Часть 1: Возрастное снижение тонуса коры торможения укрепляет моторную память

Контактное лицо: Одри Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Электронная почта:audrey.hu@wecistanche.com

Пьер Петитета,b,1,∗, Гершон Спитца,c,1, Узай Э. Эмирд,e, Хайди Йохансен-Берга, Хасинта О'Шиа,f

Центр интегративной нейровизуализации Wellcome, Центр FMRIB, Отделение клинической неврологии Наффилда (NDCN), Госпиталь Джона Рэдклиффа, Хедингтон, Оксфорд, Соединенное Королевство

b Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, Equipe Trajectoires, Inserm UMR-S 1028, CNRS UMR 5292, Université Lyon 1, Bron, France

c Институт мозга и психического здоровья Тернера, Университет Монаша, Мельбурн, Австралия

d Школа медицинских наук Университета Пердью, Уэст-Лафайет, Индиана, США

e Уэлдонская школа биомедицинской инженерии, Университет Пердью, Уэст-Лафайет, Индиана, США

f Центр интегративной нейровизуализации Wellcome, Оксфордский центр активности человеческого мозга (OHBA), кафедра психиатрии Оксфордского университета, больница Уорнефорд, Уорнефорд-лейн, Оксфорд, Соединенное Королевство

a b s t r a c t:

Старение нарушает точно настроенный баланс возбуждения/торможения (E:I) в коре через естественное снижение тормозного тонуса (-аминомасляная кислота, ГАМК), вызывая функциональные нарушения. Однако у молодых людей экспериментальное снижение уровня ГАМК в сенсомоторной коре усиливает специфическую область сенсомоторной функции: адаптацию.Память. Здесь мы проверили гипотезу о том, что, поскольку сенсомоторная корковая ГАМК естественным образом снижается с возрастом, адаптацияПамятьувеличится, и первое объяснит второе. Результаты подтвердили этот прогноз. Чтобы доказать причинно-следственную связь, мы использовали стимуляцию мозга для дальнейшего снижения сенсомоторной корковой ГАМК во время адаптации. У разных людей то, как стимуляция изменила память, зависело от сенсомоторного коркового E:I. У людей с низким E:I стимуляция увеличивалась.Память; у лиц с высокой стимуляцией E:I сниженоПамять. Таким образом, мы идентифицировали форму моторной памяти, которая естественным образом усиливается с возрастом, причинно зависит от нейрохимии сенсомоторной коры и может быть мощной мишенью для стратегий сохранения двигательных навыков при здоровом старении и нейрореабилитации.

Цистанхе может улучшить память

1. Введение

Двигательные способности с возрастом снижаются (Hunter et al., 2016; Krampe, 2002). По мере старения мозга и тела движения теряют скорость (Bedard et al., 2002; Jimenez-Jiménez et al., 2011), силу (Frontera et al., 2000) и координацию (Serrien et al., 2000). Эта естественная потеря функции усугубляется двигательными нарушениями, которые резко возрастают с возрастом (например, инсульт, саркопения, паркинсонизм). По мере роста пожилого населения (Leeson, 2018) возникает необходимость в стратегиях противодействия и компенсации возрастного снижения моторики.

Во время старения двигательная система должна постоянно адаптироваться к происходящим нервно-мышечным изменениям. Пластичность мозга позволяет это сделать. Пластичность необходима для изучения новых двигательных навыков, адаптации и сохранения существующих, а также для восстановления функций, нарушенных болезнью (Даян и Коэн, 2011; Сампайо-Баптиста и др., 2018). Таким образом, пластичность играет важную роль в смягчении возрастного снижения моторики (McNeil and Rice, 2018; Rozycka and Liguz-Lecznar, 2017).

