Langanhaltende, dissoziierbare Verbesserungen des Arbeitsgedächtnisses und des Langzeitgedächtnisses bei älteren Erwachsenen mit repetitiver Neuromodulation Teil 2

Sechzig ältere Teilnehmer (Tabelle 1) wurden in drei Gruppen (Schein-, DLPFC-Theta- und IPL-Gamma-Gruppe; Abb. 1) randomisiert und gingen ähnlich wie Experiment 1 vor. Experiment 3 diente als Test zur Replikation der primären Ergebnisse aus Experiment 1.

Experimente und Gedächtnis hängen eng zusammen, denn das Experiment selbst ist eine Form des Lernens und des Gedächtnisses, und das Gedächtnis ist das Ergebnis dessen, was wir im Experiment lernen.

Um Experimente durchzuführen, müssen wir uns an die experimentellen Schritte, Vorsichtsmaßnahmen und experimentellen Ergebnisse erinnern, was ein gutes Gedächtnis erfordert. Gleichzeitig können Experimente auch unser Gedächtnis trainieren und verbessern, da wir in Experimenten die experimentellen Ergebnisse wiederholt beobachten und analysieren sowie diese Informationen synthetisieren und auswendig lernen müssen.

Insbesondere wissenschaftliche Experimente erfordern häufig wiederholte Experimente, um den Vergleich und die Analyse verschiedener experimenteller Ergebnisse abzuschließen. Dies erfordert nicht nur ein gutes Gedächtnis während des Experiments, sondern auch einen flexiblen Einsatz unserer Denk-, Verständnis- und Analysefähigkeiten, um wichtige Informationen zu extrahieren und unsere Lernfähigkeit und unser Gedächtnis weiter zu verbessern.

Der Zusammenhang zwischen Experimenten und Gedächtnis spiegelt sich auch darin wider, inwieweit Experimente unsere Wissensreserven bereichern. Durch die Teilnahme an Experimenten können wir viele neue Konzepte, Fähigkeiten und Theorien erlernen. Die Anhäufung dieses Wissens wird unserem Gedächtnis und unseren Lernfähigkeiten weiterhin neue Vitalität und Kraft verleihen.

Daher müssen wir im täglichen Leben über verschiedene Kanäle an Experimenten teilnehmen und unser Gedächtnis und unsere Lernfähigkeit durch Übung verbessern. Experimente sind eine der besten Möglichkeiten, Ihr Gedächtnis zu trainieren. Lasst uns positiv sein, gut im Umgang mit Experimenten und im Gedächtnis und uns ständig verbessern und verbessern. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola auch das Gleichgewicht von Neurotransmittern regulieren kann, beispielsweise durch die Erhöhung des Acetylcholin- und Wachstumsfaktorspiegels. Diese Stoffe sind sehr wichtig für das Gedächtnis und das Lernen. Darüber hinaus kann Fleisch auch die Durchblutung verbessern und die Sauerstoffversorgung fördern, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Gehirn ausreichend Nährstoffe und Energie erhält, wodurch die Vitalität und Ausdauer des Gehirns verbessert werden.

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Hier wurde eine neue Stichprobe von 30 Teilnehmern randomisiert den beiden kritischen Bedingungen von Interesse aus Experiment 1 (DLPFC-Gamma und IPL-Theta) zugeteilt und erhielt nur an drei aufeinanderfolgenden Tagen eine Neuromodulation; Wie in Experiment 1 untersuchten wir die Gedächtnisleistung zu Beginn und während jeder Neuromodulationssitzung.

Die DLPFC-Gammamodulation verbessert selektiv die LTM.

Experiment 1: Die freie Erinnerungsleistung über die Fünf-Wörter-Listen, die während der Neuromodulation verabreicht wurden, wurde gemittelt und in eine gemischte ANOVA mit Tag (Grundlinie, Tag 1, Tag 2, Tag 3, Tag 4 und 1 Monat nach der Intervention) und serieller Position (Primat, Mitte 1, Mitte 2, Mitte 3 und Aktualität) als Faktoren innerhalb der Subjekte und Gruppe (Schein, DLPFC-Gamma und IPL-Theta) als Faktor zwischen den Subjekten.

