Parti 1: Tnaqqis relatat mal-età fit-ton inibitorju tal-kortiki jsaħħaħ il-memorja tal-mutur

Kuntatt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Email:audrey.hu@wecistanche.com

Pierre Petiteta,b,1,∗, Gershon Spitza,c,1, Uzay E. Emird,e, Heidi Johansen-Berga, Jacinta O'Sheaa,f

a Wellcome Centre for Integrative Neuroimaging, Ċentru FMRIB, Nuffield Department of Clinical Neurosciences (NDCN), John Radcliffe Hospital, Headington, Oxford, ir-Renju Unit

b Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, Equipe Trajectoires, Inserm UMR-S 1028, CNRS UMR 5292, Université Lyon 1, Bron, Franza

c Turner Institute for Brain and Mental Health, Monash University, Melbourne, Awstralja

d School of Health Sciences, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA

e Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA

f Wellcome Center for Integrative Neuroimaging, Oxford Centre for Human Brain Activity (OHBA), Dipartiment tal-Psikjatrija tal-Università ta’ Oxford, Warneford Hospital, Warneford Lane, Oxford, ir-Renju Unit

a b s t r a c t:

It-tixjiħ ifixkel il-bilanċ ta 'eċċitazzjoni/inibizzjoni sintonizzat b'mod fin (E:I) madwar il-kortiċi permezz ta' tnaqqis naturali fit-ton inibitorju (aċidu-aminobutyric, GABA), li jikkawża tnaqqis funzjonali. Madankollu, fl-adulti żgħażagħ, it-tnaqqis sperimentali ta' GABA fil-kortiċi sensorimotor itejjeb qasam speċifiku ta' funzjoni sensorimotor: adattamentmemorja. Hawnhekk, ittestjajna l-ipoteżi li hekk kif il-GABA kortikali sensorimotor jonqos b'mod naturali bl-età, l-adattamentmemorjatiżdied, u tal-ewwel jispjega tal-aħħar. Ir-riżultati kkonfermaw din il-previżjoni. Biex nippruvaw il-kawżalità, użajna l-istimulazzjoni tal-moħħ biex innaqqsu aktar il-GABA kortikali sensorimotor waqt l-adattament. Madwar l-individwi, kif l-istimulazzjoni bidlet il-memorja tiddependi fuq E:I kortikali sensorimotor. F'dawk b'E:I baxx, l-istimulazzjoni żdiedetmemorja; f'dawk bi stimulazzjoni għolja E:I mnaqqsamemorja. Għalhekk, identifikajna forma ta 'memorja tal-mutur li hija msaħħa b'mod naturali bl-età, tiddependi b'mod kawżali fuq in-newrokimika tal-kortiċi sensorimotor u tista' tkun mira qawwija għal strateġiji ta 'preservazzjoni tal-ħiliet tal-mutur fit-tixjiħ b'saħħtu u n-newroriabilitazzjoni.

Cistanche jista 'jtejjeb il-memorja

1. Introduzzjoni

Il-kapaċitajiet tal-muturi jonqsu bl-età (Hunter et al., 2016; Krampe, 2002). Hekk kif il-moħħ u l-ġisem jixjieħu, il-movimenti jitilfu l-veloċità (Bedard et al., 2002; Jiménez-Jiménez et al., 2011), is-saħħa (Frontera et al., 2000), u l-koordinazzjoni (Serrien et al., 2000). Dan it-telf naturali tal-funzjoni huwa aggravat minn diżordnijiet tal-mutur li jiżdiedu drastikament mal-età (eż. puplesija, sarkopenja, Parkinsoniżmu). Hekk kif il-popolazzjoni anzjana tiżdied (Leeson, 2018), hemm bżonn ta 'strateġiji biex jikkontrobattu u jikkumpensaw għat-tnaqqis tal-mutur relatat mal-età.

Matul ix-xjuħija, is-sistema tal-mutur trid tadatta kontinwament għal bidla newro-muskoloskeletali li għaddejja. Il-plastiċità tal-moħħ tippermetti dan. Il-plastiċità hija essenzjali biex titgħallem ħiliet ġodda tal-mutur, tadatta u żżomm dawk eżistenti, u biex tirriabilita funzjonijiet imfixkla mill-mard (Dayan u Cohen, 2011; Sampaio-Baptista et al., 2018). Għalhekk il-plastikità għandha rwol importanti fil-mitigazzjoni tat-tnaqqis tal-mutur relatat mal-età (McNeil and Rice, 2018; Rozycka and Liguz-Lecznar, 2017).

Sfortunatament, il-plastiċità tonqos ukoll bl-età (Burke and Barnes, 2006), speċjalment fid-dominju tal-mutur (Bhandari et al., 2016; Freitas et al., 2013; Rogasch et al., 2009). Kawża ewlenija hija d-disregolazzjoni tal-bilanċ sintonizzat b'mod fin bejn l-eċitazzjoni kortikali u l-inibizzjoni (E: I) (Rozycka u Liguz-Lecznar, 2017). Madwar il-kortiċi, E:I huwa mfixkel minħabba li -aminobutyric acid (GABA) - in-newrotrasmettitur inibitorju ewlieni - kien irrappurtat b'mod predominanti li jonqos bl-età,2018), indeboliment fil-kapaċità li jrażżnu r-risponsi awtomatiċi (Hermans et al., 2018a), u aktar bil-mod tagħlim tas-sekwenza bil-mutur (King et al., 2020).

