الجزء 1: الانخفاض المرتبط بالعمر في النغمة المثبطة القشرية يقوي الذاكرة الحركية

جهة الاتصال: Audrey Hu Whatsapp / hp: 0086 13880143964 البريد الإلكتروني:audrey.hu@wecistanche.com

بيير بيتيتيتا ، ب ، 1 ، ∗ ، غيرشون سبيتزا ، ج ، 1 ، أوزاي إي إميرد ، إي ، هايدي يوهانسن بيرغا ، جاسينتا أوشيا ، و

مركز ويلكوم للتصوير العصبي التكاملي ، مركز FMRIB ، قسم علوم الأعصاب السريرية (NDCN) ، مستشفى جون رادكلي ، هيدينغتون ، أكسفورد ، المملكة المتحدة

b Center de Recherche en Neurosciences de Lyon، Equipe Trajectoires، Inserm UMR-S 1028، CNRS UMR 5292، Université Lyon 1، Bron، France

ج معهد تيرنر للدماغ والصحة العقلية ، جامعة موناش ، ملبورن ، أستراليا

د كلية العلوم الصحية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، إنديانا ، الولايات المتحدة الأمريكية

مدرسة ويلدون للهندسة الطبية الحيوية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، إنديانا ، الولايات المتحدة الأمريكية

مركز ويلكوم للتصوير العصبي التكاملي ، مركز أكسفورد لنشاط الدماغ البشري (OHBA) ، قسم الطب النفسي بجامعة أكسفورد ، مستشفى وارنيفورد ، وارنيفورد لين ، أكسفورد ، المملكة المتحدة

a b s t r a c t:

تعطل الشيخوخة توازن الإثارة / التثبيط المضبوط بدقة (E: I) عبر القشرة عن طريق الانخفاض الطبيعي في النغمة المثبطة (حمض أمينوبوتيريك ، GABA) ، مما يتسبب في تناقص وظيفي. ومع ذلك ، عند الشباب ، فإن خفض GABA تجريبيًا في القشرة الحسية الحركية يعزز مجالًا محددًا لوظيفة حسية: التكيفذاكرة. هنا ، اختبرنا الفرضية القائلة بأن GABA القشري الحسي الحركي ينخفض ​​بشكل طبيعي مع تقدم العمر ، والتكيفذاكرةسيزداد ، وسوف يفسر الأول الأخير. أكدت النتائج هذا التوقع. لإثبات السببية ، استخدمنا تحفيز الدماغ لتقليل GABA القشري الحسي الحركي أثناء التكيف. عبر الأفراد ، تعتمد الطريقة التي غيّر بها التنبيه الذاكرة على القشرة الحسية الحركية E: I. في أولئك الذين يعانون من انخفاض E: I ، زاد التحفيزذاكرة؛ في أولئك الذين لديهم E عالية: أنا أقل التحفيزذاكرة. وهكذا ، حددنا شكلاً من أشكال الذاكرة الحركية يتم تقويته بشكل طبيعي مع تقدم العمر ، ويعتمد سببيًا على الكيمياء العصبية للقشرة الحسية الحركية وقد يكون هدفًا قويًا لاستراتيجيات الحفاظ على المهارات الحركية في الشيخوخة الصحية وإعادة التأهيل العصبي.

يمكن أن يحسن القدر من الذاكرة

1 المقدمة

تنخفض القدرات الحركية مع تقدم العمر (Hunter et al. ، 2016 ؛ Krampe ، 2002). مع تقدم الدماغ والجسم في السن ، تفقد الحركات السرعة (Bedard et al. ، 2002 ؛ Jiménez-Jiménez et al. ، 2011) ، والقوة (Frontera et al. ، 2000) ، والتنسيق (Serrien et al. ، 2000). يتفاقم هذا الفقد الطبيعي للوظيفة بسبب الاضطرابات الحركية التي تزداد بشكل حاد مع تقدم العمر (مثل السكتة الدماغية ، ساركوبينيا ، باركنسون). مع زيادة عدد السكان المسنين (Leeson، 2018) ، هناك حاجة لاستراتيجيات لمواجهة وتعويض التدهور الحركي المرتبط بالعمر.

أثناء الشيخوخة ، يجب أن يتكيف الجهاز الحركي باستمرار مع التغير المستمر في الجهاز العصبي العضلي الهيكلي. تمكن مرونة الدماغ من ذلك. اللدونة ضرورية لتعلم مهارات حركية جديدة ، وتكييف المهارات الموجودة والاحتفاظ بها ، ولإعادة تأهيل الوظائف التي أضعفها المرض (Dayan and Cohen، 2011؛ ​​Sampaio-Baptista et al.، 2018). وبالتالي تلعب اللدونة دورًا مهمًا في التخفيف من التدهور الحركي المرتبط بالعمر (McNeil and Rice، 2018؛ Rozycka and Liguz-Lecznar، 2017).

