Transkraniaalinen vaihtovirtastimulaatio thetataajuudella vasemmalle parietaalikorteksille heikentää assosiatiivista, mutta ei havaintokykyä, muistin koodausta

Lisätietoja:ali.ma@wecistanche.com

ABSTRAKTI

Theta-alueella (4–8 Hz) olevien hermostovärähtelyjen uskotaan olevan assosiatiivisuuden taustallamuistitoimintohippokampus-kortikaalisessa verkossa. Vaikka on olemassa runsaasti todisteita, jotka tukevat theta-värähtelyjen roolia eläimissä jaihmisen muisti, suurin osa todisteista on korrelaatiota. Non-invasiivista aivostimulaatiota (NIBS) voidaan käyttää aivokuoren värähtelyaktiivisuuden moduloimiseen aivojen toimintaan vaikuttamiseksi ja mahdollisesti syvempien aivojen alueiden, kuten hippokampuksen, moduloimiseksi vahvojen ja luotettavien aivokuoren ja aivokuoren toiminnallisten yhteyksien kautta. Käytimme fokaalista transkraniaalista vaihtovirtastimulaatiota (tACS) 6 Hz:llä vasemman parietaalisen aivokuoren yli moduloimaan aivojen toimintaa oletetussa kortiko-hippokampuksen verkossa vaikuttamaan assosiatiiviseen muistin koodaukseen. Koodauksen ja aivojen stimulaation jälkeen osallistujat suorittivatassosiatiivinen muistija havaintotunnistustehtävä. Tulokset osoittivat, että theta tACS väheni merkittävästiassosiatiivinen muistisuorituskykyä, mutta se ei vaikuttanut havaintomuistin suorituskykyyn. Nämä tulokset osoittavat, että parietaalinen theta-tACS moduloi assosiatiivista prosessointia erillään havaintokäsittelystä, ja vahvistavat edelleen hypoteesia, että theta-värähtelyt liittyvät kortiko-hippokampuksen verkkoon ja assosiatiiviseen koodaukseen.

Napsauta Cistanche herbaa parantaaksesi muistia

1. Esittely

Assosiatiivinen muistion yleisesti määritelty amuistijärjestelmäjoka rakentaa suhteita alun perin toisiinsa liittymättömien kohteiden välille (Suzuki, 2008; Tulving, 1984). Kyky muodostaa yhdistyksiä on keskeistäepisodinen muistitoiminto(Kahana, Howard ja Polyn, 2008), ja sen avulla voimme muistaa tiettyjen tapahtumien yksityiskohdat ja muistaa abstrakteja tietoja, joita tarvitaan päivittäisiin tehtäviin ja vuorovaikutukseen (Herweg, Solomon ja Kahana, 2020). Assosiatiivisen muistin taustalla olevien hermomekanismien tutkimus on perinteisesti keskittynyt hippokampukseen ja sen keskeiseen rooliin laajalle levinneissä aivoverkoissa. Kun otetaan huomioon assosiatiivisen muistin nopea ja joustava luonne, tarvitaan dynaaminen mekanismi hermoviestintään. Tässä suhteessa hermoston värähtelyrytmit ovat erityisen kiinnostavia, koska niiden uskotaan edistävän kommunikaatiota neuronipopulaatioiden välillä, jotka ovat samanaikaisesti mukana kognitiivisissa prosesseissa (Buzs´ Aki & Draguhn, 2004; Wang, 2010). Erityisesti värähtelyaktiivisuutta theta-alueella (4–8 Hz) on tutkittu laajasti eläinten ja ihmisten kognitiossa (Buzs´ aki, 2002; Jacobs, 2014; Meador et al., 1991; Lisman & Jensen, 2013; Maurer et al. al., 2015; Sauseng, Griesmayr, Freunberger ja Klimesch, 2010), koska sillä on oletettu olevan olennainen osa hippokampuksen toimintaa spatiaalisen navigoinnin ja assosiatiivisen muistin käsittelyn aikana (Buzs´ aki, 2002; Skin, Kilianski ja McNaughton , 2019; Wallenstein, Hasselmo ja Eichenbaum, 1998). Muistin koodauksen menestys näyttää riippuvan theta-voiman lisääntymisestä hippokampuksen alueilla (Burke et al., 2013; Khader, Jost, Ranganath, & R¨ Osler, 2010), vaikka myöhemmin onnistuneesti muistettujen esineiden theta-voiman väheneminen on myös on havaittu (Crespo-García et al., 2016; Fellner et al., 2016; Lega, Jacobs ja Kahana, 2012).

Alyssa Meng a, Max Kaiser a, Tom A. de Graaf a,b, Felix Dücker a,b, Alexander T. Sack a,b, Peter De Weerd a,b, Vincent van de Ven a,b,*

a Kognitiivisen neurotieteen laitos, psykologian ja neurotieteiden tiedekunta, Maastrichtin yliopisto, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Alankomaat b Maastricht Brain Imaging Center (MBIC), Maastrichtin yliopisto, PO Box 616, 6200 MD Maastricht

