Ciljanje frontoparijetalne mreže korištenjem bifokalne transkranijalne stimulacije izmjeničnom strujom tijekom zadatka učenja motoričke sekvence kod zdravih starijih odraslih osoba 1. dio

sažetak

Pozadina: Zdrave starije odrasle osobe pokazuju smanjenje motoričke izvedbe i sposobnosti motoričkog učenja, kao i radne memorije (WM). Predloženo je da WM bude uključen u motoričke procese učenja, kao što je učenje sekvenci. Korelacijski dokazi pokazali su uključenost frontoparijetalne mreže (FPN), mreže koja je u osnovi WM procesa, u učenju motoričke sekvence.

Motoričko učenje odnosi se na metode za poboljšanje učinkovitosti učenja i pamćenja kroz sport, glazbu, ples, borilačke vještine itd. Za razliku od tradicionalnih metoda učenja, motoričko učenje više pozornosti posvećuje koordiniranom radu tijela i mozga, čineći učenje opuštenijim i ugodnijim .

Utjecaj motoričkog učenja na pamćenje vrlo je značajan. Vježbanjem možemo poboljšati razinu metabolizma u tijelu, ubrzati cirkulaciju krvi i u potpunosti opskrbiti mozak kisikom i hranjivim tvarima. Istodobno, motoričko učenje također može stimulirati hipokampus u mozgu, koji je ključno područje za pohranu memorije koje nam može pomoći da bolje zapamtimo i razumijemo znanje.

Osim toga, motoričko učenje također može poboljšati koncentraciju i koncentraciju ljudi. Tijekom vježbanja ljudsko tijelo luči velike količine neurotransmitera poput dopamina i adrenalina, zbog kojih se možemo osjećati pozitivnije i energičnije. To nam je od velike pomoći da se bolje usredotočimo na zadatke učenja.

U motoričkom učenju možemo odabrati različite metode vježbanja, kao što su preskakanje užeta, igranje košarke, ples, joga itd. Različite metode vježbanja imaju različite učinke na mozak. Na primjer, ples nam može pomoći da bolje kontroliramo ritam tijela i poboljšamo svijest o prostoru; igranje košarke može nam pomoći da bolje percipiramo vanjsko okruženje i nosimo se sa složenim situacijama.

Ukratko, motoričko učenje igra važnu ulogu u poboljšanju naše učinkovitosti učenja i pamćenja. Trebali bismo integrirati tjelovježbu u svakodnevno učenje, u potpunosti iskoristiti sinergiju tijela i mozga te učiti i rasti s više užitka. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje. Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je Cistanche deserticola tradicionalni kineski ljekoviti materijal s brojnim jedinstvenim učincima, a jedno od njih je poboljšanje pamćenja. Djelotvornost mljevenog mesa dolazi od raznih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući kiseline, polisaharide, flavonoide itd. Ovi sastojci mogu na različite načine promicati zdravlje mozga.

Kliknite na 10 načina za poboljšanje pamćenja

Međutim, trenutno nedostaju uzročni dokazi. Studije neinvazivne moždane stimulacije (NIBS) do sada su se uglavnom usredotočile na područja povezana s motorikom kako bi se poboljšalo učenje motoričkih sekvenci, dok područja povezana s kognitivnijim aspektima motoričkog učenja još nisu obrađena. Hipoteza: U ovoj studiji želimo pružiti uzročne dokaze za uključivanje WM procesa i temeljnog FPN-a u uspješnoj izvedbi zadatka učenja motoričke sekvence korištenjem tatranskranijalne stimulacije izmjeničnom strujom (tACS) koja cilja na FPN tijekom zadatka učenja motoričke sekvence.

Metode: U kohorti od 20 zdravih starijih osoba primijenili smo bifokalni tACS u theta rasponu na FPN tijekom zadatka učenja slijeda. Korištenjem dvostruko slijepog, križnog dizajna, testirali smo učinkovitost aktivne u usporedbi s lažnom stimulacijom. Korištene su dvije verzije motoričkog zadatka: jedan s visokim i jedan s niskim WM opterećenjem, kako bi se istražila učinkovitost stimulacije na zadacima koji se razlikuju u WM zahtjevima. Dodatno, učinci stimulacije na izvedbu WM-a obrađeni su pomoću N-back zadatka. Frekvencija tACS je personalizirana korištenjem EEG-a mjerenjem pojedinačne theta vršne frekvencije tijekom zadatka N-back.