لسوء الحظ ، تنخفض اللدونة أيضًا مع تقدم العمر (Burke and Barnes ، 2006) ، خاصة في المجال الحركي (Bhandari et al. ، 2016 ؛ Freitas et al. ، 2013 ؛ Rogasch et al. ، 2009). السبب الرئيسي هو خلل في التوازن بين الإثارة القشرية والتثبيط (E: I) (Rozycka and Liguz-Lecznar ، 2017). عبر القشرة ، E: تعطلت بسبب - حمض أمينوبوتيريك (GABA) - الناقل العصبي الرئيسي المثبط - تم الإبلاغ عنه في الغالب أنه يتراجع مع تقدم العمر ، 2018) ، وضعف القدرة على قمع الاستجابات التلقائية (هيرمانز وآخرون ، 2018 أ) ، وأبطأ تعلم التسلسل الحركي (King et al. ، 2020).

على النقيض من ذلك ، قمنا هنا باختبار الفرضية القائلة بأنه مع انخفاض M1 GABA مع تقدم العمر ، فإن شكلًا محددًا من وظائف محرك الطرف العلوي - التكيفذاكرة- من شأنه أن يزيد. على مدار العمر ، التكيف هو خاصية النظام الحسي الحركي التي تمكن الأفراد من مواجهة الاضطرابات عن طريق تعديل حركاتهم وبالتالي الحفاظ على الأداء الحركي الناجح (فرانكلين وولبرت ، 2011 ؛ وولبرت وآخرون ، 2011). بعد حدوث هذا الشكل من التعلم وإزالة الاضطراب ، التكيفذاكرةيتم التعبير عنها على أنها تأثير لاحق (AE) - تحيز للحركة في الاتجاه المعاكس للاضطراب. قوة التكيفذاكرةتتم فهرستها من خلال استمرار مع مرور الوقت من هذا AE. هناك ثروة من الأدلة على أنه في حين أن كبار السن غالبًا ما يظهرون عيوبًا أثناء التعرض للاضطراب الحسي الحسي (أي تقليل الخطأ البطيء ؛ Anguera et al. ، 2011 ؛ Bock ، 2005 ؛ Buch et al. ، 2003 ؛ Fernández-Ruiz et al. ، 2000؛ Huang and Ahmed، 2014؛ Panouillères et al.، 2015؛ Vandevoorde and Orban de Xivry، 2019) ، بعد إزالة الاضطراب الذي تم الاحتفاظ به AE (Bock، 2005؛ Buch et al.، 2003؛ Hegele and Heuer، 2008) ؛ Panouillères et al.، 2015؛ Roller et al.، 2002؛ Vandevoorde and Orban de Xivry، 2019) أو حتى زيادة (Fernández- Ruiz et al.، 2000؛ Nemanich and Earhart، 2015؛ Wolpe et al.، 2020) للبالغين الأصغر سنًا (على الرغم من الاطلاع على: Malone and Bastian ، 2016). من وموانع السلامة لقياسات MRS و tDCS. تم إجراء الفحص بواسطة أحد المجربين ، وتم تحديد التاريخ الطبي للمشاركين من خلال التقرير الذاتي. تم تقديم الموافقة الخطية المستنيرة من قبل جميع المشاركين. تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة أخلاقيات البحث في NHS بالمملكة المتحدة (أكسفورد A ؛ الرقم المرجعي REC: 13 / SC / 0163). في التجربة 1 ، أجرى جميع المشاركين (= 32) تكييف المنشور (PA) واختبارات استبقاء قصيرة (10- دقيقة) وطويلة المدى (24- ساعة). خضعت عينة فرعية لفحص MRS لقياس الكيمياء العصبية في القشرة الحسية الحركية اليسرى (= 22) وفي حجم التحكم التشريحي في القشرة القذالية (= 20 ؛ الشكل S2). وافقت عينة فرعية على المشاركة أيضًا في التجربة 2 (= 25) ، والتي تتكون من جلستين أسبوعيًا من PA جنبًا إلى جنب مع anodal / sham tDCS إلى M1. توجد تفاصيل كاملة عن القياسات التي تم الحصول عليها لكل فرد في الجدول S1.

في التجربة 1 ، تم تحديد حجم العينة (= 32) بناءً على تحليل الطاقة الذي تم إجراؤه في G ∗ Power (Faul et al. ، 2007) (الإصدار 3.1.9.2) ، المتضمن بواسطة التحقيقات السابقة للرابطة بين السلوك وتغيير GABA المرتبط بالعمر داخل المجال الحركي (Heise et al. ، 2013 ؛ Hermans et al. ، 2018a). كان متوسط ​​حجم التأثير عبر هذه الدراسات ||=0 52. لاكتشاف تأثير بهذا الحجم يتطلب حدًا أدنى للعينة من=19 مع احتمال حدوث خطأ من النوع الأول=0. 05 ، وقوة (1 -)=0. 80 (استنادًا إلى التحليل الارتباطي أحادي الطرف مسبقًا). من منظورنا الكيميائي العصبي ، أظهر العمل السابق أن خفض نغمة تثبيط M1 تجريبيًا أثناء التكيف عن طريق تحفيز الدماغ ليس له أي تأثير على معدل التكيف ولكنه زاد من ثبات AE في الشباب (Galea وآخرون ، 2010 ؛ O'Shea وآخرون. ، 2017). هنا ، استنتجنا أنه إذا كان استبقاء AE يعتمد سببيًا على نغمة مثبطة M1 ، فإن هذا الشكل منذاكرةقد تزداد بشكل طبيعي مع تقدم العمر بسبب انخفاض M1 GABA المرتبط بالعمر.

