Довготривале покращення робочої та довгострокової пам’яті у літніх людей із повторюваною нейромодуляцією. Частина 3

Відтворення первинних результатів у незалежній вибірці.

Ми провели додатковий експеримент, щоб перевірити, чи повторюються первинні спостереження з Експерименту 1 у незалежній вибірці. Експеримент 3 складався з 30 старших учасників, рандомізованих для отримання DLPFC гамма або IPL тета нейромодуляції під час виконання завдання вільного пригадування.

Між нейромодуляцією і пам'яттю існує тісний зв'язок. Нейромодуляція покращує пам’ять, сприяючи зв’язкам і передачі інформації між клітинами мозку. Пам'ять є важливим наріжним каменем виживання та розвитку людини. Завдяки нервовій регуляції це може допомогти нам краще опановувати та застосовувати знання.

Нейромодуляція може впливати на багато аспектів пам'яті. По-перше, нейромодуляція може впливати на активність кори головного мозку, тим самим модулюючи сприйняття, увагу та когнітивні здібності. Це основа для формування пам’яті, і завдяки нейромодуляції вони можуть допомогти нам краще розуміти, запам’ятовувати та застосовувати інформацію.

По-друге, нейромодуляція також може модулювати зв’язки та передачу сигналів між нейронами. Кількість і структура зв'язків між нейронами можуть безпосередньо впливати на здатність пам'яті. Зв’язки та передачу сигналів між нейронами можна посилити за допомогою нейромодуляції, тим самим покращуючи пам’ять.

Крім того, нейромодуляція може впливати на гіпокамп та інші нейронні популяції в мозку, сприяючи збереженню довготривалої пам’яті та перегляду. Завдяки нейромодуляції ми можемо краще регулювати зв’язки між популяціями нейронів і покращувати кодування та зберігання спогадів.

Підсумовуючи, зв’язок між нейромодуляцією та пам’яттю дуже тісний. Покращуючи нейромодуляцію, ми можемо покращити нашу пам’ять і краще сприймати та застосовувати знання. Це позитивно впливає на наше навчання, роботу та життя, тому ми повинні звернути увагу на вплив нейромодуляції на пам’ять і сприяти розвитку нейромодуляції та пам’яті за допомогою фізичних вправ, регулювання дієти тощо. Можна побачити, що ми потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola є традиційним китайським лікарським матеріалом, який має багато унікальних ефектів, одним із яких є покращення пам’яті. Ефективність м’ясного фаршу пов’язана з різними активними інгредієнтами, які він містить, включаючи кислоти, полісахариди, флавоноїди тощо. Ці інгредієнти можуть сприяти здоров’ю мозку різними способами.

Клацніть знати добавки для покращення пам'яті

Дотримуваний протокол нейромодуляції був в основному подібний до експерименту 1, за винятком того, що нейромодуляція виконувалася протягом трьох, а не чотирьох днів поспіль і не передбачала тривалого спостереження.

Ефективність пам'яті досліджували на початку та під час кожного сеансу нейромодуляції. Змішаний ANOVA з днем ​​(вихідний рівень, день 1, день 2 і день 3) і послідовним положенням (первинність, середній 1, середній 2, середній 3 і нещодавність) як внутрішні суб’єкти факторів і групу (DLPFCгамма та IPL тета) як між- фактор досліджуваних виявив значні відмінності в продуктивності пам’яті (день × послідовна позиція × група: 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). 

Подальший дисперсійний аналіз виявив значну взаємодію між серійною позицією та групою на 2-й і 3-й дні нейромодуляції та значну взаємодію між днем ​​і групою для кластерів первинності та нещодавності (додаткова таблиця 4). Двосторонні t-тести незалежної вибірки показали, що продуктивність пам’яті в первинному кластері була значно покращена в гамма-групі DLPFC порівняно з тета-групою IPL на 2-й і 3-й день нейромодуляції (рис. 6a, вгорі).

Ефективність у кластері нещодавності була значно вищою в тета-групі IPL порівняно з гамма-групою DLPFC на 3-й день втручання (рис. 6a, внизу). Це результати паралельних спостережень з Експерименту 1 (рис. 2а, ліворуч). Базові показники не відрізнялися між двома групами (додаткова таблиця 4), таким чином виключаючи неспецифічні відмінності між групами.

