Долговременные, диссоциативные улучшения рабочей и долговременной памяти у пожилых людей с повторяющейся нейромодуляцией. Часть 3

Повторение первичных результатов в независимой выборке.

Мы провели дополнительный эксперимент, чтобы проверить, повторяются ли основные наблюдения из эксперимента 1 в независимой выборке. В эксперименте 3 приняли участие 30 участников старшего возраста, рандомизированных для получения либо гамма-нейромодуляции DLPFC, либо тета-нейромодуляции IPL во время выполнения задачи на свободное запоминание.

Существует тесная связь между нейромодуляцией и памятью. Нейромодуляция улучшает память, способствуя связям и передаче информации между клетками мозга. Память является важным краеугольным камнем выживания и развития человека. Благодаря нейронной регуляции это может помочь нам лучше усваивать и применять знания.

Нейромодуляция может влиять на многие аспекты памяти. Во-первых, нейромодуляция может влиять на активность коры головного мозга, тем самым модулируя восприятие, внимание и когнитивные способности. Они являются основой формирования памяти и посредством нейромодуляции могут помочь нам лучше понимать, запоминать и применять информацию.

Во-вторых, нейромодуляция может также модулировать связи и передачу сигналов между нейронами. Количество и структура связей между нейронами могут напрямую влиять на способность памяти. Связи и передача сигналов между нейронами могут быть усилены посредством нейромодуляции, тем самым улучшая способность памяти.

Кроме того, нейромодуляция может влиять на гиппокамп и другие популяции нейронов головного мозга, способствуя долговременному сохранению памяти и обзору. С помощью нейромодуляции мы можем лучше регулировать связи между популяциями нейронов и улучшать кодирование и хранение воспоминаний.

В заключение отметим, что связь между нейромодуляцией и памятью очень тесная. Усиливая нейромодуляцию, мы можем улучшить нашу память, а также лучше усваивать и применять знания. Это положительно влияет на нашу учебу, работу и жизнь, поэтому нам следует обратить внимание на влияние нейромодуляции на память и способствовать развитию нейромодуляции и памяти посредством физических упражнений, регулирования питания и т. д. Видно, что мы необходимо улучшить память, а Cistanche Deserticola может значительно улучшить память, поскольку Cistanche Deserticola — это традиционное китайское лекарственное средство, обладающее множеством уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффективность мясного фарша обусловлена ​​различными содержащимися в нем активными ингредиентами, в том числе кислотами, полисахаридами, флавоноидами и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга различными способами.

Нажмите «Знайте добавки для улучшения памяти»

Соблюдаемый протокол нейромодуляции был во многом аналогичен эксперименту 1, за исключением того, что нейромодуляция проводилась в течение трех, а не четырех дней подряд, и не включала долгосрочное наблюдение.

Характеристики памяти исследовались исходно и во время каждого сеанса нейромодуляции. Смешанный дисперсионный анализ со днями (исходный уровень, день 1, день 2 и день 3) и серийным положением (первичность, средний 1, средний 2, средний 3 и недавность) в качестве внутрисубъектных факторов и группы (DLPFCgamma и IPL тета) в качестве промежуточных Фактор субъектов выявил значительные различия в показателях памяти (день × серийное положение × группа: 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). 

Последующие ANOVA выявили значительное взаимодействие между серийным положением и группой на 2-й и 3-й дни нейромодуляции, а также значительное взаимодействие между днем ​​и группой для кластеров первичности и недавности (дополнительная таблица 4). Двусторонние t-тесты с независимой выборкой показали, что производительность памяти в кластере первичности была значительно улучшена в гамма-группе DLPFC по сравнению с тета-группой IPL на 2-й и 3-й день нейромодуляции (рис. 6а, вверху).

Результаты в кластере недавних событий были значительно выше в тета-группе IPL по сравнению с гамма-группой DLPFC на 3-й день вмешательства (рис. 6а, внизу). Эти результаты параллельны наблюдениям из эксперимента 1 (рис. 2а, слева). Исходные показатели не различались между двумя группами (дополнительная таблица 4), что исключает неспецифические различия между группами.

Исследуя взаимосвязь между исходными когнитивными функциями и характеристиками памяти, мы обнаружили, что люди с более низкими показателями MoCA в группе DLPFCgamma показали лучшие характеристики памяти на 3-й день только в кластере первичности (r13=-0,672, P=0.006; рис. 6b,c), тогда как те, у кого более низкие оценки MoCA в тета-группе IPL, показали лучшие показатели памяти на третий день только в кластере недавно (r13= -0,618,P=0,014; рис. 6г, д), аналогично результатам эксперимента 1 (рис. 5).