تم تأكيد هذه الفرضية في دراسة مقطعية على اثنين وثلاثين من كبار السن الأصحاء (متوسط ​​العمر: 67.46 سنة ، sd: 8.07). باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي (MRS) لتحديد الكيمياء العصبية ، أظهرنا أن M1 GABA يتراجع مع تقدم العمر. باستخدام تكييف المنشور (PA ، von Helmholtz ، 1867) ، أظهرنا أن الاحتفاظ يزداد مع تقدم العمر. أ

أكد تحليل الوساطة لاحقًا أنه مع انخفاض GABA مع تقدم العمر ، والتكيفذاكرةيزيد ، ويفسر الأول هذا الأخير. لإثبات السببية ، تدخلنا تجريبيًا مع التحفيز المثير للتيار المباشر عبر الجمجمة (a-tDCS) - لمحاولة خفض M1 GABA (Antonenko et al. ، 2017 ؛ Kim et al. ، 2014 ؛ Stagg et al. ، 2009) و وبالتالي زيادة التكيفذاكرة. في المتوسط ​​، لم يزداد التحفيزذاكرةفي هذه الفئة العمرية. بدلاً من ذلك ، أظهر تحليل الاعتدال كيف تغير التحفيزذاكرةيعتمد على القشرة الحركية للأفراد E: I. أدى التحفيز إلى زيادة الاستبقاء لدى الأفراد الذين يعانون من انخفاض E: I ، ولكن انخفاض الاحتفاظ في الأفراد الذين يعانون من ارتفاع E: I.

باختصار ، حددنا مجالًا محددًا من اللدونة الوظيفية الحركية التي تتحسن مع تقدم العمر ، كنتيجة طبيعية للانحدار المثبط القشري الحركي. يمكن تحسين وظيفة الذاكرة هذه عن طريق التحفيز العصبي ، ولكن فقط في الأفراد الأقل تأثرًا بخلل التنظيم المرتبط بالعمر في القشرة الحركية E: I. هذه النتائج تتحدى النظرة السائدة للشيخوخة على أنها تدهور وظيفي حتمي. في حين أن تعلم المهارات الحركية الجديدة قد ينخفض ​​، فإن القدرة على الحفاظ على تكيف المهارات الحالية تتحسن بشكل طبيعي مع تقدم العمر. هذا التكيفذاكرةتم تحسينه بشكل طبيعي مع تقدم العمر يشير إلى أنه قد يكون له إمكانات غير مستغلة كهدف لاستراتيجيات التدريب التي تهدف إلى الحفاظ على الوظيفة الحركية أو تحسينها أو استعادتها في الشيخوخة الصحية أو المرضية (على سبيل المثال ، العلاج المنشور لإعادة تأهيل الإهمال البصري المكاني ؛ O'Shea وآخرون ، 2017 ؛ روسيتي وآخرون ، 1998).

2. المواد والأساليب

2.1. مشاركون

شارك في هذه الدراسة 32 رجلاً من ذوي اليد اليمنى تتراوح أعمارهم بين 49 و 81 (متوسط ​​العمر: 67.5 سنة ، SD: 8.1). تم فحصها جميعًا لاستبعاد أي تاريخ شخصي أو عائلي لأحجام عينات الاضطرابات العصبية أو النفسية (= 32 للتحليلات السلوكية ؛=20 لتحليلات الكيمياء العصبية) وبالتالي كان لديها قوة كافية. في التجربة 2 ، تم تحديد حجم العينة بناءً على تحليل طاقة قابل للمقارنة مسترشد بحجم تأثير التحفيز المذكور في عملنا السابق (O'Shea et al. ، 2017). في تلك الدراسة ، عززت ترك M1 a-tDCS الاحتفاظ طويل الأمد حتى أربعة أيام بعد التكيف ، بحجم تأثير=0 .73. الحد الأدنى لحجم العينة المطلوب لاكتشاف تأثير=0. 73 مع احتمال حدوث خطأ من النوع الأول=0. 05 ، والقوة (1 -)=0. 80 كان {{24 }} (بناءً على تباين وحيد الطرف بين وسيلتين تابعتين). للسماح بالتسرب المحتمل ، تم تجنيد ستة وعشرين مشاركًا. تم فقد أحد المشاركين لمتابعة الاحتفاظ وبالتالي لم يتم تضمينه في العينة النهائية لـ=25.

