Frontoparietaaliverkkoon kohdistaminen käyttämällä bifokaalista transkraniaalista vaihtovirtastimulaatiota motorisen sekvenssin oppimistehtävän aikana terveillä vanhemmilla aikuisilla, osa 1

abstrakti

Tausta: Terveillä iäkkäillä aikuisilla on heikentynyt motorinen suorituskyky ja motorinen oppimiskyky sekä työmuistin (WM) suorituskyky. WM:n on ehdotettu osallistuvan motorisiin oppimisprosesseihin, kuten sekvenssioppimiseen. Korrelaationäytöt ovat osoittaneet frontoparietaaliverkon (FPN), WM-prosessien taustalla olevan verkon, osallistumisen motorisen sekvenssin oppimiseen.

Motorisella oppimisella tarkoitetaan menetelmiä parantaa oppimisen tehokkuutta ja muistia urheilun, musiikin, tanssin, kamppailulajien jne. avulla. Perinteisistä oppimismenetelmistä poiketen motorisessa oppimisessa kiinnitetään enemmän huomiota kehon ja aivojen koordinoituun toimintaan, mikä tekee oppimisesta rennompaa ja nautinnollisempaa .

Motorisen oppimisen vaikutus muistiin on erittäin merkittävä. Harjoittelun avulla voimme parantaa elimistön aineenvaihdunnan tasoa, kiihdyttää verenkiertoa ja toimittaa aivoihin täysin happea ja ravinteita. Samaan aikaan motorinen oppiminen voi myös stimuloida aivojen hippokampusta, joka on keskeinen muistin tallennusalue, joka voi auttaa meitä paremmin muistamaan ja ymmärtämään tietoa.

Lisäksi motorisella oppimisella voidaan parantaa ihmisten keskittymiskykyä ja keskittymiskykyä. Harjoituksen aikana ihmiskeho erittää suuria määriä välittäjäaineita, kuten dopamiinia ja adrenaliinia, jotka voivat saada meidät tuntemaan olonsa positiivisemmaksi ja energisemmäksi. Tämä auttaa meitä keskittymään paremmin oppimistehtäviin.

Motorisessa oppimisessa voimme valita erilaisia ​​liikuntamenetelmiä, kuten hyppynarua, koripalloa, tanssia, joogaa jne. Eri harjoitusmenetelmillä on erilaisia ​​vaikutuksia aivoihin. Esimerkiksi tanssi voi auttaa meitä hallitsemaan paremmin kehon rytmiä ja parantamaan tilatietoisuutta; koripallon pelaaminen voi auttaa meitä havaitsemaan paremmin ulkoisen ympäristön ja selviytymään monimutkaisista tilanteista.

Lyhyesti sanottuna motorisella oppimisella on tärkeä rooli oppimistehokkuuden ja muistin parantamisessa. Meidän tulee integroida liikunta päivittäiseen oppimiseen, hyödyntää täysimääräisesti kehon ja aivojen synergiaa sekä oppia ja kasvaa nautinnollisemmin. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistiamme. Cistanche deserticola voi parantaa muistia merkittävästi, koska Cistanche deserticola on perinteinen kiinalainen lääkeaine, jolla on monia ainutlaatuisia vaikutuksia, joista yksi on muistin parantaminen. Jauhetun lihan teho perustuu sen sisältämiin erilaisiin vaikuttaviin ainesosiin, mukaan lukien happo, polysakkaridit, flavonoidit jne. Nämä ainesosat voivat edistää aivojen terveyttä monin tavoin.

Napsauta Tiedä 10 tapaa parantaa muistia

Syy-todisteet puuttuvat kuitenkin tällä hetkellä. Non-invasiivisen aivostimulaation (NIBS) tutkimukset ovat toistaiseksi keskittyneet pääasiassa motoriikkaan liittyviin alueisiin motorisen sekvenssin oppimisen tehostamiseksi, kun taas alueita, jotka liittyvät motorisen oppimisen kognitiivisempiin näkökohtiin, ei ole vielä käsitelty. Hypoteesi: Tässä tutkimuksessa pyrimme tarjoamaan syy-seuraussuhteita. WM-prosessien ja taustalla olevan FPN:n osallistumiseen motorisen sekvenssin oppimistehtävän onnistuneeseen suorittamiseen käyttämällä tatranskraniaalista vaihtovirtastimulaatiota (tACS), joka kohdistuu FPN:ään motorisen sekvenssin oppimistehtävän aikana.

