Transkraniální stimulace střídavým proudem na frekvenci théta do levého parietálního kortexu narušuje asociativní, ale ne percepční kódování paměti

Pro více informací:ali.ma@wecistanche.com

ABSTRAKTNÍ

Nervové oscilace v rozsahu theta (4–8 Hz) jsou považovány za asociativnípaměťová funkcev hipokampálně-kortikální síti. I když existuje dostatek důkazů podporujících roli theta oscilací u zvířat alidská paměť, většina důkazů je korelačních. Neinvazivní mozková stimulace (NIBS) může být použita k modulaci kortikální oscilační aktivity k ovlivnění mozkové aktivity a případně modulaci hlubších oblastí mozku, jako je hipokampus, prostřednictvím silných a spolehlivých kortiko-hipokampálních funkčních spojení. Aplikovali jsme fokální transkraniální stimulaci střídavým proudem (tACS) při 6 Hz nad levým parietálním kortexem, abychom modulovali mozkovou aktivitu v domnělé kortiko-hippokampální síti, abychom ovlivnili kódování asociativní paměti. Po zakódování a mozkové stimulaci účastníci dokončili anasociativní paměťa úkol vjemového rozpoznávání. Výsledky ukázaly, že theta tACS významně pokleslyasociativní paměťvýkon, ale neovlivnil výkon percepční paměti. Tyto výsledky ukazují, že parietální theta tACS moduluje asociativní zpracování odděleně od percepčního zpracování, a dále potvrzují hypotézu, že oscilace theta jsou zapojeny do kortiko-hippokampální sítě a asociativního kódování.

Klikněte na Cistanche herba pro zlepšení paměti

1. Úvod

Asociativní paměťje běžně definován jako apaměťový systémkterý vytváří vztahy mezi původně nesouvisejícími položkami (Suzuki, 2008; Tulving, 1984). Schopnost vytvářet asociace je základemfunkce epizodické paměti(Kahana, Howard, & Polyn, 2008), a umožňuje nám pamatovat si podrobnosti o konkrétních událostech a vybavit si abstraktní informace, potřebné pro každodenní úkoly a interakce (Herweg, Solomon, & Kahana, 2020). Studium nervových mechanismů, které jsou základem asociativní paměti, se tradičně zaměřovalo na hipokampus a jeho ústřední roli v rozšířených mozkových sítích. Vzhledem k rychlé a flexibilní povaze asociativní paměti je vyžadován dynamický mechanismus nervové komunikace. V tomto ohledu jsou neurální oscilační rytmy zvláště zajímavé, protože se předpokládá, že přispívají ke komunikaci mezi neuronálními populacemi, které jsou současně zapojeny do kognitivních procesů (Buzs' Aki & Draguhn, 2004; Wang, 2010). Zejména oscilační aktivita v oblasti theta (4–8 Hz) byla rozsáhle zkoumána ve zvířecí a lidské kognici (Buzs' aki, 2002; Jacobs, 2014; Meador et al., 1991; Lisman & Jensen, 2013; Maurer et al. al., 2015; Sauseng, Griesmayr, Freunberger, & Klimesch, 2010), protože se předpokládá, že hraje nedílnou součást funkce hipokampu během prostorové navigace a asociativního zpracování paměti (Buzs' aki, 2002; Skin, Kilianski, & McNaughton , 2019; Valdštejn, Hasselmo a Eichenbaum, 1998). Zdá se, že úspěch kódování paměti závisí na zvýšení síly theta v hipokampálních oblastech (Burke et al., 2013; Khader, Jost, Ranganath, & R¨ Osler, 2010), i když se také snížila síla theta u následně úspěšně zapamatovaných položek. byly pozorovány (Crespo-García et al., 2016; Fellner et al., 2016; Lega, Jacobs, & 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 Katedra kognitivní neurovědy, Fakulta psychologie a neurověd, Maastrichtská univerzita, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Nizozemsko b Maastrichtské centrum pro zobrazování mozku (MBIC), Maastrichtská univerzita, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Nizozemsko