B'kuntrast, hawnhekk aħna ttestjajna l-ipoteżi li, hekk kif M1 GABA jonqos bl-età, forma speċifika ta 'funzjoni tal-mutur tar-riġlejn ta' fuq - adattamentmemorja– jiżdied. Tul il-ħajja kollha, l-adattament huwa dik il-proprjetà tas-sistema sensorimotor li tippermetti lill-individwi biex jikkontrobattu t-perturbazzjonijiet billi jaġġustaw il-movimenti tagħhom u b'hekk iżommu prestazzjoni tal-mutur b'suċċess (Franklin and Wolpert, 2011; Wolpert et al., 2011). Wara li tkun saret din il-forma ta’ tagħlim u titneħħa t-tfixkil, l-adattamentmemorjahija espressa bħala effett ta' wara (AE) – preġudizzju ta' moviment fid-direzzjoni opposta tal-perturbazzjoni. Is-saħħa tal-adattamentmemorjahuwa indiċjat mill-persistenza matul iż-żmien ta' dan l-AE. Hemm ħafna evidenza li filwaqt li l-adulti anzjani spiss juru nuqqasijiet waqt l-espożizzjoni għal perturbazzjoni sensorjomotriċi (jiġifieri tnaqqis aktar bil-mod tal-iżball; Anguera et al., 2011; Bock, 2005; Buch et al., 2003; Fernández-Ruiz et al., 2000; Huang and Ahmed, 2014; Panouillères et al., 2015; Vandevoorde u Orban de Xivry, 2019), wara t-tneħħija tal-perturbazzjoni l-AE hija ppreservata (Bock, 2005; Buch et al., 2003; Hegele and Heuer, 2008; ; Panouillères et al., 2015; Roller et al., 2002; Vandevoorde u Orban de Xivry, 2019) jew saħansitra żdiedu (Fernández- Ruiz et al., 2000; Nemanich and Earhart, 2015; Wolpe et al., 2020) imqabbla lil adulti iżgħar (għalkemm ara: Malone u Bastian, 2016). Minn u kontraindikazzjonijiet tas-sigurtà għall-kejl MRS u tDCS. L-iskrinjar sar minn wieħed mill-esperimentaturi, u l-istorja medika tal-parteċipanti ġiet iddeterminata permezz ta 'awto-rapport. Il-kunsens infurmat bil-miktub ġie pprovdut mill-parteċipanti kollha. L-istudju ġie approvat mill-Kumitat tal-Etika tar-Riċerka tal-NHS tar-Renju Unit (Oxford A; numru ta 'referenza REC: 13/SC/0163). Fl-Esperiment 1, il-parteċipanti kollha (= 32) wettqu adattament tal-priżma (PA) u testijiet ta' żamma qosra (10-minuti) u fit-tul (24-sigħat). Sub-kampjun għadda minn skan MRS biex ikejjel in-newrokimika fil-kortiċi sensorimotor tax-xellug (= 22) u f'volum ta' kontroll anatomiku fil-kortiċi oċċipitali (= 20; Fig. S2). Sottokampjun ta l-kunsens tiegħu biex jipparteċipa wkoll fl-Esperiment 2 (=25), li jikkonsisti f’żewġ sessjonijiet ta’ PA ta’ kull ġimgħa flimkien ma’ tDCS anodali/faraċ għal M1. Dettalji sħaħ ta' liema kejl inkisbu għal kull individwu jinsabu fit-Tabella S1.

Fl-Esperiment 1, id-daqs tal-kampjun (= 32) ġie determinat abbażi ta' analiżi tal-qawwa mmexxija f'G∗Power (Faul et al., 2007) (Verżjoni 3.1.9.2), in-format minn investigazzjonijiet preċedenti tal-assoċjazzjoni bejn l-imġieba u l-bidla GABA relatata mal-età fi ħdan id-dominju tal-mutur (Heise et al., 2013; Hermans et al., 2018a). Id-daqs medju tal-effett f'dawn l-istudji kien ||=0.52. Biex tiskopri effett ta' dan id-daqs jeħtieġ kampjun minimu ta'=19 bi probabbiltà ta' żball tat-Tip I=0.05, u qawwa (1 − )=0.80 (ibbażat fuq analiżi korrelazzjoni one-tail a priori). Il-perspettiva newrokimika tagħna, ix-xogħol preċedenti wera li t-tnaqqis sperimentali tat-ton inibitorju M1 matul l-adattament permezz ta 'stimulazzjoni tal-moħħ ma kellu l-ebda influwenza fuq ir-rata ta' adattament iżda żied il-persistenza tal-AE f'adulti żgħażagħ (Galea et al., 2010; O'Shea et al. , 2017). Hawnhekk, aħna rraġunaw li jekk iż-żamma AE tiddependi kawżalment fuq it-ton inibitorju M1, allura din il-forma ta 'memorjajista 'jiżdied b'mod naturali bl-età minħabba tnaqqis M1 GABA relatat mal-età.

