Στόχευση του μετωποβρεγιακού δικτύου με χρήση διεστιακής διακρανιακής διέγερσης εναλλασσόμενου ρεύματος κατά τη διάρκεια μιας εργασίας εκμάθησης κινητικής ακολουθίας σε υγιείς ενήλικες μεγαλύτερης ηλικίας Μέρος 3

3.4. Χρόνος αντίδρασης

Μπορέσαμε να αναπαράγουμε τα αποτελέσματα του Violante και των συναδέλφων του για τον χρόνο αντίδρασης της παραμέτρου με σημαντική επίδραση διέγερσης F(1, 47,10) ¼ 5,33, p ¼ .025, hp2 ¼ {{25 }}.1 (μεσαίο εφέ), καθώς και ένα εφέ για επίπεδο δυσκολίας F(1, 35,77) ¼ 44,61, p < .001 hp2 ¼ 0,55 (μεγάλο εφέ) και ένα εφέ αλληλεπίδρασης F(1, 34,54) ¼ 4,83, p ¼ ,035, hp2 ¼ 0,12 (μέτρια επίδραση). Η εκ των υστέρων ανάλυση με διορθώσεις Tukey έδειξε σημαντική διαφορά μεταξύ εικονικής και πραγματικής διέγερσης κατά το επίπεδο δυσκολίας 2, t(42,1) ¼ 3,22, p ¼ 0,013, αλλά όχι για το επίπεδο 1 t (42,6) ¼ 0,20, p ¼ ,997.

Η σχέση μεταξύ ψευδούς διέγερσης και μνήμης είναι ένας πολύ ενδιαφέρον τομέας έρευνας. Συχνά ακούμε κάποιους ανθρώπους να λένε ότι μπορούν να βελτιώσουν τη μνήμη τους εφαρμόζοντας ψεύτικη διέγερση και υπάρχουν κάποιες επιστημονικές μελέτες που το επιβεβαιώνουν.

Η ψευδής διέγερση αναφέρεται σε ένα οπτικό ή ακουστικό σήμα που δεν υπάρχει στο περιβάλλον αλλά δημιουργείται τεχνητά. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την οπτική εικονική διέγερση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα φλας για να παράγουμε ένα ξαφνικό φως ή να προβάλλουμε γρήγορα κάποιες εικόνες που επηρεάζουν την προσοχή και τη μνήμη των ανθρώπων. Ομοίως, η ακουστική ψευδής διέγερση μπορεί επίσης να επιτευχθεί με την αναπαραγωγή ενός συγκεκριμένου ήχου ή τη γρήγορη επεξεργασία διαφορετικών κλιπ ομιλίας.

Μερικές πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η ψευδής διέγερση μπορεί να ενεργοποιήσει τον εγκέφαλό μας και να βελτιώσει τη μνήμη μας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι όταν διεγείρουμε αυτά τα σήματα, ο εγκέφαλός μας θα εκτελέσει αυτόματα κάποια επεξεργασία, όπως η προσθήκη αυτών των πληροφοριών στη μνήμη εργασίας μας ή η κινητοποίηση της μακροπρόθεσμης μνήμης μας. Φυσικά, αυτό το αποτέλεσμα δεν είναι μακροχρόνιο και συνήθως διαρκεί μόνο λίγα λεπτά. Αλλά αν χρησιμοποιήσουμε αυτά τα σήματα σωστά, μπορούμε να βελτιώσουμε την αποτελεσματικότητα της μάθησης και της μνήμης μας.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι είναι πολύ σημαντικό να κάνετε λογική χρήση της ψευδούς διέγερσης. Η υπερβολική εξάρτηση από τη διέγερση μπορεί να οδηγήσει σε υπερβολική κόπωση του εγκεφάλου, η οποία επηρεάζει τη μάθηση και τη μνήμη μας. Επιπλέον, αυτή η προσέγγιση δεν είναι κατάλληλη για όλους. Μερικοί άνθρωποι μπορεί να εμφανίσουν ανεπιθύμητες αντιδράσεις λόγω ευαισθησίας στο φως ή τον ήχο και πρέπει να αποφύγουν αυτή τη μέθοδο.

Εν ολίγοις, η λογική χρήση ψευδούς διέγερσης μπορεί να βελτιώσει τη μνήμη μας, αλλά πρέπει να προσέχουμε το μέτρο και να αποφεύγουμε την υπερβολική εξάρτηση από αυτή τη μέθοδο. Ταυτόχρονα, πρέπει επίσης να συνεχίσουμε να αναζητούμε ενεργά άλλες τεχνικές μάθησης και μνήμης για να επιτύχουμε καλύτερα αποτελέσματα. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola είναι ένα παραδοσιακό κινέζικο φαρμακευτικό υλικό που έχει πολλά μοναδικά αποτελέσματα, ένα από τα οποία είναι η βελτίωση της μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του κιμά προέρχεται από τα διάφορα ενεργά συστατικά που περιέχει, όπως οξύ, πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή κ.λπ. Αυτά τα συστατικά μπορούν να προάγουν την υγεία του εγκεφάλου με διάφορους τρόπους.

Κάντε κλικ στο Μάθετε 10 τρόπους για να βελτιώσετε τη μνήμη

Και οι δύο συνθήκες έδειξαν σημαντική αύξηση του χρόνου αντίδρασης μεταξύ του επιπέδου 1 και του επιπέδου 2, η οποία ήταν πιο εμφανής στην ψευδή συνθήκη t(36,4) ¼ 6,16, p < .001 από την πραγματική συνθήκη t(36,4) ¼ 3,25, p ¼ .013 Η προσθήκη του 3-επιπέδου οπισθοδυσκολίας στο μοντέλο δεν είχε αποτέλεσμα για διέγερσηF(1,78,24) ¼ 1,61, p ¼ ,209, σημαντική επίδραση για το επίπεδο δυσκολίας F(2,67,65) ¼ 34,99, p < 0,001 και χωρίς αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης F(2, 67,65) ¼ 0,75, p ¼ ,478, βλέπε Εικ. 5.