Wir beobachteten eine signifikante Tag × serielle Position × Gruppeninteraktion (F21.4,611.5=3.875, P<0.001, ηp 2=0.120). A follow-up mixed ANOVA examining performance between the sham and DLPFC gamma groups showed a similar day × serial position × group interaction effect (F10.1,384.0=3.064, P<0.001, ηp 2=0.087). 

Zusätzliche Folgeanalysen, die den Einfluss des Tages auf die Interaktion zwischen serieller Position und Gruppe testeten, zeigten, dass die Unterschiede in den Schein- und DLPFC-Gammagruppen am zweiten Tag vorhanden waren (F3.3,126.8=7.228,P<0.001, ηp 2=0.160), day 3 (F2.9,110.3=15.331, P<0.001, ηp 2=0.287), day 4 (F2.8,107.0=10.698, P<0.001, ηp 2=0.220) and 1month after intervention (F2.6,100.5=3.435, P=0.024, ηp 2=0.083). 

Bei der Untersuchung der Auswirkung der seriellen Position auf die Interaktion zwischen Tag und Gruppe beobachteten wir signifikante Verbesserungen der Gedächtnisleistung für den Primatcluster in der DLPFC-Gammagruppe in Bezug auf Schein (F3.6,140.4=7.470, P<0.001, ηp 2=0.164) and no differences in any other serial position cluster (Fs<2.262, ps>0.085). 

Die Analyse der Verbesserungen im Primat-Cluster und t-Tests bei unabhängigen Stichproben zeigten eine signifikant höhere Primat-Leistung in der DLPFCgamma-Gruppe im Vergleich zur Scheingruppe am Tag 2, Tag 3, Tag 4 und 1 Monat nach der Intervention (Abb. 2a, oben, Mitte). .

Das Ergebnismuster blieb unverändert, wenn zusätzliche Faktoren wie Alter, Geschlecht, Bildungsjahre, MoCA und GDS-Scores als Kovariaten berücksichtigt wurden (Ergänzungstabellen 1–3). Explorative Analysen deuteten auf möglicherweise größere Verbesserungen bei Männern als bei Frauen hin, diese Effekte überlebten jedoch die Korrektur mehrerer Vergleiche nicht (Erweiterte Daten, Abb. 1).

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die rhythmische Neuromodulation im Gammaband, die auf die linke DLPFC abzielt, die LTM bei älteren Erwachsenen bevorzugt verbessert. Die Verbesserungen wurden ab dem zweiten Tag der Neuromodulation rasch eingeleitet, hielten an allen folgenden Neuromodulationstagen an und hielten mindestens einen Monat nach der Intervention an.

Die IPL-Theta-Modulation verbessert selektiv das WM.

Wir haben in Experiment 1 auch einen Tag × serielle Position × Gruppeninteraktionseffekt zwischen Schein- und IPL-Theta-Gruppen mithilfe einer gemischten ANOVA untersucht. Dieser Interaktionseffekt war signifikant (F9.0,342.9=3.111,P=0.001, ηp2=0.076).

Nachfolgende gemischte ANOVAs zeigten die spezifischen Tage, an denen die Interaktion zwischen serieller Position und Gruppe signifikant war. Am dritten Tag wurden Verbesserungen der Gedächtnisleistung beobachtet (F3,6,137.3=5,713, P<0.001, ηp 2=0.131), day 4 (F3.1,120.6=18.93, P<0.001, ηp 2=0.333) and 1month after intervention (F2.8,109.3=3.852, P=0.013, ηp 2=0.092). 