Din l-ipoteżi ġiet ikkonfermata fi studju cross-sectional ta' tnejn u tletin anzjani b'saħħithom (età medja: 67.46 sena, sd: 8.07). Bl-użu ta 'spettroskopija ta' reżonanza manjetika (MRS) biex tikkwantifika n-newrokimika, urejna li M1 GABA jonqos bl-età. Bl-użu tal-adattament tal-priżma (PA; von Helmholtz, 1867), urejna li ż-żamma tiżdied mal-età. A

analiżi tal-medjazzjoni sussegwentement ikkonfermat li hekk kif il-GABA jonqos bl-età, l-adattamentmemorjażidiet, u tal-ewwel jispjega tal-aħħar. Biex nuru l-kawżalità, intervjenejna b'mod sperimentali bi stimulazzjoni ta' kurrent dirett transkranjali anodali eċitatorju (a-tDCS) - biex nippruvaw inbaxxu aktar M1 GABA (Antonenko et al., 2017; Kim et al., 2014; Stagg et al., 2009) u b'hekk tkompli żżid l-adattamentmemorja. Bħala medja, l-istimulazzjoni ma żdiedetxmemorjaf’dan il-grupp ta’ età. Pjuttost, analiżi ta 'moderazzjoni wriet li kif l-istimulazzjoni inbidletmemorjatiddependi fuq il-mutur kortikali tal-individwi E:I. L-istimulazzjoni żiedet iż-żamma f'individwi b'E:I baxx, iżda naqset iż-żamma f'individwi b'E:I għoli.

Fil-qosor, aħna identifikajna qasam speċifiku ta 'plastiċità funzjonali tal-mutur li titjieb bl-età, bħala konsegwenza naturali ta' tnaqqis inibitorju tal-kortikali tal-mutur. Din il-funzjoni tal-memorja tista 'tittejjeb aktar permezz ta' newrostimulazzjoni, iżda biss f'individwi l-inqas affettwati minn disregolazzjoni relatata mal-età ta 'E:I kortikali tal-mutur. Dawn is-sejbiet jisfidaw il-fehma prevalenti tat-tixjiħ bħala tnaqqis funzjonali inevitabbli. Filwaqt li t-tagħlim ta' ħiliet ġodda bil-mutur jista' jonqos, il-kapaċità li jinżamm l-adattament tal-ħiliet eżistenti titjieb b'mod naturali bl-età. Dak l-adattamentmemorjahuwa mtejjeb b'mod naturali bl-età jindika li jista' jkollu potenzjal mhux sfruttat bħala mira għal strateġiji ta' taħriġ li għandhom l-għan li jippreservaw, itejbu jew jirrestawraw il-funzjoni tal-mutur f'tixjiħ b'saħħtu jew patoloġiku (eż. terapija tal-priżma għar-rijabilitazzjoni ta' negliġenza viżuospazjali; O'Shea et al., 2017; Rossetti et al., 1998).

2. Materjali u metodi

2.1. Parteċipanti

Tnejn u tletin raġel tal-lemin ta’ bejn 49 u 81 (età medja: 67.5 snin, sd: 8.1) ipparteċipaw f’dan l-istudju. Kollha ġew skrinjati biex tiġi eskluża kwalunkwe storja personali jew familjari ta' daqsijiet ta' kampjuni ta' disturb newroloġiku jew psikjatriku (= 32 għal analiżi tal-imġieba;=20 għal analiżi newrokimika) għalhekk kellhom qawwa adegwata. Fl-Esperiment 2, id-daqs tal-kampjun ġie ddeterminat ibbażat fuq analiżi tal-qawwa komparabbli infurmata mid-daqs tal-effett tal-istimulazzjoni rrappurtat fix-xogħol preċedenti tagħna (O'Shea et al., 2017). F'dak l-istudju, xellug M1 a-tDCS żamma mtejba fit-tul sa erbat ijiem wara l-adattament, b'daqs ta 'effett ta'=0.73. Id-daqs minimu tal-kampjun meħtieġ biex jinstab effett ta'=0.73 bi probabbiltà ta' żball tat-Tip I=0.05, u l-qawwa (1 − )=0.80 kienet {{24} }} (ibbażat fuq differenza waħda ta' żewġ mezzi dipendenti). Biex ikunu jistgħu jitilqu l-iskola, ġew reklutati sitta u għoxrin parteċipant. Parteċipant wieħed intilef għal segwitu taż-żamma u għalhekk ma kienx inkluż fil-kampjun finali ta'=25.

