Langanhaltende, dissoziierbare Verbesserungen des Arbeitsgedächtnisses und des Langzeitgedächtnisses bei älteren Erwachsenen mit repetitiver Neuromodulation Teil 3

Replikation primärer Ergebnisse in einer unabhängigen Stichprobe.

Wir haben ein zusätzliches Experiment durchgeführt, um zu testen, ob sich die primären Beobachtungen aus Experiment 1 in einer unabhängigen Stichprobe wiederholen. Experiment 3 bestand aus 30 älteren Teilnehmern, die randomisiert ausgewählt wurden, um während der Durchführung der Free-Recall-Aufgabe entweder DLPFC-Gamma- oder IPL-Theta-Neuromodulation zu erhalten.

Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen Neuromodulation und Gedächtnis. Neuromodulation verbessert das Gedächtnis, indem sie Verbindungen und Informationsübertragung zwischen Gehirnzellen fördert. Das Gedächtnis ist ein wichtiger Eckpfeiler des menschlichen Überlebens und der menschlichen Entwicklung. Durch neuronale Regulierung kann es uns helfen, Wissen besser zu beherrschen und anzuwenden.

Neuromodulation kann viele Aspekte des Gedächtnisses beeinflussen. Erstens kann Neuromodulation die Aktivität in der Großhirnrinde beeinflussen und dadurch Wahrnehmung, Aufmerksamkeit und kognitive Fähigkeiten modulieren. Sie sind die Grundlage für die Gedächtnisbildung und können uns durch Neuromodulation dabei helfen, Informationen besser zu verstehen, zu erinnern und anzuwenden.

Zweitens kann Neuromodulation auch die Verbindungen und Signale zwischen Neuronen modulieren. Die Anzahl und Struktur der Verbindungen zwischen Neuronen kann sich direkt auf die Gedächtnisleistung auswirken. Die Verbindungen und Signalübertragung zwischen Neuronen können durch Neuromodulation verbessert werden, wodurch die Gedächtnisleistung verbessert wird.

Darüber hinaus kann die Neuromodulation den Hippocampus und andere neuronale Populationen im Gehirn beeinflussen, um die Beibehaltung und Überprüfung des Langzeitgedächtnisses zu fördern. Durch Neuromodulation können wir die Verbindungen zwischen Neuronenpopulationen besser regulieren und die Kodierung und Speicherung von Erinnerungen verbessern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Zusammenhang zwischen Neuromodulation und Gedächtnis sehr eng ist. Durch die Verbesserung der Neuromodulation können wir unser Gedächtnis verbessern und Wissen besser erfassen und anwenden. Dies wirkt sich positiv auf unser Studium, unsere Arbeit und unser Leben aus. Daher sollten wir auf die Auswirkungen der Neuromodulation auf das Gedächtnis achten und die Entwicklung der Neuromodulation und des Gedächtnisses durch körperliche Betätigung, Ernährungsregulierung usw. fördern müssen das Gedächtnis verbessern, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola ein traditionelles chinesisches Arzneimittel ist, das viele einzigartige Wirkungen hat, darunter die Verbesserung des Gedächtnisses. Die Wirksamkeit von Hackfleisch beruht auf den verschiedenen darin enthaltenen Wirkstoffen, darunter Säure, Polysaccharide, Flavonoide usw. Diese Inhaltsstoffe können die Gesundheit des Gehirns auf verschiedene Weise fördern.

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Das befolgte Neuromodulationsprotokoll ähnelte weitgehend Experiment 1, mit der Ausnahme, dass die Neuromodulation an drei statt an vier aufeinanderfolgenden Tagen durchgeführt wurde und keine langfristige Nachbeobachtung beinhaltete.