Hippokampuksen värähtelymekanismien tutkiminen assosiatiivisessa muistissa, erityisesti ihmisillä, voi olla haastavaa, koska sen sijainti syvällä aivoissa estää hermotoiminnan suoran non-invasiivisen mittaamisen. Lisäksi värähtelyjen mittaaminen ei aina mahdollista syy-osuuksien arviointia, mikä ihannetapauksessa sisältää kiinnostavien hermomekanismien suoran kokeellisen manipuloinnin. Tällainen manipulointi voidaan saavuttaa non-invasiivisella aivostimulaatiolla (NIBS) hyödyntämällä paikallista (eli aivokuoren) ja verkkotoiminnallista yhteyttä aivokuoren ja subkortikaalisen muistin vaikutusten tutkimiseen. Viimeaikaiset transkraniaalisen magneettisen stimulaation (TMS) tutkimukset osoittivat, että aivokuoren stimulaatio voi muuttaa aktiivisuutta ja yhteyksiä aivokuoren ja aivokuoren verkostossa, mikä puolestaan ​​voi johtaa parantuneeseen muistin suorituskykyyn (Hermiller, VanHaerents, Raij ja Voss, 2019; Tambini, Nee , & D'Esposito, 2018; Wang et ai., 2014). Täällä kokeellisesti aiheutetut muutokset aivokuoren aktiivisuudessa voivat levitä syrjäisemmille alueille oletustoiminnallisen yhteyden kautta (Kim, Ekstrom ja Tandon, 2016). Erityisesti lateraaliset parietaaliset aivokuoret ovat vahvasti ja luotettavasti toiminnallisesti yhteydessä hippokampukseen (Buckner, Andrews-Hanna, & Schacter, 2008; van de Ven, Wingen, Kuypers, Ramaekers ja Formisano, 2013; Vincent et al., 2006). Parietaalisen aivokuoren stimulaation helppous yhdistettynä näiden alueiden transkraniaalisen stimulaation aiheuttamaan rajoitettuun epämukavuuteen tekee tästä alueesta tärkeän kohteen assosiatiivisen muistin verkkopohjaiselle neuromodulaatiolle.

Erilainen NIBS-tekniikka, transkraniaalinen vaihtovirtastimulaatio (tACS), mahdollistaa hermoverkkojen moduloinnin ennalta määrätyn eksogeenisen taajuuden kautta (Abellaneda-P´erez et al., 2020; Cabral Calderin et al., 2016; Helfrich et al., 2014). Reed & Kadosh, 2018; Vos sen, Gross, & That, 2015; Vosskuhl, Huster ja Herrmann, 2016; Herrmann et ai., 2013). Samanaikaiset tACS-fMRI-tutkimukset ovat osoittaneet, että tACS moduloi hermotoimintaa ja alueiden välistä yhteyksiä aivokuoren ja aivokuoren alueilla, jotka ovat distaalisesti päänahan stimulaatiopaikasta (B¨ Eichinger et al., 2017; Cabral-Calderin et al., 2016; Vosskuhl et ai., 2016; Abellaneda-Perez et ai., 2020). Tuoreen tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että tACS:ää voidaan käyttää aivokuoren ja aivokuoren verkoston aktiivisuuden moduloimiseen. Abellaneda-P´erez et ai. (2020) antoi theta-tACS:n dorsolateraaliseen prefrontaaliseen aivokuoreen, kun osallistujille tehtiin fMRI-skannaus lepotilan aikana tai suorittaessaan N-back-työmuistitehtävää. Verrattuna tasavirtastimulaatioon (tDCS), tACS johti useiden oletustilan verkkoalueiden, mukaan lukien hippokampuksen ja alemman parietaalisen aivokuoren, aktiivisuuden lisääntymiseen lepotilan sekä N-selkätehtävän aikana. Nämä havainnot osoittavat lisäksi, että aivokuoren alueiden non-invasiivista aivostimulaatiota voidaan käyttää aivotursotoiminnan moduloimiseen verkkoyhteyden kautta.

Tähän mennessä tACS:ää on käytetty nimenomaan assosiatiivisen muistin värähtelymekanismien tutkimiseen vain rajoitetussa määrässä tutkimuksia. Yhdessä tutkimuksessa (Lang, Gan, Alrazi ja Monchi, 2019) osallistujat koodasivat assosiaatioita mielivaltaisten kasvokuvausparien välillä samalla kun he käyttivät teräväpiirto-theta-tACS-tekniikkaa (tai anodista tDCS- tai valestimulaatiota) fusiform-alueen päällä, minkä jälkeen he koodasivat. suoritti assosiatiivisen muistitestin. Tulokset osoittivat, että theta tACS koodauksen aikana paransi assosiatiivisen muistin suorituskykyä verrattuna tDCS:ään tai huijaukseen. Kuitenkin tACS paransi myös viehetuotteiden oikeaa hylkäämistä, mikä viittaa yleisempään kognitiiviseen tehostavaan vaikutukseen. Aiemmissa tutkimuksissa on raportoitu theta-värähtelyaktiivisuutta ihmisen ja eläimen esiotsaosassa ja sensorisessa aivokuoressa työmuistitoimenpiteiden aikana (Lee et al., 2005; Raghavachari et al., 2006; Sauseng, Griesmayr, Freunberger ja Klimesch, 2010) sekä havaintokyvyn aikana käsittely (Helfrich, Fiebelkorn, Szczepanski, Lin, Parvizi, Knight ja Kastner, 2018; Landau, Schreyer, Van Pelt ja Fries, 2015; Somer, Allen, Brooks, Buttrill ja Javadi, 2020), jotka tukevat erilaisia ​​kognitiivisia prosesseja assosiatiiviseen muistin suorituskykyyn. Itse asiassa useat tutkimukset raportoivat parantuneen työmuistin suorituskyvyn sen jälkeen, kun theta tACS:ää annettiin parietaaliseen (Jauˇsovec & Jauˇsovec, 2014) tai prefrontaaliseen aivokuoreen (Alekseichuk, Turi, de Lara, Antal ja Paulus, 2016; Abellaneda-Perez et al., 2020). Reinhart ja Nguyen, 2019), kun taas tACS:n aiheuttama frontoparietaalinen alueiden välinen desynkronointi 6 Hz:llä johti työmuistin suorituskyvyn heikkenemiseen (Alekseichuk, Pabel, Antal ja Paulus, 2017). Toisessa tutkimuksessa, jossa theta tACS:ää annettiin vasempaan prefrontaaliseen aivokuoreen assosiatiivisen muistin koodauksen aikana, ei kuitenkaan muuttanut muistin suorituskykyä nuorilla terveillä osallistujilla (Klink, Peter, Wyss ja Kl¨ Oppel, 2020).

