Stimularea curentului alternativ transcranian la frecvența Theta la cortexul parietal stâng afectează codificarea asociativă, dar nu perceptivă, a memoriei

Pentru mai multe informatii:ali.ma@wecistanche.com

ABSTRACT

Se crede că oscilațiile neuronale în intervalul theta (4–8 Hz) stau la baza asociațieifunctie de memorieîn rețeaua hipocampo-corticală. Deși există dovezi ample care susțin rolul oscilațiilor theta la animale șimemoria umană, majoritatea dovezilor sunt corelaționale. Stimularea neinvazivă a creierului (NIBS) poate fi utilizată pentru a modula activitatea oscilatorie corticale pentru a influența activitatea creierului și, eventual, pentru a modula regiunile profunde ale creierului, cum ar fi hipocampul, prin conexiuni funcționale cortico-hipocampale puternice și fiabile. Am aplicat stimularea cu curent alternativ transcranian focal (tACS) la 6 Hz peste cortexul parietal stâng pentru a modula activitatea creierului în rețeaua cortico-hipocampală presupusă pentru a influența codificarea memoriei asociative. După codificare și stimularea creierului, participanții au finalizat unmemorie asociativăși o sarcină de recunoaștere perceptivă. Rezultatele au arătat că theta tACS a scăzut semnificativmemorie asociativăperformanța, dar nu a afectat performanța memoriei perceptuale. Aceste rezultate arată că tACS parietal theta modulează procesarea asociativă separat de procesarea perceptivă și confirmă în continuare ipoteza că oscilațiile theta sunt implicate în rețeaua cortico-hipocampală și codificarea asociativă.

Faceți clic pe Cistanche herba pentru îmbunătățirea memoriei

1. Introducere

Memoria asociativăeste definită în mod obișnuit ca asistem de memoriecare construiește relații între elemente inițial neînrudite (Suzuki, 2008; Tulving, 1984). Capacitatea de a forma asociații este esențială pentrufuncția de memorie episodică(Kahana, Howard și Polyn, 2008) și ne permite să ne amintim detaliile unor evenimente specifice și să ne amintim informații abstracte, necesare pentru sarcinile și interacțiunile zilnice (Herweg, Solomon și Kahana, 2020). Studiul mecanismelor neuronale care stau la baza memoriei asociative s-a concentrat în mod tradițional pe hipocamp și pe rolul său central în rețelele cerebrale răspândite. Având în vedere natura rapidă și flexibilă a memoriei asociative, este necesar un mecanism dinamic de comunicare neuronală. În acest sens, ritmurile oscilatorii neuronale prezintă un interes deosebit deoarece se crede că contribuie la comunicarea dintre populațiile neuronale care sunt implicate simultan în procese cognitive (Buzs' Aki & Draguhn, 2004; Wang, 2010). În special, activitatea oscilatoare în intervalul theta (4–8 Hz) a fost cercetată pe larg în cogniția animală și umană (Buzs' aki, 2002; Jacobs, 2014; Meador et al., 1991; Lisman & Jensen, 2013; Maurer et al. al., 2015; Sauseng, Griesmayr, Freunberger și Klimesch, 2010), deoarece s-a presupus că joacă un rol esențial în funcția hipocampului în timpul navigării spațiale și procesării memoriei asociative (Buzs' aki, 2002; Skin, Kilianski și McNaughton). , 2019; Wallenstein, Hasselmo și Eichenbaum, 1998). Succesul codificării memoriei pare să se bazeze pe creșterea puterii theta în regiunile hipocampale (Burke et al., 2013; Khader, Jost, Ranganath și R¨ Osler, 2010), deși scăderea puterii theta pentru elementele reținute cu succes ulterior a avut, de asemenea, au fost observate (Crespo-García et al., 2016; Fellner et al., 2016; Lega, Jacobs, & Kahana, 2012).

Alyssa Meng a , Max Kaiser a , Tom A. de Graaf a,b , Felix Dücker a,b , Alexander T. Sack a,b , Peter De Weerd a,b , Vincent van de Ven a,b,*

a Departament de Neuroscience Cognitive, Facultatea de Psihologie și Neuroscience, Universitatea Maastricht, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Țările de Jos b Maastricht Brain Imaging Center (MBIC), Universitatea Maastricht, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Olanda

