Langvarige, adskillelige forbedringer i arbejdshukommelse og langtidshukommelse hos ældre voksne med gentagne neuromodulering, del 3

Replikation af primære fund i en uafhængig prøve.

Vi udførte et yderligere eksperiment for at teste, om de primære observationer fra eksperiment 1 replikerer i en uafhængig prøve. Eksperiment 3 bestod af 30 ældre deltagere, der var randomiseret til at modtage enten DLPFC-gamma- eller IPL-theta-neuromodulation under udførelsen af ​​den frie genkaldelsesopgave.

Der er en tæt sammenhæng mellem neuromodulation og hukommelse. Neuromodulation forbedrer hukommelsen ved at fremme forbindelser og informationsoverførsel mellem hjerneceller. Hukommelse er en vigtig hjørnesten i menneskets overlevelse og udvikling. Gennem neural regulering kan det hjælpe os til bedre at mestre og anvende viden.

Neuromodulation kan påvirke mange aspekter af hukommelsen. For det første kan neuromodulation påvirke aktiviteten i hjernebarken og derved modulere perception, opmærksomhed og kognitive evner. Disse er grundlaget for hukommelsesdannelse, og gennem neuromodulation kan de hjælpe os til bedre at forstå, huske og anvende information.

For det andet kan neuromodulation også modulere forbindelserne og signaleringen mellem neuroner. Antallet og strukturen af ​​forbindelser mellem neuroner kan direkte påvirke hukommelsesevnen. Forbindelserne og signaleringen mellem neuroner kan forbedres gennem neuromodulation og derved forbedre hukommelsesevnen.

Derudover kan neuromodulation påvirke hippocampus og andre neuronale populationer i hjernen for at fremme langtidshukommelsesbevarelse og -revision. Gennem neuromodulation kan vi bedre regulere forbindelserne mellem populationer af neuroner og forbedre kodningen og lagringen af ​​minder.

Som konklusion er forholdet mellem neuromodulation og hukommelse meget tæt. Ved at forbedre neuromodulation kan vi forbedre vores hukommelse og bedre forstå og anvende viden. Dette har en positiv indvirkning på vores studier, arbejde og liv, så vi bør være opmærksomme på neuromoduleringens påvirkning af hukommelsen, og fremme udviklingen af ​​neuromodulation og hukommelse gennem fysisk træning, kostregulering osv. Det kan ses, at vi behov for at forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale, der har mange unikke effekter, hvoraf den ene er at forbedre hukommelsen. Effektiviteten af ​​hakket kød kommer fra de forskellige aktive ingredienser, det indeholder, herunder syre, polysaccharider, flavonoider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed på forskellige måder.

Klik på kend kosttilskud for at forbedre hukommelsen

Den fulgte neuromodulationsprotokol svarede stort set til eksperiment 1, bortset fra at neuromodulering blev udført i tre snarere end fire på hinanden følgende dage og ikke omfattede en langtidsopfølgning.

Hukommelsesydelsen blev undersøgt ved baseline og under hver neuromodulationssession. En blandet ANOVA med dag (baseline, dag 1, dag 2 og dag 3) og seriel position (primat, midterste 1, midterste 2, midterste 3 og nylige) som inden for forsøgspersoners faktorer og gruppe (DLPFCgamma og IPL theta) som mellem- forsøgspersoners faktor afslørede signifikante forskelle i hukommelsesydelse (dag × seriel position × gruppe: 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). 

Opfølgnings-ANOVA'er afslørede en signifikant interaktion mellem seriel position og gruppe på dag 2 og 3 med neuromodulation og en signifikant interaktion mellem dag og gruppe for primære og nylige klynger (Supplerende tabel 4). Tosidede uafhængige prøve-t-tests viste, at hukommelsesydelsen i primacy-klyngen var signifikant forbedret i DLPFC-gammagruppen i forhold til IPL-theta-gruppen på dag 2 og dag 3 af neuromodulation (fig. 6a, øverst).

Ydeevnen i den nylige klynge var signifikant højere i IPL-theta-gruppen i forhold til DLPFC-gammagruppen på dag 3 af interventionen (fig. 6a, nederst). Disse resultater er parallelle observationer fra eksperiment 1 (fig. 2a, venstre). Baseline-præstationen var ikke forskellig mellem de to grupper (Supplerende tabel 4), hvilket udelukker ikke-specifikke forskelle mellem grupperne.

Ved at undersøge forholdet mellem kognitiv basisfunktion og hukommelsesydelse fandt vi ud af, at personer med lavere MoCA-score i DLPFCgamma-gruppen kun viste bedre hukommelsesydelse på dag 3 i primacy-klyngen (r13=-0.672, P=0.006; Fig. 6b,c), hvorimod dem med lavere MoCA-score i IPL-theta-gruppen kun viste bedre hukommelsesydelse på dag 3 i den seneste klynge (r13= −0,618,P=0.014; Fig. 6d,e), svarende til resultaterne i eksperiment 1 (fig. 5).