Menetelmät: 20 terveen vanhemman aikuisen kohortissa käytimme bifokaalista tACS:ää theta-alueella FPN:ssä sekvenssioppimistehtävän aikana. Testasimme aktiivisen aineen tehokkuutta valestimulaatioon verrattuna käyttämällä kaksoissokkoutettua cross-over-mallia. Moottoritehtävästä käytettiin kahta versiota: toista korkealla ja toisella pienellä WM-kuormalla tutkimaan stimulaation tehokkuutta tehtävissä, jotka vaihtelevat WM-kysynnässä. Lisäksi stimulaation vaikutuksia WM:n suorituskykyyn käsiteltiin käyttämällä N-back-tehtävää. tACS-taajuus personoitiin käyttämällä EEG:tä, joka mittasi yksittäisen theta-huipputaajuuden N-back -tehtävän aikana.

Tulokset: Personoidun theta tACS:n soveltaminen FPN:ään paransi suorituskykyä moottorisekvenssin oppimistehtävän aikana korkealla WM-kuormalla (p < .001), mutta ei alhaisella WM-kuormalla. Aktiivinen stimulaatio paransi merkittävästi sekä nopeutta (p < .001) että tarkkuutta (p ¼ .03) tehtävän aikana suurella WM-kuormalla. Lisäksi stimulaatioparadigma paransi suorituskykyä N-back-tehtävässä 2- takaisintehtävä(p ¼ .013), mutta ei 1-takaisin ja 3-takaisin.

Johtopäätös: Suorituskykyä motorisen sekvenssin oppimistehtävän aikana voidaan parantaa käyttämällä henkilökohtaista bifokaalista theta-tACS:ia FPN:lle, kun WM-kuorma on korkea, mikä osoittaa, että tämän stimulaatioparadigman tehokkuus riippuu kognitiivisesta tarpeesta oppimistehtävän aikana. Nämä tiedot tarjoavat lisätodisteita WM-prosessien ja FPN:n kriittisestä osallistumisesta motorisen sekvenssin oppimistehtävän suorittamiseen terveillä iäkkäillä. Nämä havainnot avaavat uusia jännittäviä mahdollisuuksia vastustaa ikääntymiseen liittyvää motorisen suorituskyvyn, oppimiskyvyn ja WM-suorituskyvyn heikkenemistä.

1. Esittely

Kyky hankkia uusia motorisia taitoja on tärkeää jokapäiväisessä elämässä. Moottorioppiminen on käytännöstä riippuvainen prosessi, jossa liikkeet suoritetaan nopeammin ja tarkemmin [1]. Valtava määrä tutkimusta on lisännyt ymmärrystä uusien motoristen taitojen hankkimiseen, lujittamiseen ja säilyttämiseen liittyvistä hermosubstraateista ja taustalla olevista mekanismeista. Neurotieteelliset tutkimukset ovat keskittyneet pääasiassa motoriseen verkkoon ja ensisijaisen motorisen aivokuoren (M1) keskeiseen rooliin. 2e4].

Tämä koskee erityisesti non-invasiivisia aivostimulaatiotutkimuksia (NIBS), jotka yrittävät parantaa motorista oppimista yhdistämällä haastavan motorisen tehtävän harjoittamisen stimulaatioparadigmaan [5e8]. Tutkimukset ovat kuitenkin ehdottaneet, että haastavat motoriset tehtävät, kuten motorisen sekvenssin oppiminen (MSL), eivät perustu yksinomaan motorisiin prosesseihin, vaan myös kognitiivisiin prosesseihin, kuten työmuistiin (WM) [4,9,10]. Yllättäen WM:hen liittyvät aivoalueet eivät ole olleet MSL:n tutkimiseen tarkoitettujen NIBS-paradigmien kohteena.