Studiul mecanismelor oscilatorii hipocampului în memoria asociativă, în special la oameni, poate fi o provocare, deoarece localizarea sa adânc în creier exclude măsurarea directă neinvazivă a activității neuronale. Mai mult, măsurarea oscilațiilor nu permite întotdeauna evaluarea contribuțiilor cauzale, ceea ce în mod ideal implică manipularea experimentală directă a mecanismelor neuronale de interes. O astfel de manipulare poate fi realizată cu stimularea cerebrală non-invazivă (NIBS), prin profitarea de conectivitate funcțională locală (adică corticală) și de rețea pentru a investiga efectele memoriei corticale și subcorticale. Studii recente de stimulare magnetică transcraniană (TMS) au arătat că stimularea corticală poate modifica activitatea și conectivitatea într-o rețea hipocampo-corticală, ceea ce ar putea, la rândul său, să conducă la o performanță îmbunătățită a memoriei (Hermiller, VanHaerents, Raij și Voss, 2019; Tambini, Nee). , & D'Esposito, 2018; Wang și colab., 2014). Aici, modificările induse experimental ale activității corticale se pot răspândi în zone mai îndepărtate prin conectivitate funcțională implicită (Kim, Ekstrom și Tandon, 2016). În special, cortexele parietale laterale sunt puternic și fiabil conectate funcțional la hipocamp (Buckner, Andrews-Hanna și Schacter, 2008; van de Ven, Wingen, Kuypers, Ramaekers și Formisano, 2013; Vincent și colab., 2006). Ușurința de stimulare a cortexului parietal, combinată cu disconfortul limitat de la stimularea transcraniană asupra acestor zone, face din această zonă o țintă importantă pentru neuromodularea bazată pe rețea a memoriei asociative.

O tehnică diferită NIBS, stimularea transcraniană cu curent alternativ (tACS), permite modularea rețelelor neuronale printr-o frecvență exogenă predeterminată (Abellaneda-P´erez și colab., 2020; Cabral Calderin și colab., 2016; Helfrich și colab., 2014; ; Reed & Kadosh, 2018; Vos sen, Gross, & That, 2015; Vosskuhl, Huster și Herrmann, 2016; Herrmann și colab., 2013). Studiile tACS-fMRI concomitente au arătat că tACS modulează activitatea neuronală și conectivitatea interregională pentru zonele corticale și subcorticale distale de locul stimulării scalpului (B¨ Eichinger și colab., 2017; Cabral-Calderin și colab., 2016; Vosskuhl). et al., 2016; Abellaneda-Perez et al., 2020). Descoperirile unui studiu recent sugerează că tACS poate fi utilizat pentru a modula activitatea în rețeaua hipocampo-corticală. Abellaneda-P´erez şi colab. (2020) au administrat theta-tACS peste cortexul prefrontal dorsolateral în timp ce participanții au fost supuși unei scanări fMRI în timpul unei stări de repaus sau în timpul efectuării unei sarcini de memorie de lucru N-back. În comparație cu stimularea cu curent direct (tDCS), tACS a dus la o activitate crescută a mai multor zone de rețea implicite, inclusiv hipocampul și cortexul parietal inferior, în timpul stării de repaus, precum și a sarcinii N-spate. Aceste descoperiri arată în continuare că stimularea neinvazivă a creierului a zonelor corticale poate fi utilizată pentru a modula activitatea hipocampului prin conectivitate la rețea.

Până în prezent, tACS a fost folosit pentru a studia în mod specific mecanismele oscilatorii din memoria asociativă doar într-un număr limitat de studii. Într-un studiu (Lang, Gan, Alrazi și Monchi, 2019), participanții au codificat asocierile dintre perechile arbitrare față-scenă în timp ce sufereau theta-tACS de înaltă definiție (sau tDCS anodal sau stimulare simulată) peste zona fuziformă, după care au a finalizat un test de memorie asociativă. Rezultatele au arătat că theta tACS în timpul codificării a îmbunătățit performanța memoriei asociative, în comparație cu tDCS sau sham. Cu toate acestea, tACS a îmbunătățit, de asemenea, respingerea corectă a articolelor de nalucă, ceea ce sugerează un efect de îmbunătățire cognitivă mai generală. Studiile anterioare au raportat activitate oscilatoare theta în cortexul prefrontal și senzorial uman și animal în timpul procedurilor de memorie de lucru (Lee și colab., 2005; Raghavachari și colab., 2006; Sauseng, Griesmayr, Freunberger și Klimesch, 2010), precum și în timpul percepției. procesare (Helfrich, Fiebelkorn, Szczepanski, Lin, Parvizi, Knight, & Kastner, 2018; Landau, Schreyer, Van Pelt, & Fries, 2015; Somer, Allen, Brooks, Buttrill, & Javadi, 2020), care susțin contribuția diverse procese cognitive la performanța memoriei asociative. Într-adevăr, mai multe studii au raportat o performanță îmbunătățită a memoriei de lucru după administrarea tACS theta peste cortexul parietal (Jauˇsovec și Jauˇsovec, 2014) sau prefrontal (Alekseichuk, Turi, de Lara, Antal și Paulus, 2016; Abellaneda-Perez et al., 2016). ; Reinhart și Nguyen, 2019), în timp ce desincronizarea interregională frontoparietală indusă de tACS la 6 Hz a dus la scăderea performanței memoriei de lucru (Alekseichuk, Pabel, Antal și Paulus, 2017). Cu toate acestea, un alt studiu în care theta tACS a fost administrat peste cortexul prefrontal stâng în timpul codificării memoriei asociative nu a modificat performanța memoriei la participanții tineri sănătoși (Klink, Peter, Wyss și Kl¨ Oppel, 2020).