Досліджуючи взаємозв’язок між базовою когнітивною функцією та ефективністю пам’яті, ми виявили, що особи з нижчими показниками MoCA в групі DLPFCgamma показали кращу продуктивність пам’яті на 3-й день лише в основному кластері (r13=−0.672, P=0.006; рис. 6b,c), тоді як особи з нижчими показниками MoCA в групі IPL theta показали кращу продуктивність пам’яті на 3-й день лише в кластері нещодавності (r13= −0,618,P=0.014; рис. 6d,e), подібно до результатів експерименту 1 (рис. 5).

Разом ці спостереження в незалежній вибірці учасників повторюють первинні висновки Експерименту 1, ще більше зміцнюючи довіру до висновків, зроблених з них.

Обговорення

Ми надаємо докази селективного покращення WM і LTM у літніх людей за допомогою дисоційованого просторово-спектрального захоплення мозкових ритмів, і покращення зберігаються принаймні протягом 1 місяця після втручання. Експеримент 1 показав, що вибіркові зміни функцій WM і LTM можливі через залучення тарітмів в IPL і гамма-ритмів у DLPFC відповідно.

Експеримент 2 показав, що перемикання частот модуляції між двома регіонами не принесло жодних переваг. Отже, саме поєднання анатомічного розташування та частоти ритму визначає відповідний субстрат для покращення пам’яті.

Крім того, було підтверджено, що поліпшення, які спостерігалися під час Експерименту 1, були наслідком залучення функціонально специфічних мозкових ланцюгів, а не неспецифічних ефектів, таких як трансретинальна або транскутанна стимуляція 33.

Крім того, ми спостерігали більші покращення в осіб з нижчою когнітивною функцією. Ці висновки були додатково відтворені в незалежній вибірці в експерименті 3.

Крім того, ми виявили, що швидкість, з якою функція пам’яті покращується під час втручання, передбачає силу пам’яті через 1 місяць після втручання, таким чином даючи важливий показник для вимірювання чутливості до лікування в майбутніх дослідженнях.

Разом ці результати свідчать про те, що функція пам’яті може бути вибірково та стійко покращена у людей похилого віку шляхом модуляції функціонально специфічних ритмів мозку.

Специфіка, з якою різні ритмічні протоколи нейромодуляції впливають на різні функції пам’яті, може здатися дивною, враховуючи літературу, яка документує загальне залучення як лобової, так і тім’яної областей, а також тета- і гамма-ритмів до функцій WM і LTM36,37.

Особливо це стосується того, що нейромодуляція була виконана як під час кодування, так і під час повторного виклику всіх слів, представлених у списку. Наші висновки переконливо свідчать про те, що наші втручання маніпулювали двома різними когнітивними операціями. Дотримуючись структури подвійного зберігання, ми припускаємо, що модуляція IPLtheta покращила роботу WM.

Однак, на відміну від попередніх досліджень нейромодуляції з візуально-просторовими меморандумами18, ми не вважаємо, що тета-модуляція IPL покращила здатність WM per se. Якби це було так, то покращення продуктивності пам’яті також спостерігалося б у деяких кластерах середньої позиції на додаток до кластера нещодавності.

Ми також не очікуємо підвищення загальної функції уваги за допомогою тета-модуляції IPL. Хоча тім’яні тета-ритми, як припускають, сприяють відбору уваги38, є мало доказів, які б свідчили про зміни уваги з тім’яним тета-залученням39.

Натомість ми припускаємо, що тета-модуляція IPL могла сприяти часовій сегрегації між послідовними представленнями пам’яті, мінімізуючи перешкоди між ними15.

Крім того, також відомо, що тета-ритми сприяють тимчасовому контекстно-опосередкованому відкликанню40, потенційно відображаючи загальний нейрофізіологічний механізм, що лежить в основі збереження та контекстного пошуку уявлень WM. Внутрішні обмеження ємності WM, на які не впливає нейромодуляція, можуть обмежити ці покращення лише пізнішими словами в списку, таким чином лише покращуючи кластер актуальності.

Якщо так, то ці висновки можуть відображати додатковий підхід до неінвазивного покращення функції WM в рамках впливової теорії перехресного зв’язку тета-гамма-частот15, крім зміни ємності пам’яті18.

Можливість того, що, незважаючи на те, що тамодуляція IPL полегшила підтримку та відкликання елементів пізнішого списку, вона, можливо, не покращила передачу раніше представленої інформації в LTM, могла додатково сприяти цій вибірковості ефектів. Це може бути пов’язано з наявністю різних механізмів кодування для двох сховищ пам’яті, можливість підтверджена нещодавнім дослідженням транскраніальної магнітної стимуляції (TMS)14.