2.2. بروتوكول التكيف المنشور

في كلتا التجربتين ، تم إجراء PA باستخدام جهاز آلي مصمم لهذا الغرض (الشكل S1a). جلس المشاركون برأسهم في chinrest ، وعرض شاشة تعمل باللمس الأفقية {2}} بوصة من خلال مصراع شاشة بلورية سائلة (LCD) (تشتت lm ، تقنيات الكريستال السائل ، أوهايو ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم استخدام شاشة اللمس لعرض الأهداف المرئية وتسجيل نقاط نهاية الوصول ، وتم استخدام مصراع LCD للتحكم في الملاحظات المرئية للشاشة والأطراف. تم إرفاق زر بعمود مسند الذقن وكان بمثابة نقطة انطلاق لجميع حركات التأشير. طُلب من المشاركين الاستمرار في الضغط على الزر في جميع الأوقات ، وإطلاقه فقط عند بدء حركة تصل إلى الهدف. في التجارب اللاحقة (AE) فقط ، أدى تحرير الزر إلى تشغيل مصراع LCD ليتحول إلى معتم ، مما يؤدي إلى حجب التعليقات المرئية لدقة نقطة النهاية. بالإضافة إلى ذلك ، منع مصراع المشاركين المشاركين من رؤية أطرافهم في وضع البداية وخلال الثلث الأول من مسار الوصول. طُلب من المشاركين عدم تحريك إصبعهم عبر سطح شاشة اللمس ولكن بدلاً من ذلك لمس الشاشة فقط في نهاية حركة الوصول الخاصة بهم. تم حساب أخطاء التأشير كزاوية تشكلت بين خط مستقيم يربط بين موضع البداية والهدف ، وخط مستقيم يربط بين موضع البداية وموضع الهبوط المسجل. حسب الاصطلاح ، تم ترميز الأخطاء في اتجاه التحول المنشوري (إلى اليمين / في اتجاه عقارب الساعة) على أنها موجبة ، بينما تم ترميز الأخطاء في الاتجاه المعاكس (إلى اليسار / عكس اتجاه عقارب الساعة) على أنها سلبية. تمت برمجة المهمة في إصدار MATLAB 2014b (MathWorks ؛ https://uk.mathworks.com) باستخدام Psychtool- box (Kleiner et al. ، 2007) الإصدار 3 ، يعمل على كمبيوتر محمول MacBook Pro. في كل تجربة ، وجه تسجيل صوتي صوتي المشاركين للوصول والإشارة باستخدام مؤشرهم الأيمن إلى الهدف المعروض على شاشة اللمس. يمكن أن يكون الهدف موجودًا في منتصف الشاشة (تجارب الحلقة المفتوحة) أو 10 سم إلى اليسار أو اليمين (تجارب الحلقة المغلقة). كانت المسافة بين عيون المشاركين والهدف المركزي 57 سم.

خلال المشاركين في PA ، قاموا بالتناوب بين نوعين من كتل المهام: تأشير الحلقة المغلقة (CLP) وتوجيه الحلقة المفتوحة (OLP). في تجارب الحلقة المغلقة ، ارتدى المشاركون نظارات موشورية متغيرة لليمين بمقدار 10 درجات (نظارات جليدية: Julbo ، Longchaumois ، فرنسا ؛ العدسات: OptiquePeter ، ليون ، فرنسا) وتم توجيههم للقيام بحركات سريعة الوصول (متوسط ​​مدة الحركة: 452 مللي ثانية ، sd : 119 مللي ثانية) إلى الهدف الأيسر أو الأيمن بترتيب شبه عشوائي. تم تدريب المشاركين على إبقاء زنادهم في موضع الهبوط وتصحيح حركتهم في التجربة التالية حسب الحاجة. للحد من التعديلات الاستراتيجية وتصحيح الخطأ "الداخلي" (Redding and Wallace، 1996؛ 2001) التغذية الراجعة المرئية للخداع) أثناء الاختبار السلوكي. تم تحقيق ذلك باستخدام رموز التعمية ("وضع الدراسة" للمحفز) التي قدمها باحث لم يشارك في الاختبار السلوكي. حدث إلغاء التعمية في مرحلة التحليل الإحصائي ، بمجرد اكتمال جمع البيانات.

في التجربة 2 ، أجرى المشاركون جلستين PA بالإضافة إلى tDCS (anodal / sham ، ترتيب متوازن) ، كل منهما مفصولة بأسبوع واحد على الأقل (متوسط ​​الفاصل الزمني: 10 أيام ، sd: 6 أيام). تم اختيار هذا الفاصل الزمني للسماح بتأثير DCS على استثارة القشرة (Nitsche et al. ، 2003 ؛ Nitsche and Paulus ، 2000) و AE (O'Shea et al. ، 2017) ، لضمان العودة إلى سلوك التأشير الأساسي والاستثارة القشرية عند بدء الجلسة التجريبية الأخرى. كان الأساس المنطقي للتحفيز خلال السلطة الفلسطينية - على عكس ما قبل أو بعد - هو التفاعل بين الثلث الأول من كل حركة تصل إلى مصراع المصراع ، كما في العمل السابق (Inoue et al. ، 2015 ؛ O'Shea et al. ، 2017 ؛ 2014). في نهاية كل تجربة ، استمرت التعليقات المرئية لموضع الهبوط لمدة 500 مللي ثانية بعد تسجيل اللمس. بعد هذا الوقت ، تحول مصراع LCD إلى معتم واضطر المشاركون إلى العودة إلى وضع البداية (أي الضغط مع الاستمرار على الزر) بدون ردود فعل مرئية من أيديهم. أدى هذا الإجراء إلى الحد من تعرض المنشور لحركة الوصول بدلاً من حركة العودة. في التجارب ذات الحلقة المفتوحة ، تمت إزالة المنشورات وتم توجيه المشاركين للإشارة إلى الهدف المركزي. تم التأكيد على الدقة على السرعة (متوسط ​​مدة الحركة: 799 مللي ثانية ، sd: 135 مللي ثانية). تم تقديم التعليقات المرئية في كل تجربة بواسطة مصراع LCD الذي يتحول إلى معتم عند بداية الوصول ، وبالتالي يحجب رؤية الهدف ، وخطأ الوصول ونقطة النهاية ، وحركة العودة. مكن هذا من قياس AE الأيسر دون أن يقوم المشاركون بإلغاء التكيف بشكل فعال استجابةً لتعليقات الخطأ البصري.