2.2. Protokoll ta 'adattament tal-priżma

Fiż-żewġ esperimenti, PA saret bl-użu ta 'apparat awtomatizzat mibni apposta (Fig. S1a). Il-parteċipanti qagħdu bilqiegħda b’rashom imwaħħla f’chinrest, u jaraw touchscreen orizzontali ta’ 32-pulzier permezz ta’ shutter tal-Display tal-Kristalli Likwidi (LCD) (Dispersion film, Liquid Crystal Technologies, Ohio, USA). It-touchscreen intuża biex jippreżenta l-miri viżwali u jirreġistra l-endpoints tal-ilħuq, u x-shutter LCD intuża biex jikkontrolla r-rispons viżwali tal-iskrin u tar-riġlejn. Buttuna kienet imwaħħla mal-arblu tal-chinrest u serviet bħala pożizzjoni tal-bidu għall-movimenti kollha li tipponta. Il-parteċipanti ngħataw struzzjonijiet biex iżommu l-buttuna ippressata l-ħin kollu, u biex jirrilaxxawha biss meta jibdew moviment li jilħaq lejn mira. Fil-provi ta 'wara l-effett (AE) biss, ir-rilaxx tal-buttuna wassal biex ix-shutter tal-LCD jinbidel opak, u b'hekk telaq ir-rispons viżwali tal-eżattezza tal-endpoint. Barra minn hekk, shutter fiss żamm lill-parteċipanti milli jaraw ir-riġlejn tagħhom fil-pożizzjoni tal-bidu u matul l-ewwel terz tat-trajettorja tagħhom li jilħqu. Il-parteċipanti ngħataw struzzjonijiet biex ma jiżżerżqux subgħajhom fuq il-wiċċ tat-touchscreen iżda minflok imissu l-iskrin biss fit-tmiem tal-moviment li jilħqu. L-iżbalji tal-ippuntar ġew ikkalkulati bħala l-angolu ffurmat bejn linja dritta li tgħaqqad il-pożizzjoni tal-bidu u l-mira, u linja dritta li tgħaqqad il-pożizzjoni tal-bidu u l-pożizzjoni tal-inżul irreġistrata. B'konvenzjoni, l-iżbalji fid-direzzjoni tal-bidla prismatika (lejn/lejn l-arloġġ) ġew kodifikati bħala pożittivi, filwaqt li żbalji fid-direzzjoni opposta (lejn ix-xellug/kontra l-arloġġ) ġew ikkodifikati bħala negattivi. Il-kompitu ġie pprogrammat fil-verżjoni MATLAB 2014b (MathWorks; https://uk.mathworks.com) bl-użu ta’ Psychtoolbox (Kleiner et al., 2007) verżjoni 3, immexxija fuq laptop MacBook Pro. F'kull prova, reġistrazzjoni tal-vuċi awdjo ta struzzjonijiet lill-parteċipanti biex jilħqu u jippuntaw b'saba' l-indiċi tal-lemin tagħhom lejn il-mira ppreżentata fuq il-touch-screen. Il-mira tista' jew tkun tinsab fiċ-ċentru tal-iskrin (provi b'ċirku miftuħ) jew 10 ċm lejn ix-xellug jew lejn il-lemin (provi b'ċirku magħluq). Id-distanza bejn l-għajnejn tal-parteċipanti u l-mira ċentrali kienet 57 ċm.

Waqt l-PA, il-parteċipanti alternaw bejn żewġ tipi ta 'blokk tal-kompiti: ippuntar b'ċirku magħluq (CLP) u punting b'ċirku miftuħ (OLP). Fi provi f'ċirku magħluq, il-parteċipanti libsu nuċċalijiet tal-priżma li jċaqilqu lejn il-lemin 10◦ (nuċċalijiet tal-glacier: Julbo, Longchaumois, Franza; lentijiet: OptiquePeter, Lyon, Franza) u ngħataw struzzjonijiet biex jagħmlu movimenti rapidi li jilħqu (tul medju tal-moviment: 452 ms, sd : 119 ms) jew lejn il-mira tax-xellug jew tal-lemin f'ordni psewdo-randomized. Il-parteċipanti ġew imħarrġa biex iżommu subgħajhom fil-pożizzjoni tal-inżul u jikkoreġu l-moviment tagħhom fil-prova li jmiss kif meħtieġ. Biex jillimitaw l-aġġustamenti strateġiċi u l-korrezzjoni ta 'żbalji "in-flight" (Redding u Wallace, 1996; 2001) feedback viżwali ta' sham) waqt l-ittestjar tal-imġieba. Dan inkiseb bl-użu ta 'kodiċi blinding ("mod ta' studju" tal-istimulatur) ipprovduti minn riċerkatur li ma kienx involut fl-ittestjar tal-imġieba. Unblinding seħħ fl-istadju tal-analiżi statistika, ladarba l-ġbir tad-dejta tlesta.

Fl-Esperiment 2, il-parteċipanti wettqu żewġ sessjonijiet PA flimkien ma 'tDCS (anodali/sham, ordni kontrobilanċjata), kull waħda separata b'minimu ta' ġimgħa (intervall medju: 10 ijiem, sd: 6 ijiem). Dan l-intervall intgħażel biex jippermetti kemm l-effett tad-DCS fuq l-eċitabbiltà kortikali (Nitsche et al., 2003; Nitsche and Paulus, 2000) kif ukoll l-AE biex jinħaslu (O'Shea et al., 2017), biex jiġi żgurat ritorn għal imġieba li tipponta linja bażi u eċċitabbiltà kortikali mill-bidu tas-sessjoni sperimentali l-oħra. Ir-raġuni għall-istimulazzjoni waqt l-PA – għall-kuntrarju ta’ qabel jew wara – kienet li jinteraġixxu l-ewwel terz ta’ kull moviment li jilħaq kien ocklud mal-shutter fiss, bħal f’xogħol preċedenti (Inoue et al., 2015; O'Shea et al., 2017; 2014). Fl-aħħar ta 'kull prova, feedback viżwali tal-pożizzjoni tal-inżul dam għal 500 ms wara li l-mess ġie rreġistrat. Wara dan iż-żmien, ix-shutter LCD inbidel opak u l-parteċipanti kellhom jirritornaw għall-pożizzjoni tal-bidu (jiġifieri agħfas u jżommu l-buttuna) mingħajr feedback viżwali ta 'idejhom. Din il-proċedura llimitat l-espożizzjoni tal-priżma għall-moviment li jilħaq għall-kuntrarju tal-moviment tar-ritorn. Fi provi open-loop, il-priżmi tneħħew u l-parteċipanti ngħataw struzzjonijiet biex jippuntaw lejn il-mira ċentrali. L-eżattezza kienet enfasizzata fuq il-veloċità (tul medju tal-moviment: 799 ms, sd: 135 ms). Feedback viżwali ġie ppreżentat fuq kull prova mill-shutter LCD li jdur opak mal-bidu tal-ilħuq, u b'hekk ikkludiet il-viżjoni tal-mira, l-iżball tal-ilħuq u l-endpoint, u l-moviment tar-ritorn. Dan ippermetta li l-AE lejn ix-xellug titkejjel mingħajr ma l-parteċipanti diżadattaw b'mod attiv bi tweġiba għal feedback ta 'żball viżwali.

