Deel 1: Leeftijdsgerelateerde achteruitgang van de corticale remmende toon versterkt het motorgeheugen

Contactpersoon: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

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

een Wellcome Centre for Integrative Neuroimaging, FMRIB Centre, Nuffield Department of Clinical Neurosciences (NDCN), John Radcliffe Hospital, Headington, Oxford, Verenigd Koninkrijk

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

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

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

de Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana, VS

f Wellcome Centre for Integrative Neuroimaging, Oxford Centre for Human Brain Activity (OHBA), University of Oxford Department of Psychiatry, Warneford Hospital, Warneford Lane, Oxford, Verenigd Koninkrijk

a b s t r a c t:

Veroudering verstoort de nauwkeurig afgestemde excitatie-/remmingsbalans (E:I) over de cortex via een natuurlijke afname van de remmende tonus (-aminoboterzuur, GABA), waardoor functionele achteruitgang ontstaat. Bij jonge volwassenen verbetert het experimenteel verlagen van GABA in de sensomotorische cortex echter een specifiek domein van een sensomotorische functie: aanpassinggeheugen. Hier hebben we de hypothese getest dat als sensomotorische corticale GABA op natuurlijke wijze afneemt met de leeftijd, aanpassinggeheugenzou toenemen, en het eerste zou het laatste verklaren. De resultaten bevestigden deze voorspelling. Om causaliteit te bewijzen, gebruikten we hersenstimulatie om de sensomotorische corticale GABA tijdens de aanpassing verder te verlagen. Hoe stimulatie het geheugen veranderde, hing bij individuen af ​​van de sensomotorische corticale E:I. Bij mensen met een lage E:I nam de stimulatie toegeheugen; bij mensen met een hoge E:I verminderde stimulatiegeheugen. We hebben dus een vorm van motorgeheugen geïdentificeerd die van nature wordt versterkt door de leeftijd, die causaal afhangt van de neurochemie van de sensorimotorische cortex en een krachtig doelwit kan zijn voor strategieën voor het behoud van motorische vaardigheden bij gezond ouder worden en neurorevalidatie.

Cistanche kan het geheugen verbeteren

1. Inleiding

Motorische capaciteiten nemen af ​​met de leeftijd (Hunter et al., 2016; Krampe, 2002). Naarmate de hersenen en het lichaam ouder worden, verliezen bewegingen snelheid (Bedard et al., 2002; Jiménez-Jiménez et al., 2011), kracht (Frontera et al., 2000) en coördinatie (Serrien et al., 2000). Dit natuurlijke functieverlies wordt verergerd door motorische stoornissen die sterk toenemen met de leeftijd (bijv. beroerte, sarcopenie, parkinsonisme). Naarmate de oudere bevolking toeneemt (Leeson, 2018), is er behoefte aan strategieën om leeftijdsgerelateerde motorische achteruitgang tegen te gaan en te compenseren.

Tijdens het ouder worden moet het motorische systeem zich continu aanpassen aan de voortdurende veranderingen in het bewegingsapparaat. Hersenplasticiteit maakt dit mogelijk. Plasticiteit is essentieel om nieuwe motorische vaardigheden te leren, bestaande vaardigheden aan te passen en te behouden, en om door ziekte aangetaste functies te herstellen (Dayan en Cohen, 2011; Sampaio-Baptista et al., 2018). Plasticiteit speelt dus een belangrijke rol bij het verminderen van leeftijdsgebonden motorische achteruitgang (McNeil en Rice, 2018; Rozycka en Liguz-Lecznar, 2017).

Helaas neemt de plasticiteit ook af met de leeftijd (Burke en Barnes, 2006), vooral in het motorische domein (Bhandari et al., 2016; Freitas et al., 2013; Rogasch et al., 2009). Een belangrijke oorzaak is de ontregeling van de fijn afgestemde balans tussen corticale excitatie en inhibitie (E:I) (Rozycka en Liguz-Lecznar, 2017). Overal in de cortex is E:I verstoord omdat -aminoboterzuur (GABA) - de belangrijkste remmende neurotransmitter - voornamelijk afneemt met de leeftijd, 2018), verminderd vermogen om automatische reacties te onderdrukken (Hermans et al., 2018a) en langzamer motorsequentie leren (King et al., 2020).