Tilsammen gentager disse observationer i et uafhængigt udvalg af deltagere de primære resultater af eksperiment 1, hvilket yderligere styrker tilliden til de konklusioner, der er draget fra dem.

Diskussion

Vi præsenterer evidens for selektive forbedringer hos WM og LTM hos ældre voksne gennem dissocierbar spatiospektral indblanding af hjernerytmer, og forbedringerne opretholdes i mindst 1 måneds intervention. Eksperiment 1 viste, at selektive ændringer af WM- og LTM-funktion er mulige gennem indtrængning af rytmerne i henholdsvis IPL og gamma-rytmer i DLPFC.

Forsøg 2 viste, at skift af modulationsfrekvenser mellem de to regioner ikke gav nogen fordele. Som følge heraf er det kombinationen af ​​anatomisk placering og rytmisk frekvens, der bestemmer det passende substrat til forbedring af hukommelsen.

Desuden bekræftede det, at de forbedringer, der blev observeret under eksperiment 1, skyldtes indtrængning af funktionelt specifikke hjernekredsløb og ikke på grund af ikke-specifikke effekter såsom transretinal eller transkutan stimulering 33.

Derudover observerede vi større forbedringer hos personer med dårligere kognitiv funktion. Disse resultater blev yderligere replikeret i en uafhængig prøve i eksperiment 3.

Vi fandt desuden ud af, at den hastighed, hvormed den tematiske funktion forbedres under interventionen, forudsiger hukommelsesstyrken 1 måned efter interventionen, hvilket giver en vigtig metrisk til at måle behandlingsrespons i fremtidige undersøgelser.

Sammen tyder disse resultater på, at hukommelsesfunktionen selektivt og bæredygtigt kan forbedres hos ældre voksne gennem modulering af funktionelt specifikke hjernerytmer.

Den specificitet, hvormed distinkte rytmiske neuromodulationsprotokoller påvirkede forskellige hukommelsesfunktioner, kan virke overraskende i betragtning af litteraturen, der dokumenterer den generelle involvering af både frontale og parietale regioner og både theta- og gamma-rytmer til WM- og LTM-funktion36,37.

Dette er især tilfældet, fordi neuromodulation blev udført under både kodning og genkaldelse af alle ord, der blev præsenteret under en liste. Vores resultater tyder stærkt på, at vores interventioner manipulerede to forskellige kognitive operationer. Efter dual-store frameworket antager vi, at IPLtheta-modulation forbedrede WM-operationer.

Men i modsætning til tidligere neuromodulationsstudier med visuospatiale memoranda18, tror vi ikke, at IPL theta-modulation forbedrede WM-kapaciteten i sig selv. Hvis det var tilfældet, ville forbedringer i hukommelsens ydeevne også være blevet observeret i nogle midterste positionsklynger ud over den seneste klynge.

Vi forventer heller ikke stigninger i den generelle opmærksomhedsfunktion med IPL theta-modulation. Selvom parietale theta-rytmer antages at lette opmærksomhedssampling38, er der lidt beviser, der tyder på ændringer i opmærksomhed med parietal theta-medrivning39.

I stedet foreslår vi, at IPL theta-modulation kan have lettet den tidsmæssige adskillelse mellem successive hukommelsesrepræsentationer, hvilket minimerer interferens mellem dem15.

Desuden er theta-rytmer også kendt for at lette tidsmæssig kontekstmedieret genkaldelse40, hvilket potentielt afspejler en fælles neurofysiologisk mekanisme, der ligger til grund for bevaret vedligeholdelse og kontekstbaseret hentning af WM-repræsentationer. Iboende begrænsninger på WM-kapaciteten, upåvirket af neuromodulation, kan begrænse disse forbedringer til kun de senere ord på listen, og derved kun forbedre den seneste klynge.

Hvis det er tilfældet, kan disse resultater afspejle en yderligere tilgang til ikke-invasiv forbedring af WM-funktionen inden for den indflydelsesrige theta-gamma krydsfrekvenskoblingsteori15, udover at ændre hukommelseskapacitet18.

Muligheden for, at selv om IPL-thetamodulering kan have lettet vedligeholdelse og tilbagekaldelse af poster på senere liste, kan det muligvis ikke have forbedret overførslen af ​​tidligere præsenteret information til LTM, kan yderligere have bidraget til disse selektivitet af effekter. Dette kan skyldes tilstedeværelsen af ​​særskilte kodningsmekanismer for de to hukommelseslagre, en mulighed understøttet af en nylig transkraniel magnetisk stimulation (TMS) undersøgelse14.