К сожалению, пластичность также снижается с возрастом (Burke and Barnes, 2006), особенно в двигательной области (Bhandari et al., 2016; Freitas et al., 2013; Rogasch et al., 2009). Основной причиной является нарушение регуляции точно настроенного баланса между возбуждением и торможением коры (E:I) (Rozycka and Liguz-Lecznar, 2017). По всей коре E:I нарушается, потому что -аминомасляная кислота (ГАМК) - основной тормозной нейротрансмиттер - преимущественно снижается с возрастом, 2018), нарушена способность подавлять автоматические ответы (Hermans et al., 2018a) и медленнее обучение последовательности движений (King et al., 2020).

Напротив, здесь мы проверили гипотезу о том, что по мере того, как M1 ГАМК снижается с возрастом, специфическая форма двигательной функции верхних конечностей - адаптацияПамять– увеличится. Адаптация на протяжении всей жизни — это то свойство сенсомоторной системы, которое позволяет людям противодействовать возмущениям, корректируя свои движения и, таким образом, поддерживать успешную двигательную активность (Franklin and Wolpert, 2011; Wolpert et al., 2011). После того, как эта форма обучения имеет место и возмущение устранено, адаптацияПамятьвыражается в виде последействия (AE) – смещения движения в сторону, противоположную возмущению. Сила адаптацииПамятьиндексируется устойчивостью во времени этого AE. Существует множество доказательств того, что в то время как пожилые люди часто демонстрируют дефицит во время воздействия сенсомоторных возмущений (т.е. более медленное снижение ошибок; Anguera et al., 2011; Bock, 2005; Buch et al., 2003; Fernández-Ruiz et al., 2000; Huang and Ahmed, 2014; Panouillères et al., 2015; Vandevourde and Orban de Xivry, 2019), после устранения возмущения АЭ сохраняется (Bock, 2005; Buch et al., 2003; Hegele and Heuer, 2008). ; Panouillères et al., 2015; Roller et al., 2002; Vandevoorde and Orban de Xivry, 2019) или даже увеличилась (Fernández-Ruiz et al., 2000; Nemanich and Earhart, 2015; Wolpe et al., 2020) по сравнению с молодым людям (хотя см.: Malone and Bastian, 2016). От и противопоказания безопасности для измерений MRS и tDCS. Скрининг проводился одним из экспериментаторов, а история болезни участников определялась по самоотчетам. Письменное информированное согласие было предоставлено всеми участниками. Исследование было одобрено Комитетом по этике исследований NHS Великобритании (Oxford A; номер REC: 13/SC/0163). В Эксперименте 1 все участники (= 32) выполнили призменную адаптацию (PA) и тесты на кратковременное (10-минут) и долгосрочное (24-часы) запоминание. Подвыборка подверглась МРС-сканированию для измерения нейрохимии в левой сенсомоторной коре (= 22) и в анатомическом контрольном объеме в затылочной коре (= 20; рис. S2). Подвыборка согласилась также участвовать в эксперименте 2 (= 25), состоящем из двух еженедельных сеансов PA в сочетании с анодной/фиктивной tDCS до M1. Полная информация о том, какие измерения были получены для каждого человека, представлена ​​в Таблице S1.

В эксперименте 1 размер выборки (=32) был определен на основе анализа мощности, проведенного в G∗Power (Faul et al., 2007) (версия 3.1.9.2), на основании предыдущих исследований ассоциации между поведением и возрастными изменениями ГАМК в двигательной области (Heise et al., 2013; Hermans et al., 2018a). Средняя величина эффекта в этих исследованиях была ||=0.52. Для обнаружения эффекта такого размера требуется минимальная выборка=19 с вероятностью ошибки первого рода=0,05 и мощностью (1 − )=0,80 (на основе априорный односторонний корреляционный анализ). С нашей нейрохимической точки зрения предыдущая работа показала, что экспериментальное снижение тормозного тона M1 во время адаптации посредством стимуляции мозга не влияло на скорость адаптации, но увеличивало постоянство НЯ у молодых людей (Galea et al., 2010; O'Shea et al. , 2017). Здесь мы пришли к выводу, что если сохранение АЭ причинно зависит от тормозного тона М1, то эта формаПамятьможет увеличиваться естественным образом с возрастом из-за возрастного снижения M1 ГАМК.