3.5. Παράμετροι απόδοσης N-back (επιτυχίες, ψευδείς συναγερμοί, ακρίβεια)

Οι αναλύσεις δεν έδειξαν κύρια επίδραση διέγερσης σε καμία από αυτές τις παραμέτρους για τα μοντέλα 2 και 3 επιπέδων δυσκολίας. Υπήρχε σημαντική κύρια επίδραση του επιπέδου δυσκολίας. Υποδεικνύει σημαντική μείωση στην απόδοση με αύξηση των επιπέδων n-back σε όλες τις παραμέτρους. Δεν υπήρχαν επιδράσεις αλληλεπίδρασης δυσκολίας διέγερσης. Δείτε τον Πίνακα 1 για στατιστικά αποτελέσματα.

3.6. Ανάλυση αιχμής συχνότητας

Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων EEG αποκτήθηκαν δεδομένα από 9 ηλεκτρόδια κατά την εκτέλεση της μέτρησης πριν από τη γραμμή βάσης της εργασίας N-back. Η μεμονωμένη μέση μέγιστη συχνότητα των 3 επιπέδων N-back συνδυαστικά χρησιμοποιήθηκε ως εξατομικευμένη συχνότητα διέγερσης για την υπόλοιπη μελέτη. Τα αποτελέσματα της συνολικής μέσης μέγιστης συχνότητας έδειξαν μέσο όρο ομάδας 4,5 (sd ¼ 0,28) με εύρος μεταξύ 4,1 και 5,4. Για περισσότερες λεπτομέρειες, δείτε τον Πίνακα 2.

3.7. Αισθήσεις τόνωσης & τύφλωση

Με βάση τη συνέντευξη αίσθησης διέγερσης, δεν υπήρξαν ανεπιθύμητες ενέργειες λόγω της διέγερσης του tACS και αναφέρθηκαν μόνο μικρές αισθήσεις tACS. Οι περισσότεροι συμμετέχοντες απάντησαν είτε με "κανένα" ή "ήπια". Επιπλέον, δεν υπήρχε σημαντική διαφορά μεταξύ της διέγερσης και των ψευδών συνθηκών για οποιαδήποτε από τις αντιληπτές αισθήσεις, βλέπε Πίνακα 3.

Οι συμμετέχοντες δεν ήταν σε θέση να κάνουν διάκριση μεταξύ πραγματικής και ψευδούς διέγερσης. Μια διωνυμική δοκιμή έδειξε ότι το ποσοστό των σωστών απαντήσεων κατά τη διάρκεια της συνεδρίας 1 ήταν 0.4, το οποίο δεν ήταν σημαντικά διαφορετικό από το επίπεδο πιθανότητας (0.5), p ¼ .503 . Για τη συνεδρία 2, το ποσοστό των σωστών απαντήσεων ήταν 0,6, το οποίο δεν ήταν σημαντικά διαφορετικό από την τύχη, p ¼ 0,503, βλέπε Πίνακα 4.

4. Συζήτηση

Το κύριο αποτέλεσμα αυτής της μελέτης είναι ότι το εξατομικευμένο, διεστιακό, συγχρονισμένο tACS στο σωστό FPN μπορεί να βελτιώσει την απόδοση κατά τη διάρκεια ενός SFTT με υψηλό φορτίο WM σε υγιείς ηλικιωμένους. Αντίθετα, αυτό το παρεμβατικό παράδειγμα δεν επηρέασε την απόδοση κατά τη διάρκεια του SFTT, εάν το φορτίο WM ήταν χαμηλό. Αυτά τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι η αποτελεσματικότητα του διεστιακού θήτα tACS που εφαρμόζεται συγχρόνως στα DLPFC και PPCis εξαρτάται από τις γνωστικές απαιτήσεις και την υποκείμενη γνωστική κατάσταση κατά τη διάρκεια της εργασίας. Αυτή η πτυχή υποστηρίζεται περαιτέρω από τα ευρήματα ότι το tACS βελτίωσε επίσης την απόδοση εργασίας N-back ειδικά σε επίπεδα δυσκολίας που ήταν αρκετά απαιτητικά.

4.1. Κινητικό έργο

Τα παρόντα αποτελέσματα υποστηρίζουν την άποψη μιας αιτιώδους επίδρασης συγχρονισμένων διεστιακών ταλαντώσεων συχνότητας θήτα που εφαρμόζονται στο δεξιό FPN στην απόδοση μιας εργασίας εκμάθησης κινητικής ακολουθίας.

Σχετικές ενδείξεις της ενεργοποίησης του FPN κατά τη διάρκεια εργασιών δακτύλου έχουν παρουσιαστεί στο παρελθόν χρησιμοποιώντας νευροαπεικόνιση[62,63]. Η μετα-ανάλυση του Witt και των συνεργατών του (2008) έδειξε ότι οι οπτικές ή οι αυτορυθμιστικές εργασίες χτύπημα των δακτύλων επάγουν συμφωνία στο σωστό DLPFC και στον δεξιό κάτω βρεγματικό φλοιό [63]. Ωστόσο, από όσο γνωρίζουμε, αυτό ήταν πρώτη φορά το FPN χρησιμοποιήθηκε ως στόχος για ένα παράδειγμα tACS με σκοπό τη βελτίωση του MSL.