Die Gedächtnisleistung wurde zu Studienbeginn und während jeder Neuromodulationssitzung untersucht. Eine gemischte ANOVA mit Tag (Basislinie, Tag 1, Tag 2 und Tag 3) und serieller Position (Primat, Mitte 1, Mitte 2, Mitte 3 und Aktualität) als Faktoren innerhalb der Subjekte und Gruppe (DLPFCgamma und IPL Theta) als zwischen- Der Probandenfaktor zeigte signifikante Unterschiede in der Gedächtnisleistung (Tag × serielle Position × Gruppe: F7,9,220.8=6.315, P<0.001, ηp 2=0.184; Fig. 6a), and this effect remained significant even after accounting for covariates (F7.7,176.1=5.887, P<0.001, ηp 2=0.204). 

Follow-up-ANOVAs zeigten eine signifikante Interaktion zwischen serieller Position und Gruppe an den Tagen 2 und 3 der Neuromodulation und eine signifikante Interaktion zwischen Tag und Gruppe für die Primat- und Aktualitätscluster (Ergänzungstabelle 4). Zweiseitige t-Tests bei unabhängigen Stichproben zeigten, dass die Gedächtnisleistung im Primatcluster in der DLPFC-Gamma-Gruppe im Vergleich zur IPL-Theta-Gruppe am zweiten und dritten Tag der Neuromodulation signifikant verbessert war (Abb. 6a, oben).

Die Leistung im Aktualitätscluster war in der IPL-Theta-Gruppe im Vergleich zur DLPFC-Gamma-Gruppe am dritten Tag der Intervention signifikant höher (Abb. 6a, unten). Diese Ergebnisse entsprechen den Beobachtungen aus Experiment 1 (Abb. 2a, links). Die Ausgangsleistung unterschied sich nicht zwischen den beiden Gruppen (Ergänzungstabelle 4), wodurch unspezifische Unterschiede zwischen den Gruppen ausgeschlossen wurden.

Bei der Untersuchung der Beziehung zwischen der kognitiven Grundfunktion und der Gedächtnisleistung stellten wir fest, dass Personen mit niedrigeren MoCA-Werten in der DLPFCgamma-Gruppe am Tag 3 nur im Primatcluster (r13=−0.672, P=0.006; Abb. 6b,c), wohingegen diejenigen mit niedrigeren MoCA-Werten in der IPL-Theta-Gruppe am dritten Tag nur im Aktualitätscluster (r13=) ​​eine bessere Gedächtnisleistung zeigten. −0,618,P=0,014; Abb. 6d,e), ähnlich den Ergebnissen in Experiment 1 (Abb. 5).

Zusammengenommen reproduzieren diese Beobachtungen in einer unabhängigen Stichprobe von Teilnehmern die primären Ergebnisse von Experiment 1 und stärken das Vertrauen in die daraus gezogenen Schlussfolgerungen weiter.

Diskussion

Wir legen Beweise für selektive Verbesserungen bei WM und LTM bei älteren Erwachsenen durch dissoziierbare räumlich-spektrale Mitnahme von Gehirnrhythmen vor, und die Verbesserungen halten mindestens einen Monat nach der Intervention an. Experiment 1 zeigte, dass selektive Änderungen der WM- und LTM-Funktion durch die Mitnahme von Thetarhythmen im IPL bzw. Gammarhythmen im DLPFC möglich sind.

Experiment 2 zeigte, dass das Umschalten der Modulationsfrequenzen zwischen den beiden Regionen keine Vorteile brachte. Folglich ist es die Kombination aus anatomischer Lage und rhythmischer Frequenz, die das geeignete Substrat für die Verbesserung des Gedächtnisses bestimmt.

Darüber hinaus wurde bestätigt, dass die während Experiment 1 beobachteten Verbesserungen auf die Mitnahme funktionsspezifischer Gehirnschaltkreise und nicht auf unspezifische Effekte wie transretinale oder transkutane Stimulation zurückzuführen waren 33.

Darüber hinaus beobachteten wir größere Verbesserungen bei Personen mit schlechterer kognitiver Funktion. Diese Ergebnisse wurden in einer unabhängigen Stichprobe in Experiment 3 weiter wiederholt.