Эта гипотеза была подтверждена в перекрестном исследовании тридцати двух здоровых пожилых людей (средний возраст: 67,46 года, стандартное отклонение: 8,07). Используя магнитно-резонансную спектроскопию (MRS) для количественной оценки нейрохимии, мы показали, что M1 GABA снижается с возрастом. Используя призменную адаптацию (PA; von Helmholtz, 1867), мы показали, что удержание увеличивается с возрастом. А

посреднический анализ впоследствии подтвердил, что по мере снижения уровня ГАМК с возрастом адаптацияПамятьвозрастает, и первое объясняет второе. Чтобы продемонстрировать причинно-следственную связь, мы экспериментально вмешались с возбуждающей анодной транскраниальной стимуляцией постоянным током (a-tDCS) - чтобы попытаться еще больше снизить M1 ГАМК (Antonenko et al., 2017; Kim et al., 2014; Stagg et al., 2009) и тем самым еще больше повысить адаптациюПамять. В среднем стимуляция не увеличиласьПамятьв этой возрастной группе. Скорее, анализ модерации показал, что изменение стимуляцииПамятьзависело от моторной коры E:I индивидуумов. Стимуляция увеличивала удержание у людей с низким E:I, но уменьшала удержание у людей с высоким E:I.

Таким образом, мы идентифицировали специфический домен двигательной функциональной пластичности, который улучшается с возрастом, как естественное следствие снижения тормозной моторной коры. Эта функция памяти может быть дополнительно усилена нейростимуляцией, но только у лиц, наименее затронутых возрастной дисрегуляцией моторной коры E:I. Эти результаты бросают вызов преобладающему взгляду на старение как на неизбежный функциональный спад. В то время как обучение новым двигательным навыкам может снижаться, способность поддерживать адаптацию существующих навыков естественным образом улучшается с возрастом. Эта адаптацияПамятьестественно усиливается с возрастом, указывает на то, что он может иметь неиспользованный потенциал в качестве цели для стратегий обучения, направленных на сохранение, улучшение или восстановление двигательной функции в здоровом или патологическом старении (например, призменная терапия для реабилитации зрительно-пространственного пренебрежения; O'Shea et al., 2017; Россетти и др., 1998).

2. Материалы и методы

2.1. Участники

В этом исследовании приняли участие 32 мужчины-правши в возрасте от 49 до 81 года (средний возраст: 67,5 года, стандартное отклонение: 8,1). Все они были проверены, чтобы исключить любой личный или семейный анамнез неврологических или психических расстройств. Размер выборки (= 32 для поведенческого анализа;=20 для нейрохимического анализа), поэтому имел достаточную мощность. В эксперименте 2 размер выборки был определен на основе сопоставимого анализа мощности, основанного на размере эффекта стимуляции, о котором сообщалось в нашей предыдущей работе (O'Shea et al., 2017). В этом исследовании левая M1 a-tDCS увеличивала долгосрочное удержание до четырех дней после адаптации с величиной эффекта=0,73. Минимальный размер выборки, необходимый для обнаружения эффекта=0,73 с вероятностью ошибки типа I=0,05 и мощностью (1 − )=0,80, составлял {{24 }} (на основе односторонней разности двух зависимых средних). Чтобы учесть потенциальное отсев, были набраны двадцать шесть участников. Один участник был потерян для последующего наблюдения и поэтому не был включен в окончательную выборку=25.