Zusätzliche ANOVAs zeigten, dass die Tag-Gruppen-Wechselwirkung nur für den Aktualitätsreihenpositionscluster (F2.6,100.7=5.116, P=0.004,ηp2=0.119) signifikant war, nicht jedoch für andere Positionscluster (Fs<1.005, ps>0.407). T-Tests unabhängiger Stichproben zeigten signifikante Verbesserungen des Aktualitätseffekts in der IPL-Theta-Gruppe im Vergleich zur Scheingruppe am 3. und 4. Tag der Neuromodulation, und diese Verbesserungen hielten am 1- an. Monat nach dem Eingriff (Abb. 2a, oben und unten).

Das Wirkungsmuster wurde durch die Einbeziehung zusätzlicher Kovariaten nicht beeinflusst (Ergänzungstabellen 1–3). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Theta-Rate-Neuromodulation, die auf die linke IPL abzielt, WM bei älteren Personen selektiv verstärkt, ohne Verhaltenskosten für andere Gedächtnissysteme.

Diese selektiven Gedächtnisverbesserungen waren am dritten Tag der Intervention offensichtlich und hielten im Vergleich zur Gedächtnisleistung der Teilnehmer der Scheingruppe mindestens einen Monat an.

Es sind bestimmte Standort- und Frequenzkombinationen erforderlich.

Experiment 1 zeigte eine verbesserte WM-Funktion durch wiederholte Modulation der IPL-Theta-Rhythmen. Allerdings tragen sowohl der Theta- als auch der Gamma-Frequenzrhythmus zur WM-Funktion bei32.

Daher ist es wichtig zu bestätigen, ob WM-Verbesserungen speziell aufgrund der Theta-Modulation im IPL auftreten oder ob sie auch mit der Gamma-Modulation im IPL möglich sind. Ebenso ist es wichtig zu bestätigen, ob LTM-Verbesserungen mit DLPFCmodulation speziell auf Gamma-Entrainment zurückzuführen sind oder ob Theta-Entrainment ähnliche Effekte hervorrufen kann.

Um diese Möglichkeiten zu testen, führten wir Experiment 2 nach dem gleichen Design wie Experiment 1 durch, mit der Ausnahme, dass die drei Versuchsgruppen Schein-, IPL-Gamma- oder DLPFC-Theta-Modulation erhielten.

Eine gemischte ANOVA mit Tag (Basislinie, Tag 1, Tag 2, Tag 3, Tag 4 und 1 Monat) und serieller Position (Primat, Mitte 1, Mitte 2, Mitte 3 und Aktualität) als Faktoren innerhalb der Subjekte und Gruppe (Schein, DLPFC Theta und IPL Gamma) als Zwischen-Subjekt-Faktor konnten keine signifikanten Unterschiede in der Rückrufleistung feststellen (Tag × Serienposition × Gruppe: F25,3,721.9=0.535, P=0.971 , ηp2=0.018; Abb. 2b).

Dies wurde durch die Einbeziehung von Kovariaten nicht beeinflusst (F24.3,633.2=0.630, P=0.916,ηp2=0.024). Dies weist darauf hin, dass die Verbesserungen, die wir in Experiment 1 beobachtet haben, sowohl ortsspezifisch als auch frequenzspezifisch sind: Modulation der Theta-Rhythmen im IPL und nicht der Gamma-Rhythmen, verbessertes WM ohne Beeinträchtigung des LTM; und die Modulation von Gammarhythmen im DLPFC und nicht von Theta-Rhythmen verbesserte die LTM, ohne die WM zu beeinträchtigen.

Darüber hinaus dienen die beiden unterschiedlichen Frequenzbedingungen für eine bestimmte Gehirnregion in den beiden Experimenten als aktive Kontrollen füreinander. Folglich bestätigen diese Ergebnisse, dass die in Experiment 1 beobachteten Effekte nicht auf eine unspezifische Wirkung von tACS wie transretinale oder transkutane Modulation33 zurückzuführen sind, sondern auf eine frequenzspezifische Mitnahme relevanter Schaltkreise im Gehirn.