Studium hipokampálních oscilačních mechanismů v asociativní paměti, zejména u lidí, může být náročné, protože jeho umístění hluboko v mozku vylučuje přímé neinvazivní měření nervové aktivity. Navíc měření oscilací ne vždy umožňuje posouzení kauzálních příspěvků, což v ideálním případě zahrnuje přímou experimentální manipulaci se zájmovými nervovými mechanismy. Taková manipulace může být dosažena neinvazivní mozkovou stimulací (NIBS), využitím místní (tj. kortikální) a síťové funkční konektivity ke zkoumání kortikálních a subkortikálních paměťových efektů. Nedávné studie transkraniální magnetické stimulace (TMS) ukázaly, že kortikální stimulace může změnit aktivitu a konektivitu v hipokampálně-kortikální síti, což by zase mohlo vést ke zvýšení výkonnosti paměti (Hermiller, VanHaerents, Raij a Voss, 2019; Tambini, Nee & D'Esposito, 2018; Wang a kol., 2014). Zde se experimentálně vyvolané změny v kortikální aktivitě mohou rozšířit do vzdálenějších oblastí prostřednictvím výchozí funkční konektivity (Kim, Ekstrom, & Tandon, 2016). Zejména laterální parietální kůry jsou silně a spolehlivě funkčně spojeny s hipokampem (Buckner, Andrews-Hanna, & Schacter, 2008; van de Ven, Wingen, Kuypers, Ramaekers, & Formisano, 2013; Vincent et al., 2006). Snadná stimulace parietálního kortexu v kombinaci s omezeným diskomfortem z transkraniální stimulace v těchto oblastech činí z této oblasti důležitý cíl pro síťově založenou neuromodulaci asociativní paměti.

Odlišná technika NIBS, transkraniální stimulace střídavým proudem (tACS), umožňuje modulaci neuronových sítí prostřednictvím předem stanovené exogenní frekvence (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 a Herrmann, 2016; Herrmann a kol., 2013). Souběžné studie tACS-fMRI ukázaly, že tACS moduluje nervovou aktivitu a meziregionální konektivitu pro kortikální a subkortikální oblasti distálně od místa stimulace na pokožce hlavy (B¨ Eichinger et al., 2017; Cabral-Calderin et al., 2016; Vosskuhl a kol., 2016; Abellaneda-Perez a kol., 2020). Zjištění nedávné studie naznačují, že tACS lze použít k modulaci aktivity v hipokampálně-kortikální síti. Abellaneda-P'erez a kol. (2020) podávali theta-tACS přes dorzolaterální prefrontální kortex, zatímco účastníci podstoupili skenování fMRI během klidového stavu nebo při provádění úlohy pracovní paměti N-back. Ve srovnání se stimulací stejnosměrným proudem (tDCS) vedl tACS ke zvýšené aktivitě více oblastí sítě ve výchozím režimu, včetně hippocampu a dolního parietálního kortexu, během klidového stavu, stejně jako úlohy N-back. Tato zjištění dále ukazují, že neinvazivní mozková stimulace kortikálních oblastí může být použita k modulaci hipokampální aktivity prostřednictvím síťové konektivity.

K dnešnímu dni byl tACS používán ke specifickému studiu oscilačních mechanismů v asociativní paměti pouze v omezeném počtu studií. V jedné studii (Lang, Gan, Alrazi, & Monchi, 2019) účastníci zakódovali asociace mezi libovolnými páry obličejů a scén, zatímco podstupovali theta-tACS s vysokým rozlišením (nebo anodickou tDCS nebo simulovanou stimulaci) přes vřetenovou oblast. dokončili test asociativní paměti. Výsledky ukázaly, že theta tACS během kódování zvýšil výkon asociativní paměti ve srovnání s tDCS nebo sham. Nicméně tACS také zlepšil správné odmítnutí návnadových předmětů, což naznačuje obecnější kognitivní účinek. Předchozí studie uváděly theta oscilační aktivitu v prefrontálním a senzorickém kortexu člověka a zvířat během procedur pracovní paměti (Lee a kol., 2005; Raghavachari a kol., 2006; Sauseng, Griesmayr, Freunberger, & Klimesch, 2010), jakož i během percepčního zpracování (Helfrich, Fiebelkorn, Szczepanski, Lin, Parvizi, Knight, & Kastner, 2018; Landau, Schreyer, Van Pelt, & Fries, 2015; Somer, Allen, Brooks, Buttrill, & Javadi, 2020), které podporují příspěvek různé kognitivní procesy až po výkon asociativní paměti. Několik studií skutečně uvedlo zvýšenou výkonnost pracovní paměti po podání theta tACS přes parietální (Jausovec & Jausovec, 2014) nebo prefrontální kortex (Alekseichuk, Turi, de Lara, Antal a Paulus, 2016; Abellaneda-Perez et al., 2020 Reinhart a Nguyen, 2019), zatímco frontoparietální meziregionální desynchronizace vyvolaná tACS při 6 Hz vedla ke snížení výkonu pracovní paměti (Alekseichuk, Pabel, Antal a Paulus, 2017). Jiná studie, ve které byl theta tACS podáván přes levý prefrontální kortex během kódování asociativní paměti, však nezměnil výkonnost paměti u mladých zdravých účastníků (Klink, Peter, Wyss a Kl¨ Oppel, 2020).