Alternativt kan overførslen af ​​repræsentationer mellem de to hukommelsessystemer involvere separate eksekutive kontrolprocesser41 upåvirket af det nuværende neuromodulationsdesign. Som følge heraf har IPL theta-modulation muligvis ikke påvirket hukommelsesrepræsentationer i forrangsklyngen. I stedet for fremkom forbedringer i primæreffekten selektivt med DLPFC gammamodulering.

Denne protokol kan selektivt have forbedret evnen til at hente repræsentationerne separat kodet eller overført til LTM, ved potentielt at påvirke hippocampus og andre temporallapstrukturer42, som også samtidigt udviser gamma-aktivitet under forsinket tilbagekaldelse36. En tidligere neuromodulationsundersøgelse, selvom den undersøgte hukommelsesfunktion hos unge voksne med konventionel tACS i en enkelt session, stemmer overens med dette forslag22.

Selvom både theta- og gammarytmer og både DLPFC- og IPL-regioner er kendt for generelt at bidrage til WM- og LTM-ydeevne, kan de indeksere forskellige kognitive processer, der selektivt ligger til grund for de adskillelige forbedringer, der er observeret i den aktuelle undersøgelse.

Resultaterne af denne undersøgelse bidrager også til debatten omkring teoretiske modeller for fri genkaldelse. Segregerede neurale baser af forrang og nylige virkninger har været et meget omdiskuteret emne i neuropsykologi med modstridende beviser14,43. Den selektive modulering af forrang og nylige virkninger observeret i den nuværende undersøgelse understøtter forskellige underliggende mekanismer i overensstemmelse med dual-store modellerne11 og neuropsykologiske observationer12,13.

Imidlertid er vores resultater på nuværende tidspunkt ikke uforenelige med alternative modeller for fri tilbagekaldelse. For eksempel tilskriver en teori forrangseffekter til 'langtidsarbejdshukommelse', hvor langsigtede lagrings- og genfindingsoperationer understøtter WM-funktion afhængig af ekspertiseafhængige genfindingsstrukturer44,45. Dette synspunkt er ikke i overensstemmelse med den førnævnte hypotese om, at DLPFC gamma neuromodulation kan have påvirket hentning fra LTM, omend - i denne view-in service af WM.

En måde at disambiguere mellem disse to perspektiver på er at bruge personaliseringsmetoden til at modulere ekspertise45, i hvilket tilfælde denne teori ville forudsige en stærkere effekt af DLPFC gamma neuromodulation i nærvær af stærkere ekspertiseafhængige genfindingsstrukturer. ikke designet til at forklare primacy-effekter, er mangler i primacy-effekter hos ældre voksne blevet tilskrevet opmærksomhedsprocesser46, som igen er forbundet med DLPFC-gamma-aktivitet47. DLPFC gamma neuromodulation kan yderligere have forbedret den iboende gradient i effektiviteten af ​​kodningsmekanismer med fordele for tidlige hændelser i en serie46. Især er øget gammaaktivitet i tindingelappen forbundet med denne effekt17.

Som diskuteret ovenfor kan DLPFC-gamma-neuromodulation have ført til nedstrømseffekter på gamma-aktivitet i tindingelappens strukturer42, hvilket øger primacy-effekten. Hvorvidt DLPFC gammaneuromodulation specifikt påvirker LTM-hentningsprocesser eller opmærksomhedsmekanismer, kan potentielt løses gennem agranulær analyse af hukommelsesydelse inden for primacyclusteren.

For eksempel forudsiger LTM-hentningskontoen et additivt skift til hukommelsesydelse med stigende seriel position i primærklyngen på grund af lignende fordele til genfindingsprocesser i alle serielle positioner, hvorimod opmærksomhedskontoen forudsiger en reduktion i hældningen af ​​hukommelsesydelse som en funktion af dissesielle position , hvilket afspejler en stabilisering i vedvarende opmærksomhed46.

Succesen med neuromodulationsprotokollen med at selektivt manipulere primacy-effekten vil være et kraftfuldt værktøj til at teste disse konkurrerende forudsigelser. Fremtidige undersøgelser, der er tilstrækkeligt kraftfulde til systematisk at teste disse hypoteser, kan disambiguere mellem disse konkurrerende forudsigelser for at forfine og forene de forskellige teorier om fri genkaldelse.

Dette arbejde bidrager til den voksende litteratur, der foreslår spotentielle kliniske fordele for hukommelsesfunktion hos ældre voksne med ikke-invasive teknikker7. De anvendte protokoller i den aktuelle undersøgelse viser, at hukommelsesfunktionen kan forbedres selektivt i mindst 1 måned efter en 4-dags intervention. Disse langvarige virkninger kan opstå på grund af neuroplastiske ændringer48 efter faselåsning af iboende hjernerytmer med tACS49.