في كلتا التجربتين ، قامت كل جلسة من جلسات PA بقياس دقة التوجيه أثناء خط الأساس ، والتكيف ، والمدى القصير (10- دقيقة) ، والاحتفاظ طويل المدى (24- ساعة ؛ الشكل S1). تم قياس فعالية التأشير الأساسية ذات الحلقة المغلقة والمفتوحة في كتلتين من 20 و 30 تجربة على التوالي. يتألف التكيف من أزواج متناوبة من كتل التأشير ذات الحلقة المغلقة والمفتوحة ، ستة في التجربة 1 وسبعة في التجربة 2 (الشكل S1). تم قياس استبقاء AE 10- بالدقائق و 24- ساعة بعد نهاية PA ، عن طريق كتلة واحدة من 45 تجربة حلقة مفتوحة. في التجربة 2 ، تبعت 10- فترة الاحتفاظ بالدقائق بمرحلة تبييض أشار فيها المشاركون دون ارتداء مناشير ، ولاحظوا أخطائهم في الجهة اليسرى ، وبالتالي تم إلغاء تكييفها. يتألف Washout من 40 تجربة مغلقة الحلقة و 45 تجربة حلقة مفتوحة موزعة عبر ست كتل مشذرة (الشكل S1b). كان الغرض من الغسيل ذو شقين. أولاً ، مكننا من التحقيق في ما إذا كان التقدم في السن ، في الحالة الوهمية ، مرتبطًا بالفشل في عدم التكيف مما قد يفسر أقوى AE في وقت لاحق (انظر النتائج التكميلية). ثانيًا ، عللنا ذلك ، إذاذاكرةتم تقوية التكوين عن طريق التحفيز أثناء PA ، ثم كان من المرجح أن يتداخل الغسل مع الاحتفاظ طويل الأمد في الحالة الوهمية أكثر من الحالة المصعدية ، مما قد يزيد من الحساسية لاكتشاف تأثير التحفيز في 24- ساعة.

2.3 التحفيز الحالي المباشر عبر الجمجمة

في التجربة 2 ، تم تسليم tDCS بواسطة محفز DC يعمل بالبطارية (Neuroconn GmbH ، Ilmenau ، ألمانيا) متصل بقطبين من الإسفنج مقاس 7 × 5 سم منقوعين في 0 محلول ملحي بنسبة 9 بالمائة. تمركز القطب الأنود على C3 (5 سم جانبيًا لـ Cz) المقابل لقشرة المحرك الأولية اليسرى وفقًا لنظام القطب 10-20 الدولي (Herwig et al. ، 2003). تم وضع الكاثود فوق الحافة فوق الحجاجية اليمنى. خلال tDCS المصعدي ، تم تطبيق التحفيز عند 1 مللي أمبير لمدة 20 دقيقة ، طوال مرحلة التكيف بأكملها ، كما في عملنا السابق (O'Shea et al. ، 2017). تمت مراقبة المعاوقة عبر الإنترنت وتم الاحتفاظ بها أقل من 10 كيلو أوم في جميع الأوقات أثناء التحفيز. تصاعد التيار صعودًا وهبوطًا خلال فترة 10 ثوانٍ عند بداية التحفيز وضبطه. خلال tDCS الوهمية ، كان الإجراء متطابقًا باستثناء أنه لم يتم تسليم أي تحفيز خلال 20 دقيقة. بدلاً من ذلك ، حدثت نبضات تيار صغيرة (110 أمبير أكثر من 15 مللي ثانية) كل 550 مللي ثانية لمحاكاة الإحساس بالوخز العابر المرتبط بالتحفيز الحقيقي. تم تعمية كل من المجربين والمشاركين عن حالة التحفيز (أنودي أو معذاكرةعمليات التكوين التي تحدث أثناء التعرض للتحول البصري ، المعروف عنه ارتباطه بالاحتفاظ طويل الأمد (Inoue et al. ، 2015 ؛ Joiner and Smith ، 2008 ؛ Kording et al. ، 2007 ؛ Smith et al. ، 2006). لقد أظهرنا سابقًا أن M1 a-tDCS المطبق من قبل - على عكس أثناء - لم يكن لـ PA أي تأثير على التكيفذاكرة، مما يدل على أهمية التفاعل بين التحفيز العصبي والحالة المعرفية المتزامنة (O'Shea et al. ، 2017).