Rezultati: Primjena personaliziranog theta tACS-a na FPN poboljšala je izvedbu tijekom zadatka učenja motoričke sekvence s visokim WM opterećenjem (p < 0,001), ali ne i s niskim WM opterećenjem. Aktivna stimulacija značajno je poboljšala i brzinu (p < 0,001) i točnost (p ¼ 0,03) tijekom zadatka s velikim WM opterećenjem. Osim toga, paradigma stimulacije poboljšala je izvedbu na N-back zadatku za 2- back task(p ¼ .013), ali ne za 1-back i 3-back.

Zaključak: Učinkovitost tijekom zadatka učenja motoričke sekvence može se poboljšati upotrebom personaliziranog bifokalnog theta tACS na FPN kada je WM opterećenje veliko, što ukazuje da učinkovitost ove paradigme stimulacije ovisi o kognitivnom zahtjevu tijekom zadatka učenja. Ovi podaci pružaju daljnje uzročne dokaze za kritičnu uključenost WM procesa i FPN tijekom izvršenja zadatka učenja motoričke sekvence u zdravih starijih osoba. Ova otkrića otvaraju nove uzbudljive mogućnosti za suzbijanje opadanja motoričkih performansi, kapaciteta učenja i WM-a povezanog sa starenjem.

1. Uvod

Sposobnost stjecanja novih motoričkih vještina važna je u svakodnevnom životu. Motoričko učenje je proces ovisan o praksi u kojem se pokreti izvode brže i točnije [1]. Ogromna količina istraživanja pridonijela je povećanom razumijevanju neuralnih supstrata i temeljnih mehanizama koji su uključeni u stjecanje, konsolidaciju i zadržavanje novih motoričkih vještina. Neuroznanstvene studije uglavnom su usredotočene na motoričku mrežu i središnju ulogu primarnog motoričkog korteksa (M1)[ 2e4].

To je posebno slučaj za studije neinvazivne stimulacije mozga (NIBS) koje pokušavaju poboljšati motoričko učenje kombiniranjem vježbe izazovnog motoričkog zadatka s paradigmom stimulacije [5e8]. Međutim, studije su pokazale da se izazovni motorički zadaci, kao što je učenje motoričkih sekvenci (MSL), ne oslanjaju isključivo na procese povezane s motorikom, već i na kognitivne procese, kao što je radna memorija (WM) [4,9,10]. Iznenađujuće, područja mozga povezana s WM-om nisu bila meta za NIBS paradigme namijenjene proučavanju MSL-a.

MSL je proces u kojem su neovisni pokreti povezani, što na kraju rezultira nizom od više elemenata koji se može izvesti brzo i točno [4,11]. Studije su pokazale uključenost WM u MSL [12e14]. WM se odnosi na sposobnost privremenog pohranjivanja i manipuliranja informacijama u umu [15]. Međuindividualna varijabilnost u WM-u se npr. sastoji od broja predmeta koji se mogu držati i raditi s njima [4]. Ovo je važno za MSL, posebno tijekom procesa grupiranja elemenata ove sekvence u "komadove".

Ovaj proces usitnjavanja rezultira bržim izvođenjem pokreta [16e18]. Mnoga su istraživanja pokazala da zdrave starije osobe pokazuju pad sposobnosti učenja motoričkih sekvenci [12,14]. Štoviše, starenje smanjuje kognitivne funkcije uključujući WM [19]. Stoga je nedavno predložena interakcija između dobi, kapaciteta WM-a i MSL-a [14], iako su uzročni dokazi u korist ove sugestije i dalje ograničeni.

Obećavajuća neurotehnologija koja pruža uzročne dokaze je uporaba NIBS-a, kao što je transkranijalna stimulacija izmjeničnom strujom (tACS) [20e23]. Ova tehnika omogućuje egzogeno uplitanje u tekuću oscilatornu aktivnost i ciljanje specifičnih mreža, kao što je fronto-parijetalna mreža (FPN), kako bi se pojačale ili smanjile određene kognitivne funkcije, kao što su WM procesi [24,25].

FPN, mreža povezana s WM-om, aktivira se tijekom zadataka motoričke sekvence [18,26e29]. Kognitivni se procesi oslanjaju na koordinirane interakcije unutar i između moždanih mreža, koje se u mozgu provode oscilatornom aktivnošću [30,31]. Na primjer, učinkovitost se povećava oscilatornom sinkronizacijom pokretanja neurona, što stvara skupove neurona koji provode specifične računalne funkcije [31,32]. Glavni radni mehanizam tACS-a je uključivanje ili sinkronizacija neuronskih mreža[20,33].