Як альтернатива, передача уявлень між двома системами пам’яті може включати окремі процеси виконавчого контролю41, на які не впливає поточний дизайн нейромодуляції. Отже, тета-модуляція IPL могла не вплинути на представлення пам’яті в первинному кластері. Натомість покращення ефекту первинності виникало вибірково за допомогою гамма-модуляції DLPFC.

Цей протокол, можливо, вибірково покращив здатність отримувати представлення, окремо закодовані або передані в LTM, потенційно впливаючи на гіпокамп та інші структури скроневої частки42, які також одночасно демонструють гамма-активність під час відстроченого відкликання36. Попереднє дослідження нейромодуляції, хоча й досліджувало функцію пам’яті у молодих дорослих із одноразовим сеансом звичайного tACS, узгоджується з цією пропозицією22.

Таким чином, хоча як тета-, так і гамма-ритми, а також області DLPFC і IPL, як відомо, загалом сприяють продуктивності WM і LTM, вони можуть індексувати різні когнітивні процеси, які вибірково лежать в основі покращень, які спостерігаються в поточному дослідженні.

Висновки цього дослідження також сприяють дебатам навколо теоретичних моделей вільного пригадування. Відокремлені нейронні бази ефектів первинності та нещодавності були гаряче обговорюваною темою в нейропсихології з суперечливими доказами14,43. Селективна модуляція ефектів первинності та нещодавності, що спостерігалася в поточному дослідженні, підтримує чіткі основні механізми, що узгоджується з моделями подвійного накопичення11 та нейропсихологічними спостереженнями12,13.

Однак наші висновки на даний момент не є несумісними з альтернативними моделями вільного відкликання. Наприклад, одна теорія приписує ефект первинності «довгостроковій робочій пам’яті», в якій довготривалі операції зберігання та пошуку підтримують функцію WM залежно від експертних структур пошуку44,45. Ця точка зору не суперечить вищезазначеній гіпотезі про те, що гамма-нейромодуляція DLPFC могла вплинути на отримання з LTM, хоча в цьому вигляді в службі WM.

Спосіб усунення неоднозначності між цими двома точками зору полягає у використанні методу персоналізації для модуляції досвіду45, у такому випадку ця теорія передбачила б сильніший ефект гамма-нейромодуляції DLPFC за наявності сильніших пошукових структур, залежних від експертних знань. Крім того, хоча теорії контекстного пошуку є не призначений для пояснення ефектів первинності, дефіцит ефектів первинності у літніх людей приписують процесам уваги46, які, у свою чергу, пов’язані з гамма-активністю DLPFC47. Гамма-нейромодуляція DLPFC могла ще більше посилити внутрішній градієнт ефективності механізмів кодування з перевагами для ранніх подій у серії46. Примітно, що підвищена гамма-активність у скроневій частці пов’язана з цим ефектом17.

Як обговорювалося вище, гамма-нейромодуляція DLPFC могла призвести до низхідних ефектів на гамма-активність у структурах скроневої частки42, посилюючи ефект первинності. Чи впливає гамманейромодуляція DLPFC конкретно на процеси пошуку LTM або на механізми уваги, можна потенційно вирішити за допомогою аграрного аналізу продуктивності пам’яті в межах первинного кластера.

Наприклад, обліковий запис пошуку LTM передбачає додатковий зсув у продуктивності пам’яті зі збільшенням послідовної позиції в первинному кластері завдяки подібним перевагам для процесів пошуку в усіх послідовних позиціях, тоді як обліковий запис уваги передбачає зменшення нахилу продуктивності пам’яті як функції цієї послідовної позиції. , таким чином відображаючи стабілізацію тривалої уваги46.

Успіх протоколу нейромодуляції у вибірковому маніпулюванні ефектом первинності стане потужним інструментом для перевірки цих конкуруючих прогнозів. Майбутні дослідження, які мають достатню потужність для систематичної перевірки цих гіпотез, зможуть усунути неоднозначність між цими конкуруючими прогнозами, щоб уточнити та узгодити різні теорії вільного пригадування.

Ця робота сприяє зростанню кількості літератури, яка передбачає потенційні клінічні переваги для функції пам’яті у літніх людей за допомогою неінвазивних методів7. Протоколи, використані в поточному дослідженні, демонструють, що функція пам’яті може бути вибірково покращена принаймні протягом 1 місяця після 4-денного втручання. Ці тривалі ефекти можуть виникати через нейропластичні зміни48 після блокування фази внутрішніх ритмів мозку за допомогою tACS49.