Derudover tyder disse resultater på, at funktionel differentiering, som typisk reduceres med aldring50, kan fremmes gennem funktionel specifik neuromodulation. Resultater fra denne undersøgelse kan motivere adskillige undersøgelseslinjer for at undersøge deres kliniske potentiale yderligere. For eksempel bør fremtidige undersøgelser undersøge generaliserbarheden af ​​disse fund til forskellige kognitive paradigmer, der spænder over hukommelsesfunktion på tværs af forskellige sensoriske domæner og replikere dem i større undersøgelsesprøver.

Desuden skal det fastlægges, hvordan man fremmer bæredygtige effekter, der går ud over den 1-månedsvarighed, der er observeret i den aktuelle undersøgelse. Personalisering af neuromodulationsprotokollen i henhold til individuelle anatomiske og funktionelle karakteristika er en mulig tilgang6.

Derudover kan den specifikke frekvens inden for theta- og gammaområderne, antallet og varigheden af ​​modulationssessioner, det optimale mellemrum mellem successive sessioner og interaktionen mellem kognitiv og neurale baseline-funktioner med disse metrikker systematisk varieres for at bestemme de mest optimale modulationsdesigns.

Ud over MoCA bør fremtidige undersøgelser desuden bruge mere omfattende neuropsykologiske vurderinger til at kvantificere kognitiv basisfunktion og dens sammenhæng med tACS-inducerede forbedringer.

Endelig, ud over potentielle fordele for raske ældre voksne, bør de translationelle implikationer for mennesker med neuropsykiatriske og neurodegenerative lidelser, især dem med selektive hukommelsessvigt10 og risiko for demens5, undersøges. Resultater fra denne undersøgelse tjener som et springbræt i retning af at undersøge disse spørgsmål af klinisk interesse.

Online indhold

Eventuelle metoder, yderligere referencer, naturforskningsrapporteringsresuméer, kildedata, udvidede data, supplerende oplysninger, anerkendelser, peer review-oplysninger; detaljer om forfatterbidrag og konkurrerende interesser; og erklæringer om data og kodetilgængelighed er tilgængelige påhttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Referencer

1. Centre for Disease Control and Prevention. Tendenser i aldring - USA og på verdensplan. MMWR Morb. Dødelig. Wkly. Rep. 52, 101-104 (2003). 106.

2. Samanez-Larkin, GR & Knutson, B. Beslutningstagning i den aldrende hjerne: ændringer i affektive og motiverende kredsløb. Nat. Rev. Neurosci. 16.278-289 (2015).

3. Søraas, A. et al. Selvrapporterede hukommelsesproblemer 8 måneder efter COVID-19infektion. JAMA Netw. Åben 4, e2118717 (2021).

4. Rapp, PR & Amaral, DG Individuelle forskelle i de kognitive og neurobiologiske konsekvenser af normal aldring. Tendenser Neurosci. 15.340-345 (1992).

5. Gauthier, S. et al. Mild kognitiv svækkelse. Lancet 367, 1262-1270 (2006).

6. Grover, S., Nguyen, JA & Reinhart, RMG Synkronisering af hjernerytmer for at forbedre kognition. Annu. Rev. Med. 72, 29-43 (2021).

7. Reinhart, RMG & Nguyen, JA Arbejdshukommelse genoplivede ældre voksne ved at synkronisere rytmiske hjernekredsløb. Nat. Neurosci. 22.820-827 (2019).

8. Cowan, N. Hvad er forskellene mellem langtids-, korttids- og arbejdshukommelse? Prog. Brain Res. 169, 323-338 (2008).

9. Parkinson, SR, Lindholm, JM & Inman, VW En analyse af aldersforskelle i øjeblikkelig tilbagekaldelse. J. Gerontol. 37, 425-431 (1982).

10. Sullivan, EV & Sagar, HJ Dobbelt dissociation af kort- og langtidshukommelse for nonverbalt materiale i Parkinsons sygdom og global amnesi. Efterfølgende analyse. Brain 114, 893-906 (1991).

11. Atkinson, RC & Shifrin, RM Menneskelig hukommelse: et foreslået system og dets kontrolprocesser. i Te Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Teory bind 2 (red. Spence, KW) 89-195 (Academic Press, 1968).

12. Baddeley, AD & Warrington, EK Hukommelseskodning og amnesi.Neuropsychologia 11, 159-165 (1973).

13. Shallice, T. & Warrington, EK Uafhængig funktion af verbale memorystores: en neuropsykologisk undersøgelse. QJ Exp. Psychol. 22, 261-273 (1970).

14. Innocenti, I. et al. TMS-interferens med forrang og nylige mekanismer afslører bimodal episodisk kodning i den menneskelige hjerne. J. Cogn. Neurosci. 25.109-116 (2013).

15. Lisman, JE & Jensen, O. Te theta-gamma neural kode. Neuron 77,1002-1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com