În concluzie, concluziile stimulării theta neinvazive asupra memoriei asociative rămân neconcludente. Mai mulți factori trebuie abordați pentru a ne îmbunătăți înțelegerea. În primul rând, efectul stimulării theta asupra memoriei asociative poate fi întărit atunci când este aplicat în zonele corticale care sunt puternic conectate la rețelele hipocampo-corticale. Pe baza studiilor recente TMS, cortexul parietal poate fi un bun candidat pentru administrarea tACS. Cu toate acestea, o aplicare directă a tACS theta peste cortexul parietal pentru a modifica selectiv procesarea memoriei asociative nu a fost încă raportată. În al doilea rând, specificitatea stimulării theta asupra memoriei asociative necesită ca funcțiile cognitive non-asociative să nu fie modulate. Acest lucru este deosebit de relevant, având în vedere că cortexul parietal joacă un rol în memoria asociativă, precum și în procesarea perceptivă (Cabeza și colab., 2011; Culham & Kanwisher, 2001; Gottlieb, 2007). TACS parietal theta ar putea astfel modula indirect procesarea asociativă prin modularea codificării senzoriale sau atenționale, care, la rândul său, ar putea modula performanța memoriei asociative și non-asociative, cum ar fi recunoașterea perceptivă. Sprijinirea specificității funcționale a activității oscilatorii theta în memoria asociativă ar necesita un efect theta tACS asupra memoriei asociative în absența unui efect asupra memoriei perceptuale.

În studiul actual, am administrat tACS focal la 6 Hz peste cortexul parietal stâng într-un design controlat de simulare în cadrul subiectului, în timp ce participanții au codificat o sarcină de împerechere față-scenă. După faza de codificare și tACS, participanții au finalizat două teste de memorie care au măsurat cunoștințele despre perechile de elemente (de exemplu, memoria asociativă) și identitatea elementului (adică, memoria perceptivă). Am emis ipoteza că tACS parietal theta, în comparație cu stimularea simulată, ar afecta performanța memoriei asociative, dar nu perceptuale.

2. Metode

2.1. Participanții

Am recrutat douăzeci de voluntari sănătoși (vârsta medie [SD] =21,68 ani [2,84], 12 femei) din mediul academic al Universității Maastricht printr-un sistem de recrutare online. Toți participanții au fost pre-screened folosind un formular de screening non-invaziv de stimulare a creierului pentru eligibilitate, riscuri pentru sănătate și efecte adverse. Participanții potențiali care au raportat orice contraindicație NIBS în timpul fazei lor de screening au fost excluși. Toți participanții și-au dat consimțământul informat în scris înainte de participare. Studiul a fost aprobat de comitetul de revizuire etică de psihologie și neuroștiință (ERCPN) al Facultății de Psihologie și Neuroscience (FPN) de la Universitatea Maastricht. Siguranța și confortul participanților au fost monitorizate pe parcursul stimulării creierului pentru a detecta orice efecte adverse datorate stimulării. Participanții au fost compensați cu un voucher cadou sau credit de curs.

2.2. Procedura sarcinii

Participanții au finalizat o sarcină de memorie asociativă vizuală, „Face and Scene Task” (FAST; Lang și colab., 2019), care a fost programată în PsychoPy ((Peirce și colab.2019)). Sarcina a constat dintr-o fază de codificare și o fază de testare. În timpul fazei de codificare a sarcinii, participanților li s-au prezentat perechi de imagini care au cuprins o față neutră și o scenă naturală. Fețe neutre de toate etniile și vârstele au fost adunate din Chicago Face Database (CFD Versiunea 2.0.3; Ma, Correll și Wittenbrink, 2015). Fețele nu aveau trăsături ușor de distins, cum ar fi piercing-urile sau tatuajele. Toate imaginile scenei au fost preluate dintr-o bază de date de imagini online.

La fiecare probă, participanții au văzut o pereche de imagini constând dintr-o față neutră prezentată în partea stângă a ecranului și o scenă prezentată în partea dreaptă a ecranului. Ei au trebuit să indice modul în care persoana din imaginea prezentată va evalua gena corespunzătoare. Participanții au fost instruiți să își ofere judecata printr-o scală de evaluare care a fost vizualizată ca un glisor scalat (interval de la -3 la 3) sub perechea de imagini pentru a asigurați-vă că participanții codificau în mod activ (Fig.1). Perechea de imagini a fost afișată până când a fost apăsat un buton, permițând codificarea auto-ritmului, dar cu o limită superioară de 8 s.

Fiecare pereche față-scenă a fost urmată de un interval inter-stimul de 100 ms în timpul căruia a fost prezentată o cruce de fixare. Faza de codificare a constat în total 45 de perechi față-scenă, care au fost separate în 5 blocuri de 9 perechi de imagini. Fiecare bloc a fost separat printr-un interval de 5 s.