Yhteenvetona voidaan todeta, että havainnot ei-invasiivisesta theta-stimulaatiosta assosiatiivisessa muistissa ovat edelleen epäselviä. Useita tekijöitä on tarkasteltava ymmärtääksemme lisäämiseksi. Ensinnäkin theta-stimulaation vaikutus assosiatiiviseen muistiin voi vahvistua, kun sitä käytetään aivokuoren alueille, jotka ovat vahvasti yhteydessä aivokuoren ja aivokuoren verkkoihin. Viimeaikaisten TMS-tutkimusten perusteella parietaalinen aivokuori voi olla hyvä ehdokas tACS:n antamiseen. Kuitenkaan ei ole vielä raportoitu theta tACS:n suoraa käyttöä parietaalisen aivokuoren päällä assosiatiivisen muistin käsittelyn selektiiviseen muuttamiseksi. Toiseksi, theta-stimulaation spesifisyys assosiatiiviselle muistille edellyttää, että ei-assosiatiivisia kognitiivisia toimintoja ei moduloitu. Tämä on erityisen tärkeää, kun otetaan huomioon, että parietaalisella aivokuorella on rooli assosiatiivisessa muistissa sekä havainnon käsittelyssä (Cabeza et al., 2011; Culham & Kanwisher, 2001; Gottlieb, 2007). Parietaalinen theta tACS voisi siten moduloida assosiatiivista prosessointia epäsuorasti moduloimalla sensorista tai tarkkaavaista koodausta, mikä puolestaan ​​voisi moduloida assosiatiivista ja ei-assosiatiivista muistin suorituskykyä, kuten havaintotunnistusta. Theta-värähtelyaktiivisuuden toiminnallisen spesifisyyden tukeminen assosiatiivisessa muistissa vaatisi theta-tACS-vaikutuksen assosiatiiviseen muistiin ilman vaikutusta havainnointimuistiin.

Tässä tutkimuksessa annoimme fokaalista tACS:ää 6 Hz:n taajuudella vasemman parietaalisen aivokuoren yli koehenkilön sisäisessä valeohjatussa mallissa, kun taas osallistujat koodasivat kasvojen ja kohtauksen pariliitostehtävän. Koodausvaiheen ja tACS:n jälkeen osallistujat suorittivat kaksi muistitestiä, jotka mittasivat tietoa esineiden pareista (eli assosiatiivisesta muistista) ja esineiden identiteetistä (eli havaintomuistista). Oletimme, että parietaalinen theta-tACS vaikuttaisi valestimulaatioon verrattuna assosiatiiviseen, mutta ei havaintomuistin suorituskykyyn.

2. Menetelmät

2.1. Osallistujat

Rekrytoimme kaksikymmentä tervettä vapaaehtoista (keski-ikä [SD] =21,68 vuotta [2,84], 12 naista) Maastrichtin yliopiston akateemisesta ympäristöstä online-rekrytointijärjestelmän kautta. Kaikki osallistujat esiseulottiin käyttämällä ei-invasiivista aivostimulaatioseulontalomaketta kelpoisuuden, terveysriskien ja haittavaikutusten osalta. Mahdolliset osallistujat, jotka ilmoittivat NIBS-vasta-aiheista seulontavaiheensa aikana, suljettiin pois. Kaikki osallistujat antoivat kirjallisen suostumuksensa ennen osallistumista. Tutkimuksen hyväksyi Maastrichtin yliopiston psykologian ja neurotieteen tiedekunnan (FPN) psykologian ja neurotieteen eettinen arviointikomitea (ERCPN). Osallistujien turvallisuutta ja mukavuutta tarkkailtiin koko aivostimulaation ajan, jotta havaitaan stimulaation aiheuttamat haittavaikutukset. Osallistujat palkittiin lahjakortilla tai kurssipisteellä.

2.2. Tehtävän menettely

Osallistujat suorittivat visuaalisen assosiatiivisen muistitehtävän, "Face and Scene Task" (FAST; Lang et al,2019), joka ohjelmoitiin PsychoPyllä ((Peirce et al.2019)). Tehtävä koostui koodauksesta ja testivaiheesta. Tehtävän koodausvaiheessa osallistujille esiteltiin kuvapareja, jotka koostuivat neutraaleista kasvoista ja luonnollisesta kohtauksesta. Kaikkien etnisten ryhmien ja ikäryhmien neutraalit kasvot kerättiin Chicago Face Database -tietokannasta (CFD-versio 2.0.3; Ma, Correll, & Wittenbrink, 2015). Kasvoissa ei ollut helposti erotettavia piirteitä, kuten lävistyksiä tai tatuointeja. Kaikki kohtauskuvat on otettu online-kuvatietokannasta.

Jokaisessa kokeessa osallistujat näkivät kuvaparin, joka koostui neutraaleista kasvoista näytön vasemmalla puolella ja kohtauksesta näytön oikealla puolella. Heidän piti osoittaa, kuinka näytettävässä kuvassa oleva henkilö arvioi vastaavaa geeniä. Osallistujia kehotettiin antamaan arvionsa luokitusasteikolla, joka visualisoitiin skaalatulla liukusäätimellä (välillä -3 - 3) kuvaparin alapuolella. varmista, että osallistujat koodasivat aktiivisesti (kuva 1). Kuvapari näytettiin, kunnes painiketta painettiin, mikä mahdollistaa itsetahtisen koodauksen, mutta ylärajalla 8 s.