V souhrnu zůstávají nálezy neinvazivní theta stimulace na asociativní paměť neprůkazné. Abychom lépe pochopili, musíme se zaměřit na několik faktorů. Za prvé, účinek theta stimulace na asociativní paměť může být posílen při aplikaci na kortikální oblasti, které jsou silně propojeny s hipokampálně-kortikálními sítěmi. Na základě nedávných studií TMS může být parietální kůra dobrým kandidátem pro podání tACS. Přímá aplikace theta tACS na parietální kůru k selektivní změně zpracování asociativní paměti však dosud nebyla hlášena. Za druhé, specifičnost theta stimulace na asociativní paměť vyžaduje, aby nebyly modulovány neasociativní kognitivní funkce. To je zvláště důležité vzhledem k tomu, že parietální kůra hraje roli v asociativní paměti i percepčním zpracování (Cabeza et al., 2011; Culham & Kanwisher, 2001; Gottlieb, 2007). Parietální theta tACS by tak mohl modulovat asociativní zpracování nepřímo modulací senzorického nebo pozornostního kódování, což by zase mohlo modulovat asociativní a neasociativní paměťový výkon, jako je percepční rozpoznávání. Podpora funkční specifičnosti theta oscilační aktivity v asociativní paměti by vyžadovala účinek theta tACS na asociativní paměť při absenci účinku na percepční paměť.

V současné studii jsme aplikovali fokální tACS při 6 Hz přes levou parietální kůru v falešně kontrolovaném designu v rámci subjektu, zatímco účastníci zakódovali úkol párování obličeje a scény. Po fázi kódování a tACS účastníci dokončili dva testy paměti, které měřily znalosti o párech položek (tj. asociativní paměť) a identitě položek (tj. percepční paměť). Předpokládali jsme, že parietální theta tACS ve srovnání s předstíranou stimulací ovlivní výkon asociativní, ale ne percepční paměti.

2. Metody

2.1. Účastníci

Prostřednictvím online náborového systému jsme získali dvacet zdravých dobrovolníků (průměrný věk [SD] =21,68 let [2,84], 12 žen) z akademického prostředí Maastrichtské univerzity. Všichni účastníci byli předem vyšetřeni pomocí neinvazivního screeningového formuláře pro stimulaci mozku na způsobilost, zdravotní rizika a nežádoucí účinky. Potenciální účastníci, kteří během fáze screeningu uvedli jakékoli kontraindikace NIBS, byli vyloučeni. Všichni účastníci dali před účastí písemný informovaný souhlas. Studii schválila Etická komise pro psychologii a neurovědu (ERCPN) Fakulty psychologie a neurověd (FPN) na Maastrichtské univerzitě. Bezpečnost a pohodlí účastníků byly monitorovány po celou dobu mozkové stimulace, aby se zachytily jakékoli nepříznivé účinky způsobené stimulací. Účastníci byli odměněni dárkovým poukazem nebo kreditem na kurz.

2.2. Postup úkolu

Účastníci dokončili úkol s vizuální asociativní pamětí, „Face and Scene Task“ (FAST; Lang et al,2019), který byl naprogramován v PsychoPy((Peirce et al.2019)). Úkol se skládal z kódovací a testovací fáze. Během fáze kódování úkolu byly účastníkům předloženy dvojice obrázků, které se skládaly z neutrální tváře a přírodní scény. Neutrální tváře všech etnik a věkových skupin byly shromážděny z databáze tváří v Chicagu (CFD verze 2.0.3; Ma, Correll & Wittenbrink, 2015). Obličeje neměly snadno rozeznatelné rysy jako piercing nebo tetování. Všechny obrázky scén byly převzaty z online obrazové databáze.

Při každém pokusu účastníci viděli dvojici obrázků skládající se z neutrální tváře prezentované na levé straně obrazovky a scény prezentované na pravé straně obrazovky. Museli uvést, jak by osoba na prezentovaném obrázku hodnotila odpovídající gen. Účastníci byli instruováni, aby poskytli svůj úsudek prostřednictvím hodnotící škály, která byla vizualizována jako škálovaný posuvník (rozsah -3 až 3) pod párem obrázků. zajistit, aby účastníci aktivně kódovali (obr.1). Dvojice snímků byla zobrazena, dokud nebylo stisknuto tlačítko, což umožnilo kódování vlastním tempem, ale s horním limitem 8 s.

Po každém páru obličej-scéna následoval 100 ms inter-stimulační interval, během kterého byl prezentován fixační kříž. Fáze kódování sestávala z celkem 45 párů obličejových scén, které byly rozděleny do 5 bloků po 9 párech snímků. Každý blok byl oddělen 5s intervalem.