В совокупности эти наблюдения независимой выборки участников повторяют основные результаты эксперимента 1, еще больше укрепляя уверенность в выводах, сделанных на их основе.

Обсуждение

Мы представляем доказательства избирательного улучшения показателей WM и LTM у пожилых людей за счет диссоциируемого пространственно-спектрального смещения мозговых ритмов, и эти улучшения сохраняются в течение как минимум 1 месяца после вмешательства. Эксперимент 1 показал, что избирательные изменения функции WM и LTM возможны за счет включения тетаритов в IPL и гамма-ритмов в DLPFC соответственно.

Эксперимент 2 показал, что переключение частот модуляции между двумя областями не дало никаких преимуществ. Следовательно, именно сочетание анатомической локализации и частоты ритма определяет подходящий субстрат для улучшения памяти.

Более того, было подтверждено, что улучшения, наблюдаемые во время эксперимента 1, были обусловлены вовлечением функционально специфических цепей мозга, а не неспецифическими эффектами, такими как трансретинальная чрескожная стимуляция 33.

Кроме того, мы наблюдали большее улучшение у людей с худшими когнитивными функциями. Эти результаты были дополнительно повторены в независимой выборке в Эксперименте 3.

Кроме того, мы обнаружили, что скорость, с которой улучшается функция памяти во время вмешательства, позволяет предсказать силу памяти через 1 месяц после вмешательства, что дает важный показатель для измерения реакции на лечение в будущих исследованиях.

В совокупности эти результаты позволяют предположить, что функцию памяти можно избирательно и устойчиво улучшать у пожилых людей посредством модуляции функционально специфических ритмов мозга.

Специфичность, с которой различные протоколы ритмической нейромодуляции влияют на различные функции памяти, может показаться удивительной, учитывая литературу, документирующую общее вовлечение как лобных, так и теменных областей, а также тета- и гамма-ритмов в функции WM и LTM36,37.

Это особенно верно, поскольку нейромодуляция выполнялась как во время кодирования, так и при воспроизведении всех слов, представленных в списке. Наши результаты убедительно свидетельствуют о том, что наши вмешательства манипулировали двумя различными когнитивными операциями. Следуя концепции двойного хранилища, мы предполагаем, что модуляция IPLtheta улучшила операции WM.

Однако, в отличие от предыдущих исследований нейромодуляции с использованием зрительно-пространственных данных18, мы не думаем, что тета-модуляция IPL сама по себе улучшала пропускную способность WM. Если бы это было так, то улучшения производительности памяти наблюдались бы также в некоторых кластерах средней позиции в дополнение к кластеру недавности.

Мы также не ожидаем улучшения общей функции внимания при тета-модуляции IPL. Хотя предполагается, что теменные тета-ритмы облегчают выборку внимания38, имеется мало доказательств, позволяющих предположить изменения внимания при теменном тета-увлечении39.

Вместо этого мы предполагаем, что тета-модуляция IPL могла способствовать временному разделению между последовательными представлениями памяти, сводя к минимуму взаимодействие между ними15.

Более того, известно, что тета-ритмы способствуют временному контексту-опосредованному воспроизведению40, потенциально отражая общий нейрофизиологический механизм, лежащий в основе сохраненного поддержания и контекстно-ориентированного поиска представлений WM. Внутренние ограничения емкости WM, на которые не влияет нейромодуляция, могут ограничить эти улучшения только последними словами в списке, тем самым только улучшая кластер недавности.

Если это так, то эти результаты могут отражать дополнительный подход к неинвазивному улучшению функции WM в рамках влиятельной теории межчастотной связи тета-гамма15, помимо изменения объема памяти18.

Возможность того, что, хотя тетамодуляция IPL могла облегчить поддержание и вызов элементов последующего списка, она не улучшила передачу ранее представленной информации в LTM, могла еще больше способствовать избирательности эффектов. Это может быть связано с наличием различных механизмов кодирования для двух хранилищ памяти, что подтверждается недавним исследованием транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС)14.

Альтернативно, передача представлений между двумя системами памяти может включать отдельные процессы исполнительного контроля41, на которые не влияет нынешняя конструкция нейромодуляции. Следовательно, тета-модуляция IPL, возможно, не повлияла на представления памяти в первичном кластере. Вместо этого улучшение эффекта первичности возникало избирательно с помощью гамма-модуляции DLPFC.