MSL on prosessi, jossa itsenäiset liikkeet yhdistetään, mikä lopulta johtaa monielementtiseen sekvenssiin, joka voidaan suorittaa nopeasti ja tarkasti [4,11]. Tutkimukset ovat osoittaneet WM:n osallistumisen MSL:ään [12e14]. WM viittaa kykyyn tilapäisesti tallentaa ja käsitellä mielen informaatiota [15]. WM:n yksilöiden välinen vaihtelu koostuu esim. niiden esineiden määrästä, joita voidaan pitää hallussa ja joiden kanssa voidaan käsitellä [4]. Tämä on tärkeää MSL:lle, etenkin kun näiden sekvenssien elementtejä ryhmitellään "paloihin".

Tämä paloitteluprosessi johtaa liikkeiden nopeampaan suorittamiseen [16e18]. Monet tutkimukset ovat osoittaneet, että terveillä iäkkäillä on heikentynyt kyky oppia motorisia sekvenssejä [12,14]. Lisäksi ikääntyminen heikentää kognitiivisia toimintoja, mukaan lukien WM [19]. Siksi äskettäin on ehdotettu vuorovaikutusta iän, WM-kapasiteetin ja MSL:n välillä [14], vaikka syy-selvitys tämän ehdotuksen puolesta on edelleen rajallinen.

Lupaava neuroteknologia syy-seurantaan on NIBS:n ​​käyttö, kuten transkraniaalinen vaihtovirtastimulaatio (tACS) [20e23]. Tämä tekniikka mahdollistaa eksogeenisen häiritsemisen käynnissä olevaan värähtelevään toimintaan ja kohdistamisen tiettyihin verkkoihin, kuten fronto-parietaaliverkkoon (FPN), tehostaa tai vähentää spesifisesti vastaavia kognitiivisia toimintoja, kuten WM-prosesseja [24,25].

FPN, WM:ään liittyvä verkko, aktivoituu moottorisekvenssitehtävien aikana [18,26e29]. Kognitiiviset prosessit perustuvat koordinoituun vuorovaikutukseen aivoverkostojen sisällä ja niiden välillä, jotka toteutetaan aivoissa värähtelevän toiminnan avulla [30,31]. Esimerkiksi tehokkuutta lisää hermosolujen laukaisun värähtelevä synkronointi, joka luo hermosolujen ryhmiä, jotka suorittavat tiettyjä laskennallisia toimintoja [31,32]. tACS:n pääasiallinen toimintamekanismi on saada mukaan tai synkronoida neuronaalisia verkkoja [20,33].

Stimulaatiotaajuus säädetään vastaamaan endogeenistä värähtelytaajuutta ja sen aivojen tilaa. Tarkemmin sanottuna tACS mahdollistaa eksogeenisen vuorovaikutuksen käynnissä olevien värähtelyjen kanssa, mikä voi johtaa parempaan koherenssiin verkoissa vastaavien käyttäytymisvaikutusten kanssa [23,33,34]. Theta-alueella (4e8 Hz) olevat neuronaaliset värähtelyt ovat mukana WM-tehtävissä, jolloin theta-teho kasvaa lisääntyneen WM-kuorman aikana[35e37]. Polania et ai. ja Violante et ai. ovat osoittaneet syy-yhteyden theta-värähtelyjen synkronoinnin suhteellisen 0⁰ vaihe-eron kanssa FPN:ssä ja WM-suorituskyvyn paranemisen välillä [24,25]. Tietoa FPN:n ja MSL:n theta-värähtelyjen tACS-indusoidun synkronoinnin vaikutuksista ei kuitenkaan ole.

Tässä tutkimuksessa pyrimme määrittämään syy-yhteyden WM:n ja MSL:n välillä terveillä iäkkäillä aikuisilla. Tätä varten personoitua theta tACS:ää sovellettiin oikeanpuoleiseen dorsolateraaliseen prefrontaaliseen aivokuoreen (DLPFC) ja posterioriseen parietaaliseen aivokuoreen (PPC), jonka tarkoituksena oli parantaa MSL:ää käyttämällä peräkkäisen sormen napauttelutehtävän (SFTT) harjoittelua [3]. WM:n tärkeyden arvioimiseksi MSL:n aikana ja kuinka FPN-stimulaatio vaikuttaa tähän, käytettiin kahta SFTT-versiota. Versiot erosivat toisistaan ​​alhaisen ja korkean WM-kuorman suhteen.