Εδώ, μπορέσαμε να δείξουμε μια βελτίωση στην απόδοση και μια υπόδειξη για μια πιθανή βελτίωση των αποτελεσμάτων προπόνησης με αυτήν την προσέγγιση, αλλά αποκλειστικά για τη συνθήκη SFTT με υψηλό φορτίο WM (συνθήκη απομνημόνευσης). Επομένως, η αποτελεσματικότητα του παρόντος παραδείγματος ενορχηστρωμένης διέγερσης στην κινητική συμπεριφορά εξαρτιόταν από την ποσότητα του φορτίου WM κατά τη διάρκεια της εργασίας. Αυτό είναι σύμφωνο με τη μελέτη των Violante και συνεργατών (2017) που έδειξε ότι το theta tACS στο σωστό FPN βελτίωσε την απόδοση στην εργασία WM, αλλά μόνο για την εργασία με υψηλότερο φορτίο WM [24]. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι το FPN δείχνει μεγαλύτερη συνοχή στο εύρος θήτα κατά τη διάρκεια εργασιών WM με υψηλό φορτίο WM [64]. Με τη χρήση του tACS, προτείνεται η δυνατότητα εξωγενούς ενίσχυσης της συνοχής μέσω της παρασύρσεως της ταλάντωσης του φλοιού μεταξύ απομακρυσμένων περιοχών [20]. Αν και δεν επαληθεύσαμε τη συνοχή του δικτύου με τη χρήση του EEG ή άλλων μετρήσεων νευροαπεικόνισης, υποθέτουμε ότι οι εξωγενώς επαγόμενες θήτα ταλαντώσεις μπορεί να ενίσχυσαν τη συνεχιζόμενη φυσιολογική ταλαντωτική δραστηριότητα που εμπλέκεται στην επεξεργασία WM, η οποία με τη σειρά της έχει υποστηρίξει τη διαδικασία απόδοσης και απόκτησης της κινητικής εργασίας με υψηλό WM φορτίο, αλλά όχι με χαμηλό φορτίο WM.

Μια άλλη πιθανή εξήγηση είναι ότι η εμπλοκή των FPN σχετίζεται με μια συγκεκριμένη υποδιεργασία του WM. Το WM μπορεί χονδρικά να χωριστεί σε τρεις υποδιεργασίες: κωδικοποίηση, συντήρηση και ανάκτηση [65]. Η συνθήκη μη απομνημονευμένου SFTT απαιτούσε από τους συμμετέχοντες να μάθουν την ακολουθία κατά την εκτέλεση των κινήσεων, η οποία εμπίπτει στη φάση κωδικοποίησης. Κατά τη διάρκεια της απομνημονευμένης συνθήκης SFTT, οι συμμετέχοντες έπρεπε να διατηρήσουν και να ανακτήσουν την ακολουθία που είχαν μάθει προηγουμένως ενώ εκτελούσαν τις κινήσεις. Μια πρόσφατη μετα-ανάλυση έδειξε ότι κατά τη μετάβαση από τα στάδια κωδικοποίησης στα στάδια συντήρησης και ανάκτησης, η συμμετοχή του FPN σταδιακά αυξάνεται. Επομένως, μπορεί να υποτεθεί ότι η απομνημονευμένη συνθήκη SFTT επωφελείται περισσότερο από το FPN ως στόχο, ενώ η μη απομνημονευμένη συνθήκη SFTT επωφελείται περισσότερο από τη διέγερση άλλων περιοχών του εγκεφάλου. Για παράδειγμα, η φάση πρόσκτησης βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο ραχιαίο δίκτυο προσοχής, το οποίο περιλαμβάνει κυρίως τα μετωπιαία οφθαλμικά πεδία και τις ενδοβρεγματικές αύλακες [65,66]. Επιπλέον, μελέτες έχουν δείξει υψηλή εμπλοκή του Μ1 κατά τα πρώιμα στάδια της μάθησης, με μείωση της δραστηριότητας στη βασική γραμμή όταν μια αλληλουχία γίνεται ρητά γνωστή [67,68].

Η συμμετοχή των μετωπιαίων και βρεγματικών περιοχών κατά τη διάρκεια της MSL έχει τεκμηριωθεί καλά, ωστόσο, ο ακριβής λειτουργικός τους ρόλος δεν είναι ξεκάθαρος [67,69e71]. Το MSL μπορεί να χωριστεί σε τρεις διαφορετικές φάσεις μάθησης: στάδιο 1 για την απόκτηση, στάδιο 2 για ενοποίηση και στάδιο 3 για διατήρηση. Η φάση της πρώιμης μάθησης βασίζεται περισσότερο σε γνωστικές διαδικασίες όπως το WM, που δείχνει μια ενεργοποίηση στον προμετωπιαίο φλοιό και στις βρεγματικές περιοχές [72e74]. Σε αυτή τη μελέτη, η αποτελεσματικότητα της στόχευσης του FPN για τη βελτίωση της απόδοσης στο MSLtask είναι πιθανότατα συγκεκριμένη για το φορτίο WM. Μελέτες που επικεντρώθηκαν στις διαδικασίες WM διαπίστωσαν ότι το FPN σχετίζεται με τη διατήρηση και τον χειρισμό των πληροφοριών όταν οι ταλαντώσεις θήτα βρίσκονται σε συγχρονισμό μεταξύ των δύο περιοχών του εγκεφάλου [25,64]. Αυτό μπορεί να εξηγεί γιατί η απόδοση στην εργασία ακολουθίας κινητήρα βελτιώθηκε μόνο κατά τη διάρκεια της εργασίας υψηλού φορτίου WM, όπου οι συμμετέχοντες έπρεπε να εκτελέσουν την ακολουθία από τη μνήμη.

Επιπλέον, τόσο η ακρίβεια όσο και η ταχύτητα βελτιώθηκαν σημαντικά στην απομνημόνευση συνθήκης λόγω της διέγερσης tACS. Ωστόσο, η πραγματική διέγερση προκάλεσε απότομη αύξηση της ακρίβειας, ενώ η εικονική ομάδα βελτιώθηκε πιο σταδιακά. Παρόμοια αποτελέσματα έχουν παρουσιαστεί σε μια μελέτη που συγκρίνει την πραγματική έναντι της ψευδούς ανοδικής διακρανιακής διέγερσης συνεχούς ρεύματος (DCS) που εφαρμόζεται στο M1 σε ένα SFTT. Συγκρίθηκαν διαφορετικές ηλικιακές ομάδες και οι ηλικιωμένοι εμφάνισαν απότομη αύξηση στην ακρίβεια στην ομάδα πραγματικής διέγερσης και σταδιακή αύξηση στην ψευδή ομάδα [75]. Υποστηρίζουν ότι η ενεργή διέγερση Μ1 διευκόλυνε την κωδικοποίηση και αποθήκευση της αλληλουχίας στη μνήμη. Στην τρέχουσα μελέτη, ο στόχος διέγερσης ήταν το FPN και ήταν αποτελεσματικός στην απομνημονευμένη συνθήκη όταν οι ακολουθίες είχαν ήδη μάθει. Αυτό το αποτέλεσμα θα μπορούσε να οφείλεται σε μια ενισχυμένη ικανότητα διατήρησης και ανάκτησης της προηγουμένως μαθημένης ακολουθίας, λόγω του συγχρονισμού των ταλαντώσεων θήτα στο FPN [65].