Jokaista kasvokohtausparia seurasi 100 ms:n ärsykkeiden välinen aikaväli, jonka aikana esitettiin kiinnitysristi. Koodausvaihe koostui yhteensä 45 kasvokohtausparista, jotka jaettiin viiteen lohkoon, joissa oli 9 kuvaparia. Jokainen lohko erotettiin 5 sekunnin välein.

Kuva 1. Koodaus- ja hakuvaihe. Koodausvaiheen (A) aikana osallistujat näkivät kasvokohtauspareja ja ilmaisivat, kuinka positiivisesti tai negatiivisesti he ajattelivat, että henkilö arvioi kohtauksen. Muistitestivaiheen (B) aikana osallistujat näkivät kasvo-kohtauspareja ja heidän piti osoittaa, nähtiinkö esineet aiemmin pareina (~1: yhdessä nähtynä), nähtiinkö eri parien esineinä (~2:nähty, mutta ei yhdessä) "), tai niitä ei nähty millään tavalla ennen ("3: ei koskaan nähnyt"). Osallistujille annettiin 8 sekuntia aikaa koodata ja arvioida jokainen kasvokohtauspari. Jokaista kasvo-kohtaus-paria seurasi 100 ms väliärsyke. Hakuvaiheessa , osallistujille annettiin rajattomasti aikaa vastata. Jokaista kasvokohtauksen hakuparia seurasi 100 ms väliärsyke

Jokainen osallistuja suoritti tästä tehtävästä kaksi versiota, jotka olivat suunnittelultaan identtisiä, mutta käyttivät ei-päällekkäisiä kasvo- ja kohtauskuvia. Jokainen koodaustehtävä esitettiin joko 6 Hz:n tai vale-tACS-stimulaation aikana. Osallistujien perehdyttämiseksi tehtävään annettiin 15 uuden parin lyhennetty versio koulutuksena ennen koeolosuhteita ja standardoidut ohjeet esitettiin jokaisen version alussa.

Koodaustehtävän jälkeen osallistujat suorittivat videopelin häiriötekijätehtävänä 5 minuutin ajan vähentääkseen lyhytaikaisen muistin äskettäisvaikutusta ja minimoidakseen mahdollisia stimulaation jälkivaikutuksia. Tehtävän uskotaan olevan tarpeeksi mukaansatempaava, jotta vältytään raskaalta harjoittelulta.

Häiriötehtävän jälkeen osallistujat suorittivat muistitestausvaiheen, joka sisälsi assosiatiivisen ja havainnon tunnistustehtävän. Assosiatiivisessa tunnistustehtävässä osallistujat näkivät 45 esitystä joko 1) koodauksen aikana nähdyistä alkuperäisistä kasvo-kohtaus-pareista, 2) kasvojen ja kohtausten pareista, jotka oli aiemmin nähty, mutta jotka oli otettu eri koodauspareista, tai 3) pareista uusia kuvia, jotka ei nähty aiemmin koodauksen aikana. Osallistujia pyydettiin ilmoittamaan, olivatko he "nähneet yhdessä", "nähneet, mutta eivät yhdessä" vai "ei koskaan nähneet" näppäimillä "1", "2" ja "3". Osallistujia pyydettiin antamaan näppäimistövastauksia hallitsevalla kädellään. Aikarajaa ei ollut.

Assosiatiiviset hakulohkot sekoitettiin havaintotunnistustehtävään, jossa esiteltiin sarja uusia tai aiemmin nähtyjä kuvia 200 ms:n ajan, minkä jälkeen osallistujilta kysyttiin, tunnistivatko he kuvat (Kyllä/Ei-vastaukset; kuva 2). Osanottajat vastasivat lohkoa kohden 9 assosiatiiviseen hakukuvapariin ja sitten 9 havaintokuvaan. Lohkot vuorottelevat ABAB-muodossa.

tACS-ehtojen järjestys oli tasapainoinen osallistujien välillä. Osallistujat lepäsivät päänsä kiinteään leukatukeen ennen testauksen aloittamista. Kokeilu kesti noin 90 minuuttia osallistujaa kohden, mikä sisälsi elektrodien kiinnittämiseen tarvittavan ajan. Jokaiselle osallistujalle tehtiin vale- ja theta-stimulaatioolosuhteet samana päivänä, noin 30 minuutin välein kahden stimulaatiojakson välillä.

2.3. tACS-parametrit

tACS:ää käytettiin käyttämällä neuroConn DC-STIMULATOR TES -laitetta, käyttämällä samankeskistä elektrodiasetusta fokusoituun stimulaatioon, joka sisälsi sisemmän pyöreän elektrodin (halkaisija 3 cm), joka oli sijoitettu ulkoelektrodin sisään (halkaisija 11 cm; kuva 3A). Tätä asetusta on aiemmin käytetty fokusointiin kognitiivisten tehtävien aikana (Bortoletto, Rodella, Salva-dor, Miranda,& Miniussi,2016; Gbadeyan, Steinhauser, McMahon, &Meinzer,2016; Schuhmann et al, 2019) . Samankeskisen asennuksen keskus sijoitettiin päänahan paikan P3 päälle, joka tunnistettiin 10–20 EEG-elektrodien paikannusjärjestelmällä, koska tällä alueella on osoitettu olevan laajat yhteydet aivotursoverkkoon (Freedberg et al., 2019; Hermiller et al. ., 2019; Wang et ai., 2014). SimNIBS-ohjelmistolla simuloimme samankeskisen asennuksen sähkökentän leviämistä, kun sitä annettiin P3:n kautta. Simulaatiotulokset osoittivat sähkökentän, jonka polttopiste oli maksimikentänvoimakkuudella (0,296 V/m 99,9:n prosenttipisteessä) keskuselektrodin alla, joka pieneni kohti ulkorengaselektrodia (kuva 3B). Visuaalista vertailua varten kuvassa 3C esitetään hippokampuksen ja aivokuoren liitettävyyden T-kartta lepotilassa tehdystä toiminnallisesta magneettikuvauksesta (rs-fMRI) 43 osallistujasta (Tambini et al., 2018; saatu osoitteesta ), vuonna jossa vasemmanpuoleinen parietaalinen alue, jolla on korkea hippokampuksen yhteys, on päällekkäinen stimulaatiopaikkamme kanssa.

