Îmbunătățiri de lungă durată, disociabile ale memoriei de lucru și ale memoriei pe termen lung la adulții în vârstă cu neuromodulație repetitivă Partea 3

Replicarea constatărilor primare într-un eșantion independent.

Am efectuat un experiment suplimentar pentru a testa dacă observațiile primare din Experimentul 1 se reproduc într-o probă independentă. Experimentul 3 a constat din 30 de participanți mai în vârstă, randomizați pentru a primi fie DLPFC gamma sau IPL theta neuromodulație în timpul efectuării sarcinii de reamintire liberă.

Există o relație strânsă între neuromodulație și memorie. Neuromodulația îmbunătățește memoria prin promovarea conexiunilor și a transferului de informații între celulele creierului. Memoria este o piatră de temelie importantă a supraviețuirii și dezvoltării umane. Prin reglarea neuronală, ne poate ajuta să stăpânim și să aplicăm mai bine cunoștințele.

Neuromodulația poate afecta multe aspecte ale memoriei. În primul rând, neuromodularea poate influența activitatea în cortexul cerebral, modulând astfel percepția, atenția și abilitățile cognitive. Acestea sunt baza formării memoriei și, prin neuromodulație, ne pot ajuta să înțelegem, să ne amintim și să aplicăm mai bine informațiile.

În al doilea rând, neuromodularea poate, de asemenea, modula conexiunile și semnalizarea dintre neuroni. Numărul și structura conexiunilor dintre neuroni pot afecta în mod direct capacitatea de memorie. Conexiunile și semnalizarea dintre neuroni pot fi îmbunătățite prin neuromodulație, îmbunătățind astfel capacitatea de memorie.

În plus, neuromodularea poate influența hipocampul și alte populații neuronale din creier pentru a promova păstrarea și revizuirea memoriei pe termen lung. Prin neuromodulație, putem regla mai bine conexiunile dintre populațiile de neuroni și îmbunătățim codificarea și stocarea amintirilor.

În concluzie, relația dintre neuromodulație și memorie este foarte strânsă. Prin îmbunătățirea neuromodulației, ne putem îmbunătăți memoria și putem înțelege și aplica mai bine cunoștințele. Acest lucru are un impact pozitiv asupra studiului, muncii și vieții noastre, așa că ar trebui să acordăm atenție impactului neuromodulării asupra memoriei și să promovăm dezvoltarea neuromodulării și a memoriei prin exerciții fizice, reglarea dietei etc. Se poate observa că noi trebuie să îmbunătățească memoria, iar Cistanche deserticola poate îmbunătăți semnificativ memoria, deoarece Cistanche deserticola este un material medicinal tradițional chinezesc care are multe efecte unice, dintre care unul este îmbunătățirea memoriei. Eficacitatea cărnii tocate vine din diferitele ingrediente active pe care le conține, inclusiv acid, polizaharide, flavonoide etc. Aceste ingrediente pot promova sănătatea creierului în diferite moduri.

Faceți clic pe cunoașteți suplimentele pentru a îmbunătăți memoria

Protocolul de neuromodulație urmat a fost în mare măsură similar cu Experimentul 1, cu excepția faptului că neuromodularea a fost efectuată timp de trei zile consecutive și nu de patru zile și nu a inclus o urmărire pe termen lung.

Performanța memoriei a fost examinată la momentul inițial și în timpul fiecărei sesiuni de neuromodulație. O ANOVA mixtă cu ziua (de referință, ziua 1, ziua 2 și ziua 3) și poziția serială (primatul, mijlocul 1, mijlocul 2, mijlocul 3 și recent) ca factori și grup în cadrul subiecților (DLPFCgamma și IPL theta) ca între- Factorul subiecților a evidențiat diferențe semnificative în performanța memoriei (zi × poziție serială × grup: 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). 

ANOVA de urmărire a evidențiat o interacțiune semnificativă între poziția serială și grup în zilele 2 și 3 de neuromodulație și o interacțiune semnificativă între zi și grup pentru clusterele de primație și recent (Tabelul suplimentar 4). Testele t pe două fețe cu eșantionare independente au arătat că performanța memoriei în grupul de primație a fost îmbunătățită semnificativ în grupul gamma DLPFC în comparație cu grupul IPL theta în ziua a 2-a și a 3-a de neuromodulație (Fig. 6a, sus).

Performanța în grupul recent a fost semnificativ mai mare în grupul IPL theta în comparație cu grupul DLPFC gamma în ziua 3 a intervenției (Fig. 6a, jos). Aceste rezultate sunt observații paralele din Experimentul 1 (Fig. 2a, stânga). Performanța inițială nu a diferit între cele două grupuri (Tabelul suplimentar 4), excluzând astfel diferențele nespecifice între grupuri.