Αυτή η μελέτη είχε ως στόχο να επεκτείνει προηγούμενες μελέτες που στόχευαν το FPN με διεστιακό θήτα tACS για τη βελτίωση της απόδοσης WM[24,25,76,77] χρησιμοποιώντας μια παρόμοια ρύθμιση για τη μελέτη της επίδρασης στο MSL. Αυτή ήταν η πρώτη φορά που τόσο το DLPFC και η ΔΕΗ έχουν στοχοποιηθεί με τη χρήση διεστιακών θήτα tACS κατά τη διάρκεια μιας εργασίας εκμάθησης μηχανοκίνητης ακολουθίας. Ο κύριος στόχος ήταν να στοχεύσουμε το FPN ως ένα δίκτυο που έχει αποδειχθεί σημαντικό για το WM και έχει δείξει ενεργοποίηση κατά τη διάρκεια του MSL [18,24e29,76,77]. Αν και μπορέσαμε να δείξουμε ότι το διεστιακό tACS στο FPN ήταν αποτελεσματικό κατά την πλύση με φορτίο WM, δεν μπορούμε να αποκλείσουμε ότι αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να είχε δημιουργηθεί από μια μονοεστιακή διέγερση είτε του DLPFC είτε του PPC. Αυτή η μελέτη δεν είχε σκοπό να συγκρίνει την αποτελεσματικότητα του μονοεστιακού thetatACS με το διεστιακό θήτα tACS στο MSL. Ωστόσο, με βάση τα θετικά αποτελέσματα της στόχευσης αυτών των περιοχών με διεστιακό θήτα tACS στην εκτέλεση μιας εργασίας MSL απαιτείται περισσότερη έρευνα για τον καθορισμό των ακριβών μηχανισμών λειτουργίας και για τον προσδιορισμό των επιπτώσεων της μονοεστιακής διέγερσης σε μία από τις δύο περιοχές χωριστά. Λόγω της έλλειψης συγκριτικών μελετών, δεν μπορεί να γίνει τελική συμπερασματική δήλωση σχετικά με τα ευεργετικά αποτελέσματα της διεστιακής διέγερσης FPN που στοχεύει υπερβολικά μία από τις περιοχές-στόχους του εγκεφάλου. Περαιτέρω ερευνητικές επερχόμενες μελέτες θα πρέπει να αντιμετωπίσουν αυτό το ανοιχτό ερώτημα λεπτομερώς.

4.2. Εξατομικευμένο tACS

Αυτή η μελέτη χρησιμοποίησε εξατομικευμένη διέγερση tACS στο εύρος της MSL και της γνωστικής λειτουργίας. Αυτή η προσέγγιση βασίστηκε στη μελέτη των Reinhart και Nguyen (2019), οι οποίοι έδειξαν τα ευεργετικά αποτελέσματα του εξατομικευμένου μετωπιο κροταφικού θήτα tACS σε σύγκριση με ένα τυπικό theta tACS σε μια εργασία WM σε υγιείς ηλικιωμένους [57]. Μετρήθηκαν μεμονωμένες μέγιστες συχνότητες ενώ οι συμμετέχοντες εκτέλεσαν την εργασία N-back για να καθορίσουν τη συχνότητα μεμονωμένης διέγερσης, αν και μια σύγκριση μεταξύ εξατομικευμένης και τυπικής θήτα δεν εμπίπτει στο πεδίο εφαρμογής της παρούσας μελέτης. Υποθέτουμε ότι η εξατομίκευση των παραδειγμάτων διέγερσης μπορεί να είναι σημαντική λόγω της πιο αποτελεσματικής συχνότητας αιχμής όπως προτείνουν π.χ. οι Reinhart και Nguyen, αλλά και με βάση τις διαφορικές λειτουργικές επιδράσεις των χαμηλών συχνοτήτων θήτα (4e4,5 Hz) σε σύγκριση με τις υψηλές συχνότητες θήτα (7 Hz) Απόδοση WM [78e80]. Πιο συγκεκριμένα, τα 4 Hz tACS στον δεξιό βρεγματικό φλοιό βελτίωσαν την ικανότητα WM, ενώ τα 7 Hz tACS μείωσαν την ικανότητα WM σε υγιείς νεαρούς ενήλικες [78e80]. Οι Jones et al.συνέκριναν το διεστιακό tACS 7 Hz με 4,5 Hz tACS που εφαρμόστηκε στο FPN και βρήκαν θετικά αποτελέσματα για 4,5 Hz, αλλά όχι διέγερση 7 Hz στην WMperformance [79]. Ωστόσο, υπάρχουν επίσης αναφορές που δεν έδειξαν τα αποτελέσματα της εξατομίκευσης, όπως σε μια τρέχουσα μελέτη TMS [81].
Η μέση συχνότητα διέγερσης στην παρούσα μελέτη ήταν 4,5 Hz, η οποία ταιριάζει με τις προαναφερθείσες χαμηλές συχνότητες θήτα που σχετίζονται με το WM. Καθώς η σύγκριση μεταξύ εξατομικευμένου και τυπικού (μη εξατομικευμένου) θήτα tACS δεν εντάσσεται στο πεδίο εφαρμογής της παρούσας μελέτης, δεν μπορούμε να βγάλουμε κανένα συμπέρασμα σχετικά με το εάν η εξατομίκευση στην παρούσα μελέτη είναι πιο αποτελεσματική από το μη εξατομικευμένο bifocaltACS στο εύρος θήτα, μια ενδιαφέρουσα ερώτηση που πρέπει να αντιμετωπιστεί σε επερχόμενες μελέτες.