2.2. Протокол адаптации призмы

В обоих экспериментах PA выполнялась с использованием специально созданного автоматизированного аппарата (рис. S1a). Участники сидели, зафиксировав голову на опоре для подбородка, и смотрели на 32-дюймовый горизонтальный сенсорный экран через затвор жидкокристаллического дисплея (ЖКД) (дисперсионная пленка, Liquid Crystal Technologies, Огайо, США). Сенсорный экран использовался для представления визуальных целей и записи конечных точек досягаемости, а ЖК-затвор использовался для управления визуальной обратной связью экрана и конечности. Кнопка была прикреплена к стержню опоры для подбородка и служила исходной позицией для всех указательных движений. Участники были проинструктированы постоянно держать кнопку нажатой и отпускать ее только при начале движения к цели. Только в испытаниях последействия (AE) отпускание кнопки приводило к тому, что затвор ЖК-дисплея становился непрозрачным, что перекрывало визуальную обратную связь о точности конечной точки. Кроме того, фиксированный затвор не позволял участникам видеть свою конечность в исходном положении и в течение первой трети их траектории достижения. Участников проинструктировали не проводить пальцем по поверхности сенсорного экрана, а касаться экрана только в конце движения. Ошибки наведения рассчитывались как угол, образованный между прямой линией, соединяющей исходное положение и цель, и прямой линией, соединяющей исходное положение и записанное положение приземления. По соглашению ошибки в направлении призматического сдвига (вправо/по часовой стрелке) кодировались как положительные, а ошибки в противоположном направлении (влево/против часовой стрелки) кодировались как отрицательные. Задача была запрограммирована в MATLAB версии 2014b (MathWorks; https://uk.mathworks.com) с использованием Psychtoolbox (Kleiner et al., 2007) версии 3, запущенной на ноутбуке MacBook Pro. В каждом испытании участникам записывали голосовую аудиозапись, чтобы они дотянулись и указали правым указательным пальцем на цель, представленную на сенсорном экране. Цель могла быть расположена либо в центре экрана (испытания без обратной связи), либо на 10 см левее или правее (испытания с обратной связью). Расстояние между глазами участников и центральной мишенью составляло 57 см.

Во время PA участники чередовали два типа блоков задач: наведение с обратной связью (CLP) и наведение без обратной связи (OLP). В испытаниях с обратной связью участники носили очки со смещающейся вправо призмой на 10° (очки Glacier: Julbo, Longchaumois, Франция; линзы: OptiquePeter, Лион, Франция) и были проинструктированы совершать быстрые движения (средняя продолжительность движения: 452 мс, сд). : 119 мс) к левой или правой цели в псевдорандомизированном порядке. Участников обучали удерживать палец в точке приземления и при необходимости корректировать свое движение в следующем испытании. Ограничить стратегические корректировки и исправление ошибок «в полете» (Redding and Wallace, 1996; 2001, визуальная обратная связь притворства) во время поведенческого тестирования. Это было достигнуто с помощью слепых кодов («режим обучения» стимулятора), предоставленных исследователем, не участвовавшим в поведенческом тестировании. Расслепление происходило на этапе статистического анализа, после завершения сбора данных.

В эксперименте 2 участники выполнили два сеанса PA плюс tDCS (анодальный/фиктивный, уравновешенный порядок), каждый из которых разделен минимум одной неделей (средний интервал: 10 дней, стандартное отклонение: 6 дней). Этот интервал был выбран, чтобы позволить как эффекту DCS на корковую возбудимость (Nitsche et al., 2003; Nitsche and Paulus, 2000), так и вымываться AE (O'Shea et al., 2017), чтобы гарантировать возврат к исходное указательное поведение и возбудимость коры к началу другого экспериментального сеанса. Обоснование стимуляции во время ПА — в отличие от до или после — заключалось в том, чтобы взаимодействие первой трети каждого тянущего движения закрывалось фиксированным затвором, как в предыдущей работе (Inoue et al., 2015; O'Shea et al., 2017; 2014). В конце каждого испытания визуальная обратная связь о положении приземления продолжалась в течение 500 мс после регистрации прикосновения. По прошествии этого времени затвор ЖК-дисплея становился непрозрачным, и участникам приходилось возвращаться в исходное положение (т.е. нажимать и удерживать кнопку) без визуальной обратной связи их рук. Эта процедура ограничивала экспозицию призмы движением достижения, а не движением возврата. В испытаниях без обратной связи призмы убирали, а участников просили указать на центральную мишень. Акцент делался на точности, а не на скорости (средняя продолжительность движения: 799 мс, стандартное отклонение: 135 мс). Визуальная обратная связь была представлена ​​в каждом испытании затвором ЖК-дисплея, который становился непрозрачным в начале достижения, таким образом закрывая обзор цели, ошибки достижения и конечной точки и обратного движения. Это позволило измерить АЭ, направленную влево, без активной деадаптации участников в ответ на визуальную обратную связь об ошибке.