Fig.1. Faza de codificare și recuperare. În timpul fazei de codificare (A), participanții au văzut perechi de scene de față și au indicat cât de pozitiv sau negativ au considerat că persoana a evaluat scena. În timpul fazei de testare a memoriei (B), participanții au văzut perechi față-scenă și au trebuit să indice dacă articolele au fost văzute anterior ca o pereche (~1: văzute împreună), văzute ca elemente de perechi diferite (~2: văzute, dar nu împreună). „), sau nu au fost văzute în niciun fel înainte („3: niciodată văzute”). Participanților li s-au dat 8 s pentru a codifica și evalua fiecare pereche de scenă de față. Fiecare pereche de scenă de față a fost urmată de un interstimul de 100 ms. În faza de recuperare , participanților li s-a oferit timp nelimitat pentru a răspunde. Fiecare pereche de recuperare a scenei față a fost urmată de un interstimul de 100 ms

Fiecare participant a efectuat două versiuni ale acestei sarcini, care au fost identice ca design, dar au folosit seturi care nu se suprapun de imagini ale feței și scenei. Fiecare sarcină de codificare a fost prezentată în timpul stimulării tACS de 6 Hz sau simulate. Pentru a familiariza participanții cu sarcina, a fost oferită o versiune prescurtată a 15 perechi noi ca antrenament înainte de condițiile experimentale, iar instrucțiunile standardizate au fost prezentate la începutul fiecărei versiuni.

După sarcina de codificare, participanții au finalizat un joc video ca sarcină de distragere a atenției timp de 5 minute pentru a diminua efectul recent al memoriei pe termen scurt și pentru a minimiza posibilele efecte secundare ale stimulării. Se crede că sarcina este suficient de captivantă pentru a preveni repetițiile cu efort.

După sarcina de distragere a atenției, participanții au finalizat faza de testare a memoriei, care a cuprins o sarcină de recunoaștere asociativă și perceptivă. În sarcina de recunoaștere asociativă, participanții au văzut 45 de prezentări ale fie 1) perechile originale față-scenă văzute în timpul codificării, 2) perechi de fețe și scene care au fost văzute anterior, dar luate din perechi de codificare diferite sau 3) perechi de imagini noi care nu au fost văzute anterior în timpul codificării. Participanții au fost rugați să indice dacă „au văzut împreună”, „au văzut, dar nu împreună” sau „nu au văzut niciodată” cu tastele „1”, „2” și „3”, respectiv. Participanții au fost rugați să facă răspunsuri de la tastatură cu mâna lor dominantă. Nu exista limita de timp.

Blocurile de recuperare asociativă au fost amestecate cu sarcina de recunoaștere perceptivă, în care au fost prezentate o serie de imagini noi sau văzute anterior timp de 200 ms, după care participanții au fost întrebați dacă au recunoscut imaginile (răspunsuri Da/Nu; Fig.2). Pe bloc, participanții au răspuns la 9 perechi de imagini de recuperare asociativă și apoi au răspuns la 9 imagini de recunoaștere perceptivă. Blocuri alternate într-un format ABAB.

Ordinea condițiilor tACS a fost contrabalansată între participanți. Participanții și-au sprijinit capul într-o barbie fixă ​​înainte de a începe testarea. Experimentul a durat aproximativ 90 de minute per participant, care a inclus timpul necesar pentru atașarea electrozilor. Fiecare participant a fost supus condițiilor de stimulare simulată și theta în aceeași zi, cu aproximativ 30 de minute între cele două perioade de stimulare.

2.3. Parametrii tACS

tACS a fost aplicat folosind un dispozitiv neuroConn DC-STIMULATOR TES, folosind o configurație de electrod concentric pentru stimularea focală, care a inclus un electrod circular interior (3 cm diametru) plasat în interiorul unui electrod exterior (11 cm diametru; Fig.3A). Această configurație a fost folosită anterior pentru stimularea focală în timpul sarcinilor cognitive (Bortoletto, Rodella, Salva-dor, Miranda, & Miniussi,2016; Gbadeyan, Steinhauser, McMahon, &Meinzer,2016; Schuhmann et al,2019) . Centrul configurației concentrice a fost plasat peste locația scalpului P3, așa cum a fost identificat de sistemul de poziționare a electrodului EEG 10-20, deoarece s-a demonstrat că acest loc are conexiuni extinse cu rețeaua hipocampală (Freedberg și colab., 2019; Hermiller și colab. ., 2019; Wang și colab., 2014). Am folosit software-ul SimNIBS pentru a simula răspândirea câmpului electric pentru configurația concentrică atunci când este administrat peste P3. Rezultatele simulării au arătat un câmp electric cu un punct focal de intensitate maximă a câmpului (0,296 V/m la percentila 99,9) sub electrodul central, care a scăzut spre electrodul inelului exterior (Fig. 3B). Pentru comparație vizuală, Fig. 3C arată harta T a conectivității hipocampo-corticale dintr-un studiu de imagistică prin rezonanță magnetică funcțională în stare de repaus (rs-fMRI) cu patruzeci și trei de participanți (Tambini et al., 2018; obținut din ), în pe care o zonă parietală stângă de conectivitate hipocampală ridicată se suprapune cu locația noastră de stimulare.