Fiż-żewġ esperimenti, kull sessjoni PA mkejla l-eżattezza tal-ippuntar matul il-linja bażi, l-adattament, għal żmien qasir (10-minuti), u ż-żamma fit-tul (24-sigħat; Fig. S1). L-eżattezza tal-ippuntar tal-linja bażi magħluqa u miftuħa kienet imkejla f'żewġ blokki ta '20 u 30 prova rispettivament. Adattament magħmul minn pari alternanti ta 'blokki li jindikaw ċirku magħluq u miftuħ, sitta fl-Esperiment 1 u sebgħa fl-Esperiment 2 (Fig. S1). Iż-żamma tal-AE kienet imkejla 10-minuti u 24-sigħat wara t-tmiem tal-PA, permezz ta' blokka waħda ta' 45 prova ta' ċirku miftuħ. Fl-Esperiment 2, iż-żamma ta' 10-minuti kienet segwita minn fażi ta' ħasil li fiha l-parteċipanti ppuntaw mingħajr ma jilbsu priżmi, osservaw l-iżbalji tagħhom lejn ix-xellug, u għalhekk diżadattaw. Washout kien jikkonsisti minn 40 prova ta 'ċirku magħluq u 45 prova ta' ċirku miftuħ imqassma fuq sitt blokki interleaved (Fig. S1b). L-iskop tal-ħasil kien doppju. L-ewwel, ippermettilna ninvestigaw jekk, fil-kundizzjoni finta, l-età akbar kinitx assoċjata ma 'nuqqas ta' diadattament li jista 'jispjega AE aktar b'saħħitha f'punt ta' żmien aktar tard (ara Riżultati Supplimentari). It-tieni, irraġunajna li, jekkmemorjaformazzjoni ġiet imsaħħa bl-istimulazzjoni matul PA, allura washout kien aktar probabbli li jinterferixxi ma 'żamma fit-tul fil-kundizzjoni sham milli fil-kondizzjoni anodali, li jista' jżid is-sensittività biex tiskopri l-effett ta 'stimulazzjoni f'24-sigħat.

2.3. Istimulazzjoni transkranjali ta 'kurrent dirett

Fl-Esperiment 2, tDCS ingħata minn stimulatur DC mmexxi mill-batterija (Neuroconn GmbH, Ilmenau, il-Ġermanja) imqabbad ma 'żewġ elettrodi ta' sponża ta '7 × 5 ċm mxarrba f'soluzzjoni salina ta' 0.9 fil-mija. L-elettrodu anodali kien iċċentrat fuq C3 (5 ċm laterali għal Cz) li jikkorrispondi għall-kortiċi tal-mutur primarju tax-xellug skont is-Sistema internazzjonali tal-elettrodi 10-20 (Herwig et al., 2003). Il-katodu tpoġġa fuq il-linja supraorbitali tal-lemin. Matul tDCS anodali, l-istimulazzjoni ġiet applikata f'1 mA għal 20 min, matul il-fażi kollha ta 'adattament, bħal fil-ħidma preċedenti tagħna (O'Shea et al., 2017). L-impedenza ġiet immonitorjata onlajn u miżmuma taħt 10 kOhm f'kull ħin waqt l-istimulazzjoni. Il-kurrent żdied u 'l isfel fuq perjodu ta' 10 s fil-bidu u l-offset tal-istimulazzjoni. Waqt it-tDCS sham, il-proċedura kienet identika ħlief li ma ngħatat ebda stimulazzjoni matul l-20 min. Minflok, impulsi ta 'kurrent żgħar (110 A fuq 15 ms) seħħew kull 550 ms biex jissimulaw is-sensazzjonijiet ta' tingiż temporanju assoċjati ma 'stimulazzjoni reali. Kemm l-esperimentaturi kif ukoll il-parteċipanti kienu blinded għall-kundizzjoni ta 'stimulazzjoni (anodali jew bimemorjaproċessi ta 'formazzjoni li jseħħu waqt l-espożizzjoni għall-bidla viżwali, li hija magħrufa li tirrelata ma' żamma fit-tul (Inoue et al., 2015; Joiner and Smith, 2008; Kording et al., 2007; Smith et al., 2006). Preċedentement urejna li M1 a-tDCS applikat qabel - għall-kuntrarju ta' matul - il-PA ma kellu l-ebda effett fuq l-adattamentmemorja, li juri l-importanza tal-interazzjoni bejn newrostimulazzjoni u stat konjittiv konkorrenti (O'Shea et al., 2017).