В обоих экспериментах каждый сеанс PA измерял точность наведения во время исходного уровня, адаптации, краткосрочного (10- минут) и долгосрочного удержания (24- часов; рис. S1). Исходная точность наведения по замкнутому и открытому контуру измерялась в двух блоках по 20 и 30 испытаний соответственно. Адаптация состояла из чередующихся пар указывающих блоков с замкнутым и разомкнутым контуром, шесть в эксперименте 1 и семь в эксперименте 2 (рис. S1). Сохранение AE измерялось через 10-минут и 24-часов после окончания PA с помощью одного блока из 45 испытаний без обратной связи. В эксперименте 2 за 10-минутной задержкой следовала фаза вымывания, во время которой участники указывали без призм, наблюдали за своими ошибками влево и, следовательно, дезадаптировались. Вымывание состояло из 40 испытаний с обратной связью и 45 испытаний без обратной связи, распределенных по шести чередующимся блокам (рис. S1b). Цель промывки была двоякой. Во-первых, это позволило нам выяснить, был ли в ложном состоянии пожилой возраст связан с неспособностью к дезадаптации, что могло бы объяснить более сильное АЭ в более поздний момент времени (см. Дополнительные результаты). Во-вторых, мы пришли к выводу, что еслиПамятьформирование было усилено стимуляцией во время ПА, тогда вымывание с большей вероятностью мешало долгосрочному удержанию в ложном состоянии, чем в анодном состоянии, что могло повысить чувствительность для обнаружения эффекта стимуляции через 24-часов.

2.3. Транскраниальная стимуляция постоянным током

В эксперименте 2 tDCS доставлялся с помощью стимулятора постоянного тока с батарейным питанием (Neuroconn GmbH, Ильменау, Германия), соединенного с двумя губчатыми электродами размером 7 × 5 см, смоченными в 0,9-процентном солевом растворе. Анодный электрод был центрирован над C3 (5 см латеральнее Cz), что соответствует левой первичной моторной коре в соответствии с международной системой 10–20 электродов (Herwig et al., 2003). Катод располагали над правым надглазничным гребнем. Во время анодной tDCS стимуляция применялась при 1 мА в течение 20 мин на протяжении всей фазы адаптации, как и в нашей предыдущей работе (O'Shea et al., 2017). Импеданс контролировался в режиме онлайн и всегда оставался ниже 10 кОм во время стимуляции. Ток нарастал и падал в течение 10 с в начале и конце стимуляции. Во время имитации tDCS процедура была идентична, за исключением того, что стимуляция не проводилась в течение 20 минут. Вместо этого небольшие импульсы тока (110 А в течение 15 мс) возникали каждые 550 мс, чтобы имитировать кратковременное покалывание, связанное с реальной стимуляцией. И экспериментаторы, и участники не знали об условиях стимуляции (анодной или сПамятьпроцессы формирования, происходящие при воздействии зрительного сдвига, которые, как известно, связаны с длительной ретенцией (Inoue et al., 2015; Joiner, Smith, 2008; Kording et al., 2007; Smith et al., 2006). Ранее мы показали, что M1 a-tDCS, применяемая до, а не во время, ПА не влияла на адаптацию.Память, демонстрируя важность взаимодействия между нейростимуляцией и одновременным когнитивным состоянием (O'Shea et al., 2017).