4.3. Εργασία N-back

Ο λόγος για τη χρήση της εργασίας N-back ήταν διπλός. Πρώτα και κύρια, ως ένας τρόπος μέτρησης της μεμονωμένης συχνότητας θήτα κατά την εκτέλεση μιας εργασίας WM. Δεύτερον, χρησιμοποιήθηκε ως πρόσθετο πείραμα ελέγχου για να επαληθευτεί ότι η διέγερση κατευθύνθηκε πράγματι στο FPN και διαμορφώνει μια βασική λειτουργία που επεξεργάζεται το FPN. Τα αποτελέσματα συμπεριφοράς της εργασίας WM υποστηρίζουν την ιδέα ότι το thetatACS στο FPN ενισχύει την απόδοση του WM [24,25]. Καθώς δεν υπήρχαν δεδομένα νευροαπεικόνισης που να επιβεβαιώνουν ότι το FPN ήταν πράγματι στοχευμένο, μια διαφορά συμπεριφοράς στην απόδοση του WM παρέχει συσχέτιση και αποδείξεις.

Σε αυτή τη μελέτη, θα μπορούσαμε να επαναλάβουμε τις παρατηρήσεις του Violanteet al. δείχνοντας ότι ο εξωγενής συγχρονισμός των ταλαντώσεων του φλοιού στο εύρος θήτα βελτίωσε την απόδοση του WM όταν οι γνωστικές απαιτήσεις ήταν μέτρια υψηλές (2-πίσω επίπεδο) [24]. Επεκτείναμε τα αποτελέσματα δείχνοντας ότι αυτό ισχύει μόνο για το επίπεδο 2-πίσω και όχι για το πιο δύσκολο 3-πίσω επίπεδο. Η αποτελεσματικότητα του παραδείγματος διέγερσης φαίνεται να ακολουθεί μια ανεστραμμένη σχέση σχήματος U με τη δυσκολία της εργασίας. Η παρούσα μελέτη ήταν υγιείς ενήλικες μεγαλύτερης ηλικίας. Αν και δεν είναι επί του παρόντος ασαφές εάν οι νέοι ενήλικες θα εξακολουθούσαν να επωφελούνται από τον ταλαντευόμενο συγχρονισμό κατά την 3-πίσω εργασία, θα μπορούσε κανείς να υποθέσει ότι το σχήμα του ανεστραμμένου με την κορυφή στην εργασία 2-πίσω σχετίζεται με την ηλικία.

Μελέτες που συνέκριναν την απόδοση σε εργασίες WM μεταξύ νεαρών και υγιών ηλικιωμένων έχουν δείξει μείωση της απόδοσης που σχετίζεται με την ηλικία, ειδικά σε εργασίες με υψηλή γνωστική ζήτηση[82,83]. Ως απόκριση στο υψηλό φορτίο WM, οι ηλικιωμένοι ενήλικες εμφανίζουν μια σχετική υποενεργοποίηση στις μετωπιοβρεγματικές περιοχές σε σύγκριση με τους νεαρούς ενήλικες[82,84]. Η «Υπόθεση χρήσης νευρωνικών κυκλωμάτων που σχετίζεται με την αντιστάθμιση» παρέχει ένα πλαίσιο για αυτό το φαινόμενο. Οι υπερενεργοποιήσεις που σχετίζονται με την ηλικία παρατηρούνται κατά τη διάρκεια εργασιών με χαμηλό φορτίο WM λόγω μειωμένης νευρικής απόδοσης, με υποενεργοποίηση για εργασίες με υψηλό φορτίο WM λόγω μειωμένης νευρικής ικανότητας [85]. Αυτό δείχνει ότι οι ενήλικες μεγαλύτερης ηλικίας χρησιμοποιούν αντισταθμιστικούς μηχανισμούς ήδη με εργασίες χαμηλού WMload (1-πίσω) και επομένως δεν είναι σε θέση να στρατολογήσουν τους απαραίτητους νευρικούς πόρους κατά τη διάρκεια εργασιών υψηλού φορτίου WM (3-πίσω)[82,83].

Ο Heinzel και οι συνεργάτες του υπέθεσαν ότι η αλλαγή στη νευρωνική δραστηριότητα οφείλεται σε μείωση της σύζευξης FPN. έδειξαν ότι η μετωπική-βρεγματική συνδεσιμότητα μειώθηκε σε ενήλικες μεγαλύτερης ηλικίας κατά τη διάρκεια2-πίσω και ακόμη περισσότερο κατά τη διάρκεια 3-πίσω εργασιών [73,86]. Αυτό θα μπορούσε να υποδηλώνει ότι η διαφορά στην αποτελεσματικότητα της διέγερσης μεταξύ των εργασιών2-πλάτης και 3-πλάτης σχετίζεται με τον βαθμό ελλιπούς σύζευξης του FPN εντός αυτών των εργασιών και ότι η παρεμβατική προσέγγιση με το tACS θα μπορούσε να αντισταθμίσει μόνο επαρκώς αυτούς τους μηχανισμούς για την 2-πίσω εργασία, αλλά όχι πλέον για την 3-πίσω εργασία. Η έλλειψη βελτίωσης κατά την 1-κατάσταση της πλάτης θα μπορούσε να υποδεικνύει ότι οι φυσικοί αντισταθμιστικοί μηχανισμοί δεν είναι ευαίσθητοι στις επιδράσεις αυτού του παραδείγματος διέγερσης. Αυτό δείχνει προς μια συγκεκριμένη αποτελεσματικότητα που εξαρτάται από την κατάσταση του εγκεφάλου που προκαλείται από την ποσότητα του φορτίου WM.