Kullekin osallistujalle käytimme EEG-korkkia (www.easycap.de; ilman elektrodeja kiinnitettynä) merkitsemään P3:n paikan anatomisten merkkien keski- ja sivuetäisyyksillä, jotka määritetään kunkin 10–20 EEG-elektrodien paikannusjärjestelmällä. osallistujan pää. Keskitimme korkin päähän vakiomenettelyjen mukaisesti ja merkitsimme sen päänahkaan kosmeettisella, ihoystävällisellä kynällä. Jokaiselta osallistujalta tutkittiin hiuspohjan hankausta, tulehdusta tai pieniä haavoja ennen elektrodin kiinnittämistä. Osallistujat, joilla oli ihopoikkeavuuksia stimulaatiopaikalla tai sen lähellä, suljettiin pois kokeesta ennen elektrodin asettamista. Johtavaa liimapastaa käytettiin optimoimaan elektrodien ja päänahan välinen johtavuus alle 10 kΩ:n jokaiselle osallistujalle. Vahvistimme, että kummankaan elektrodin tahna ei yhdistynyt. Liimapastan ansiosta ei tarvittu päänauhoja tai hihnoja pitämään elektrodeja paikoillaan koko kokeen ajan.

Theta-tilassa. stimulaation taajuus asetettiin 6 Hz:iin 5 400 jaksoa varten (15 min x 60 s x 6 Hz) intensiteetillä 2 mA (huippu-huippu). Osallistujat tutustuttiin tACS:n tuntemukseen lyhyessä stimulaatioistunnossa sen määrittämiseksi, oliko stimulaatio siedettävä. Yksi osallistuja ilmaisi epämukavuutta, ja tämän osallistujan stimulaation intensiteetti pieneni 1,8 mA:iin. Kokeen aikana stimulaatiota käytettiin 15 minuuttia, alkaen 5 minuuttia ennen koodaustehtävää. Osallistujille annettiin täytetehtävä (visuaalinen erottelutehtävä) stimulaation ensimmäisten 5 minuutin aikana, jotta he saisivat osallistujat miehittääkseen ja varmistaakseen, että he olivat samanlaisessa henkisessä tilassa ennen kuin he aloittivat assosiatiivisen koodaustehtävän. Ylös- ja alasajoajat asetettiin 30 sekuntiin theta-tilassa. Valetilassa stimulaatio kesti 300 sykliä (50 s) ennen kuin se laskeutui alun perin erottamattoman tilan luomiseksi olosuhteiden peittämiseksi.

Johtuen jatkuvasta somatosensorisista tuntemuksista kahden tACS-tilan välillä. Osallistujat pystyivät teoriassa erottamaan theta-stimulaation näennäisstimulaatiosta. Sen varmistamiseksi, oliko näin, osallistujia pyydettiin suullisesti tunnistamaan erot stimulaatioolosuhteissa posthoc kokeen lopussa. Kukaan osallistujista ei kertonut meille, että he pystyivät luotettavasti erottamaan theta-stimulaation näennäisestä.

3. Tietojen analysointi

Statistical analysis was performed in JASP(JASPTeam,2018). Of the twenty participants, data of one participant was excluded for having incomplete data files as a result of an error in the experiment program code. Data of another participant were excluded after reporting suffering from fatigue before and during the experiment Of the remaining data-sets, trials with a clear delayed response (>2×SD) jätettiin pois analyysistä, mikä muodosti 4,03 prosentin tappion keskimäärin kaikista kokeista.

Analysoimme muistin suorituskykyä laskemalla muistin herkkyyden (d, Stanislaw & Todorov, 1999; Macmillan & Creelman, 2005) käyttämällä osumaprosenttia ja vääriä hälytysmääriä. Assosiatiivista muistitestiä varten osumaprosentti laskettiin koodaustehtävän aikana näytettyjen kasvo-kohtausparien osuutena, jotka tunnistettiin oikein "nähdään parina". Väärien hälytysten määrä tunnistettiin niiden kasvo-kohtausparien osuutena, joiden arvioitiin virheellisesti nähneen parina koodaustehtävän aikana. Havaintomuistitestissä osumaprosentti laskettiin aiemmin näytettyjen yksittäisten kohteiden osuutena, jotka oli arvioitu oikein, kuten aiemmin on nähty, ja väärien hälytysten määrät uusien kohteiden osuutena, jotka arvioitiin virheellisesti, kuten aiemmin on nähty. Tilastolliset vertailut tACS-olosuhteiden välillä suoritettiin käyttämällä parinäytteen t-testejä, ja toistettujen mittausten ANOVA:ita käytettiin testaamaan, korreloivatko kohteen sisäiset vaikutukset kovariaattien iän, sukupuolen ja tACS-tilan järjestyksen kanssa. Lisäksi suoritimme parinäytteen t-testejä ja toistuvia mittauksia ANOVA-analyysejä koodauksen vasteajoille (aika ärsykeparin alkamisesta painikkeen painallukseen) määrittääksemme, loiko koodauksen omavauhtiinen luonne merkittävän eron suorituskyvyssä olosuhteiden ja osallistujien välillä. Vaikutuksia pidettiin merkittävinä p-arvolla 0,05.