Obr. 1. Fáze kódování a vyhledávání. Během fáze kódování (A) účastníci viděli páry scén s tvářemi a uvedli, jak pozitivně nebo negativně si myslí, že daná osoba scénu hodnotí. Během fáze testu paměti (B) účastníci viděli páry obličejů a scén a museli uvést, zda byly položky dříve viděny jako pár (~1: viděny společně), viděny jako položky různých párů (~2:viděné, ale ne společně). "), nebo nebyli předtím žádným způsobem viděni ("3: nikdy neviděli"). Účastníci dostali 8 s na zakódování a ohodnocení každého páru obličejových scén. Po každém páru obličej-scéna následoval 100 ms interstimul. Ve fázi vyhledávání , účastníci dostali neomezený čas na odpověď. Po každém páru vyhledání obličeje a scény následoval interstimul 100 ms

Každý účastník provedl dvě verze tohoto úkolu, které byly designově identické, ale využívaly nepřekrývající se sady obrázků obličejů a scén. Každý úkol kódování byl prezentován buď během 6 Hz nebo falešné stimulace tACS. Aby se účastníci seznámili s úkolem, byla před experimentálními podmínkami poskytnuta zkrácená verze 15 nových párů jako trénink a na začátku každé verze byly uvedeny standardizované pokyny.

Po úkolu kódování účastníci dokončili videohru jako úkol pro rozptýlení po dobu 5 minut, aby se snížil účinek krátkodobé paměti a minimalizovaly možné následné účinky stimulace. Úkol je považován za dostatečně poutavý, aby zabránil namáhavému zkoušení.

Po úkolu rozptýlení účastníci dokončili fázi testování paměti, která zahrnovala úkol asociativního a percepčního rozpoznávání. V úkolu asociativního rozpoznávání účastníci viděli 45 prezentací buď 1) původních párů obličejů a scén viděných během kódování, 2) párů tváří a scén, které byly dříve viděny, ale byly pořízeny z různých párů kódování, nebo 3) párů nových obrázků, které nebyly dříve během kódování vidět. Účastníci byli požádáni, aby uvedli, zda „viděli spolu“, „viděli, ale ne spolu“ nebo „nikdy neviděli“ pomocí kláves „1“, „2“ a „3“. Účastníci byli požádáni, aby reagovali na klávesnici svou dominantní rukou. Nebyl tam žádný časový limit.

Bloky asociativního vyhledávání byly promíchány s úkolem percepčního rozpoznávání, ve kterém byla po dobu 200 ms prezentována série nových nebo dříve viděných obrázků, načež byli účastníci dotázáni, zda obrázky rozpoznali (odpovědi ano/ne; obr. 2). V každém bloku účastníci odpověděli na 9 asociativních vyhledávacích obrazových párů a poté odpověděli na 9 percepčních rozpoznávacích obrazů. Bloky se střídaly ve formátu ABAB.

Pořadí podmínek tACS bylo mezi účastníky vyvážené. Účastníci si před zahájením testování položili hlavu do pevné opěrky brady. Experiment trval přibližně 90 minut na účastníka, včetně času potřebného k připojení elektrod. Každý účastník podstoupil podmínky simulace a theta stimulace ve stejný den, přičemž mezi dvěma stimulačními obdobími bylo přibližně 30 minut.

2.3. parametry tACS

tACS byl aplikován pomocí zařízení neuroConn DC-STIMULATOR TES s použitím koncentrické elektrodové sestavy pro fokální stimulaci, která zahrnovala vnitřní kruhovou elektrodu (průměr 3 cm) umístěnou uvnitř vnější elektrody (průměr 11 cm; obr. 3A). Toto nastavení bylo dříve používáno pro fokální stimulaci během kognitivních úkolů (Bortoletto, Rodella, Salva-dor, Miranda a Miniussi,2016; Gbadeyan, Steinhauser, McMahon, &Meinzer,2016; Schuhmann et al,2019) . Střed soustředného nastavení byl umístěn nad lokalizací skalpu P3, jak bylo identifikováno systémem polohování elektrod 10–20 EEG, protože se ukázalo, že toto místo má rozsáhlé spojení s hipokampální sítí (Freedberg et al., 2019; Hermiller et al. ., 2019; Wang a kol., 2014). Použili jsme software SimNIBS k simulaci šíření elektrického pole pro soustředné nastavení při podávání přes P3. Výsledky simulace ukázaly elektrické pole s ohniskem maximální intenzity pole (0,296 V/m na 99,9. percentilu) pod centrální elektrodou, které se snižovalo směrem k vnější prstencové elektrodě (obr. 3B). Pro vizuální srovnání ukazuje obr. 3C T-mapu hipokampálně-kortikální konektivity ze studie funkční magnetické rezonance (rs-fMRI) v klidovém stavu se čtyřiceti třemi účastníky (Tambini et al., 2018; získáno z ), v roce která levá parietální oblast s vysokou hipokampální konektivitou překrývá s naší stimulační lokalizací.