Этот протокол, возможно, избирательно улучшил способность извлечения представлений, отдельно закодированных или переданных в LTM, потенциально воздействуя на гиппокамп и другие структуры височной доли42, которые также одновременно проявляют гамма-активность во время отсроченного вспоминания36. Предыдущее исследование нейромодуляции, хотя и изучающее функцию памяти у молодых людей с одноразовым традиционным ТАКС, согласуется с этим предположением22.

Таким образом, хотя известно, что как тета-, так и гамма-ритмы, а также регионы DLPFC и IPL, в целом способствуют работоспособности WM и LTM, они могут индексировать отдельные когнитивные процессы, которые выборочно лежат в основе диссоциируемых улучшений, наблюдаемых в текущем исследовании.

Результаты настоящего исследования также способствуют дискуссиям вокруг теоретических моделей свободного воспоминания. Сегрегированные нейронные базы эффектов первичности и новизны были горячо обсуждаемой темой в нейропсихологии с противоречивыми данными14,43. Избирательная модуляция эффектов первичности и новизны, наблюдаемая в текущем исследовании, подтверждает различные основные механизмы, что согласуется с моделями двойного хранилища11 и нейропсихологическими наблюдениями12,13.

Однако наши открытия в настоящее время не противоречат альтернативным моделям свободного воспоминания. Например, одна теория приписывает эффекты первичности «долговременной рабочей памяти», в которой долговременные операции хранения и поиска поддерживают функцию WM в зависимости от структур поиска, зависящих от опыта44,45. Эта точка зрения не противоречит вышеупомянутой гипотезе о том, что гамма-нейромодуляция DLPFC могла влиять на извлечение из LTM, хотя и в этой точке зрения на службе WM.

Способ устранения двусмысленности между этими двумя точками зрения заключается в использовании метода персонализации для модуляции экспертных знаний45, и в этом случае эта теория предсказывает более сильный эффект гамма-нейромодуляции DLPFC в присутствии более сильных, зависимых от экспертных структур поиска. не предназначенный для объяснения эффектов примата, дефицит эффектов примата у пожилых людей был отнесен к процессам внимания46, которые, в свою очередь, связаны с гамма-активностью DLPFC47. Гамма-нейромодуляция DLPFC, возможно, еще больше увеличила внутренний градиент эффективности механизмов кодирования с пользой для ранних событий в серии46. Примечательно, что с этим эффектом связано повышение гамма-активности в височной доле17.

Как обсуждалось выше, гамма-нейромодуляция DLPFC могла привести к нисходящим эффектам на гамма-активность в структурах височной доли42, усиливая эффект первичности. Влияет ли гамманейромодуляция DLPFC конкретно на процессы извлечения LTM или на механизмы внимания, потенциально можно выяснить посредством детального анализа производительности памяти в примацикластере.

Например, счет извлечения LTM предсказывает аддитивный сдвиг производительности памяти с увеличением последовательной позиции в кластере первичности из-за аналогичных преимуществ для процессов поиска во всех последовательных позициях, тогда как счет внимания предсказывает снижение наклона производительности памяти в зависимости от последовательной позиции. , тем самым отражая стабилизацию устойчивого внимания46.

Успех протокола нейромодуляции в избирательном управлении эффектом первичности станет мощным инструментом для проверки этих конкурирующих предсказаний. Будущие исследования, которые будут достаточно эффективны для систематической проверки этих гипотез, смогут устранить неоднозначность между этими конкурирующими предсказаниями, чтобы уточнить и согласовать различные теории свободного воспоминания.

Эта работа вносит вклад в растущую литературу, которая предполагает потенциальную клиническую пользу для функции памяти у пожилых людей с помощью неинвазивных методов7. Протоколы, используемые в текущем исследовании, демонстрируют, что функцию памяти можно избирательно улучшить в течение как минимум 1 месяца после 4-дневного вмешательства. Эти долгосрочные эффекты могут возникнуть из-за нейропластических изменений48 после блокировки фаз собственных ритмов мозга с помощью tACS49.

Кроме того, эти данные позволяют предположить, что функциональная дифференциация, которая обычно снижается с возрастом50, может стимулироваться посредством функционально специфической нейромодуляции. Результаты настоящего исследования могут побудить несколько направлений исследований к дальнейшему изучению их клинического потенциала. Например, будущие исследования должны изучить возможность обобщения этих результатов на различные когнитивные парадигмы, охватывающие функции памяти в различных сенсорных областях, и воспроизвести их в более крупных исследовательских выборках.