Wir fanden außerdem heraus, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Gedächtnisfunktion während des Eingriffs verbessert, die Gedächtnisstärke einen Monat nach dem Eingriff vorhersagt und somit eine wichtige Kennzahl zur Messung des Ansprechens auf die Behandlung in zukünftigen Studien liefert.

Zusammengenommen legen diese Ergebnisse nahe, dass die Gedächtnisfunktion bei älteren Erwachsenen durch die Modulation funktionsspezifischer Gehirnrhythmen selektiv und nachhaltig verbessert werden kann.

Die Spezifität, mit der unterschiedliche rhythmische Neuromodulationsprotokolle unterschiedliche Gedächtnisfunktionen beeinflussten, mag überraschend erscheinen, wenn man die Literatur bedenkt, die die allgemeine Beteiligung sowohl frontaler als auch parietaler Regionen sowie sowohl Theta- als auch Gamma-Rhythmen an der WM- und LTM-Funktion dokumentiert36,37.

Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil sowohl beim Kodieren als auch beim Abrufen aller in einer Liste präsentierten Wörter eine Neuromodulation durchgeführt wurde. Unsere Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass unsere Interventionen zwei unterschiedliche kognitive Operationen manipulierten. In Anlehnung an das Dual-Store-Framework nehmen wir an, dass die IPLtheta-Modulation den WM-Betrieb verbessert.

Im Gegensatz zu früheren Neuromodulationsstudien mit visuell-räumlichen Memoranden18 glauben wir jedoch nicht, dass die IPL-Theta-Modulation die WM-Kapazität per se verbessert. Wäre dies der Fall, wären neben dem Aktualitätscluster auch in einigen mittleren Positionsclustern Verbesserungen der Speicherleistung zu beobachten gewesen.

Wir erwarten auch keine Steigerungen der allgemeinen Aufmerksamkeitsfunktion durch die IPL-Theta-Modulation. Obwohl angenommen wird, dass parietale Theta-Rhythmen das Aufmerksamkeits-Sampling erleichtern38, gibt es kaum Hinweise darauf, dass sich die Aufmerksamkeit durch parietale Theta-Entrainment verändert39.

Stattdessen schlagen wir vor, dass die IPL-Theta-Modulation die zeitliche Trennung zwischen aufeinanderfolgenden Speicherdarstellungen erleichtert und die Interferenz zwischen ihnen minimiert hat15.

Darüber hinaus ist bekannt, dass Theta-Rhythmen auch den zeitlichen kontextvermittelten Abruf erleichtern40, was möglicherweise einen gemeinsamen neurophysiologischen Mechanismus widerspiegelt, der der konservierten Aufrechterhaltung und dem kontextbasierten Abruf von WM-Repräsentationen zugrunde liegt. Intrinsische Einschränkungen der WM-Kapazität, die von der Neuromodulation nicht beeinflusst werden, können diese Verbesserungen nur auf die späteren Wörter in der Liste beschränken und dadurch nur den Aktualitätscluster verbessern.

Wenn ja, dann könnten diese Ergebnisse neben der Änderung der Gedächtniskapazität einen weiteren Ansatz zur nicht-invasiven Verbesserung der WM-Funktion im Rahmen der einflussreichen Theta-Gamma-Kreuzfrequenzkopplungstheorie15 widerspiegeln18.

Die Möglichkeit, dass die IPL-Thetamodulation zwar die Pflege und den Abruf von Laterlist-Elementen erleichtert hat, die Übertragung zuvor präsentierter Informationen an LTM jedoch nicht verbessert hat, könnte weiter zur Selektivität der Effekte beigetragen haben. Dies könnte auf das Vorhandensein unterschiedlicher Kodierungsmechanismen für die beiden Speicherspeicher zurückzuführen sein, eine Möglichkeit, die durch eine aktuelle Studie zur transkraniellen Magnetstimulation (TMS) gestützt wird14.