2.4. Протокол получения MRS

Данные МРС были получены в Оксфордском центре клинических магнитно-резонансных исследований (OCMR, Оксфордский университет) на МРТ-сканере всего тела Siemens Trio {{0}}Tesla с использованием 32-канальной катушки. . Т1-взвешенные структурные МРТ-изображения высокого разрешения (MPRAGE; аксиальные срезы 224 × 1 мм; TR/TE=3000/4,71 мс; угол переворота=8°; FOV=256; размер вокселя=1 мм изотропный; время сканирования=528 сек) были получены для размещения вокселя MRS и целей регистрации. Данные MRS были получены из двух интересующих объемов (VOI; размер вокселя=2 × 2 × 2 см3) в двух последовательных приобретениях. Первый VOI был сосредоточен на левой моторной рукоятке (Yousry et al., 1997) и включал части пре- и постцентральной извилины (рис. S2c). Второй (анатомический контроль) VOI располагался с двух сторон в шпорной борозде в затылочной доле (зрительная кора) (Engel et al., 1997; Ip et al., 2017; Lunghi et al., 2015) (рис. S2c). ). Эта контрольная область была выбрана потому, что, насколько нам известно, она не участвует в развитии и/или сохранении призматических AE (обзор см.: Panico et al., 2020; Petitet et al., 2017). Шиммирование B0 выполняли с использованием GRESHAM (64 аксиальных среза 4,2 мм, TR=862,56 мс, TE1/2=4,80/9,60 мс, угол поворота=12°, FOV {{ 40}}, продолжительность сканирования=63 с). Данные МР-спектроскопии (спектры) были получены с использованием полуадиабатической локализации с помощью последовательности адиабатической селективной рефокусировки (полу-ЛАЗЕР) (TR/TE=4000/28 мс, 64 средних скана, время сканирования=264 с) с радиочастотными импульсами переменной мощности с оптимизированными задержками релаксации (VAPOR), подавлением воды и насыщением внешнего объема (Deelchand et al., 2015; Öz and Tkáč, 2011). Кроме того, в тех же VOI были получены спектры воды без подавления, чтобы удалить остаточные эффекты вихревых токов и восстановить спектры с фазированной решеткой (Natt et al., 2005). Одиночные снимки сохранялись отдельно (режим одиночных снимков), затем корректировались частота и фаза перед усреднением по 64 сканам.

2.5. Анализ данных МРС

Метаболиты количественно определяли с помощью LCModel (Provencher, 2012; 1993; 2001) для всех спектров в диапазоне химических сдвигов от 0,5 до 4,2 м.д. Модельные спектры были сгенерированы на основе ранее опубликованных химических сдвигов и констант связи Vespa Project (Versatile Stimulation, Pulses, and Analysis). Неподавленный сигнал воды, полученный от интересующего объема, использовался для устранения эффектов вихревых токов и для восстановления спектров фазированной решетки (Natt et al., 2005). Спектры одиночного сканирования были скорректированы с учетом изменений частоты и фазы, вызванных движением субъекта, перед суммированием. Глутамин (Glx) использовался в текущем исследовании из-за невозможности различить глутамат и глутамин с помощью МРТ-сканера 3T. Чтобы избежать смещения выборки в сторону высоких оценок концентрации, ожидаемая относительная нижняя граница Крамера-Рао (CRLB) была рассчитана для каждого отдельного набора данных с учетом оценки концентрации и предположения о постоянном уровне шума для всех измерений (подробные методы см. в Дополнительную информацию). Наборы данных, для которых остаток Пирсона между ожидаемым и наблюдаемым относительным CRLB превышал 2, были исключены из последующего анализа. Используя этот критерий фильтрации качества для аминомасляной кислоты (обозначенной ГАМК), глутамикса (глутамин плюс гутамат, обозначенный Glx) и общего креатина (креатин плюс фосфокреатин, обозначенного TCR), четыре набора данных MRS V1 были отброшены, и ни один набор данных M1 MRS не был отброшен.