2.4 بروتوكول اكتساب MRS

تم الحصول على بيانات MRS في مركز أكسفورد لأبحاث الرنين المغناطيسي السريرية (OCMR ، جامعة أكسفورد) ، على جهاز Siemens Trio {0} الماسح الضوئي للرنين المغناطيسي Tesla لكامل الجسم وباستخدام ملف القناة 32- . دقة عالية T 1- صور MR الهيكلية المرجحة (Mprage ؛ 224 × 1 مم شرائح محورية ؛ tr/te=3000/4.71 ms ؛ ingle angle=8 ◦ ؛ fov=256 ؛ تم الحصول على حجم voxel=1 mm متناحٍ ؛ وقت المسح=528 ثانية) لأغراض وضع وتسجيل MRS voxel. تم الحصول على بيانات MRS من مجلدين من الفائدة (VOIs ؛ حجم فوكسل=2 × 2 × 2 سم 3) في عمليتي استحواذ متتاليتين. تمركز أول VOI على مقبض اليد الأيسر للمحرك (Yousry et al. ، 1997) وشمل أجزاء من التلفيف قبل وبعد المركزي (الشكل S2c). تمركز VOI الثاني (التحكم التشريحي) على التلم الكلسي في الفص القذالي (القشرة البصرية) (Engel et al. ، 1997 ؛ Ip et al. ، 2017 ؛ Lunghi et al. ، 2015) (الشكل S2c) ). تم اختيار منطقة التحكم هذه لأنها ، على حد علمنا ، لم تشارك في تطوير و / أو الاحتفاظ بالمنشور AEs (للمراجعة ، انظر: Panico et al. ، 2020 ؛ Petitet et al. ، 2017). تم تنفيذ b0 shimming باستخدام شريحة محورية (64 × 4.2 مم ، tr=862. 56 ms ، te1/2=4. 40}} ، مدة الفحص=63 ثانية). تم الحصول على بيانات التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي (أطياف) باستخدام توطين شبه ثابت الحرارة من خلال تسلسل إعادة التركيز الانتقائي الانتقائي (شبه الليزر) (TR / TE=4000 / 28 مللي ثانية ، 64 متوسط ​​مسح ، وقت المسح=264 ثانية) مع نبضات ترددات راديوية متغيرة الطاقة مع تأخيرات استرخاء محسّنة (VAPOR) ، وإخماد الماء ، وتشبع بالحجم الخارجي (Deelchand et al.، 2015؛ Öz and Tkáč، 2011). بالإضافة إلى ذلك ، تم الحصول على أطياف المياه غير المكبوتة من نفس VOIs لإزالة تأثيرات تيار الدوامة المتبقية ، وإعادة بناء أطياف الصفيف المرحلي (Natt et al. ، 2005). تم حفظ عمليات الاستحواذ أحادية الطلقة بشكل منفصل (وضع الاستحواذ على طلقة واحدة) ، ثم تم تصحيح التردد والمرحلة قبل الوصول إلى متوسط ​​أكثر من 64 عملية مسح ضوئي.

2.5 تحليل بيانات MRS

تم قياس كمية المستقلبات باستخدام LCModel (Provencher ، 2 0 12 ؛ 1993 ؛ 2001) الذي تم إجراؤه على جميع الأطياف ضمن نطاق التحول الكيميائي 0.5 إلى 4.2 جزء في المليون. تم إنشاء أطياف النموذج بناءً على التحولات الكيميائية المبلغ عنها مسبقًا وثوابت الاقتران بواسطة مشروع فيسبا (التحفيز متعدد الاستخدامات والبقول والتحليل). تم استخدام إشارة الماء غير المكبوتة المكتسبة من حجم الاهتمام لإزالة تأثيرات تيار الدوامة وإعادة بناء أطياف الصفيف المرحلي (Natt et al. ، 2005). تم تصحيح أطياف المسح الفردي لتغيرات التردد والطور الناتجة عن حركة الموضوع قبل الجمع. تم استخدام الجلوتاميك (Glx) في الدراسة الحالية بسبب عدم القدرة على التمييز بين الجلوتامات والجلوتامين باستخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 3T. لتجنب انحياز العينة نحو تقديرات التركيز العالي ، تم حساب Cramér-Rao Lower Bound (CRLB) النسبي المتوقع لكل مجموعة بيانات فردية مع الأخذ في الاعتبار تقدير التركيز وافتراض مستوى ثابت من الضوضاء عبر جميع القياسات (انظر المعلومات التكميلية للطرق التفصيلية). تم استبعاد مجموعات البيانات التي تجاوزت Pearson المتبقية بين CRLB النسبية المتوقعة والملاحظة 2 من التحليل اللاحق. باستخدام معيار ترشيح الجودة هذا لـ -Aminobutyric acid (المسمى GABA) و Glutamix (Glutamine plus Gutamate ، المسمى Glx) والكرياتين الكلي (Creatine plus Phosphocreatine ، المسمى TCR) ، تم تجاهل أربع مجموعات بيانات V1 MRS ولم يتم تجاهل أي مجموعة بيانات M1 MRS.