2.4. Protokoll ta 'akkwist MRS

Id-dejta tal-MRS ġiet akkwistata miċ-Ċentru ta' Oxford għar-Riċerka dwar ir-Reżonanza Manjetika Klinika (OCMR, Università ta' Oxford), fuq Siemens Trio {{0}}Tesla skaner MR tal-ġisem kollu u bl-użu ta' 32-channel coil . Riżoluzzjoni għolja T1-immaġini MR strutturali ppeżati (MPRAGE; 224 × 1 mm slices assjali; TR/TE=3000/4.71 ms; angolu ta' qlib=8◦; FOV=256; daqs tal-voxel=1 mm isotropiku; ħin tal-iskannjar=528 sek) ġew akkwistati għal skopijiet ta' tqegħid u reġistrazzjoni tal-voxel MRS. Id-dejta tal-MRS ġiet akkwistata minn żewġ volumi ta 'interess (VOIs; daqs tal-voxel=2 ×2 ×2 cm3) f'żewġ akkwisti konsekuttivi. L-ewwel VOI kien iċċentrat fuq il-pum tal-idejn tal-mutur tax-xellug (Yousry et al., 1997) u kien jinkludi partijiet tal-ġirku pre-u post-ċentrali (Fig. S2c). It-tieni (kontroll anatomiku) VOI kien iċċentrat b'mod bilaterali fuq is-sulcus calcarine fil-lobu oċċipitali (kortiċi viżwali) (Engel et al., 1997; Ip et al., 2017; Lunghi et al., 2015) (Fig. S2c. ). Dan ir-reġjun ta 'kontroll intgħażel minħabba li, sa fejn nafu tagħna, ma ġiex implikat fl-iżvilupp u/jew iż-żamma ta' AEs tal-priżma (għal reviżjoni, ara: Panico et al., 2020; Petitet et al., 2017). B0 shimming twettqet bl-użu ta 'GRESHAM (64 × 4.2 mm slices assjali, TR=862.56 ms, TE1/2=4.80/9.60 ms, angolu ta' flip=12◦ , FOV {{{ 40}}, it-tul tal-iskannjar=63 sek). Id-dejta tal-ispettroskopija MR (spettri) ġiet akkwistata bl-użu ta’ lokalizzazzjoni semi-adiabatika permezz ta’ sekwenza ta’ fokus mill-ġdid adiabatiku selettiv (semi-LASER) (TR/TE=4000/28 ms, 64 medja tal-iskannjar, ħin tal-iskannjar=264 sek) b'impulsi ta 'radjufrekwenza ta' qawwa varjabbli b'dewmien ottimizzat ta 'rilassament (VAPOR), soppressjoni tal-ilma, u saturazzjoni tal-volum ta' barra (Deelchand et al., 2015; Öz and Tkáč, 2011). Barra minn hekk, spettri tal-ilma mhux soppressi ġew akkwistati mill-istess VOIs biex jitneħħew l-effetti tal-kurrent eddy residwali, u biex jinbnew mill-ġdid l-ispettri tal-firxa f'fażijiet (Natt et al., 2005). L-akkwisti ta 'shot wieħed ġew salvati separatament (mod ta' akkwist ta 'shot wieħed), imbagħad il-frekwenza u l-fażi kkoreġuta qabel medja ta' aktar minn 64 skans.

2.5. Analiżi tad-dejta MRS

Il-metaboliti ġew ikkwantifikati bl-użu ta' LCModel (Provencher, 2012; 1993; 2001) imwettqa fuq l-ispettri kollha fil-medda ta' bidla kimika 0.5 sa 4.2 ppm. L-ispettri tal-mudell ġew iġġenerati bbażati fuq bidliet kimiċi rrappurtati qabel u kostanti tal-akkoppjar minn Vespa Project (Stimulazzjoni Versatili, Pulses, u Analiżi). Is-sinjal tal-ilma mhux soppress akkwistat mill-volum ta 'interess intuża biex jitneħħew l-effetti tal-kurrent eddy u biex jinbnew mill-ġdid l-ispettri tal-firxa f'fażijiet (Natt et al., 2005). Spettri ta 'skan wieħed ġew ikkoreġuti għal varjazzjonijiet ta' frekwenza u fażi indotti minn moviment tas-suġġett qabel is-somma. Glutamic (Glx) intuża fl-istudju attwali minħabba l-inabbiltà li ssir distinzjoni bejn glutamate u glutamine bl-użu ta 'skaner MRI 3T. Biex jiġi evitat li l-kampjun jiġi preġudikat lejn stimi ta 'konċentrazzjoni għolja, u Cramér-Rao Lower Bound (CRLB) relattiv mistenni ġie kkalkulat għal kull sett ta' dejta individwali minħabba l-istima tal-konċentrazzjoni u wieħed jassumi livell kostanti ta 'storbju fil-kejl kollu (ara l-Informazzjoni Supplimentari għal metodi dettaljati). Settijiet ta' dejta li għalihom ir-residwu ta' Pearson bejn is-CRLB relattiv mistenni u osservat qabeż 2 ġew esklużi mill-analiżi sussegwenti. Bl-użu ta 'dan il-kriterju ta' filtering ta 'kwalità għal -Aminobutyric acid (immarkat GABA), Glutamix (Glutamine flimkien ma' Gutamate, ittikkettat Glx) u Creatine totali (Creatine plus Phosphocreatine, ittikkettati TCR), erba' settijiet ta' dejta MRS V1 ġew mormija u l-ebda sett ta 'dejta M1 MRS ġie mormi.