Pentru fiecare participant, am folosit un capac EEG (www.easycap.de; fără electrozi atașați) pentru a marca poziția P3, prin distanțele centrale și laterale dintre markerii anatomici care sunt definite de sistemul de poziționare a electrozilor EEG 10-20 pe fiecare. capul participantului. Am centrat capacul pe cap conform procedurilor standard și am marcat-o pe scalp folosind un creion cosmetic, prietenos cu pielea. Fiecare participant a fost examinat pentru abraziuni, inflamații sau răni mici pe scalp înainte de atașarea electrodului. Participanții cu orice anomalii ale pielii la sau în apropierea locului de stimulare au fost excluși din experiment înainte de plasarea electrodului. Pasta adezivă conductivă a fost utilizată pentru a optimiza conductivitatea între electrozi și scalp sub 10 kΩ pentru fiecare participant. Am verificat că pasta pentru fiecare dintre cei doi electrozi nu s-a conectat. Datorită pastei adezive, nu au fost necesare benzi sau curele pentru a ține electrozii în poziție pe tot parcursul experimentului.

În starea teta. frecvența stimulării a fost setată la 6 Hz pentru 5400 de cicluri (15 min × 60 s × 6 Hz) la o intensitate de 2 mA (vârf la vârf). Participanții au fost familiarizați cu senzația de tACS într-o sesiune scurtă de stimulare pentru a determina dacă stimularea a fost tolerabilă. Un participant a indicat disconfort, iar intensitatea stimulării a fost redusă pentru acest participant la 1,8 mA. În timpul experimentului, stimularea a fost aplicată timp de 15 minute, începând cu 5 minute înainte de sarcina de codificare. Participanții au primit o sarcină de umplere (sarcina de discriminare vizuală) în primele 5 minute de stimulare pentru a ocupa participanții și pentru a se asigura că se aflau într-o stare mentală similară înainte de a începe sarcina de codificare asociativă. Duratele de accelerare și declinare au fost setate la 30 s în condiția theta. În condiția de simulare, stimularea a durat 300 de cicluri (50 s) înainte de a scădea pentru a crea o stare inițial care nu se poate distinge pentru a masca condițiile.

Datorită diferenței de senzații somatosenzoriale continue dintre cele două condiții tACS. teoretic participanții ar putea discerne stimularea theta de stimularea simulată. Pentru a verifica dacă acesta a fost cazul, participanții au fost rugați să identifice verbal diferențele în condițiile de stimulare posthoc la sfârșitul experimentului. Niciunul dintre participanți nu ne-a informat că a reușit să distingă cu încredere stimularea theta de simularea.

3. Analiza datelor

Statistical analysis was performed in JASP(JASPTeam,2018). Of the twenty participants, data of one participant was excluded for having incomplete data files as a result of an error in the experiment program code. Data of another participant were excluded after reporting suffering from fatigue before and during the experiment Of the remaining data-sets, trials with a clear delayed response (>2×SD) au fost excluse din analiză, ceea ce a constituit o pierdere de 4,03 la sută în medie din toate studiile.

Am analizat performanța memoriei calculând sensibilitatea memoriei (d, Stanislaw & Todorov, 1999; Macmillan & Creelman,2005) utilizând ratele de accesare și ratele de alarmă falsă. Pentru testul de memorie asociativă, rata de succes a fost calculată ca proporție de perechi de scenă fac afișate în timpul sarcinii de codificare, care au fost identificate corect ca „văzute ca o pereche”. Rata alarmei false a fost identificată ca proporția de perechi față-scenă care au fost considerate în mod greșit a fi văzute ca o pereche în timpul sarcinii de codare. Pentru testul de memorie perceptivă, rata de succes a fost calculată ca proporție de elemente individuale afișate anterior, care au fost judecate corect așa cum s-au văzut înainte, iar ratele de alarmă falsă ca proporție de articole noi care au fost judecate eronat așa cum s-au văzut anterior. Comparațiile statistice între condițiile tACS au fost efectuate folosind teste t cu eșantion pereche și au fost utilizate ANOVA cu măsuri repetate pentru a testa dacă efectele în interiorul subiectului au fost corelate cu covariatele Vârstă, Sex și Ordinea stării tACS. În plus, am efectuat teste t-eșantion pereche și analize ANOVA cu măsuri repetate asupra timpilor de răspuns la codificare (timpul de la debutul perechii de stimuli până la apăsarea butonului) pentru a determina dacă natura auto-ritmului de codificare a creat o diferență semnificativă de performanță între condiții și participanți. Efectele au fost considerate semnificative la o valoare p de 0,05.