Pro každého účastníka jsme použili čepičku EEG (www.easycap.de; bez připojených elektrod) k označení polohy P3 pomocí centrální a laterální vzdálenosti mezi anatomickými značkami, které jsou definovány systémem 10–20 EEG pro umístění elektrod na každé z nich. hlavu účastníka. Čepici jsme vycentrovali na hlavu podle standardních postupů a označili ji na temeni pomocí kosmetické tužky šetrné k pokožce. Každý účastník byl před připojením elektrody vyšetřen na oděrky, záněty nebo malé ranky na pokožce hlavy. Účastníci s jakýmikoli kožními abnormalitami v místě nebo blízko místa stimulace byli vyloučeni z experimentu před umístěním elektrody. Vodivá adhezivní pasta byla použita k optimalizaci vodivosti mezi elektrodami a pokožkou hlavy pod 10 kΩ pro každého účastníka. Ověřili jsme, že pasta pro každou ze dvou elektrod se nespojila. Kvůli lepicí pastě nebyly potřeba žádné čelenky nebo popruhy, které by držely elektrody na místě po celou dobu experimentu.

Ve stavu theta. frekvence stimulace byla nastavena na 6 Hz pro 5400 cyklů (15 min x 60 s x 6 Hz) při intenzitě 2 mA (peak-to-peak). Účastníci byli seznámeni s pocitem tACS v krátkém stimulačním sezení, aby se zjistilo, zda je stimulace tolerovatelná. Jeden účastník uvedl nepohodlí a intenzita stimulace byla u tohoto účastníka snížena na 1,8 mA. Během experimentu byla stimulace aplikována po dobu 15 minut, počínaje 5 minut před kódovacím úkolem. Účastníci dostali výplňový úkol (úkol vizuální diskriminace) během prvních 5 minut stimulace, aby zaujali účastníky a zajistili, že jsou v podobném duševním stavu, než začnou úkol asociativního kódování. Trvání náběhu a doběhu bylo nastaveno na 30 s ve stavu theta. V simulovaném stavu trvala stimulace 300 cyklů (50 s), než se snížila, aby se vytvořil zpočátku nerozeznatelný stav k maskování podmínek.

Kvůli rozdílu v kontinuálních somatosenzorických vjemech mezi dvěma stavy tACS. účastníci mohli teoreticky rozeznat theta stimulaci od simulované stimulace. Aby se ověřilo, zda tomu tak bylo, byli účastníci požádáni, aby na konci experimentu slovně identifikovali rozdíly v podmínkách stimulace posthoc. Žádný z účastníků nás neinformoval, že byl schopen s jistotou odlišit stimulaci theta od simulace.

3. Analýza dat

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) byly z analýzy vyloučeny, což představovalo ztrátu 4,03 procenta v průměru ze všech pokusů.

Výkon paměti jsme analyzovali výpočtem citlivosti paměti (d, Stanislaw & Todorov, 1999; Macmillan & Creelman, 2005) pomocí četnosti zásahů a četnosti falešných poplachů. Pro test asociativní paměti byla četnost zásahů vypočtena jako podíl párů fac-scéna zobrazených během úlohy kódování, které byly správně identifikovány jako „viděné jako pár“. Četnost falešných poplachů byla identifikována jako podíl párů obličejů a scén, které byly nesprávně posouzeny jako pár během úlohy kódování. Pro test percepční paměti byla četnost zásahů vypočtena jako podíl dříve zobrazených jednotlivých položek, které byly správně posouzeny, jak bylo vidět dříve, a četnost falešných poplachů jako podíl nových položek, které byly chybně posouzeny, jak bylo vidět dříve. Statistická srovnání mezi podmínkami tACS byla provedena pomocí t-testů s párovým vzorkem a ANOVA s opakovanými měřeními byly použity k testování, zda účinky v rámci subjektu korelovaly s kovariátami věku, pohlaví a pořadí stavu tACS. Kromě toho jsme provedli párové vzorové t-testy a opakované měření ANOVA analýz časů odezvy kódování (doba od začátku páru stimulu do stisknutí tlačítka), abychom určili, zda povaha kódování s vlastním tempem vytvořila významný rozdíl ve výkonu mezi podmínkami a účastníky. Účinky byly považovány za významné při p-hodnotě 0,05.