Koska hypoteesimme sisälsivät nollavaikutukset (de Graaf & Sack, 2011), laskimme Bayes-tekijän kvantifioidaksemme todisteiden vahvuuden tACS:n, eli BF1o:n vaikutuksen puuttumisen puolesta.<1(wagenmakers,2007). bayes="" factor="" calculation="" was="" performed="" using="">

4. Tulokset

4.1. Vastausaika koodauksen aikana

Koodaustehtävän aikana osallistujat vastasivat keskimäärin 2753,1 ms (SE{2}},8 ms) kuvaparien antamisen jälkeen theta-tACS:n aikana. Vale-tACS:n aikana koodauksen vasteaika oli 2971,5 (227,4) ms. Koodauksen vasteajat eivät eronneet merkittävästi kahden tACS-ehdon välillä (t(17)=-1.54,p= 0.14). Testasimme myös, erosivatko vasteajan varianssit kunkin osallistujan koodauskokeissa. tACS-olosuhteet (keskiarvo [SE] theta-tACS=978.8 [68.5],sham-tAGS=1060.4[96.2]), eikä havaittu merkitsevää eroa (t(17){{26} }.33, p=0.20).

4.2 Theta-pohjaiset tACS-vaikutukset assosiatiivisiin muistivasteisiin

Assosiatiivisen muistin suorituskyky theta-tACS:n aikana (keskiarvo [SE]=1.32 [0.13]) oli merkittävästi alhaisempi kuin assosiatiivinen d'sham-tACs:n aikana (1,61 [0 .16]; t(17)=-2.517,p= 0.022,Cohenin d=-0.59;katso 互g. 4A）. Toistuva mittaus ANOVA ja tACS （ Theta, Sham） subjektin sisäisenä tekijänä osoittivat, että tämä vaikutus ei ollut vuorovaikutuksessa koehenkilöiden välisten tekijöiden kanssa Ikä (p=0.23) tai sukupuoli (p=0.36). theta-stimulaation ylivaikutukset koodaukseen seuraavan valestimulaatioistunnon aikana käyttämällä tACS-järjestystä (theta, jota seuraa huijaus vs.-sham ja theta) koehenkilöiden välisinä tekijöinä, joilla ei ollut merkittävää vuorovaikutusta kohteen sisäisen tACS-vaikutuksen kanssa assosiatiivinen muisti (p= 0.64).

Tutkiaksemme edelleen tACS:n vaikutusta d'-arvoon suoritimme post-hoc-vertailuja osumatiheyden ja väärien hälytysten suhteen kahden tACS-tilan välillä. Osumaprosentti oli huomattavasti korkeampi valekunnossa (67.0 prosenttia [0.05]) verrattuna theta-tilaan (53,7 prosenttia [0.{101} {23}}5])assosiatiiviselle muistille (t(17)=-3.286,p=0.004, Cohenin d =-0.78). Väärät hälytykset assosiatiivisen muistin suorituskyvyn osalta eivät paljastaneet merkittävää eroa vale(16,2 prosenttia [0,02]) tai theta-tilan (12,1 prosenttia [0,02]:t(17)=-1,428,p{{28} }.171). Nämä havainnot vahvistivat, että theta-tACS heikensi assosiatiivisen muistin suorituskykyä.

4.3. Theta-pohjainen tACS-vaikutus havaintokohteen tunnistamiseen

Seuraavaksi analysoimme havaintotunnistustestin pisteet, joka suoritettiin samalle visuaaliselle materiaalille kuin assosiatiivisen muistin testissä. Emme havainneet merkitsevää eroa havaintokohteiden tunnistuksessa thetan (1.56 [0.16]) ja valeolosuhteiden (1.48 [0.10];t(17)=0.462) välillä ,p=0.65;katso kuva 4B). Koska oletimme, ettei ACS-vaikutusta havainnointikykyyn, laskemme Bayes Factorin (BF) tätä vertailua varten. Havaitsimme, että BF1o= 0.44, joka tarjoaa anekdoottisia todisteita vaikutuksen puuttumisen puolesta.

4.4. Assosiatiivisen ja perceptuaalisen muistin suorituskyvyn vertailu

Analysoidaksemme, vaikuttiko tACS assosiatiiviseen ja perceptuaaliseen tunnistusmuistiin eri tavalla, suoritimme neljä lisäanalyysiä. Ensin korreloimme assosiatiivisen muistin ja havaintotunnistuksen suorituskyvyn valetilanteessa määrittääksemme, liittyikö kahden tehtävän lähtötason suorituskyky toisiinsa. Tämä korrelaatio ei ollut merkitsevä (r=0.28, p{2}}.26) . Bayes-tekijän laskeminen osoitti, että todisteet puolsivat kahden tehtävän suorittamista, jotka eivät olleet yhteydessä toisiinsa (BFy =0.52). Tämä tulos sopii hypoteesimme, jonka mukaan assosiatiiviset ja havaintomuistitehtävät perustuvat erilaisiin taustalla oleviin hermomekanismeihin. Toiseksi vertasimme kahden muistitehtävän valetilanteen d'-arvoa käyttämällä parinäytteen t-testiä. ja havaitsi, että ne eivät eronneet merkittävästi toisistaan ​​(t(17)= 0.78,p=0.78 BFyo=0.25), mikä osoittaa, että tehtävät olivat yhtä vaikeita. Kolmanneksi korreloimme tACS(eli, d(Theta-d(Sham)) assosiatiivisen ja perceptuaalisen tunnistusmuistin välisen suorituskyvyn eron emmekä löytäneet merkittävää korrelaatiota (r= 0.12,p= 0.63 ;BF10=0.33). Neljänneksi testasimme, oliko tACS:n aiheuttama assosiatiivisen muistin suorituskyvyn heikkeneminen suurempi kuin tAGS:n (nolla) vaikutus tunnistusmuistin suorituskykyyn. Tämän tACS:n ja tehtävän välisen vuorovaikutuksen mallintamiseksi laskimme toistettu mittausmalli, jossa tACS ja Tehtävä olivat subjektin sisäisiä tekijöitä (ja ikä, sukupuoli ja järjestys subjektien välisinä tekijöinä) ja havaitsivat merkittävän tACS× Tehtävän vuorovaikutusvaikutuksen (F(1,13)=7.68,p=0.015,= 0.37). Kaiken kaikkiaan nämä tulokset osoittavat, että tACS vaikutti assosiatiiviseen muistiin eri tavalla kuin tunnistusmuistin suorituskykyyn.