Deoarece ipotezele noastre au inclus efecte nule (de Graaf & Sack, 2011), am calculat factorul Bayes pentru a cuantifica puterea dovezilor în favoarea lipsei efectului datorat tACS, adică BF1o<1(wagenmakers,2007). bayes="" factor="" calculation="" was="" performed="" using="">

4. Rezultate

4.1. Timp de răspuns în timpul codificării

În timpul sarcinii de codificare, participanții au răspuns în medie 2753,1 ms (SE{2}},8 ms) după apariția perechilor de imagini în timpul theta-tACS. În timpul sham-tACS, timpul de răspuns la codificare a fost de 2971,5 (227,4) ms. Timpii de răspuns la codificare nu au diferit semnificativ între cele două condiții tACS (t(17)=-1.54,p= 0.14). Am testat, de asemenea, dacă variația timpului de răspuns în testele de codificare a fiecărui participant a diferit între Condițiile tACS (media [SE] theta-tACS=978.8 [68.5],sham-tAGS{=1060.4[96.2]) și nu au găsit nicio diferență semnificativă (t(17){{26} }.33,p=0.20).

4.2 Efectele tACS bazate pe teta asupra răspunsurilor de memorie asociativă

Performanța asociativă a memoriei în timpul theta-tACS (media [SE]=1.32 [0.13]) a fost semnificativ mai mică decât a asociației în timpul sham-tACs (1,61 [0 .16];t(17)=-2.517,p{= 0.022,Cohen d{=-0.59;vezi 互g. 4A）.A măsoară ANOVA cu tACS （ Theta, Sham） ca factor intra-subiect au arătat că acest efect nu a interacționat cu factorii inter-subiecți Vârsta (p=0.23) sau Sex (p{=0.36). efectele excesive ale stimulării theta asupra codificării în timpul sesiunii ulterioare de stimulare simulată prin utilizarea tACS Order (theta urmat de sham vs.sham urmat de theta) ca factori între subiecți, care nu au interacționat semnificativ cu efectul tACS în interiorul subiectului o memorie asociativă (p= 0.64).

Pentru a investiga în continuare efectul tACS asupra d', am efectuat comparaţii post-hoc pentru rata de hit şi rata alarmelor false între cele două condiţii tACS. Rata de lovituri a fost semnificativ mai mare în condiția de simulare (67,0 la sută [0.05])comparativ cu condiția theta (53,7 la sută [0.{ {23}}5])pentru memoria asociativă (t(17)=-3.286,p{=0.004, d =-0.78 al lui Cohen). Ratele de alarmă falsă pentru performanța memoriei asociative nu au evidențiat nicio diferență semnificativă între condiția simulată (16,2 la sută [0,02]) sau theta (12,1 la sută [0,02]:t(17)=-1.428,p{{28} }.171). Aceste constatări au coroborat faptul că theta-tACS a afectat performanța memoriei asociative.

4.3. Efectul tACS bazat pe teta asupra recunoașterii elementelor perceptuale

În continuare, am analizat scorurile pentru testul de recunoaștere perceptivă, care a fost efectuat pe același material vizual ca și pentru testul de memorie asociativă. Nu am găsit nicio diferență semnificativă în recunoașterea perceptivă a elementului între theta (1,56 [0},16]) și condițiile simulate (1,48 [0,10];t(17)=0,462 ,p=0.65;vezi Fig.4B). Deoarece ipotezam că nu a fost efectul ACS asupra recunoașterii perceptuale, am calculat factorul Bayes (BF) pentru această comparație. Am constatat că BF1o= 0.44, oferind dovezi anecdotice în favoarea lipsei efectului.

4.4. Comparație între performanțele memoriei asociative și perceptuale

Pentru a analiza dacă tACS a afectat în mod diferit memoria de recunoaștere asociativă și perceptivă, am efectuat patru analize suplimentare. În primul rând, am corelat memoria asociativă și performanța recunoașterii perceptuale pentru condiția simulată pentru a determina dacă performanța de bază în cele două sarcini a fost corelată. Această corelație nu a fost semnificativă (r=0.28, p=0.26) . Calculul factorului Bayes a arătat că dovezile au fost în favoarea performanței celor două sarcini care nu sunt legate (BFy =0.52). Acest rezultat se potrivește ipotezei noastre că sarcinile de memorie asociativă și perceptivă se bazează pe diferite mecanisme neuronale subiacente. În al doilea rând, am comparat d' din condiția de simulare a celor două sarcini de memorie, utilizând un test t pentru eșantioane pereche. și a constatat că nu erau semnificativ diferite (t(17)= 0.78,p=0.78 BFyo=0.25). ceea ce indică faptul că sarcinile au fost la fel de dificile. În al treilea rând, am corelat diferența de performanță datorată tACS (adică d(Theta-d(Sham)) între memoria de recunoaștere asociativă și cea perceptivă și nu am găsit nicio corelație semnificativă (r= 0.12,p= 0.63 ;BF10=0.33).În al patrulea rând, am testat dacă afectarea performanței memoriei asociative indusă de tACS a fost mai mare decât efectul (nul) al tAGS asupra performanței memoriei de recunoaștere. Pentru a modela această interacțiune între tACS și sarcină, am calculat o Măsuri repetate modelează cu tACS și Sarcina ca factori în interiorul subiectului (și Vârsta, Sexul și Ordinea ca factori între subiecți) și a găsit un efect semnificativ de interacțiune tACS× Sarcină (F(1,13)=7.68,p=0.015,= 0.37). În total, aceste rezultate indică faptul că tACS a afectat memoria asociativă diferit de performanța memoriei de recunoaștere.