Protože naše hypotézy zahrnovaly nulové efekty (de Graaf & Sack, 2011), vypočítali jsme Bayesův faktor, abychom kvantifikovali sílu důkazů ve prospěch žádného efektu kvůli tACS, tedy BF1o.<1(wagenmakers,2007). bayes="" factor="" calculation="" was="" performed="" using="">

4. Výsledky

4.1. Doba odezvy během kódování

Během úlohy kódování účastníci odpověděli v průměru 2753,1 ms (SE= 213,8 ms) po aktivaci párů obrázků během theta-tACS. Během sham-tACS byla doba odezvy kódování 2971,5 (227,4) ms. Časy odezvy kódování se mezi těmito dvěma podmínkami tACS významně nelišily (t(17)=-1.54,p= 0.14). Také jsme testovali, zda se variace doby odezvy v testech kódování každého účastníka liší mezi podmínky tACS (průměr [SE] theta-tACS=978.8 [68.5], sham-tAGS=1060.4[96.2]) a nenalezli žádný významný rozdíl (t(17){{26} }.33,p=0.20).

4.2 Účinky tACS na bázi theta na reakce asociativní paměti

Výkon asociativní d'paměti během theta-tACS (průměr [SE]=1.32 [0.13]) byl významně nižší než asociativní d'během sham-tACs (1,61 [0 .16]; t(17)=-2.517,p= 0.022,Cohenovo d=-0.59;viz 互g. 4A）.A opakovaná měření ANOVA s tACS （ Theta, Sham） jako vnitrosubjektový faktor ukázal, že tento efekt neinteragoval s mezisubjektovými faktory Věk (p=0.23) nebo pohlaví(p=0.36). nadměrné účinky stimulace theta na kódování během následného simulovaného stimulačního sezení pomocí tACS Order (theta následované falešným vs. falešným následovaným theta) jako faktory mezi subjekty, které významně neinteragovaly s efektem tACS v rámci subjektu asociativní paměť (p= 0.64).

Abychom dále prozkoumali účinek tACS na d', provedli jsme post-hoc srovnání četnosti zásahů a četnosti falešných poplachů mezi dvěma podmínkami tACS. Míra zásahu byla výrazně vyšší ve falešném stavu (67.0 procent [0.05]) ve srovnání s theta podmínkou (53,7 procenta [0.{101} {23}}5]) pro asociativní paměť (t(17)=-3.286,p=0.004, Cohenovo d =-0.78). Frekvence falešných poplachů pro výkon asociativní paměti neodhalila žádný významný rozdíl mezi stavem sham (16,2 procenta [0,02]) nebo theta (12,1 procenta [0,02]:t(17)=-1.428,p{{28} }.171). Tato zjištění potvrdila, že theta-tACS zhoršoval výkon asociativní paměti.

4.3. Účinek tACS založený na theta na vnímání rozpoznávání předmětů

Dále jsme analyzovali skóre pro test percepčního rozpoznávání, který byl proveden na stejném vizuálním materiálu jako pro test asociativní paměti. Nezjistili jsme žádný významný rozdíl ve vnímání položek mezi theta (1,56 [0.16]) a falešnými podmínkami (1,48 [0.10];t(17)=0.462 ,p=0.65;viz obr.4B). Protože jsme předpokládali, že na percepční rozpoznávání nemá vliv ACS, vypočítali jsme pro toto srovnání Bayesův faktor (BF). Zjistili jsme, že BF1o= 0.44, což poskytuje neoficiální důkaz ve prospěch žádného účinku.

4.4. Srovnání výkonů asociativní a percepční paměti

Abychom analyzovali, zda tACS ovlivnil asociativní a percepční rozpoznávací paměť odlišně, provedli jsme čtyři další analýzy. Nejprve jsme korelovali výkon asociativní paměti a percepčního rozpoznávání pro falešnou podmínku, abychom určili, zda spolu souvisí základní výkon v těchto dvou úkolech. Tato korelace nebyla významná (r=0.28,p=0.26) . Výpočet Bayesova faktoru ukázal, že důkazy svědčily ve prospěch toho, že tyto dva úkoly spolu nesouvisí (BFy =0.52). Tento výsledek odpovídá naší hypotéze, že úkoly asociativní a percepční paměti se spoléhají na různé základní nervové mechanismy. Za druhé jsme porovnali d' falešného stavu dvou paměťových úloh pomocí t-testu párových vzorků. a zjistili, že se významně neliší (t(17)= 0.78,p=0.78 BFyo=0.25). což naznačuje, že úkoly byly stejně obtížné. Za třetí, korelovali jsme rozdíl ve výkonu kvůli tACS (tj. d(Theta-d(Sham) mezi pamětí asociativního a percepčního rozpoznávání a nenašli jsme žádnou významnou korelaci (r= 0.12,p= 0.63 ;BF10=0.33). Za čtvrté jsme testovali, zda tACS indukované zhoršení výkonu asociativní paměti bylo větší než (nulový) účinek tAGS na výkon rozpoznávací paměti. Abychom modelovali tuto interakci mezi tACS a úlohou, vypočítali jsme model opakovaných měření s tACS a Úkolem jako faktory v rámci subjektu (a Věk, Pohlaví a Objednávka jako faktory mezi subjekty) a zjistil významný účinek interakce tACS × Úkol (F(1,13)=7.68,p=0.015,= 0.37). Celkově tyto výsledky naznačují, že tACS ovlivnil asociativní paměť jinak než výkon rozpoznávací paměti.