Validierung von Schein- und Vorinterventions-Basiskontrollen.

Um die Gültigkeit der Kontrollverfahren und damit die Stärke der Hauptergebnisse zu testen, untersuchten wir die Erinnerungsleistung zum Basiszeitpunkt vor der Intervention in allen Gruppen (Experiment 1: Schein, DLPFC-Gamma und IPL-Theta; Experiment 2: Schein, DLPFC-Theta, und IPL-Gamma; Abb. 2a, b, „Baseline“-Zeitpunkt) und serielle Positionen.

Eine gemischte ANOVA zum Vergleich dieser Gruppen ergab keinen signifikanten Interaktionseffekt der seriellen Position (Primat, Mitte 1, Mitte 2, Mitte 3 und Aktualität) oder der Gruppe (Experiment 1: Schein, DLPFC-Gamma und IPL Theta; Experiment 2: Schein, DLPFC Theta und IPL-Gamma) auf die Leistung zum Basiszeitpunkt vor der Intervention mit oder ohne Kovariaten in beiden Experimenten (Fs<0.925, ps>0.488). 

Diese Ergebnisse legen nahe, dass sich die drei Gruppen in jedem Experiment in ihrer grundlegenden Gedächtnisleistung für keinen seriellen Positionscluster unterschieden. Somit waren die selektiven Effekte der Neuromodulation auf serielle Positionen in keinem der Experimente auf inhärente Unterschiede innerhalb der drei Gruppen zurückzuführen.

Darüber hinaus haben wir getestet, wie stabil und zuverlässig die Erinnerungsleistung für serielle Positionscluster innerhalb der Scheingruppe über die Zeitpunkte in jedem Experiment hinweg war (Grundlinie, Tag 1, Tag 2, Tag 3, Tag 4 und 1 Monat; Abb. 2a, b). , Spitze).

Eine ANOVA mit wiederholten Messungen, die den Interaktionseffekt zwischen Tag und serieller Position innerhalb der Scheingruppe untersuchte, zeigte in keinem der Experimente signifikante Unterschiede mit oder ohne Kovariaten (Fs<1.603, ps>0.135). 

Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse die Stabilität und Zuverlässigkeit der Gedächtnisleistung während der Basislinie vor der Intervention über verschiedene Teilnehmergruppen und innerhalb derselben Teilnehmergruppe über verschiedene Bewertungszeitpunkte hinweg, die länger als einen Monat dauern, was zusammen das Vertrauen in die Gültigkeit der Kontrollverfahren stärkt resultierende tACS-Verbesserungen.

Die viertägige Verbesserungsrate sagt Vorteile einen Monat später voraus.

Nachdem wir die Ortsspezifität und Häufigkeitsspezifität der Gedächtnisverbesserungen ermittelt hatten, untersuchten wir als Nächstes Faktoren, die nachhaltige Effekte vorhersagen. Wir haben die Verbesserungsraten bei LTM (Primat) und WM (Aktualität) über die 4-tägige Intervention in Experiment 1 ausgewertet.

Von den 20 Teilnehmern der DLPFC-Gamma-Gruppe zeigten 17 (85 %) eine positive Rate an Primatverbesserungen über die 4 Tage. Ebenso zeigten 18 (90 %) der 20 Teilnehmer, die IPL-Theta-Modulation erhielten, eine positive Rate an Rezenzverbesserungen über die 4 Tage.

Durch die Modellierung dieser Daten mithilfe der linearen Regression beobachteten wir eine signifikant höhere mittlere Verbesserungsrate für Primat über 4 Tage der DLPFC-Modulation im Vergleich zur Schein-Modulation und für die Aktualität während der IPL-Modulation im Vergleich zur Schein-Modulation (Abb. 3), aber das Gegenteil war nicht der Fall.