Кроме того, необходимо определить, как добиться устойчивого эффекта, выходящего за рамки 1-месячного периода, наблюдаемого в текущем исследовании. Одним из возможных подходов является персонализация протокола нейромодуляции в соответствии с индивидуальными анатомическими и функциональными особенностями6.

Кроме того, конкретная частота в тета- и гамма-диапазонах, количество и продолжительность сеансов модуляции, оптимальный промежуток между последовательными сеансами и взаимодействие базовых когнитивных и нервных функций с этими показателями могут систематически варьироваться для определения наиболее оптимальных схем модуляции.

Кроме того, в дополнение к MoCA, будущие исследования должны использовать более комплексные нейропсихологические оценки для количественной оценки исходной когнитивной функции и ее связи с улучшениями, вызванными tACS.

Наконец, помимо потенциальных преимуществ для здоровых пожилых людей, следует изучить трансляционные последствия для людей с нервно-психическими и нейродегенеративными расстройствами, особенно с избирательным дефицитом памяти10 и с риском развития деменции5. Результаты настоящего исследования служат трамплином на пути к изучению этих вопросов, представляющих клинический интерес.

Интернет-контент

Любые методы, дополнительные ссылки, резюме отчетов Nature Research, исходные данные, расширенные данные, дополнительная информация, благодарности, информация рецензирования; подробности вклада авторов и конкурирующих интересов; а отчеты о доступности данных и кода доступны по адресуhttps://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3.

Рекомендации

1. Центры по контролю и профилактике заболеваний. Тенденции старения в США и во всем мире. MMWR Морб. Смертный. Еженедельно. Отчет 52, 101–104 (2003). 106.

2. Саманес-Ларкин Г.Р. и Кнутсон Б. Принятие решений стареющим мозгом: изменения в аффективных и мотивационных цепях. Нат. Преподобный Нейроски. 16 278–289 (2015).

3. Сёраас А. и др. Проблемы с памятью, о которых сообщили сами люди, через 8 месяцев после заражения-19COVID. JAMA Netw. Открытие 4, e2118717 (2021).

4. Рапп П.Р. и Амарал Д.Г. Индивидуальные различия в когнитивных и нейробиологических последствиях нормального старения. Тенденции Неврологии. 15 340–345 (1992).

5. Готье С. и др. Легкие когнитивные нарушения. Ланцет 367, 1262–1270 (2006).

6. Гровер С., Нгуен Дж. А. и Рейнхарт Р. М. Синхронизация ритмов мозга для улучшения когнитивных функций. Анну. Преподобный Мед. 72, 29–43 (2021).

7. Рейнхарт Р.М.Г. и Нгуен Дж.А. Рабочая память оживила пожилых людей за счет синхронизации ритмических цепей мозга. Нат. Неврология. 22 820–827 (2019).

8. Коуэн Н. Каковы различия между долговременной, кратковременной и рабочей памятью? Прог. Мозговой Рес. 169, 323–338 (2008).

9. Паркинсон С.Р., Линдхольм Дж.М. и Инман В.В. Анализ возрастных различий при немедленном воспоминании. Дж. Геронтол. 37, 425–431 (1982).

10. Салливан Э.В. и Сагар Х.Дж. Двойная диссоциация кратковременной и долгосрочной памяти для невербального материала при болезни Паркинсона и глобальной амнезии. Дальнейший анализ. Мозг 114, 893–906 (1991).

11. Аткинсон Р.К. и Шифрин Р.М. Человеческая память: предлагаемая система и процессы ее управления. в «Психологии обучения и мотивации: достижения в исследованиях и теории, том 2» (изд. Спенс, KW) 89–195 (Academic Press, 1968).

12. Баддели А.Д. и Уоррингтон Е.К. Кодирование памяти и амнезия. Нейропсихология 11, 159–165 (1973).

13. Шаллис Т. и Уоррингтон Э.К. Независимое функционирование вербальных хранилищ памяти: нейропсихологическое исследование. QJ Эксп. Психол. 22, 261–273 (1970).

14. Инноченти И. и др. Взаимодействие ТМС с механизмами первичности и новизны выявляет бимодальное эпизодическое кодирование в человеческом мозге. Дж. Конг. Неврология. 25,109–116 (2013).

15. Лисман Дж. Э. и Дженсен О. Тета-гамма-нейронный код. Нейрон 77,1002–1016 (2013).

For more information:1950477648nn@gmail.com