Коррекция тканей — важный шаг в анализе данных МРС, особенно у пожилых людей из-за атрофии головного мозга, что было предложено для соответствия параметру по умолчанию функции «tab{0}}model» пакета sjPlot в R (Lüdecke , 2021). Мы сравнили параметры модели LMM напрямую, чтобы установить нейроанатомическую и нейрохимическую специфичность. Параметры модели сравнивались с использованием общего теста линейной гипотезы с использованием пакета multi-comp в R (Hothorn et al., 2008). Для наглядности на рис. 1b, 3 и 6b показаны усредненные по блокам данные как меры удержания, но статистический анализ проводился на данных отдельных испытаний со случайными пересечениями и наклонами. Меры размера эффекта

сообщалось для всех существенных анализов с использованием пакета размера эффекта (Ben-Shachar et al., 2020) в исследовании Р. Коэна d использовалось для вычисления размеров эффекта для одновыборочного t-критерия против нуля для краткосрочного и долгосрочного удержания в Ex-чтобы объяснить, по крайней мере частично, часто наблюдаемое возрастное снижение уровней ГАМК, измеренных MRS (Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). LCmodel выводит концентрации метаболитов для всего интересующего объема. Таким образом, если доля нервной ткани в интересующем объеме невелика из-за возрастной атрофии (Good et al., 2001), оценки концентрации метаболитов также обязательно будут ниже. Для объяснения этой потенциальной путаницы было предложено несколько методов коррекции тканей, но в настоящее время в литературе нет единого мнения (Harris et al., 2015; Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). Большинство этих методов делают предположения о распределении интересующего метаболита в различных тканевых компартментах. Однако такие предположения могут не сохраняться на протяжении всей жизни, поскольку нормальный процесс старения может влиять на одни отделы больше, чем на другие. Следовательно, все анализы, представленные в этой статье, использовали оценки концентрации без поправки на ткани и вместо этого включали процент серого вещества (GM) и белого вещества (WM) в вокселе MRS в качестве смешанных переменных, не представляющих интереса (как в Scholl et al., 2017). Поскольку этот подход частичной коррекции объема не делает предположений о распределении ГАМК и Glx в различных типах тканей, он особенно подходит для настоящего исследования (в котором возраст участников варьировался от 49 до 81 года) и, следовательно, контролирует атрофию, сохраняя при этом агностик относительно различных воздействий старения на типы тканей. Процентное содержание серого вещества, белого вещества и спинномозговой жидкости, присутствующих в VOI, было рассчитано с использованием автоматизированного инструмента сегментации FMRIB (Zhang et al., 2001). Они представлены вместе с показателями качества данных MRS в таблице S2.

У разных людей оценка концентрации общего креатина (TCR) отрицательно коррелировала с возрастом в вокселе M1 ( (21)=- 0.46,=0.04 ), хотя и не в вокселе V1 ( (17)=-0,06,=0,81; рис. S2b). Из-за этой путаницы с возрастом TCR нельзя было использовать в качестве действительного внутреннего эталона для оценок метаболитов. Следовательно, на протяжении всей этой работы мы использовали оценки абсолютной концентрации ГАМК и Glx, а не выражали данные как отношения TCR.