يعد تصحيح الأنسجة خطوة مهمة في تحليل بيانات MRS ، خاصة عند كبار السن بسبب ضمور الدماغ ، والذي تم اقتراحه ليتوافق مع الخيار الافتراضي لوظيفة "علامة التبويب _ النموذج" لحزمة sjPlot في R (Lüdecke ، 2021). قمنا بمقارنة معلمات نموذج LMM مباشرة لإنشاء مدينة متخصصة في التشريحية العصبية والكيميائية العصبية. تمت مقارنة معلمات النموذج باستخدام اختبار فرضية خطية عام باستخدام الحزمة متعددة المركبات في R (Hothorn et al. ، 2008). لأغراض التصور ، Figs. تُظهر البيانات 1b و 3 و 6 b متوسط ​​الكتلة كمقاييس للاحتفاظ ، ولكن تم تشغيل التحليلات الإحصائية على بيانات التجربة الفردية مع اعتراضات ومنحدرات عشوائية. مقاييس حجم التأثير هي

تم الإبلاغ عنها لجميع التحليلات الجوهرية ، باستخدام حزمة e ectize (Ben- Shachar et al. ، 2020) في R. Cohen's d لحساب أحجام التأثيرات لعينة واحدة اختبار t مقابل الصفر للاحتفاظ قصير وطويل الأجل في سابقًا لحساب ، على الأقل جزئيًا ، للدين المرتبط بالعمر الذي يتم ملاحظته بشكل متكرر في مستويات GABA المقاسة بواسطة MRS (Maes et al. ، 2018 ؛ Porges et al. ، 2017b). ينتج LCmodel تركيزات المستقلب لحجم كامل من الفائدة. لذلك إذا كان جزء النسيج العصبي ضمن حجم الاهتمام منخفضًا ، بسبب الضمور المرتبط بالعمر (Good et al. ، 2001) ، فإن تقديرات تركيز المستقلب ستكون بالضرورة أقل أيضًا. تم اقتراح العديد من تقنيات تصحيح الأنسجة لمراعاة هذا الالتباس المحتمل ، مع عدم وجود إجماع حاليًا في الأدبيات (Harris et al. ، 2015 ؛ Maes et al. ، 2018 ؛ Porges et al. ، 2017b). معظم هذه التقنيات تضع افتراضات حول توزيع المستقلب ذي الأهمية داخل أجزاء الأنسجة المختلفة. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الافتراضات قد لا تصمد طوال العمر ، حيث أن عملية الشيخوخة الطبيعية قد تؤثر على بعض المقصورات أكثر من غيرها. ومن ثم ، استخدمت جميع التحليلات الواردة في هذه الورقة تقديرات التركيز المصححة غير الأنسجة وبدلاً من ذلك تضمنت النسبة المئوية للمادة الرمادية (GM) والمادة البيضاء (WM) في MRS voxel كمتغيرات مربكة لا تهم (كما في Scholl et al. ، 2017). نظرًا لأن نهج التصحيح الجزئي للحجم هذا لا يفترض أي افتراض حول توزيع GABA و Glx ضمن أنواع الأنسجة المختلفة ، فهو مناسب بشكل خاص للدراسة الحالية (التي تراوحت أعمار المشاركين فيها من 49 إلى 81) ، وبالتالي يتحكم في الضمور أثناء البقاء. لا أدري بشأن التأثيرات المختلفة للشيخوخة على أنواع الأنسجة. تم حساب النسب المئوية للمادة الرمادية والمادة البيضاء والسائل الدماغي النخاعي الموجود في VOIs باستخدام أداة التجزئة الآلية من FMRIB (Zhang et al. ، 2001). تم الإبلاغ عنها مع مقاييس جودة بيانات MRS في الجدول S2.

عبر الأفراد ، كان تقدير تركيز إجمالي الكرياتين (TCR) مرتبطًا سلبًا بالعمر في M1 فوكسل ((21)=- 0. 46 ،=0. 0 4 ) على الرغم من عدم وجوده في V1 voxel ((17)=−0.06 ،=0. 81 ؛ الشكل S2b). بسبب هذا الالتباس مع العمر ، لا يمكن استخدام TCR كمرجع داخلي صالح لتقديرات المستقلب. ومن ثم ، خلال هذا العمل ، استخدمنا تقديرات التركيز المطلق لـ GABA و Glx ، بدلاً من التعبير عن البيانات كنسب TCR.