4.5. Porovnání doby odezvy kódování jako vysvětlení účinků tACS

Je možné, že individuální rozdíly v dobách odezvy kódování ovlivnily účinek tACS na paměť, navzdory nedostatku významného účinku tACS na časy odezvy kódování. Například účastníci s rychlejšími časy kódování mohli stimuly zpracovat hůře, což by je mohlo učinit zranitelnějšími vůči účinku tACS. Abychom tento problém prozkoumali, přepočítali jsme ANOVA s opakovanými měřeními pro asociativní a rozpoznávací paměť a asociativní x rozpoznávací interakci. ale nyní s použitím kódovacích časů odezvy zprůměrovaných mezi dvěma podmínkami tACS jako kovariátu jsme nezjistili žádný významný účinek kódovací odpovědi. čas pro asociativní paměť (p=0,31), rozpoznávací paměť (p=0,25) nebo asociativní × rozpoznávací interakci (p=0,97). Abychom tyto nulové efekty doložili, vypočítali jsme Bayesův faktor pro interakci časů odezvy kódování s opakovaným účinkem tACS na asociativní paměť, rozpoznávací paměť a asociativní × rozpoznávací interakci a zjistili jsme, že byly na nebo pod/ve všech případů (pro každý příslušný model byl BF1{{10}} 0,35, 0,37 a 0,13). Tato zjištění tak vyvracejí domněnku, že časy kódování ovlivnily účinek tACS na výkon paměti.

5. Diskuse

Naše výsledky ukazují, že theta tACS nad parietálním kortexem během kódování paměti zhoršuje výkon asociativní paměti, ale nikoli percepční rozpoznávací paměť materiálů stejného úkolu. Tato zjištění jsou v souladu s opakovanými pozorováními, že theta oscilační aktivita specificky přispívá ke kódování asociativní paměti (a]sein a kol., 1998; Buzsaki, 2002; Lega a kol., 2012; Burke a kol., 2013; Herweg a kol., 2020; Sauseng a kol., 2010). Zjištění, že výkon asociativní paměti nekoreluje s výkonem percepční paměti, dále potvrzuje představu, že neurální koreláty dvou paměťových procesů jsou disociovatelné. To je dále důležité vzhledem k tomu, že bylo zjištěno, že místo parietální stimulace (P3) hraje roli jak v asociativní paměti, tak v percepčním zpracování (Cabeza et al, 201l; Culham & Kanwisher, 2001; Gotlieb, 2007). To znamená, že neurální koreláty těchto dvou úloh vykazují prostorové překrývání v parietálním kortexu. Přesto disociovatelný účinek theta tACS na dvě paměťové úlohy naznačuje, že oscilační aktivita theta může funkčně disociovat dva paměťové procesy v parietálním kortexu. Kromě toho nelze tuto disociaci vysvětlit rozdílem v obtížnosti úkolu, protože výkon během simulovaných podmínek obou úkolů byl podobný.

Naše zjištění asociativního poškození paměti po theta tACS kontrastuje s několika předchozími zjištěními o zvýšené výkonnosti paměti vyvolané theta tACS. Srovnání mezi studiemi však brání heterogenita v návrhu úkolu a umístění mozkové stimulace. Například tACS-indukované zlepšení paměti bylo hlášeno ve studiích pracovní paměti (Abellaned-Prezet al, 2020 Alekseichuk et al. 2016; Khader et al. 2010), ale tyto úkoly pravděpodobně nespoléhaly na asociativní zpracování. Kromě toho může být oblast stimulace zvláště důležitá kvůli rozdílným účinkům síly theta na různá neuroanatomická místa (Long. Burle,&Kahana 2014). Například zvýšený výkon v úloze asociace obličeje a scény poté, co byl tACS podán do vřetenové oblasti (Lang et al, 2019), mohl být výsledkem modulace kódování rysů obličeje, spíše než zvýšeného kódování asociativní paměti. Zatímco theta oscilační aktivita byla pozorována v těchto oblastech u lidí a zvířat (Lee et al, 2005; Raghavachari et al, 2006; Sauseng et al, 2010), mohou hrát jinou roli v paměťových procesech. V novější studii Klinlk et al. (2020) nezjistili žádnou změnu ve výkonnosti asociativní paměti u mladých účastníků po tACS nad ventrolaterálním prefrontálním kortexem, což dále dokládá nekonzistentnost výsledků.