2.6. статистический анализ

Статистический анализ поведения был выполнен в R (R Core Team, 2017). Для контроля межиндивидуальных различий в точности наведения до адаптации во всех испытаниях данные об ошибке конечной точки нормализовали путем вычитания средней ошибки наведения на исходном уровне (между левыми/правыми мишенями для блоков с обратной связью; средней целью для блоков без обратной связи). ). Если не указано иное, все статистические тесты были двусторонними. Анализы проводились с использованием линейной регрессии и включали проверки следующих допущений: 1) линейность, 2) однородность дисперсии и 3) нормальность остатков. Эти предположения были проверены визуально с использованием графиков остатков по сравнению с наблюдаемыми значениями (линейность), подобранных значений по сравнению с остатками (однородность дисперсии) и распределением остатков (нормальность остатков). Линейные модели смешанных эффектов (LMM) использовались для анализа с компонентом продольных/повторяющихся измерений (например, адаптация, удержание) путем включения точек пересечения и наклонов в качестве случайных эффектов участников. Этот подход имеет два преимущества по сравнению с дисперсионным анализом с повторными измерениями (ANOVA): он позволил нам 1) также учитывать динамику поведения внутри блока, а не только средние ошибки блока, и 2) отделить случайные источники межиндивидуальной изменчивости от значимые. Все характеристики моделей приведены в дополнительных таблицах. P-значения были оценены с использованием критерия Вальда, который является экспериментом 1, и для парных выборок t-тестов имитации по сравнению с анодной стимуляцией при краткосрочном и долгосрочном удержании в эксперименте 2. Приблизительный частичный эта-квадрат () для линейного смешанного регрессионный анализ эффектов для суммирования доли дисперсии, связанной с конкретным фиксированным эффектом. Были предложены эмпирические правила для интерпретации величины эффекта. Эти нормы для d Коэна таковы: маленький=[0,2{{30}}}; 0.49]; средний=[0.5; 0.79]; большой Больше или равно 0.8. Нормы для: маленькие=[0.01; 0,05]; средний=[0,06; 0,13]; большой Больше или равно 0,14 (Cohen, 2013).

В эксперименте 2 средняя точность базовой линии OLP и CLP анализировалась двумя способами. Во-первых, чтобы проверить отсутствие эффекта порядка (сеанс PA 1 против сеанса PA 2; с использованием парных t-тестов). Во-вторых, чтобы проверить отсутствие эффекта условия стимуляции (анодальный сеанс tDCS по сравнению с фиктивным сеансом tDCS; с использованием парных t-тестов на тех же данных, переупорядоченных по условию нейростимуляции). Первый анализ гарантировал, что недельный интервал вымывания был эффективным (т. е. поведенческие эффекты сеанса 1 рассеялись к началу сеанса 2), а второй гарантировал, что различия в производительности между анодным и фиктивным условиями tDCS могут быть отнесены к эффект нейростимуляции в отличие от случайных систематических различий, уже присутствующих на исходном уровне. Для количественной оценки статистических данных в пользу отсутствия различий (то есть того, чего мы стремились достичь) для этих анализов контроля качества был рассчитан коэффициент Байеса (01). Значение 01 > 3 считалось существенным доказательством отсутствия различий, согласующимся с соответствующим вымыванием между двумя экспериментальными сеансами.

Поскольку ГАМК синтезируется из глутамата, концентрации этих двух нейротрансмиттеров обычно положительно коррелируют в головном мозге (Jocham et al. (2012); Stagg et al. (2011a); в нашем наборе данных M1 GABA × M1 Glx: (20)=0.34,=0.13; V1 ГАМК × V1 Glx: (14)=0.16,=0.55). Поэтому при анализе взаимосвязи между абсолютной концентрацией ГАМК или Glx в вокселе и исходом в модель также была включена концентрация другого нейротрансмиттера (ГАМК или Glx). Кроме того, концентрации серого и белого вещества также были включены как ковариаты, не представляющие интереса, во всех моделях, которые включали нейрохимические данные.

Медиационный анализ был использован для характеристики «механистических» связей, лежащих в основе наблюдаемых корреляций между возрастом, нейрохимией и ретенцией. Это было выполнено с использованием посредничества пакета R для анализа причинно-следственных связей (Imai et al., 2010). Посредничество было проведено с использованием регрессии с непараметрической начальной загрузкой (10 000 повторных выборок), чтобы установить, объясняет ли ингибирующий тон M1 связь между возрастом и долгосрочным удержанием. Модель включала: возраст как независимую переменную (X); абсолютные концентрации M1 GABA и Glx в качестве медиаторов (M1, M2); усредненное по блоку удержание через 24- часов в качестве зависимой переменной (Y) (ошибка среднего блока, нормализованная базовым уровнем для каждого человека), и контроль доли GM и WM в вокселе M1 (C1, C2). Процентное опосредование () рассчитывали как долю общего эффекта (с), приходящуюся на косвенные эффекты (ab1 или ab2).