Τα αποτελέσματα της εργασίας N-back έδειξαν μια συγκεκριμένη επίδραση στους χρόνους αντίδρασης και όχι στον ρυθμό επιτυχίας, στους ψευδείς συναγερμούς και στην ακρίβεια. Αυτά τα ευρήματα είναι παρόμοια με προηγούμενες μελέτες των Polania et al. (2012), Violante et al. (2017) και Alekseichuk et al. (2017) που χρησιμοποίησε το thetatACS για να στοχεύσει το FPN. Το συγχρονισμένο tACS μείωσε τους χρόνους αντίδρασης [24,25], ενώ το αποσυγχρονισμένο tACS αύξησε τον χρόνο αντίδρασης στην οπτική εργασία WM [25,76]. Ο ακριβής λόγος για την επίδραση στους χρόνους αντίδρασης αλλά όχι σε άλλες παραμέτρους παραμένει αδιευκρίνιστος. Οι Violante et al. έδειξαν μια σχέση μεταξύ της αυξημένης ενεργοποίησης του βρεγματικού BOLD και των μειωμένων χρόνων αντίδρασης [24]. Τα στοιχεία υποδηλώνουν έναν κρίσιμο ρόλο της βρεγματικής περιοχής στη συντήρηση του WM [87]. Επομένως, οι Violante et al. προτείνουν ότι η αύξηση της νευρικής ενεργοποίησης στις βρεγματικές περιοχές μπορεί να έχει αλληλεπιδράσει με τους μηχανισμούς που σχετίζονται με τους χρόνους αντίδρασης [24]. Ωστόσο, οι Alekseichuk et al. υποστηρίζουν ότι οι χρόνοι βελτίωσης της αντίδρασης σχετίζονται με το δίκτυο, καθώς βρήκαν αυξημένους χρόνους αντίδρασης μετά τον αποσυγχρονισμό των προμετωπιαίων περιοχών από τις βρεγματικές περιοχές [76]. Υποστηρίζουν ότι αυτό οφείλεται σε μείωση της πρόσληψης πληροφοριών, που αντανακλάται στον μακροχρόνιο αποσυγχρονισμό του ρυθμού θήτα στον φλοιό [76]. Αν και τα αποτελέσματα φαίνεται να δείχνουν συγκεκριμένα αποτελέσματα του συγχρονισμένου θήτα tACS στους χρόνους αντίδρασης, οι ακριβείς μηχανισμοί παραμένουν ασαφείς. Απαιτείται περαιτέρω ανάλυση για την αποσύνδεση των ακριβών φυσιολογικών μηχανισμών των αποκρίσεων κατά τη διάρκεια εργασιών WM.

4.4. Μελλοντικά βήματα

Η παρούσα μελέτη ήταν μια μελέτη απόδειξης αρχής για τη διερεύνηση της εμπλοκής του FPN στην εκμάθηση ακολουθίας κινητικότητας. Αυτή η μελέτη έχει ορισμένους περιορισμούς, οι οποίοι συζητούνται χρησιμοποιώντας προτάσεις για μελλοντικές μελέτες. Πρώτον, τα παρόντα δεδομένα υποδηλώνουν μια σαφή επίδραση στη συμπεριφορική απόδοση της παρεμβατικής προσέγγισης κατά τη διάρκεια της εργασίας, ωστόσο, δεν είναι σαφές εάν επηρεάζει τη μάθηση. Δεν υπήρχε σαφής στατιστική αλληλεπίδραση μεταξύ συνθήκης και μπλοκ που να τεκμηριώνει ισχυρό μαθησιακό αποτέλεσμα, αν και πιθανώς υπάρχουν υποδείξεις για πιθανή πρόσθετη επίδραση στη μάθηση χρησιμοποιώντας αλλαγές στην πορεία της ακρίβειας και την τάση για διαφορά για τη συνολική μάθηση στο τέλος της εκπαίδευσης. Αυτό το σημαντικό ανοιχτό ερώτημα πρέπει να αντιμετωπιστεί λεπτομερώς σε επερχόμενες μελέτες με πιο εντατική προπόνηση (π.χ. μεγαλύτερες προπονήσεις, πολλαπλές προπονήσεις). Επιπλέον, οι συνεδρίες παρακολούθησης θα ενισχύσουν την κατανόησή μας για την εδραίωση και την πιθανή διατήρηση της βελτίωσης της συμπεριφοράς. Η κινητική μάθηση περιλαμβάνει πολλαπλές διαδικασίες, όπως η διαδικτυακή και η μάθηση εκτός σύνδεσης. Η διαδικτυακή μάθηση είναι η βελτίωση κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης της εργασίας. Η εκμάθηση εκτός σύνδεσης συμβαίνει μετά την εκπαίδευση και αποτελεί ζωτικό μέρος της ενοποίησης της μαθημένης συμπεριφοράς [67,88e90].

Οι πολλαπλές συνεδρίες θα μας επιτρέψουν να διερευνήσουμε εάν η βελτίωση συνεχίζεται με πολλαπλές προπονήσεις, επηρεάζει διαφορετικά τη διαδικτυακή και την εκτός σύνδεσης μάθηση (ή μόνο στην απόδοση) και εάν διατηρείται για μεγαλύτερες περιόδους. Δεύτερον, επί του παρόντος δεν μπορούμε να συμπεράνουμε εάν η εξατομίκευση της συχνότητας διέγερσης είναι ευεργετική τυποποιημένη συχνότητα (π.χ. 6 Hz) για διέγερση στην παρούσα μελέτη [23e25]. Αυτή η πτυχή ήταν πέρα ​​από το πεδίο της παρούσας μελέτης και πρέπει να αντιμετωπιστεί σε επερχόμενες μελέτες. Η σύγκριση του τυποποιημένου παραδείγματος με την εξατομικευμένη διέγερση θα δώσει στη συνέχεια πιο πειστικά αποτελέσματα σχετικά με τη σημασία της εξατομίκευσης στην ενδογενή ταλαντωτική δραστηριότητα στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας. Τέλος, για την περαιτέρω εξατομίκευση της προσέγγισης, οι μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να εξατομικεύσουν την τοποθέτηση ηλεκτροδίων στον μεμονωμένο εγκέφαλο με βάση προσομοιώσεις.