Examinând relația dintre funcția cognitivă de bază și performanța memoriei, am constatat că indivizii cu scoruri MoCA mai scăzute din grupul DLPFCgamma au arătat o performanță mai bună a memoriei în ziua 3 numai în grupul de primație (r13=−0.672, P=0.006; Fig. 6b,c), în timp ce cei cu scoruri MoCA mai scăzute în grupul IPL theta au arătat o performanță mai bună a memoriei în ziua 3 numai în clusterul recent (r13= −0.618,P=0.014; Fig. 6d,e), similar cu constatările din Experimentul 1 (Fig. 5).

Împreună, aceste observații dintr-un eșantion independent de participanți reproduc rezultatele principale ale Experimentului 1, întărind și mai mult încrederea în deducțiile extrase din acestea.

Discuţie

Prezentăm dovezi pentru îmbunătățiri selective ale WM și LTM la adulții în vârstă prin antrenarea spatiospectrală disociabilă a ritmurilor cerebrale, iar îmbunătățirile sunt susținute pentru cel puțin 1 lună după intervenție. Experimentul 1 a arătat că modificările selective ale funcției WM și LTM sunt posibile prin antrenarea ritmurilor în IPL și, respectiv, a ritmurilor gamma în DLPFC.

Experimentul 2 a arătat că comutarea frecvențelor de modulație între cele două regiuni nu a produs niciun beneficiu. În consecință, combinația dintre locația anatomică și frecvența ritmică determină substratul adecvat pentru îmbunătățirea memoriei.

Mai mult, a confirmat că îmbunătățirile observate în timpul experimentului 1 s-au datorat antrenării circuitelor cerebrale specifice funcțional și nu datorită efectelor nespecifice, cum ar fi stimularea transretinală sau transcutanată 33.

În plus, am observat îmbunătățiri mai mari la indivizii cu funcție cognitivă mai slabă. Aceste constatări au fost replicate în continuare într-un eșantion independent din Experimentul 3.

De asemenea, am constatat că viteza cu care funcția de memorie se îmbunătățește în timpul intervenției prezice puterea memoriei la 1 lună după intervenție, obținând astfel o măsură importantă pentru măsurarea receptivității la tratament în studiile viitoare.

Împreună, aceste descoperiri sugerează că funcția de memorie poate fi îmbunătățită în mod selectiv și durabil la adulții în vârstă prin modularea ritmurilor cerebrale specifice funcțional.

Specificitatea cu care protocolele distincte de neuromodulație ritmică au afectat diferite funcții de memorie poate părea surprinzătoare, având în vedere literatura de specialitate care documentează implicarea generală atât a regiunilor frontale, cât și a regiunilor parietale, precum și a ritmurilor theta și gamma la funcția WM și LTM36,37.

Acesta este în special cazul deoarece neuromodularea a fost efectuată atât în ​​timpul codificării, cât și al retragerii tuturor cuvintelor prezentate în timpul unei liste. Descoperirile noastre sugerează cu tărie că intervențiile noastre au manipulat două operații cognitive distincte. Urmând cadrul dual-store, emitem ipoteza că modularea IPLtheta a îmbunătățit operațiunile WM.

Cu toate acestea, spre deosebire de studiile anterioare de neuromodulație cu memorandumuri vizuale spațiale18, nu credem că modularea IPL theta a îmbunătățit capacitatea WM în sine. Dacă acesta ar fi fost cazul, atunci s-ar fi observat îmbunătățiri ale performanței memoriei și în unele clustere de poziție mijlocie, în plus față de clusterul recent.

De asemenea, nu ne așteptăm la creșterea funcției generale a atenției cu modularea IPL theta. Deși se presupune că ritmurile theta parietale facilitează eșantionarea atențională38, există puține dovezi care să sugereze modificări ale atenției cu antrenarea parietală theta39.

În schimb, propunem că modulația IPL theta ar fi putut facilita segregarea temporală între reprezentările succesive ale memoriei, minimizând interferența dintre ele15.

Mai mult decât atât, ritmurile theta sunt, de asemenea, cunoscute pentru a facilita amintirea mediată de context temporal40, reflectând potențial un mecanism neurofiziologic comun care stă la baza întreținerii conservate și regăsirea bazată pe context a reprezentărilor WM. Limitările intrinseci ale capacității WM, neafectate de neuromodulație, pot constrânge aceste îmbunătățiri doar la cuvintele ulterioare din listă, îmbunătățind astfel doar clusterul de recentă.

Dacă da, atunci aceste constatări pot reflecta o abordare suplimentară pentru îmbunătățirea non-invazivă a funcției WM în cadrul influentei teorii de cuplare a frecvenței încrucișate theta-gamma15, pe lângă schimbarea capacității de memorie18.