Крім того, ці результати свідчать про те, що функціональна диференціація, яка зазвичай зменшується зі старінням50, може сприятися за допомогою функціонально специфічної нейромодуляції. Висновки цього дослідження можуть спонукати кілька ліній дослідження для подальшого вивчення їхнього клінічного потенціалу. Наприклад, у майбутніх дослідженнях слід вивчити можливість узагальнення цих знахідок для різних когнітивних парадигм, що охоплюють функцію пам’яті в різних сенсорних областях, і відтворити їх у більших зразках дослідження.

Крім того, потрібно визначити, як сприяти стійким ефектам, які виходять за межі 1-місячної тривалості, яка спостерігається в поточному дослідженні. Персоналізація протоколу нейромодуляції відповідно до індивідуальних анатомічних і функціональних характеристик є одним із можливих підходів6.

Крім того, конкретну частоту в межах тета- та гамма-діапазонів, кількість і тривалість сеансів модуляції, оптимальний проміжок між послідовними сеансами та взаємодію базової когнітивної та нейронної функції з цими показниками можна систематично змінювати для визначення найоптимальніших моделей модуляції.

Крім того, на додаток до MoCA, майбутні дослідження повинні використовувати більш комплексну нейропсихологічну оцінку для кількісної оцінки базової когнітивної функції та її зв’язку з покращенням, спричиненим tACS.

Нарешті, окрім потенційної користі для здорових людей похилого віку, слід вивчити трансляційні наслідки для людей із нейропсихіатричними та нейродегенеративними розладами, особливо тих, хто має селективний дефіцит пам’яті10 та ризикує деменцією5. Результати цього дослідження слугують сходинкою на шляху до дослідження цих клінічних питань.

Інтернет-контент

Будь-які методи, додаткові посилання, підсумки звітів Nature Research, вихідні дані, розширені дані, додаткова інформація, подяки, інформація про рецензування; подробиці авторського внеску та конкуруючих інтересів; і заяви про наявність даних і коду доступні за адресоюhttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Список літератури

1. Центри контролю та профілактики захворювань. Тенденції старіння в Сполучених Штатах і в усьому світі. MMWR Morb. Смертельний. Wkly. 52, 101–104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Прийняття рішень у старінні мозку: зміни в афективних і мотиваційних схемах. Нац. Rev. Neurosci. 16, 278–289 (2015).

3. Søraas, A. та ін. Самостійно повідомив про проблеми з пам’яттю через 8 місяців після зараження-19COVID. JAMA Netw. Відкритий 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR & Amaral, DG Індивідуальні відмінності в когнітивних і нейробіологічних наслідках нормального старіння. Тенденції Neurosci. 15, 340–345 (1992).

5. Готьє С. та ін. Легкі когнітивні порушення. Lancet 367, 1262–1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG Синхронізація ритмів мозку для покращення пізнання. Annu. Rev. Med. 72, 29–43 (2021).

7. Reinhart, RMG & Nguyen, JA Робоча пам'ять оживляла літніх людей шляхом синхронізації ритмічних ланцюгів мозку. Нац. Неврологія. 22, 820–827 (2019).

8. Cowan, N. Які відмінності між довготривалою, короткочасною та робочою пам’яттю? Прог. Brain Res. 169, 323–338 (2008).

9. Паркінсон, С. Р., Ліндхольм, Дж. М. та Інман, В. В. Аналіз вікових відмінностей у негайному спогаді. Ж. Геронтол. 37, 425–431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ Подвійна дисоціація короткочасної та довгострокової пам’яті для невербального матеріалу при хворобі Паркінсона та глобальній амнезії. Подальший аналіз. Мозок 114, 893–906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Людська пам'ять: запропонована система та процеси її контролю. у Te Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Teory Volume 2 (ed. Spence, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD & Warrington, EK Кодування пам'яті та амнезія. Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK. Незалежне функціонування сховищ вербальної пам’яті: нейропсихологічне дослідження. QJ Exp. психол. 22, 261–273 (1970).

14. Innocenti, I. et al. Втручання TMS у механізми первинності та нещодавності виявляє бімодальне епізодичне кодування в мозку людини. J. Cogn. Неврологія. 25, 109–116 (2013).

15. Lisman, JE & Jensen, O. Тета-гамма нейронний код. Neuron 77, 1002–1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com