Στην τρέχουσα μελέτη, η τοποθέτηση ηλεκτροδίων καθορίστηκε από τυποποιημένες θέσεις χρησιμοποιώντας ένα καπάκι EEG με το σύστημα 10/20. Χρησιμοποιήσαμε ομόκεντρα ηλεκτρόδια και κάθε μοντάζ αποτελούνταν από ένα μικρό κυκλικό κεντρικό ηλεκτρόδιο που περιβάλλεται από ένα μεγαλύτερο ηλεκτρόδιο επιστροφής. Αυτή η ρύθμιση έχει αποδειχθεί ότι βελτιώνει την εστίαση σε σύγκριση με άλλα ηλεκτρόδια, όπως τα ορθογώνια ηλεκτρόδια 5 5 cm ή τοποθετήσεις ηλεκτροδίων με το ηλεκτρόδιο επιστροφής σε ξεχωριστή περιοχή [91]. Για μια προσομοίωση της κατανομής ηλεκτρικού πεδίου, βλέπε Εικ. 2Β. Αυτή η βελτιωμένη ευκολία υπογραμμίζει τη σημασία της ακρίβειας της τοποθέτησης των ηλεκτροδίων καθώς η διέγερση είναι πιο αποτελεσματική κοντά στο κέντρο των ηλεκτροδίων [92].

Η επί του παρόντος χρησιμοποιούμενη τεχνική που βασίζεται στο 10-20-σύστημα ηλεκτροδίων έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε μελέτες NIBS [93]. Ωστόσο, αυτό είναι ένα τυποποιημένο σύστημα τοποθέτησης ηλεκτροδίων που βασίζεται σε ανατομικά ορόσημα που μπορεί να διαφέρουν μεταξύ των συμμετεχόντων [94]. Μια πρόσφατη μελέτη από τους Scrivener andReader συνέκρινε τις θέσεις των τοποθετήσεων των ηλεκτροδίων με τη χρήση καλύμματος EEG με εικόνες μαγνητικής τομογραφίας των ίδιων συμμετεχόντων. Διαπίστωσαν ότι οι τοποθετήσεις των ηλεκτροδίων παρέκκλιναν από τις πραγματικές θέσεις του φλοιού με τη μικρότερη SD των 4,35 mm στις μετωπικές περιοχές και τη μεγαλύτερη ΣΔ 6,25 mm στην ινιακή και βρεγματική περιοχή[95]. Αυτές οι αποκλίσεις είναι απίθανο να οδηγήσουν σε διαφορές συμπεριφοράς λόγω της εστίασης της διέγερσης. Ωστόσο, δείχνει ότι υπάρχει περιθώριο βελτίωσης όσον αφορά τον ακριβή προσδιορισμό των θέσεων-στόχων και τη συνέπεια στην τοποθέτηση ηλεκτροδίων. Ένας τρόπος για να βελτιωθεί η ακρίβεια είναι με τη χρήση τεχνικών νευροπλοήγησης που καθοδηγούνται από δομική νευροαπεικόνιση ή με τη χρήση λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας για τον εντοπισμό των ακριβών θέσεων-στόχων για διέγερση[93].

5. Συμπέρασμα

Συμπερασματικά, σε αυτή τη μελέτη, μπορέσαμε να δείξουμε μια αιτιώδη σχέση μεταξύ της διέγερσης του FPN και των βελτιώσεων στην εργασία anMSL. Επιπλέον, μπορέσαμε να δείξουμε χαρακτηριστική αποτελεσματικότητα του συγχρονισμού FPN για εργασίες κινητήρα με χαμηλό και υψηλό φορτίο WM, με αποτέλεσμα βελτιωμένη απόδοση στην εργασία κινητήρα με φορτίο υψηλού WM, αλλά όχι αποτελέσματα διέγερσης στην εργασία κινητήρα με χαμηλό φορτίο WM. Παρά τη σαφή επίδραση στο επίπεδο απόδοσης, δεν υπήρξε καμία σαφής επίδραση, πιθανώς μια υπόδειξη, για τη βελτίωση της κινητικής μάθησης, μια πτυχή που πρέπει να αντιμετωπιστεί λεπτομερώς σε επόμενες μελέτες. Οι μηχανισμοί δράσης δείχνουν μια επίδραση της διέγερσης σε μια βελτιωμένη ικανότητα διατήρησης και εκτέλεσης των ακολουθιών. Η τρέχουσα γνώση σχετικά με τη χρήση του tACS για τη στόχευση μετωπιαίων και βρεγματικών περιοχών για τη βελτίωση του MSL είναι περιορισμένη. Ωστόσο, αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η στόχευση του FPN ως δικτύωσης που χρησιμοποιεί εξατομικευμένη διεστιακή ταλαντωτική διέγερση είναι μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση. Επιπλέον, η παρούσα μελέτη έδειξε ότι το theta tACSapplied στο FPN βελτίωσε την απόδοση WM. Αυτό αποκαλύπτει μια σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ του κινητικού και του γνωστικού τομέα που τον δείχνει ως έναν πολλά υποσχόμενο στόχο για παρεμβατικές στρατηγικές που βασίζονται στο NIBS. Ωστόσο, για να γίνει αυτό με επιτυχία, είναι εξαιρετικά σημαντικό μια τέτοια προσέγγιση να είναι αποτελεσματική μόνο όταν το γνωστικό φορτίο μιας αντίστοιχης εργασίας είναι σημαντικά υψηλό, όπως φαίνεται εδώ από το φορτίο WM.

Συνολικά, το εξατομικευμένο ενορχηστρωμένο διεστιακό tACS που εφαρμόστηκε στο FPN βελτίωσε την απόδοση σε μια εργασία MSL. Αυτό μπορεί να προσφέρει πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την ενίσχυση των κινητικών δεξιοτήτων και της κινητικής μάθησης σε ανθυγιεινούς ηλικιωμένους και νευρολογικούς ασθενείς που παρουσιάζουν ελλείμματα στην κινητική απόδοση ή/και στην κινητική μάθηση.