2.6. تحليل احصائي

تم إجراء التحليلات الإحصائية للسلوك في R (R Core Team، 2 0 17). للتحكم في الاختلافات بين الأفراد في دقة التأشير قبل التكيف ، عبر جميع بيانات خطأ نقطة النهاية ، تم تطبيعها عن طريق طرح متوسط ​​خطأ التوجيه عند خط الأساس (عبر الأهداف اليسرى / اليمنى للكتل ذات الحلقة المغلقة ؛ الهدف الأوسط لكتل ​​الحلقة المفتوحة ). ما لم يُحدد خلاف ذلك ، كانت جميع الاختبارات الإحصائية ثنائية الذيل. تم إجراء التحليلات باستخدام الانحدار الخطي وتضمنت عمليات التحقق من الافتراضات التالية: 1) الخطية ، 2) تجانس التباين ، و 3) الحالة الطبيعية للبقايا. تم فحص هذه الافتراضات بصريًا باستخدام قطع القيم المتبقية مقابل القيم المرصودة (الخطية) ، والقيم ttted مقابل القيم المتبقية (تجانس التباين) ، وتوزيع المخلفات (الوضع الطبيعي للمخلفات). تم استخدام نماذج التأثيرات المختلطة الخطية (LMMs) للتحليلات باستخدام مكون قياس طولية / متكررة (مثل التكيف ، والاحتفاظ) من خلال تضمين اعتراضات ومنحدرات كتأثيرات عشوائية للمشاركين. هذا النهج له ميزتان مقارنة بتحليلات المقاييس المتكررة للتباين (ANOVAs): لقد سمح لنا بما يلي: 1) النظر أيضًا في الديناميكيات السلوكية داخل الكتلة ، بدلاً من أخطاء متوسط ​​الكتلة فقط ، و 2) فصل المصادر العشوائية للتباين بين الأفراد عن ذات مغزى. تم الإبلاغ عن جميع المواصفات النموذجية في الجداول التكميلية. تم تقدير قيم P باستخدام اختبار Wald ، الذي تم إجراء تجارب 1 ، وللعينات المزدوجة اختبارات t للعينات الوهمية مقابل التحفيز الأنودي على الاحتفاظ قصير الأجل وطويل الأجل في التجربة 2. مربع eta الجزئي التقريبي () للمزيج الخطي- يؤثر على تحليلات الانحدار لتلخيص نسبة التباين المرتبطة بتأثير ثابت معين. تم اقتراح قواعد تجريبية لتفسير أحجام التأثيرات. معايير كوهين د هي: صغير=[0. 2 {{3 0}}؛ 0 49] ، متوسط ​​= [0. 5 ؛ 0 79] ، كبير أكبر من أو يساوي 0 .8. قواعد هي: صغير=[0. 0 1 ؛ 0.05] ؛ متوسط ​​= [0.06 ؛ 0.13] ؛ أكبر من أو يساوي 0.14 (كوهين ، 2013).

في التجربة 2 ، تم تحليل متوسط ​​دقة OLP و CLP الأساسي بطريقتين. أولاً ، للتحقق من عدم وجود تأثير الأمر (جلسة PA 1 مقابل جلسة PA 2 ؛ باستخدام اختبارات t الزوجية). ثانيًا ، للتحقق من عدم وجود تأثير حالة التحفيز (جلسة tDCS مصعدي مقابل جلسة tDCS الوهمية ؛ باستخدام اختبارات t الزوجية على نفس البيانات التي أعيد ترتيبها بواسطة حالة التحفيز العصبي). أكد التحليل السابق أن الفاصل الزمني للغسيل لمدة أسبوع واحد كان فعالًا (أي أن التأثيرات السلوكية للجلسة 1 قد تبددت مع بداية الجلسة 2) ، وتأكد الأخير من أن الاختلافات في الأداء بين ظروف المصعدي والظروف الوهمية tDCS يمكن أن تعزى إلى تأثير التحفيز العصبي على عكس الاختلافات المنهجية العشوائية الموجودة بالفعل عند خط الأساس. لتقدير الأدلة الإحصائية لصالح غياب الاختلاف (أي ما نهدف إلى تحقيقه) ، تم حساب عامل بايز (01) لتحليلات مراقبة الجودة هذه. تم اعتبار A 01> 3 دليلاً جوهريًا على عدم وجود فرق ، بما يتفق مع التباين المناسب بين الجلستين التجريبيتين.

نظرًا لتصنيع GABA من الغلوتامات ، فإن تركيزات هذين الناقلين العصبيين عادة ما تكون مرتبطة بشكل إيجابي في الدماغ (Jocham et al. (2012) ؛ Stagg et al. (2011a) ؛ في مجموعة البيانات الخاصة بنا ، M1 GABA × M1 Glx: (20)=0. 34 ،=0. 13 ؛ V1 GABA × V1 Glx: (14)=0. 16 ،=0. 55). لذلك ، عند تحليل العلاقة بين التركيز المطلق في GABA أو Glx داخل فوكسل والنتيجة ، تم أيضًا تضمين تركيز الناقل العصبي الآخر (GABA أو Glx) في النموذج. بالإضافة إلى ذلك ، تم أيضًا تضمين تركيزات المادة الرمادية والبيضاء كمتغيرات مشتركة لا تهم جميع النماذج التي تضمنت بيانات كيميائية عصبية.

تم استخدام تحليل الوساطة لوصف الروابط "الآلية" الكامنة وراء الارتباطات الملحوظة بين العمر والكيمياء العصبية والاحتفاظ. تم إجراء ذلك باستخدام وساطة الحزمة R لتحليل الوساطة السببية (Imai et al. ، 2010). تم إجراء الوساطة باستخدام الانحدار مع التمهيد اللامعلمي (10 ، 000 نماذج) للتأكد مما إذا كانت النغمة المثبطة لـ M1 تفسر الارتباط بين العمر والاحتفاظ طويل المدى. تضمن النموذج: العمر كمتغير مستقل (X) ؛ التركيزات المطلقة لـ M1 GABA و Glx كوسيط (M1 ، M2) ؛ الاحتفاظ بمتوسط ​​الكتلة في 24- ساعة كمتغير تابع (Y) (خطأ متوسط ​​الكتلة تم تطبيعه بواسطة خط الأساس لكل فرد) ، والتحكم في جزء GM و WM في M1 فوكسل (C1 ، C2). تم حساب النسبة المئوية للوساطة () على أنها جزء من إجمالي التأثير (ج) تم حسابه من خلال التأثيرات غير المباشرة (ab1 أو ab2).