Il-korrezzjoni tat-tessuti hija pass importanti fl-analiżi tad-dejta tal-MRS, speċjalment f'adulti anzjani minħabba l-atrofija tal-moħħ, li ġiet proposta li tikkorrispondi mal-għażla default tal-funzjoni "tab_mudell" tal-pakkett sjPlot f'R (Lüdecke , 2021). Aħna qabblu l-parametri tal-mudell LMM direttament biex nistabbilixxu l-ispeċifiċità newroanatomika u newrokimika. Il-parametri tal-mudell tqabblu bl-użu ta 'test ta' ipoteżi lineari ġenerali bl-użu tal-pakkett multi-comp f'R (Hothorn et al., 2008). Għal skopijiet ta 'viżwalizzazzjoni, Fig. 1b, 3, u 6 b juru dejta b'medja ta' blokki bħala miżuri ta 'żamma, iżda l-analiżi statistiċi twettqu fuq dejta ta' prova individwali b'interċettazzjonijiet każwali u inklinazzjonijiet. Miżuri tad-daqs tal-effett huma

irrapportat għall-analiżi sostanzjali kollha, bl-użu tal-pakkett effectsize (Ben-Shachar et al., 2020) f'R. Cohen's d intuża biex jiġu kkalkulati d-daqsijiet tal-effetti għal test t ta' kampjun wieħed kontra żero għal żamma għal żmien qasir u fit-tul f' Ex-biex jikkunsidra, għall-inqas parzjalment, it-tnaqqis relatat mal-età osservat ta' spiss fil-livelli ta' GABA mkejla mill-MRS (Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). LCmodel joħroġ konċentrazzjonijiet ta' metaboliti għal volum sħiħ ta' interess. Allura jekk il-frazzjoni tat-tessut newrali f'volum ta 'interess hija baxxa, minħabba atrofija relatata mal-età (Good et al., 2001), l-istimi tal-konċentrazzjoni tal-metaboliti wkoll neċessarjament ikunu taħt. Ġew proposti diversi tekniki ta 'korrezzjoni tat-tessuti biex jagħtu kont ta' dan it-taħwid potenzjali, bħalissa mingħajr kunsens fil-letteratura (Harris et al., 2015; Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). Ħafna minn dawn it-tekniki jagħmlu suppożizzjonijiet dwar id-distribuzzjoni tal-metabolit ta 'interess fil-kompartimenti tat-tessuti differenti. Madankollu, suppożizzjonijiet bħal dawn jistgħu ma jibqgħux tul il-ħajja kollha, peress li l-proċess normali ta 'tixjiħ jista' jaffettwa xi kompartimenti aktar minn oħrajn. Għalhekk, l-analiżi kollha rrappurtati f'dan id-dokument użaw stimi ta 'konċentrazzjoni mhux korretti tat-tessuti u minflok inkludew il-perċentwal ta' materja griża (GM) u materja bajda (WM) fil-voxel MRS bħala varjabbli ta' konfużjoni mingħajr interess (bħal f'Scholl et al., 2017). Peress li dan l-approċċ ta 'korrezzjoni tal-volum parzjali ma jagħmel l-ebda suppożizzjoni dwar id-distribuzzjoni ta' GABA u Glx fi ħdan it-tipi differenti ta 'tessuti, huwa partikolarment adattat għall-istudju preżenti (li fih il-parteċipanti kienu jvarjaw fl-età minn 49 sa 81), u għalhekk kontrolli għall-atrofija filwaqt li jibqgħu. agnostiku dwar l-impatti differenzjali tat-tixjiħ fuq it-tipi tat-tessuti. Il-perċentwali tal-materja griża, il-materja bajda u l-fluwidu ċerebrospinali preżenti fil-VOIs ġew ikkalkulati bl-użu tal-għodda awtomatizzata ta 'segmentazzjoni tal-FMRIB (Zhang et al., 2001). Huma rrappurtati flimkien mal-metriċi tal-kwalità tad-dejta tal-MRS fit-Tabella S2.

Madwar individwi, l-istima tal-konċentrazzjoni totali tal-kreatina (TCR) kienet korrelatata b'mod negattiv mal-età fil-voxel M1 ( (21)=−0.46,=0.04. ) għalkemm mhux fil-voxel V1 ( (17)=-0.06,=0.81; Fig. S2b). Minħabba dan it-taħwid mal-età, TCR ma setax jintuża bħala referenza interna valida għall-istimi tal-metaboliti. Għalhekk, matul dan ix-xogħol, użajna stimi ta 'konċentrazzjoni assoluta għal GABA u Glx, aktar milli nesprimu d-dejta bħala proporzjonijiet ta' TCR.

2.6. Analiżi statistika

Twettqu analiżi statistiċi tal-imġieba f'R (R Core Team, 2017). Biex tikkontrolla d-differenzi inter-individwali fl-eżattezza tal-ippuntar ta’ qabel l-adattament, madwar id-dejta tal-iżball tal-endpoint tal-provi kollha, ġiet normalizzata billi tnaqqas l-iżball medju tal-ippuntar fil-linja bażi (madwar miri tax-xellug/lemin għal blokki b’ċirku magħluq; mira tan-nofs għal blokki b’ċirku miftuħ ). Sakemm ma jkunx speċifikat mod ieħor, it-testijiet statistiċi kollha kienu b'żewġ denbu. L-analiżijiet saru bl-użu ta' rigressjoni lineari u inkludew kontrolli tas-suppożizzjonijiet li ġejjin: 1) linearità, 2) omoġeneità tal-varjanza, u 3) normalità tar-residwi. Dawn is-suppożizzjonijiet ġew eżaminati viżwalment bl-użu ta' plottijiet ta' residwi vs valuri osservati (linearità), valuri mwaħħla vs residwi (omoġeneità ta' varjanza), u distribuzzjoni ta' residwi (normalità tar-residwi). Mudelli lineari ta’ effetti mħallta (LMMs) intużaw għal analiżi b’komponent ta’ miżuri lonġitudinali/repetuti (eż. adattament, żamma) billi nkludew interċettazzjonijiet u inklinazzjonijiet bħala effetti każwali tal-parteċipanti. Dan l-approċċ għandu żewġ vantaġġi meta mqabbel ma 'analiżi ta' varjanza ta' miżuri ripetuti (ANOVAs): ippermettilna 1) nikkunsidraw ukoll dinamika ta' mġiba fi ħdan il-blokk, għall-kuntrarju ta' żbalji medji ta' blokk biss, u 2) niddissoċjaw sorsi każwali ta' varjabbiltà inter-individwali minn dawk sinifikanti. L-ispeċifikazzjonijiet kollha tal-mudell huma rrappurtati fit-Tabelli Supplimentari. Il-valuri P ġew stmati bl-użu tat-test Wald, li jesperimenta 1, u għal testijiet t ta' kampjuni paired ta 'sham versus stimulazzjoni anodali fuq żamma għal żmien qasir u fit-tul fl-Esperiment 2. Approssimattiv parzjali eta-squared () għal lineari mħallta- analiżi ta' rigressjoni ta' l-effetti biex tiġbor fil-qosor il-proporzjon ta' varjanza assoċjata ma' effett fiss partikolari. Ġew proposti regoli ġenerali għall-interpretazzjoni tad-daqsijiet tal-effetti. Dawn in-normi għad-d ta' Cohen huma:=[0.2{{30}}; 0.49]; medju=[0.5; 0.79]; kbir Akbar minn jew ugwali għal 0.8. In-normi għal huma: żgħar=[0.01; 0.05]; medju=[0.06; 0.13]; kbir Ikbar minn jew ugwali għal 0.14 (Cohen, 2013).