4.5. Koodauksen vasteaikojen vertailu tACS-vaikutusten selityksenä

Saattaa olla mahdollista, että yksilölliset erot koodauksen vasteajoissa vaikuttivat tACS-vaikutukseen muistissa huolimatta siitä, ettei tACS-vaikutus ollut merkittävä koodauksen vasteaikoihin. Esimerkiksi osallistujat, joilla on nopeammat koodausajat, olisivat voineet käsitellä ärsykkeitä huonommin, mikä olisi voinut tehdä heistä alttiimpia tACS:n vaikutukselle. Tämän ongelman tutkimiseksi laskimme uudelleen toistuvien mittausten ANOVA:t assosiatiiviselle ja tunnistusmuistille ja assosiatiiviselle x-tunnistusvuorovaikutukselle. Mutta nyt käyttämällä kovariaattina kahden tACS-ehdon välillä laskettuja koodauksen vasteaikoja, emme löytäneet koodausvasteen merkittävää vaikutusta aika assosiatiiviselle muistille (p=0.31), tunnistusmuistille (p=0.25) tai assosiatiiviselle × tunnistusvuorovaikutukselle (p=0.97). Näiden nollavaikutusten perustelemiseksi laskemme Bayes-tekijän koodauksen vasteaikojen vuorovaikutukselle tACS:n toistuvan toimenpiteen vaikutuksen kanssa assosiatiiviseen muistiin, tunnistusmuistiin ja assosiatiiviseen × tunnistusvuorovaikutukseen, ja havaitsimme, että ne olivat arvossa tai alle/kaikkiaan. tapauksia (kullakin vastaavalla mallilla BF1{{10}} oli 0,35, 0,37 ja 0,13). Nämä havainnot kumoavat siten ehdotuksen, että koodausajat vaikuttivat tACS:n vaikutukseen muistin suorituskykyyn.

5. Keskustelu

Tuloksemme osoittavat, että theta tACS parietaalisen aivokuoren yli muistikoodauksen aikana heikentää assosiatiivisen muistin suorituskykyä, mutta ei samojen tehtävämateriaalien perceptuaalista tunnistusmuistia. Nämä havainnot ovat sopusoinnussa toistuvien havaintojen kanssa, joiden mukaan theta-värähtelyaktiivisuus edistää erityisesti assosiatiivisen muistin koodausta (a]sein et al., 1998; Buzsaki, 2002; Lega et al., 2012; Burke ym., 2013; Herweg et al., 2020; Sauseng et al, 2010). Havainto, että assosiatiivisen muistin suorituskyky ei korreloi havaintomuistin suorituskyvyn kanssa, vahvistaa edelleen käsitystä, että kahden muistiprosessin hermokorrelaatit ovat dissosioituvia. Tällä on lisätärkeää, koska parietaalisen stimulaation (P3) paikalla on havaittu olevan rooli sekä assosiatiivisessa muistissa että havainnon käsittelyssä (Cabeza et al, 201l; Culham & Kanwisher, 2001; Gotlieb, 2007). Toisin sanoen näiden kahden tehtävän hermokorrelaatit osoittavat spatiaalista päällekkäisyyttä parietaalikuoressa. Silti theta tACS:n dissosioituva vaikutus kahteen muistitehtävään viittaa siihen, että theta-värähtelyaktiivisuus voi toiminnallisesti erottaa kaksi muistiprosessia parietaalikorteksissa. Lisäksi tätä dissosiaatiota ei voida selittää tehtävän vaikeuserolla, koska suoritus molempien tehtävien valeolosuhteissa oli samanlainen.

Havaintomme assosiatiivisesta muistin heikkenemisestä theta tACS:n jälkeen on ristiriidassa useiden aikaisempien havaintojen kanssa theta tACS:n aiheuttamasta parantuneesta muistin suorituskyvystä. Tutkimusten vertailua vaikeuttaa kuitenkin tehtäväsuunnittelun ja aivostimulaation sijainnin heterogeenisyys. Esimerkiksi tACS:n aiheuttamaa muistin paranemista on raportoitu työmuistitutkimuksissa (Abellaned-Prezet al, 2020 Alekseichuk et al. 2016; Khader ym. 2010), mutta nämä tehtävät eivät luultavasti perustuneet assosiatiiviseen käsittelyyn. Lisäksi stimulaatioalue voi olla erityisen tärkeä johtuen thetavoiman erilaisista vaikutuksista eri neuroanatomisiin kohtiin (Long. Burle,&Kahana 2014). Esimerkiksi parantunut suorituskyky kasvojen kohtauksen assosiaatiotehtävässä sen jälkeen, kun tACS:n annettiin fusiform-alueelle (Lang et al, 2019), olisi voinut johtua kasvojen piirteiden koodauksen moduloinnista, eikä lisääntyneestä assosiatiivisen muistin koodauksesta. Vaikka theta-värähtelyaktiivisuutta on havaittu näillä alueilla ihmisillä ja eläimillä (Lee et al, 2005; Raghavachari et al, 2006; Sauseng et al, 2010), niillä voi olla erilainen rooli muistiprosesseissa. Tuoreemmassa tutkimuksessa Klinlk ym. (2020) eivät havainneet muutosta assosiatiivisen muistin suorituskyvyssä nuorilla osallistujilla tACS:n jälkeen ventrolateraalisen prefrontaalisen aivokuoren yli, mikä on edelleen esimerkki tulosten epäjohdonmukaisuudesta.