4.5. Comparația timpilor de răspuns de codificare ca o explicație a efectelor tACS

Este posibil ca diferențele individuale în timpii de răspuns de codificare să fi afectat efectul tACS asupra memoriei, în ciuda lipsei unui efect semnificativ de tACS asupra timpilor de răspuns de codificare. De exemplu, participanții cu timpi de codare mai rapidi ar fi putut procesa stimulii mai puțin bine, ceea ce i-ar fi putut face mai vulnerabili la efectul tACS. Pentru a investiga această problemă, am recalculat ANOVA cu măsuri repetate pentru memoria asociativă și de recunoaștere și interacțiunea de recunoaștere asociativă x. dar acum utilizând timpii de răspuns de codificare mediați între cele două condiții tACS ca covariabilă, nu am găsit niciun efect semnificativ al răspunsului de codificare. timpul pentru memoria asociativă (p=0.31), memoria de recunoaștere (p=0}.25) sau interacțiunea asociativă × recunoaștere (p=0.97). Pentru a fundamenta aceste efecte nule, am calculat factorul Bayes pentru interacțiunea timpilor de răspuns de codificare cu efectul măsurătorii repetate a tACS asupra memoriei asociative, memoriei de recunoaștere și interacțiunii asociative × recunoaștere și am constatat că acestea au fost la sau sub/în toate. cazuri (pentru fiecare model respectiv, BF1{{10}} a fost 0,35,0,37 și 0,13). Aceste descoperiri resping astfel sugestia că timpii de codificare au influențat efectul tACS asupra performanței memoriei.

5. Discuție

Rezultatele noastre demonstrează că theta tACS peste cortexul parietal în timpul codificării memoriei afectează performanța memoriei asociative, dar nu și memoria de recunoaștere perceptivă a acelorași materiale de sarcină. Aceste constatări sunt în concordanță cu observațiile repetate conform cărora activitatea oscilatorie theta contribuie în mod specific la codificarea memoriei asociative (a]sein și colab., 1998; Buzsaki, 2002; Lega și colab., 2012; Burke și colab., 2013; Herweg și colab., 2020; Sauseng et al, 2010). Constatarea că performanța memoriei asociative nu s-a corelat cu performanța memoriei perceptuale coroborează și mai mult ideea că corelațiile neuronale ale celor două procese de memorie sunt disociabile. Acest lucru este de o importanță suplimentară, având în vedere că s-a descoperit că locul de stimulare parietală (P3) joacă un rol atât în ​​memoria asociativă, cât și în procesarea perceptivă (Cabeza și colab., 201l; Culham & Kanwisher, 2001; Gotlieb, 2007). Adică, corelațiile neuronale ale celor două sarcini arată o suprapunere spațială în cortexul parietal. Cu toate acestea, efectul disociabil al tACS theta asupra celor două sarcini de memorie sugerează că activitatea oscilativă theta poate disocia funcțional cele două procese de memorie din cortexul parietal. În plus, această disociere nu poate fi explicată printr-o diferență în dificultatea sarcinii, deoarece performanța în condițiile simulate ale ambelor sarcini a fost similară.

Descoperirea noastră privind afectarea memoriei asociative după theta tACS contrastează cu mai multe descoperiri anterioare ale performanței îmbunătățite a memoriei induse de theta tACS. Cu toate acestea, comparația dintre studii este împiedicată de eterogenitatea în proiectarea sarcinilor și locația stimulării creierului. De exemplu, îmbunătățirea memoriei indusă de tACS a fost raportată în studiile privind memoria de lucru (Abellaned-Prezet al, 2020 Alekseichuk și colab. 2016; Khader și colab. 2010), dar aceste sarcini probabil nu s-au bazat pe procesarea asociativă. În plus, zona de stimulare poate fi de o importanță deosebită datorită efectelor diferențiale ale puterii theta asupra diferitelor situsuri neuroanatomice (Long. Burle, & Kahana 2014). De exemplu, performanța îmbunătățită în sarcina de asociere față-scenă după ce tACS a fost administrat în zona fuziformă (Lang și colab., 2019) ar fi putut rezulta din modularea codificării trăsăturilor faciale, mai degrabă decât din codificarea crescută a memoriei asociative. În timp ce activitatea oscilatorie theta a fost observată în aceste zone la oameni și animale (Lee și colab., 2005; Raghavachari și colab., 2006; Sauseng și colab., 2010), acestea pot juca un rol diferit în procesele de memorie. Într-un studiu mai recent, Klinlk și colab. (2020) nu au găsit nicio schimbare în performanța memoriei asociative la participanții tineri după tACS peste cortexul prefrontal ventrolateral, ceea ce exemplifică și mai mult inconsecvența rezultatelor.