Fl-Esperiment 2, il-linja bażi OLP u l-eżattezza medja CLP ġiet analizzata b'żewġ modi. L-ewwel, biex tiċċekkja għan-nuqqas ta’ effett ta’ ordni (sessjoni PA 1 vs. sessjoni PA 2; bl-użu ta’ t-tests tal-pari). It-tieni, biex tiċċekkja għan-nuqqas ta 'effett ta' kundizzjoni ta 'stimulazzjoni (sessjoni tDCS anodali vs. sessjoni tDCS finta; bl-użu ta' t-tests pari fuq l-istess data ordnata mill-ġdid mill-kundizzjoni ta 'newrostimulazzjoni). L-analiżi preċedenti żgurat li l-intervall ta’ ħasil ta’ ġimgħa kien effettiv (jiġifieri l-effetti fuq l-imġieba tas-sessjoni 1 kienu nħelsu mill-bidu tas-sessjoni 2), u tal-aħħar żgura li d-differenzi fil-prestazzjoni bejn il-kundizzjonijiet tDCS anodali u sham setgħu jiġu attribwiti għal effett ta 'newrostimulazzjoni għall-kuntrarju ta' differenzi sistematiċi każwali diġà preżenti fil-linja bażi. Biex tikkwantifika l-evidenza statistika favur in-nuqqas ta 'differenza (jiġifieri dak li immiraw li niksbu), Fattur Bayes (01) ġie kkalkulat għal dawn l-analiżi tal-kontroll tal-kwalità. A 01> 3 tqieset evidenza sostanzjali għan-nuqqas ta 'differenza, konsistenti ma' washout xieraq bejn iż-żewġ sessjonijiet sperimentali.

Minħabba li GABA huwa sintetizzat mill-glutamate, il-konċentrazzjonijiet ta 'dawn iż-żewġ newrotrasmettituri huma tipikament korrelatati b'mod pożittiv fil-moħħ (Jocham et al. (2012); Stagg et al. (2011a); fis-sett tad-dejta tagħna, M1 GABA × M1 Glx: (20)=0.34,=0. 13; V1 GABA × V1 Glx: (14)=0. 16,=0.55). Għalhekk, meta ġiet analizzata r-relazzjoni bejn il-konċentrazzjoni assoluta f'GABA jew Glx fi ħdan voxel u riżultat, il-konċentrazzjoni tan-newrotrasmettitur l-ieħor (GABA jew Glx) kienet inkluża wkoll fil-mudell. Barra minn hekk, il-konċentrazzjonijiet ta 'materja griża u bajda ġew inklużi wkoll bħala kovarjati ta' ebda interess fil-mudelli kollha li kienu jinkludu data newrokimika.

Intużat analiżi ta 'medjazzjoni biex tikkaratterizza r-rabtiet "mekkanistiċi" sottostanti l-korrelazzjonijiet osservati bejn l-età, in-newrokimika, u ż-żamma. Dan sar bl-użu tal-medjazzjoni tal-pakkett R għall-analiżi tal-medjazzjoni kawżali (Imai et al., 2010). Il-medjazzjoni saret bl-użu ta 'rigressjoni b'bootstrapping mhux parametriku (10,000 kampjuni mill-ġdid) biex jiġi aċċertat jekk it-ton inibitorju M1 kienx responsabbli għar-rabta bejn l-età u ż-żamma fit-tul. Il-mudell inkluda: l-età bħala l-varjabbli indipendenti (X); konċentrazzjonijiet assoluti ta 'M1 GABA u Glx bħala medjaturi (M1, M2); żamma medja ta' blokk f'24-sigħat bħala l-varjabbli dipendenti (Y) (żball medju ta' blokk normalizzat mil-linja bażi għal kull individwu), u kontroll għall-frazzjoni ta' GM u WM fil-voxel M1 (C1, C2). Il-medjazzjoni perċentwali () ġiet ikkalkulata bħala l-frazzjoni tal-effet totali (c) ikkalkulat mill-effetti indiretti (ab1 jew ab2).