Frekvencija stimulacije prilagođava se endogenoj oscilatornoj frekvenciji i stanju njegovog mozga. Točnije, tACS omogućuje egzogenu interakciju s tekućim oscilacijama, što može rezultirati poboljšanom koherencijom unutar mreža s odgovarajućim utjecajem na ponašanje [23,33,34]. Neuronske oscilacije u theta rasponu (4e8 Hz) uključene su u WM zadatke, s povećanjem theta snage tijekom povećanog WM opterećenja [35e37]. Polania i sur. i Violante et al. su pokazali uzročnu vezu između sinkronizacije theta oscilacija s relativnom 0⁰ faznom razlikom u FPN-u i poboljšanja performansi WM-a [24,25]. Međutim, nedostaje znanje o učincima tACS-inducirane sinkronizacije theta oscilacija u FPN i MSL.

U ovoj studiji, cilj nam je bio utvrditi uzročnu vezu između WM i MSL u zdravih starijih osoba. Kako bi se to postiglo, personalizirani theta tACS primijenjen je na desni dorzolateralni prefrontalni korteks (DLPFC) i posteriorni parijetalni korteks (PPC) s namjerom poboljšanja MSL-a pomoću treninga zadatka sekvencijalnog tapkanja prstima (SFTT) [3]. Kako bi se procijenila važnost WM-a tijekom MSL-a i kako na to utječe FPN stimulacija, korištene su dvije verzije SFTT-a. Inačice su se razlikovale u pogledu niskog naspram visokog WM opterećenja.

Opterećenje WM-a održavano je niskim eksplicitnim prikazivanjem sekvence na ekranu tijekom zadatka [38]. U verziji s velikim opterećenjem WM-a, ovaj se niz morao memorirati prije zadatka i nije se prikazivao tijekom zadatka. Ovo online održavanje sekvence tijekom izvođenja pokreta oslanja se na relevantne WM procese [39].

Osim toga, provjeravamo poboljšava li sadašnja paradigma stimulacije WM korištenjem zadatka N-back [24]. Ovom studijom predstavljamo FPN kao dodatnu ciljnu lokaciju stimulacije za motoričku izvedbu i poboljšanje učenja i bacamo svjetlo na važnost uzimanja u obzir kognitivnih procesa tijekom MSL paradigmi.

2. Metode

2.1. Sudionici

U ovoj smo studiji angažirali N=21 zdravog, starijeg, desnorukog sudionika (N=11 žena, srednja dob ± sd: 69,6 ± 4,4, srednji kvocijent lateralnosti Edinburgh popisa ruku 85,03 ± 17,3)[40]. Podaci N=20 sudionika uzeti su u obzir zbog odustajanja jednog sudionika uzrokovanog nepovezanom promjenom fizičkog zdravlja. Kriteriji za uključivanje bili su: 60 godina [41e43], dešnjak i nepostojanje kontraindikacija za transkranijalnu električnu stimulaciju (tES).

Kriteriji isključenja bili su: neuropsihijatrijske bolesti, povijest napadaja, lijekovi koji potencijalno stupaju u interakciju s tES-om, mišićno-koštana disfunkcija koja oštećuje pokrete prstiju, profesionalni glazbenik i uzimanje opojnih droga. Svi sudionici potpisali su informirani pristanak. Studija je provedena u skladu s Helsinškom deklaracijom [44]. Etičko odobrenje dobiveno je od kantonalnog etičkog odbora u Vaudu, Švicarska (broj projekta: 2017-00765).

2.2. Eksperimentalni dizajn

Dizajn ove studije bio je dvostruko slijep, lažno kontroliran i cross-over. Sastojao se od dvije sesije prije cross-overa i dvije sesije nakon cross-overa. Tijekom sesije prvog dana, sudionici su obaviješteni, pregledani i zamoljeni da ispune tri različita upitnika (tES sigurnosni upitnik, Edinburgh HandednessInventory (EHI), Center for Epidemiological Studies DepressionScale (CES-D)) [40,45]. Nakon toga, sudionici su proveli Nback test s EEG akvizicijom za analizu vršne frekvencije.

Nakon mjerenja EEG-a, sudionici su radili motorički i kognitivni trening uz istovremeni tACS. Sljedeći dan sudionici su izvodili samo motorički trening s tACS. Stanje stimulacije je bilo isto oba uzastopna dana i promijenjeno je nakon križanja. Redoslijed stimulacije definirao je na pseudo-randomiziran način eksperimentator koji nije bio uključen u prikupljanje podataka.

Sljepoća za uvjete stimulacije i sudionika i eksperimentatora osigurana je dodatnim eksperimentatorom koji je postavio parametre i uključio stimulatore tijekom eksperimenta. Između unakrsnih sesija prije i poslije postojalo je minimalno razdoblje od dva tjedna, na temelju našeg prethodnog rada [46]. Isti zadaci, s različitim sekvencama, ponovljeni su nakon križanja, isključujući upitnike. Molimo pogledajte sliku 1 A za vremenski okvir dizajna studije.

For more information:1950477648nn@gmail.com