În schimb, sugerăm că descoperirile noastre sunt în conformitate cu studiile anterioare care arată că stimularea corticală parietală modulează activitatea neuronală într-o rețea hipocampo-corticală care sprijină procesarea asociativă a memoriei (Freedberg și colab., 2019; Hermiller și colab., 2019; Tambini și colab., 2019; al 2018; Wanget al, 2014). Mai precis, constatările noastre sunt în conformitate cu modularea memoriei asociative, dar nu a memoriei de recunoaștere, după administrarea TMS peste cortexul parietal (Tambini et al., 2018). Extindem aceste rapoarte arătând că theta tACS se poate modula, de asemenea, ca procesare sociativă în, probabil, aceeași rețea hipocampo-corticală. Este posibil ca descoperirea noastră de memorie asociativă scăzută, mai degrabă decât îmbunătățită, să fie într-adevăr legată de modelul oscilator theta al stimulării creierului. .

Un aspect important este că am stimulat la o frecvență fixă ​​pentru toți participanții, mai degrabă decât la frecvența teta individuală. Stimularea la frecvența de vârf individuală ar duce la antrenament neuronal îmbunătățit, care ar putea astfel îmbunătăți performanța memoriei (Hanslmayr, Axmacher, & Inman, 2019; Thut et al, 2011). Această noțiune este susținută de o mână de studii tACS anterioare care au stimulat la frecvența teta individuală, identificate folosind cuplarea fază-amplitudine theta-gamma în timpul execuției sarcinii și au găsit performanțe îmbunătățite ale memoriei de lucru după stimulare (Reinhart & Nguyen, 2019; Vosskuhl, Huster și Hermann.,2015). Cu toate acestea, alte studii tACS care arată îmbunătățirea memoriei de lucru au folosit o frecvență fixă ​​de stimulare (Jausovec & Jausovec, 2014; Lang et al., 2019), sugerând că stimularea la frecvența teta individuală nu este necesară pentru a modula performanța memoriei. În general, mai multe studii au arătat că stimularea la frecvența alfa individuală nu a îmbunătățit în mod constant antrenarea neuronală (Vossen et al, 2015; Stecher & Herrmann, 2018), sugerând că relația dintre stimularea creierului, antrenamentul neuronal și performanța cognitivă ar putea să nu fie direct. În cele din urmă, există dovezi că codificarea asociativă la oameni este susținută de două benzi de frecvență la extremele intervalului theta (3-8 Hz), mai degrabă decât să varieze în jurul centrului intervalului theta (Lega și colab., 2012 (Wolinski). et al., 2018)). În acest caz, stimularea oscilatorie electrică în centrul intervalului theta ar duce la desincronizarea theta sau la schimbări în faza frecvențelor endogene, ceea ce ar putea perturba procesarea memoriei (Alekseichuk et al.201Z). ; Polania, Nitsche. Korman Batsikadze, & Paulus, 2012). Susținem că descoperirile noastre par cel mai bine în concordanță cu o relatare a desincronizării de fază indusă de tACS care afectează memoria asociativă, dar nu afectează performanța recunoașterii perceptuale.

Designul studiului nostru prezintă câteva limitări ale inferențelor noastre. Nu am inclus imagistica funcțională a creierului simultan cu administrarea tACS, ceea ce ne împiedică să verificăm efectul tACS parietal asupra rețelei hipocampo-corticale. De asemenea, nu am măsurat EEG simultan cu administrarea tACS, ceea ce înseamnă că nu am putut testa empiric postularea noastră a desincronizării theta în memoria asociativă. În cele din urmă, nu am folosit o frecvență de control sau o locație pentru a verifica specificul stimulării theta a cortexului parietal. Intenționăm să abordăm aceste probleme deschise în studiile viitoare.

În concluzie, studiul nostru arată că theta tACS a afectat codificarea memoriei asociative, scutind în același timp recunoașterea perceptivă. în conformitate cu ipoteza că oscilațiile theta joacă un rol critic în formarea memoriei asociative în interacțiunile parietal-hipocamp. Aceste rezultate se aliniază cu modelele neurobiologice actuale ale memoriei asociative și încurajează studii ulterioare folosind stimularea electrică a creierului neinvazivă pentru a modula activitatea oscilativă a rețelelor cerebrale cu memorie asociativă pentru cercetarea curentă a memoriei.