Weder die Aktualität in der DLPFC-Gamma-Gruppe noch die Vorrangstellung in der IPL-Theta-Gruppe unterschied sich signifikant von der Scheinuntersuchung nach der Bonferroni-Korrektur (Abb. 3). Bemerkenswerterweise war die Verbesserungsrate während der Intervention ein starker Prädiktor für die Gedächtnisvorteile nach der Intervention: Teilnehmer mit höheren Primatverbesserungsraten während der DLPFC-Modulation zeigten die größten Primatverbesserungen nach einem Monat (r18=0.817, Pcorr<0.001), and participants with greater recency improvement rates during IPL modulation showed the largest recency benefits at 1month (r18=0.655, Pcorr=0.002) (Fig. 4a,b). 

Auch hier war das Gegenteil nicht der Fall (DLPFC-Aktualität: r18=0.243, Pcorr=0.303; IPL-Primat: r18=0.385, Pcorr=0.094; Pearson-Test, zweiseitig, Bonferronicorrection, Pcorr<0.0125). 

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass nicht nur die überwältigende Mehrheit der älteren Menschen Gedächtnisverbesserungen erlebte – selektiv für WM oder LTM, abhängig von der Art der Neuromodulation –, sondern auch das Ausmaß und damit die Nachhaltigkeit der Gedächtnisverbesserungen einen Monat später in hohem Maße durch die Geschwindigkeit der Gedächtnisverbesserungen während des Zeitraums vorhergesagt wurden. {3}}Tagesintervention.

Die allgemeine kognitive Funktion moderiert Gedächtnisverbesserungen.

Frühere Studien haben gezeigt, dass die Wirkung von tACS durch grundlegende Verhaltenszustände34 und neuronale Zustände35 moduliert werden kann. Wir untersuchten daher, ob Gedächtnisverbesserungen aufgrund der Neuromodulation in Experiment 1 durch das Niveau der kognitiven Grundfunktion gemildert wurden.

Wir führten eine teilnehmerweise Regression der MoCAscores, der Gedächtnisleistung zum Zeitpunkt 1-Monat nach der Intervention und der Änderungsrate der Gedächtnisleistung während der Tage 1–4 für die seriellen Positionscluster Primat und Aktualität durch (Abb. 5). ).

Teilnehmer mit einer niedrigeren kognitiven Grundleistung in der DLPFC-Gamma-Gruppe zeigten höhere Raten der Primatverbesserung während der {{0}}tägigen Intervention (r18=−0,822, P<0.001; Fig. 5a) and showed larger primacy gains at 1 month after intervention (r18=−0.795, P<0.001; Fig. 5b). 

No such relationships were held for recency in the DLPFC gamma group (rs18>−0.25, ps>{{0}}.288;Abb. 5c,d). Darüber hinaus zeigten Teilnehmer mit niedrigerer kognitiver Ausgangsleistung in der IPL-Theta-Gruppe über die 4 Tage höhere Aktualitätsverbesserungsraten (r18=−0,824, P<0.001; Fig. 5g) and greater recency improvements after 1 month (r18=−0.499, P=0.025; Fig. 5h). Consistent with previous analyses, the level of cognitive performance did not predict changes in primacy during or after IPL modulation (rs18>−0.274, ps>0.242; Abb. 5e,f).

Daher zeigte sich bei älteren Teilnehmern mit relativ geringer Ausgangskognition deutlicher, dass die Auswirkungen der Gamma-Rate-DLPFC- und Theta-Rate-IPL-Modulation auf Primat bzw. Aktualität bevorzugt sind.

This conclusion, which suggests distinctive functions of prefrontal gamma rhythms for LTM and parietal theta rhythms for WM, was reinforced by the absence of participant-wise correlations in the sham group between baseline cognitive behavior and primacy or recency measured during or after sham (rs18>0.064, ps>0.79). 

Diese Ergebnisse legen nahe, dass die großräumige Populationsdynamik, die die Gedächtnisfunktion bei älteren Menschen unterstützt, abhängig vom individuellen Niveau der allgemeinen kognitiven Leistung unterschiedlich moduliert werden kann.

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