Alternativ kann die Übertragung von Darstellungen zwischen den beiden Speichersystemen separate exekutive Kontrollprozesse41 umfassen, die vom aktuellen Neuromodulationsdesign nicht betroffen sind. Folglich hat die IPL-Theta-Modulation möglicherweise keine Auswirkungen auf die Speicherdarstellungen im Primatcluster. Stattdessen traten selektiv Verbesserungen des Primateffekts mit der DLPFC-Gammamodulation auf.

Dieses Protokoll hat möglicherweise selektiv die Fähigkeit zum Abrufen der separat codierten oder an LTM übertragenen Darstellungen verbessert, indem es möglicherweise den Hippocampus und andere Temporallappenstrukturen beeinflusst42, die während des verzögerten Abrufs gleichzeitig auch Gammaaktivität zeigen36. Eine frühere Neuromodulationsstudie, in der die Gedächtnisfunktion bei jungen Erwachsenen mit konventionellem tACS in einer Sitzung untersucht wurde, stimmt mit diesem Vorschlag überein22.

Obwohl bekannt ist, dass sowohl der Theta- als auch der Gamma-Rhythmus sowie die DLPFC- und IPL-Regionen im Allgemeinen zur WM- und LTM-Leistung beitragen, können sie bestimmte kognitive Prozesse anzeigen, die selektiv den in der aktuellen Studie beobachteten dissoziierbaren Verbesserungen zugrunde liegen.

Die Ergebnisse der vorliegenden Studie tragen auch zur Debatte rund um theoretische Modelle des freien Abrufs bei. Getrennte neuronale Grundlagen von Primat- und Aktualitätseffekten sind ein heiß diskutiertes Thema in der Neuropsychologie mit widersprüchlichen Beweisen14,43. Die in der aktuellen Studie beobachtete selektive Modulation von Primat- und Aktualitätseffekten stützt eindeutige zugrunde liegende Mechanismen und stimmt mit den Dual-Store-Modellen11 und neuropsychologischen Beobachtungen12,13 überein.

Allerdings sind unsere Erkenntnisse derzeit nicht unvereinbar mit alternativen Modellen des kostenlosen Rückrufs. Beispielsweise führt eine Theorie Primateffekte auf das „Langzeitarbeitsgedächtnis“ zurück, bei dem langfristige Speicher- und Abrufvorgänge die WM-Funktion abhängig von kompetenzabhängigen Abrufstrukturen unterstützen44,45. Diese Ansicht steht nicht im Widerspruch zu der oben genannten Hypothese, dass die DLPFC-Gamma-Neuromodulation den Abruf von LTM beeinflusst haben könnte, wenn auch in dieser Ansicht im Dienst von WM.

Eine Möglichkeit, zwischen diesen beiden Perspektiven zu unterscheiden, besteht darin, die Methode der Personalisierung zur Modulation von Fachwissen zu verwenden45. In diesem Fall würde diese Theorie einen stärkeren Effekt der DLPFC-Gamma-Neuromodulation bei Vorhandensein stärkerer fachwissensabhängiger Abrufstrukturen vorhersagen Da sie nicht zur Erklärung von Primatseffekten gedacht sind, werden Defizite bei Primatseffekten bei älteren Erwachsenen auf Aufmerksamkeitsprozesse zurückgeführt46, die wiederum mit der DLPFC-Gammaaktivität assoziiert sind47. Die DLPFC-Gamma-Neuromodulation hat möglicherweise den intrinsischen Gradienten in der Effizienz von Kodierungsmechanismen weiter verbessert, was sich positiv auf frühe Ereignisse in einer Serie auswirkt46. Mit diesem Effekt ist insbesondere eine erhöhte Gammaaktivität im Temporallappen verbunden17.

Wie oben erläutert, könnte die DLPFC-Gamma-Neuromodulation zu nachgeschalteten Effekten auf die Gamma-Aktivität in den Temporallappenstrukturen geführt haben42, was den Primateffekt verstärkt. Ob sich die DLPFC-Gammaneuromodulation speziell auf LTM-Abrufprozesse oder Aufmerksamkeitsmechanismen auswirkt, kann möglicherweise durch eine granulare Analyse der Gedächtnisleistung innerhalb des Primazyclusters untersucht werden.