Posibilitatea ca, deși tetamodularea IPL ar fi putut facilita întreținerea și retragerea articolelor din lista ulterioară, este posibil să nu fi îmbunătățit transferul informațiilor prezentate anterior către LTM, poate să fi contribuit și mai mult la această selectivitate a efectelor. Acest lucru s-ar putea datora prezenței unor mecanisme de codificare distinctă pentru cele două depozite de memorie, o posibilitate susținută de un studiu recent de stimulare magnetică transcraniană (TMS)14.

Alternativ, transferul de reprezentări între cele două sisteme de memorie poate implica procese separate de control executiv41 neafectate de designul actual de neuromodulație. În consecință, modulația IPL theta poate să nu fi afectat reprezentările de memorie din clusterul de primație. În schimb, îmbunătățirile efectului de primație au apărut selectiv cu modularea gamma DLPFC.

Acest protocol poate să fi îmbunătățit selectiv capacitatea de a prelua reprezentările codificate separat sau transferate la LTM, afectând potențial hipocampul și alte structuri ale lobului temporal42, care prezintă, de asemenea, simultan activitate gamma în timpul retragerii întârziate36. Un studiu anterior de neuromodulație, deși a examinat funcția memoriei la adulții tineri cu tACS convențional cu o singură sesiune, se aliniază acestei propuneri22.

Astfel, deși atât ritmurile theta și gama, cât și regiunile DLPFC și IPL, sunt cunoscute că contribuie în general la performanța WM și LTM, ele pot indexa procese cognitive distincte care stau la baza îmbunătățirilor disociabile observate în studiul curent.

Concluziile prezentului studiu contribuie, de asemenea, la dezbaterea din jurul modelelor teoretice ale reamintirii libere. Bazele neuronale segregate ale efectelor de primație și recentitate au fost un subiect aprins dezbătut în neuropsihologie cu dovezi contradictorii14,43. Modularea selectivă a efectelor de primație și recentitate observată în studiul curent susține mecanisme subiacente distincte, în acord cu modelele dual-store11 și cu observațiile neuropsihologice12,13.

Cu toate acestea, descoperirile noastre, în prezent, nu sunt incompatibile cu modelele alternative de rechemare liberă. De exemplu, o teorie atribuie efectele de primație „memoriei de lucru pe termen lung”, în care operațiunile de stocare și recuperare pe termen lung susțin funcția WM în funcție de structurile de recuperare dependente de expertiză44,45. Această opinie nu este în contradicție cu ipoteza menționată mai sus că neuromodularea gamma DLPFC ar putea fi afectat recuperarea din LTM, deși în această vedere în serviciul WM.

O modalitate de a dezambigua aceste două perspective este de a folosi metoda de personalizare pentru a modula expertiza45, caz în care această teorie ar prezice un efect mai puternic al neuromodulării gamma DLPFC în prezența unor structuri de recuperare mai puternice dependente de expertiză. În plus, deși teoriile de regăsire contextuală sunt Neconcepute pentru a explica efectele primatului, deficitele în efectele primatului la adulții în vârstă au fost atribuite proceselor atenționale46, care, la rândul lor, sunt asociate cu activitatea gamma DLPFC47. Neuromodularea gamma DLPFC poate să fi îmbunătățit și mai mult gradientul intrinsec în eficiența mecanismelor de codificare cu beneficii pentru evenimentele timpurii dintr-o serie46. În special, creșterea activității gamma în lobul temporal este asociată cu acest efect17.

După cum sa discutat mai sus, neuromodularea gamma DLPFC poate să fi condus la efecte în aval asupra activității gamma în structurile lobului temporal42, sporind efectul de primație. Dacă gamaneuromodularea DLPFC afectează în mod specific procesele de recuperare a LTM sau mecanismele atenționale pot fi abordate potențial prin analiza agranulară a performanței memoriei în primacicluster.

De exemplu, contul de recuperare LTM prezice o schimbare suplimentară a performanței memoriei cu creșterea poziției seriale în clusterul de primație datorită beneficiilor similare ale proceselor de regăsire la toate pozițiile seriale, în timp ce contul de atenție prezice o reducere a pantei performanței memoriei în funcție de această poziție serială. , reflectând astfel o stabilizare a atenției susținute46.

Succesul protocolului de neuromodulație în manipularea selectivă a efectului de primație va fi un instrument puternic pentru a testa aceste predicții concurente. Studiile viitoare, care sunt suficient de puternice pentru a testa sistematic aceste ipoteze, pot dezambigua între aceste predicții concurente pentru a rafina și a reconcilia diferitele teorii ale reamintirii libere.