WM-kuorma pidettiin alhaisena näyttämällä sekvenssi selkeästi näytöllä tehtävän aikana [38]. Korkean WM-kuorman versiossa nämä sekvenssit piti muistaa ennen tehtävää, eikä niitä näytetä tehtävän aikana. Tämä sekvenssin online-ylläpito liikkeiden suorittamisen aikana perustuu olennaisesti WM-prosesseihin [39].

Lisäksi tarkistamme, parantaako nykyinen stimulaatioparadigma WM:ää käyttämällä N-back-tehtävää [24]. Tällä tutkimuksella esittelemme FPN:n lisästimulaatiokohteena motorisen suorituskyvyn ja oppimisen tehostamiseksi ja tuomme esiin kognitiivisten prosessien huomioimisen tärkeyden MSL-paradigmoissa.

2. Menetelmät

2.1. Osallistujat

Tässä tutkimuksessa rekrytoimme N ¼ 21 tervettä, vanhempaa, oikeakätistä osallistujaa (N ¼ 11 naista, keski-ikä ± sd: 69,6 ± 4,4, keskimääräinen lateraalisuusosamäärä Edinburghin kätisyysindeksi 85,03 ± 17,3)[40]. N ¼ 20 osallistujan tiedot otettiin huomioon yhden osallistujan keskeyttämisen vuoksi, joka johtui asiaan liittymättömästä fyysisen terveyden muutoksesta. Osallistumiskriteerit olivat: 60 vuotta [41e43], oikeakätinen ja transkraniaalisen sähköstimulaation (tES) vasta-aiheiden puuttuminen.

Poissulkemiskriteerit olivat: neuropsykiatriset sairaudet, kohtausten historia, mahdollisesti tES:n kanssa vuorovaikutuksessa olevat lääkkeet, sormen liikkeitä heikentävä tuki- ja liikuntaelinhäiriö, ammattimuusikko ja huumeiden nauttiminen. Kaikki osallistujat ovat allekirjoittaneet tietoisen suostumuksen. Tutkimus suoritettiin Helsingin julistuksen [44] mukaisesti. Eettinen hyväksyntä saatiin kantonin eettiseltä komitealta Vaudissa, Sveitsissä (projektinumero: 2017-00765).

2.2. Kokeellinen suunnittelu

Tämän tutkimuksen suunnittelu oli kaksoissokkoutettu, valekontrolloitu ja cross-over. Se koostui kahdesta istunnosta ennen cross-overia ja kaksisessioista cross-overin jälkeen. Päivän 1 istunnon aikana osallistujia informoitiin, seulottiin ja heitä pyydettiin täyttämään kolme erilaista kyselylomaketta (tES-turvallisuuskysely, Edinburgh HandednessInventory (EHI), Center for Epidemiological Studies DepressionScale (CES-D)) [40,45]. Myöhemmin osallistujat suorittivat Nback-testin EEG-havainnolla huipputaajuusanalyysiä varten.

EEG-mittauksen jälkeen osallistujat suorittivat moottoriharjoittelun ja kognitiivisen harjoituksen samanaikaisesti tACS:llä. Seuraavana päivänä osallistujat suorittivat vain motorisen harjoittelun tACS:llä. Stimulaatioolosuhde pidettiin samana molempina peräkkäisinä päivinä ja sitä muutettiin cross-overin jälkeen. Stimulaatiojärjestyksen määritteli näennäissatunnaisesti kokeilija, joka ei osallistunut tiedonkeruuun.

Sekä osallistujan että kokeen tekijän sokeus stimulaatiotilanteessa varmisti lisäkokeen suorittaja, joka asetti parametrit ja käynnisti stimulaattorit kokeen aikana. Ennen ja jälkeen cross-over istuntojen välillä oli vähintään kaksi viikkoa aikaisemman työmme perusteella [46]. Samat tehtävät eri jaksoissa toistettiin risteyksen jälkeen, kyselylomakkeita lukuun ottamatta. Katso kuvasta 1 A tutkimuksen suunnittelun aikajana.

For more information:1950477648nn@gmail.com