Sen sijaan ehdotamme, että havaintomme ovat linjassa aiempien tutkimusten kanssa, jotka osoittavat, että parietaalinen aivokuoren stimulaatio moduloi hermotoimintaa aivokuoren ja aivokuoren verkostossa, joka tukee assosiatiivista muistinkäsittelyä (Freedberg et al., 2019; Hermiller et al., 2019; Tambini et al. al 2018; Wanget al, 2014). Tarkemmin sanottuna löydöksemme ovat sopusoinnussa assosiatiivisen muistin, mutta eivät tunnistusmuistin, moduloinnin kanssa TMS:n antamisen jälkeen parietaalisen aivokuoren yli (Tambini et al., 2018). Laajennamme näitä raportteja osoittamalla, että theta tACS voi myös moduloida assosiatiivisena prosessointina väitetysti samassa hippokampus-kuoren verkostossa. On mahdollista, että havaintomme heikentyneestä, ei parantuneesta assosiatiivisesta muistista voi todellakin liittyä aivojen stimulaation theta-värähtelymalliin. .

Tärkeä näkökohta on, että stimuloimme kiinteällä taajuudella kaikille osallistujille yksittäisen thetataajuuden sijaan. Stimulointi yksittäisellä huipputaajuudella johtaisi tehostuneeseen hermostoon, mikä voisi parantaa muistin suorituskykyä (Hanslmayr, Axmacher, & Inman, 2019; Thut et al, 2011). Tätä käsitystä tukevat kourallinen aiempia tACS-tutkimuksia, jotka stimuloivat yksittäisellä thetataajuudella, tunnistettiin käyttämällä theta-gamma-vaihe-amplitudikytkentää tehtävän suorittamisen aikana ja havaitsivat parantuneen työmuistin suorituskyvyn stimulaation jälkeen (Reinhart & Nguyen, 2019; Vosskuhl, Huster, & Hermann., 2015). Muut tACS-tutkimukset, jotka osoittivat työmuistin parantamista, käyttivät kuitenkin kiinteää stimulaatiotaajuutta (Jausovec & Jausovec, 2014; Lang et al., 2019), mikä viittaa siihen, että stimulaatio yksittäisellä teetataajuudella ei ole tarpeen muistin suorituskyvyn moduloimiseksi. Yleisesti ottaen useat tutkimukset osoittivat, että stimulaatio yksittäisellä alfataajuudella ei johdonmukaisesti tehostanut hermoston kulkua (Vossen et al, 2015; Stecher & Herrmann, 2018), mikä viittaa siihen, että aivostimulaation, hermoston sisäänsyötön ja kognitiivisen suorituskyvyn välinen suhde ei ehkä ole oikea. suoraviivaista. Lopuksi on näyttöä siitä, että assosiatiivista koodausta ihmisillä tukee kaksi taajuuskaistaa theta-alueen ääripäässä (3-8 Hz) sen sijaan, että se vaihtelisi theta-alueen keskipisteen ympärillä (Lega et al, 2012(Wolinski). et al., 2018)). Tässä tapauksessa sähköinen värähtelevä stimulaatio theta-alueen keskellä johtaisi theta-desynkronisaatioon tai endogeenisten taajuuksien vaiheen siirtymiin, mikä voisi häiritä muistin käsittelyä (Alekseichuk et al.201Z). Polania, Nitsche, Korman Batsikadze, & Paulus, 2012). Väitämme, että havaintomme näyttävät olevan parhaiten sopusoinnussa tACS-indusoidun vaiheen epäsynkronoinnin kanssa, joka heikentää assosiatiivista muistia, mutta ei vaikuta havainnointikykyyn.

Tutkimuksemme suunnittelu asettaa joitakin rajoituksia päätelmillemme. Emme sisällyttäneet toiminnallista aivojen kuvantamista samanaikaisesti tACS-annon kanssa, mikä estää meitä varmistamasta parietaalisen tACS:n vaikutusta hippokampus-kortikaaliverkkoon. Emme myöskään mittaaneet EEG:tä samanaikaisesti tACS:n annon kanssa, mikä tarkoittaa, että emme voineet empiirisesti testata olettamustamme theta-desynkronisaatiosta assosiatiivisessa muistissa. Lopuksi, emme käyttäneet kontrollitaajuutta tai sijaintia vahvistaaksemme parietaalisen aivokuoren theta-stimulaation spesifisyyttä. Aiomme käsitellä näitä avoimia kysymyksiä tulevissa tutkimuksissa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tutkimuksemme osoittaa, että theta tACS vaikutti assosiatiivisen muistin koodaukseen säästäen samalla havaintotunnistusta. sen hypoteesin kanssa, että theta-värähtelyillä on kriittinen rooli assosiatiivisen muistin muodostumisessa parietaali-hippokampuksen vuorovaikutuksessa. Nämä tulokset ovat sopusoinnussa nykyisten assosiatiivisen muistin neurobiologisten mallien kanssa ja rohkaisevat lisätutkimuksiin käyttämällä ei-invasiivista sähköistä aivostimulaatiota assosiatiivisten muistiaivoverkkojen värähtelevän aktiivisuuden moduloimiseksi nykyistä muistitutkimusta varten.