéni anatómiai és funkcionális jellemzők szerint6.

Ezenkívül a théta és gamma tartományon belüli fajlagos gyakoriság, a modulációs munkamenetek száma és időtartama, az egymást követő ülések közötti optimális rés, valamint az alapvonal kognitív és neurális funkcióinak e mérőszámokkal való interakciója szisztematikusan változtatható a legoptimálisabb modulációs tervek meghatározásához.

Ezenkívül a MoCA mellett a jövőbeli tanulmányoknak átfogóbb neuropszichológiai értékeléseket kell alkalmazniuk a kiindulási kognitív funkció és a tACS által kiváltott javulásokkal való összefüggésének számszerűsítésére.

Végül, az egészséges idős felnőttek potenciális előnyein túlmenően, meg kell vizsgálni a transzlációs következményeket a neuropszichiátriai és neurodegeneratív betegségekben szenvedőkre, különösen a szelektív memóriazavarban szenvedőkre10 és a fordemencia kockázatának kitett személyekre5. A jelen tanulmány eredményei lépcsőfokként szolgálnak e klinikai érdeklődésre számot tartó kérdések vizsgálata felé.

Online tartalom

Bármilyen módszer, további hivatkozások, Nature Research jelentési összefoglalók, forrásadatok, bővített adatok, kiegészítő információk, elismerések, szakértői értékelési információk; a szerzői hozzájárulások és a versengő érdekeltségek részletei; valamint az adatokról és a kód elérhetőségéről szóló nyilatkozatok a címen érhetők elhttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Hivatkozások

1. Betegségellenőrzési és -megelőzési központok. Az öregedés tendenciái – az Egyesült Államokban és világszerte. MMWR Morb. Halandó. Wkly. Rep. 52, 101–104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Döntéshozatal az öregedő agyban: változások az érzelmi és motivációs körökben. Nat. Neurosci tiszteletes. 16,278–289 (2015).

3. Søraas, A. et al. Ön által bejelentett memóriaproblémák a COVID-19fertőzés után 8 hónappal. JAMA Netw. Open 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR & Amaral, DG. Egyéni különbségek a normál öregedés kognitív és neurobiológiai következményei között. Trends Neurosci. 15,340–345 (1992).

5. Gauthier, S. et al. Enyhe kognitív károsodás. Lancet 367, 1262–1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG Az agyi ritmusok szinkronizálása a megismerés javítására. Annu. Rev. Med. 72, 29–43 (2021).

7. Reinhart, RMG és Nguyen, JA A munkamemória újjáélesztette az idősebb felnőtteket a ritmikus agyi áramkörök szinkronizálásával. Nat. Neurosci. 22 820–827 (2019).

8. Cowan, N. Mi a különbség a hosszú távú, a rövid távú és a munkamemória között? Prog. Brain Res. 169, 323–338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM & Inman, VW. Az életkori különbségek elemzése azonnali felidézéssel. J. Gerontol. 37, 425–431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ. A rövid távú és hosszú távú kettős disszociáció nonverbális anyag esetén Parkinson-kórban és globális amnéziában. További elemzés. Brain 114, 893–906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Emberi memória: egy javasolt rendszer és annak vezérlési folyamatai. in Te Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Teory 2. kötet (szerk. Spence, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD & Warrington, EK Memóriakódolás és amnézia. Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK A verbális memóriatárak független működése: neuropszichológiai vizsgálat. QJ Exp. Psychol. 22, 261–273 (1970).

14. Innocenti, I. et al. A TMS-interferencia az elsőbbségi és újkori mechanizmusokkal feltárja a bimodális epizodikus kódolást az emberi agyban. J. Cogn. Neurosci. 25,109–116 (2013).

15. Lisman, JE & Jensen, O. Te théta–gamma neurális kód. Neuron 77, 1002–1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com