Această lucrare contribuie la literatura în creștere care sugerează beneficii clinice potențiale pentru funcția memoriei la adulții în vârstă cu tehnici non-invazive7. Protocoalele utilizate în studiul actual demonstrează că funcția de memorie poate fi îmbunătățită selectiv timp de cel puțin 1 lună după o intervenție de 4-zi. Aceste efecte de lungă durată pot apărea din cauza modificărilor neuroplastice48 după blocarea de fază a ritmurilor creierului intrinseci cu tACS49.

În plus, aceste descoperiri sugerează că diferențierea funcțională, care se reduce de obicei odată cu îmbătrânirea50, poate fi promovată prin neuromodulație specifică funcțional. Constatările din studiul de față pot motiva mai multe linii de investigație pentru a le examina în continuare potențialul clinic. De exemplu, studiile viitoare ar trebui să examineze generalizarea acestor constatări la diferite paradigme cognitive care acoperă funcția memoriei în diferite domenii senzoriale și să le reproducă în eșantioane de studiu mai mari.

Mai mult, trebuie stabilit cum să promovăm efecte durabile care depășesc durata de 1-lună observată în studiul actual. Personalizarea protocolului de neuromodulație în funcție de caracteristicile anatomice și funcționale individuale este o abordare posibilă6.

În plus, frecvența specifică în intervalele teta și gamma, numărul și durata sesiunilor de modulare, decalajul optim dintre sesiunile succesive și interacțiunea funcției cognitive și neuronale de bază cu aceste metrici pot fi variate sistematic pentru a determina cele mai optime modele de modulare.

În plus, pe lângă MoCA, studiile viitoare ar trebui să utilizeze evaluări neuropsihologice mai cuprinzătoare pentru a cuantifica funcția cognitivă de bază și asocierea acesteia cu îmbunătățirile induse de tACS.

În cele din urmă, dincolo de beneficiile potențiale pentru adulții în vârstă sănătoși, implicațiile translaționale pentru persoanele cu tulburări neuropsihiatrice și neurodegenerative, în special cei cu deficite de memorie selective10 și cu risc de demență5, ar trebui examinate. Descoperirile prezentului studiu servesc ca o piatră de temelie spre investigarea acestor întrebări de interes clinic.

Conținut online

Orice metode, referințe suplimentare, rezumate de raportare Nature Research, date sursă, date extinse, informații suplimentare, mulțumiri, informații de evaluare inter pares; detalii despre contribuțiile autorilor și interesele concurente; iar declarațiile despre disponibilitatea datelor și a codului sunt disponibile lahttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Referințe

1. Centre pentru Controlul și Prevenirea Bolilor. Tendințe în îmbătrânire - Statele Unite și la nivel mondial. MMWR Morb. Muritor. Wkly. Rep. 52, 101–104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Luarea deciziilor în creierul îmbătrânit: schimbări în circuitele afective și motivaționale. Nat. Pr. Neurosci. 16.278–289 (2015).

3. Søraas, A. et al. Probleme de memorie auto-raportate la 8 luni după infectarea cu COVID-19. JAMA Netw. Deschis 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR și Amaral, DG Diferențele individuale în consecințele cognitive și neurobiologice ale îmbătrânirii normale. Trends Neurosci. 15.340–345 (1992).

5. Gauthier, S. şi colab. Deficit cognitiv minor. Lancet 367, 1262–1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG Sincronizarea ritmurilor cerebrale pentru a îmbunătăți cogniția. Annu. Rev. Med. 72, 29–43 (2021).

7. Reinhart, RMG și Nguyen, JA Memoria de lucru a reînviat la adulții în vârstă prin sincronizarea circuitelor ritmice ale creierului. Nat. Neurosci. 22.820–827 (2019).

8. Cowan, N. Care sunt diferențele dintre memoria pe termen lung, pe termen scurt și memoria de lucru? Prog. Brain Res. 169, 323–338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM & Inman, VW O analiză a diferențelor de vârstă în reamintire imediată. J. Gerontol. 37, 425–431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ Disocierea dublă a memoriei pe termen scurt și pe termen lung pentru materialul nonverbal în boala Parkinson și amnezia globală. O analiză ulterioară. Brain 114, 893–906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Memoria umană: un sistem propus și procesele sale de control. în 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 Memory coding and amnezia.Neuropsychologia 11, 159–165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK Funcționarea independentă a memoriilor verbale: un studiu neuropsihologic. QJ Exp. Psih. 22, 261–273 (1970).

14. Innocenti, I. et al. Interferența TMS cu mecanismele de primație și recentă dezvăluie codificarea episodică bimodală în creierul uman. J. Cogn. Neurosci. 25.109–116 (2013).

15. Lisman, JE & Jensen, O. Te theta–gamma neuronal code. Neuron 77,1002–1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com