Místo toho navrhujeme, aby naše zjištění byla v souladu s předchozími studiemi, které ukazují, že parietální kortikální stimulace moduluje nervovou aktivitu v hipokampálně-kortikální síti, která podporuje asociativní zpracování paměti (Freedberg et al., 2019; Hermiller et al., 2019; Tambini et al. al 2018; Wanget al, 2014). Konkrétněji, naše zjištění jsou v souladu s modulací asociativní paměti, ale ne rozpoznávací paměti, po podání TMS přes parietální kůru (Tambini et al., 2018). Rozšiřujeme tyto zprávy tím, že ukazujeme, že theta tACS může také modulovat jako asSociativní zpracování v pravděpodobně stejné hipokampálně-kortikální síti Je možné, že naše zjištění snížené, spíše než zesílené asociativní paměti, může skutečně souviset s theta oscilačním vzorem stimulace mozku .

Důležité je, že jsme stimulovali na pevné frekvenci pro všechny účastníky, spíše než na individuální frekvenci theta. Stimulace na individuální maximální frekvenci by vedla ke zvýšenému nervovému strhávání, což by mohlo zvýšit výkon paměti (Hanslmayr, Axmacher & Inman, 2019; Thut et al, 2011). Tuto představu podporuje několik předchozích studií tACS, které stimulovaly na individuální frekvenci theta, identifikované pomocí theta-gama fáze-amplitudové vazby během provádění úkolu, a zjistily, že po stimulaci se zlepšil výkon pracovní paměti (Reinhart & Nguyen, 2019; Vosskuhl, Huster & Hermann., 2015). Jiné studie tACS ukazující zlepšení pracovní paměti však používaly pevnou stimulační frekvenci (Jausovec a Jausovec, 2014; Lang et al., 2019), což naznačuje, že stimulace na individuální frekvenci theta není nutná k modulaci výkonu paměti. Obecněji řečeno, několik studií ukázalo, že stimulace na individuální alfa frekvenci konzistentně nezvyšuje nervové strhávání (Vossen et al, 2015; Stecher & Herrmann, 2018), což naznačuje, že vztah mezi mozkovou stimulací, nervovým stržením a kognitivním výkonem nemusí být přímočarý. Konečně existují důkazy, že asociativní kódování u lidí je podporováno dvěma frekvenčními pásmy na extrémech theta rozsahu (3-8 Hz), spíše než kolísáním kolem středu rozsahu theta (Lega et al, 2012 (Wolinski et al., 2018)). V tomto případě by elektrická oscilační stimulace ve středu rozsahu theta vedla k desynchronizaci theta nebo posunům ve fázi endogenních frekvencí, což by mohlo narušit zpracování paměti (Alekseichuk et al.201Z Polania, Nitsche, Korman Batsikadze & Paulus, 2012). Tvrdíme, že naše zjištění se zdají nejlépe v souladu s popisem fázové desynchronizace indukované tACS, která narušuje asociativní paměť, ale neovlivňuje výkon percepčního rozpoznávání.

Návrh naší studie představuje pro naše závěry několik omezení. Nezařadili jsme funkční zobrazení mozku současně s podáním tACS, což nám brání ověřit účinek parietálního tACS na hipokampálně-kortikální síť. Také jsme neměřili EEG současně s podáním tACS, což znamená, že jsme nemohli empiricky testovat naši postulaci theta desynchronizace v asociativní paměti. Nakonec jsme nepoužili kontrolní frekvenci nebo umístění k ověření specificity theta stimulace parietálního kortexu. Tyto otevřené otázky plánujeme řešit v budoucích studiích.

Na závěr naše studie ukazuje, že theta tACS ovlivnila kódování asociativní paměti a zároveň šetřila vnímání. v souladu s hypotézou, že oscilace theta hrají kritickou roli při vytváření asociativní paměti v parietálně-hippokampálních interakcích. Tyto výsledky jsou v souladu se současnými neurobiologickými modely asociativní paměti a podporují další studium využívající neinvazivní elektrickou mozkovou stimulaci k modulaci oscilační aktivity mozkových sítí asociativní paměti pro současný výzkum paměti.