Beispielsweise sagt das LTM-Abrufkonto eine additive Verschiebung der Gedächtnisleistung mit zunehmender serieller Position im Primatcluster aufgrund ähnlicher Vorteile für Abrufprozesse an allen seriellen Positionen voraus, während das Aufmerksamkeitskonto eine Verringerung der Steigung der Gedächtnisleistung als Funktion der seriellen Position vorhersagt Dies spiegelt eine Stabilisierung der anhaltenden Aufmerksamkeit wider46.

Der Erfolg des Neuromodulationsprotokolls bei der selektiven Manipulation des Primateffekts wird ein leistungsstarkes Instrument zum Testen dieser konkurrierenden Vorhersagen sein. Zukünftige Studien, die über ausreichend Aussagekraft verfügen, um diese Hypothesen systematisch zu testen, können diese konkurrierenden Vorhersagen eindeutig klären, um die verschiedenen Theorien der freien Erinnerung zu verfeinern und in Einklang zu bringen.

Diese Arbeit trägt zur wachsenden Literatur bei, die potenzielle klinische Vorteile für die Gedächtnisfunktion bei älteren Erwachsenen durch nicht-invasive Techniken nahelegt7. Die in der aktuellen Studie verwendeten Protokolle zeigen, dass die Gedächtnisfunktion nach einer 4-tägigen Intervention für mindestens einen Monat selektiv verbessert werden kann. Diese lang anhaltenden Effekte können aufgrund neuroplastischer Veränderungen48 nach Phasenverriegelung intrinsischer Gehirnrhythmen mit tACS49 entstehen.

Darüber hinaus legen diese Ergebnisse nahe, dass die funktionelle Differenzierung, die typischerweise mit zunehmendem Alter abnimmt50, durch funktionsspezifische Neuromodulation gefördert werden kann. Die Erkenntnisse aus der vorliegenden Studie könnten Anlass für mehrere Untersuchungslinien sein, ihr klinisches Potenzial weiter zu untersuchen. Zukünftige Studien sollten beispielsweise die Generalisierbarkeit dieser Ergebnisse auf verschiedene kognitive Paradigmen untersuchen, die die Gedächtnisfunktion über verschiedene sensorische Bereiche hinweg umfassen, und sie in größeren Studienstichproben replizieren.

Darüber hinaus muss ermittelt werden, wie nachhaltige Effekte gefördert werden können, die über die in der aktuellen Studie beobachtete Dauer von 1-Monaten hinausgehen. Eine Personalisierung des Neuromodulationsprotokolls entsprechend individueller anatomischer und funktioneller Merkmale ist ein möglicher Ansatz6.

Darüber hinaus können die spezifische Frequenz innerhalb der Theta- und Gammabereiche, die Anzahl und Dauer der Modulationssitzungen, der optimale Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Sitzungen und die Interaktion der kognitiven und neuronalen Grundfunktionen mit diesen Metriken systematisch variiert werden, um die optimalsten Modulationsdesigns zu bestimmen.

Darüber hinaus sollten zukünftige Studien zusätzlich zu MoCA umfassendere neuropsychologische Untersuchungen nutzen, um die kognitive Grundfunktion und ihren Zusammenhang mit tACS-induzierten Verbesserungen zu quantifizieren.

Schließlich sollten neben den potenziellen Vorteilen für gesunde ältere Erwachsene auch die translationalen Auswirkungen auf Menschen mit neuropsychiatrischen und neurodegenerativen Erkrankungen untersucht werden, insbesondere solche mit selektiven Gedächtnisdefiziten10 und einem Risiko für Demenz5. Die Erkenntnisse aus der vorliegenden Studie dienen als Sprungbrett für die Untersuchung dieser Fragen von klinischem Interesse.

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