Χρηματοδότηση

Το παρόν έργο υποστηρίχθηκε από το Ίδρυμα Defitech (Morges, CH) και από το #2017-205 'Personalized Health and RelatedTechnologies (PHRT-205)' του τομέα ETH.

Δήλωση συνεισφοράς πίστωσης συγγραφής

LR Draaisma: Εννοιολόγηση, Σχεδιασμός πειράματος, Μεθοδολογία, Επικύρωση, Απόκτηση δεδομένων, Τυπική ανάλυση, Σύνταξη πρωτότυπου σχεδίου, Σύνταξη ηλεκτρονικής κριτικής & επεξεργασία, Οπτικοποίηση, Διαχείριση έργου. MJ Wessel: Conceptualization, Project Administration, Writing e review & editing. M. Moyne: Επικύρωση, Τυχαιοποίηση, Απόκτηση Δεδομένων. T. Morishita: Συγγραφή ηλεκτρονικής κριτικής & επεξεργασίας. FC Hummel: Εννοιολόγηση, Σχεδιασμός πειράματος, Ερμηνεία αποτελεσμάτων, Σύνταξη ηλεκτρονικής κριτικής & επιμέλεια.

Δήλωση ανταγωνιστικών συμφερόντων

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι δεν έχουν γνωστά ανταγωνιστικά οικονομικά συμφέροντα ή προσωπικές σχέσεις που θα μπορούσαν να έχουν φανεί ότι επηρεάζουν την εργασία που αναφέρεται σε αυτό το άρθρο.

Ευχαριστίες

Ευχαριστούμε τον Pablo Maceira για την ανάγνωση του χειρογράφου και την παροχή εξαιρετικών σχολίων, την Elena Beanato για την παροχή του σεναρίου για την προεπεξεργασία των δεδομένων SFTT, τον Roberto Salamanca-Giron για τη συνεισφορά του παρέχοντας και προσαρμόζοντας το σενάριο Matlab του για την ανάλυση αιχμής συχνότητας EEG και την Giorgia Giulia Evangelista για τη συνεισφορά της στη δημιουργία του SimNIBS και τη βοήθειά της με την οπτικοποίηση των ηλεκτροδίων δακτυλίου και την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου. Αυτή η μελέτη υποστηρίχθηκε από την εγκατάσταση EEG της πλατφόρμας HumanNeuroscience, Fondation Campus Biotech Geneva, Γενεύη, Ελβετία.

βιβλιογραφικές αναφορές

[1] Willingham DB. Μια νευροψυχολογική θεωρία εκμάθησης κινητικών δεξιοτήτων. PsycholRev 1998;105:558e84.https://doi.org/10.1037/0033-295X.105.3.558.

[2] Dupont-Hadwen J, Bestmann S, Stagg CJ. Η κινητική προπόνηση ρυθμίζει την ενδοφλοιική ανασταλτική δυναμική στον κινητικό φλοιό κατά την προετοιμασία της κίνησης. Brain Stimul 2019;12:300e8.https://doi.org/10.1016/j.brs.2018.11.002.

[3] Karni A, Meyer G, Jezzard P, Adams MM, Turner R, Ungerleider LG. Στοιχεία λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας για την πλαστικότητα του κινητικού φλοιού των ενηλίκων κατά τη διάρκεια της εκμάθησης κινητικών δεξιοτήτων. Nature 1995;377:155e8.https://doi.org/10.1038/377155a0.

[4] Seidler RD, Bo J, Anguera JA. Νευρογνωστική συμβολή στην κινητική μάθηση: ο ρόλος της μνήμης εργασίας. J Mot Behav 2012; 44:445e53.https://doi.org/10.1080/00222895.2012.672348.

[5] Buch ER, Santarnecchi E, Antal A, Born J, Celnik PA, Classen J, et al. Επιδράσεις oftDCS στην κινητική μάθηση και στο σχηματισμό μνήμης: ένα έγγραφο συναίνεσης και κριτικής θέσης. Clin Neurophysiol Off J Int Fed Clin Neurophysiol 2017;128:589e603.https://doi.org/10.1016/j.clinph.2017.01.004.

[6] Wessel MJ, Zimerman M, Hummel FC. Μη επεμβατική διέγερση του εγκεφάλου: ανεπεμβατικό εργαλείο για την ενίσχυση της εκπαίδευσης συμπεριφοράς μετά από εγκεφαλικό. Εμπρός HumNeurosci 2015; 9:265.https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00265.

[7] Krause V, Meier A, Dinkelbach L, Pollok B. Η διακρανιακή εναλλασσόμενη ζώνη (tACS) και η διέγερση συνεχούς ρεύματος (tDCS) ζώνης βήτα που εφαρμόζονται μετά την αρχική εκμάθηση διευκολύνουν την ανάκτηση μιας κινητικής ακολουθίας. Front Behav Neurosci 2016;10.https://doi.org/10.3389/fnbeh.2016.00004.

[8] Pollok B, Boysen AC, Krause V. Η επίδραση της διακρανιακής διέγερσης εναλλασσόμενου ρεύματος (tACS) σε συχνότητα άλφα και βήτα στην κινητική μάθηση. Behav BrainRes 2015; 293:234e40.https://doi.org/10.1016/j.bbr.2015.07.049.

[9] Anguera JA, Reuter-Lorenz PA, Willingham DT, Seidler RD. Συμβολή της χωρικής μνήμης εργασίας στην οπτικοκινητική μάθηση. J Cognit Neurosci 2010;22:1917e30.https://doi.org/10.1162/jocn.2009.21351.

[10] Maxwell JP, Masters RSW, Eves FF. Ο ρόλος της μνήμης εργασίας στην κινητική μάθηση και την απόδοση. Conscious Cognit 2003; 12:376e402.https://doi.org/10.1016/s1053-8100(03)00005-9.

For more information:1950477648nn@gmail.com