Daarentegen hebben we hier de hypothese getest dat, aangezien M1 GABA afneemt met de leeftijd, een specifieke vorm van motorische functie van de bovenste ledematen - aanpassinggeheugen- zou verhogen. Gedurende de hele levensduur is aanpassing die eigenschap van het sensorimotorische systeem die individuen in staat stelt verstoringen tegen te gaan door hun bewegingen aan te passen en zo succesvolle motorprestaties te behouden (Franklin en Wolpert, 2011; Wolpert et al., 2011). Nadat deze vorm van leren heeft plaatsgevonden en de verstoring is weggenomen, volgt aanpassinggeheugenwordt uitgedrukt als een na-effect (AE) - een bewegingsbias in de richting tegengesteld aan de verstoring. De kracht van aanpassinggeheugenwordt geïndexeerd door de persistentie in de tijd van deze AE. Er is een schat aan bewijs dat, hoewel oudere volwassenen vaak tekortkomingen vertonen tijdens blootstelling aan een sensomotorische verstoring (dwz langzamere foutreductie; Anguera et al., 2011; Bock, 2005; Buch et al., 2003; Fernández-Ruiz et al., 2000; Huang en Ahmed, 2014; Panouillères et al., 2015; Vandevoorde en Orban de Xivry, 2019), na verwijdering van de verstoring blijft de AE ​​behouden (Bock, 2005; Buch et al., 2003; Hegele en Heuer, 2008 ; Panouillères et al., 2015; Roller et al., 2002; Vandevoorde en Orban de Xivry, 2019) of zelfs verhoogd (Fernández-Ruiz et al., 2000; Nemanich en Earhart, 2015; Wolpe et al., 2020) vergeleken voor jongere volwassenen (hoewel zie: Malone en Bastian, 2016). Van en veiligheidscontra-indicaties voor de MRS- en tDCS-metingen. De screening werd uitgevoerd door een van de onderzoekers en de medische geschiedenis van de deelnemers werd bepaald door zelfrapportage. Alle deelnemers hebben schriftelijke geïnformeerde toestemming gegeven. De studie werd goedgekeurd door de Britse NHS Research Ethics Committee (Oxford A; REC-referentienummer: 13/SC/0163). In Experiment 1 voerden alle deelnemers (= 32) prismaaanpassing (PA) en tests uit voor korte (10-minuten) en langdurige (24-uur) retentie. Een deelmonster onderging een MRS-scan om de neurochemie te meten in de linker sensorimotorische cortex (= 22) en in een anatomisch controlevolume in de occipitale cortex (= 20; Fig. S2). Een sub-sample stemde ermee in om ook deel te nemen aan Experiment 2 (= 25), bestaande uit twee wekelijkse sessies van PA gecombineerd met anodal/sham tDCS naar M1. Volledige details waarvan metingen voor elk individu zijn verkregen, staan ​​​​in tabel S1.

In Experiment 1 werd de steekproefomvang (=32) bepaald op basis van een power-analyse uitgevoerd in G-Power (Faul et al., 2007) (Versie 3.1.9.2), gebaseerd op eerdere onderzoeken van de associatie tussen gedrag en leeftijdsgerelateerde GABA-verandering binnen het motorische domein (Heise et al., 2013; Hermans et al., 2018a). De gemiddelde effectomvang in deze onderzoeken was ||=0.52. Om een ​​effect van deze omvang te detecteren, is een minimale steekproef van=19 nodig met een kans op een Type I-fout=0,05 en een power (1 − )=0,80 (gebaseerd op een priori eenzijdige correlatieanalyse). Ons neurochemisch perspectief, eerder werk toonde aan dat het experimenteel verlagen van de M1-remmende tonus tijdens aanpassing via hersenstimulatie geen invloed had op de snelheid van aanpassing, maar verhoogde persistentie van de AE ​​bij jonge volwassenen (Galea et al., 2010; O'Shea et al. , 2017). Hier redeneerden we dat als AE-retentie causaal afhangt van de M1-remmende toon, deze vorm vangeheugenkan op natuurlijke wijze toenemen met de leeftijd als gevolg van een leeftijdsgebonden afname van M1 GABA.

Deze hypothese werd bevestigd in een cross-sectioneel onderzoek onder tweeëndertig gezonde oudere volwassenen (gemiddelde leeftijd: 67,46 jaar, sd: 8,07). Met behulp van magnetische resonantie spectroscopie (MRS) om neurochemie te kwantificeren, toonden we aan dat M1 GABA afneemt met de leeftijd. Met behulp van prisma-adaptatie (PA; von Helmholtz, 1867) toonden we aan dat retentie toeneemt met de leeftijd. EEN

mediatieanalyse bevestigde vervolgens dat naarmate GABA afneemt met de leeftijd, aanpassinggeheugenneemt toe, en het eerste verklaart het laatste. Om causaliteit aan te tonen, hebben we experimenteel ingegrepen met excitatoire anodale transcraniële gelijkstroomstimulatie (a-tDCS) - om te proberen M1 GABA verder te verlagen (Antonenko et al., 2017; Kim et al., 2014; Stagg et al., 2009) en dus de aanpassing verder vergrotengeheugen. Gemiddeld nam de stimulatie niet toegeheugenin deze leeftijdsgroep. Integendeel, een moderatie-analyse toonde aan dat de manier waarop stimulatie veranderdegeheugenafhankelijk van de motorische corticale E:I van het individu. Stimulatie verhoogde retentie bij personen met een lage E:I, maar verminderde retentie bij personen met een hoge E:I.

Samenvattend hebben we een specifiek domein van motorische functionele plasticiteit geïdentificeerd dat verbetert met de leeftijd, als een natuurlijk gevolg van motorische corticale remmende achteruitgang. Deze geheugenfunctie kan verder worden verbeterd door neurostimulatie, maar alleen bij personen die het minst worden beïnvloed door leeftijdsgerelateerde ontregeling van motorische corticale E:I. Deze bevindingen dagen de heersende opvatting van veroudering als een onvermijdelijke functionele achteruitgang in twijfel. Terwijl het aanleren van nieuwe motorische vaardigheden kan afnemen, verbetert het vermogen om bestaande vaardigheden aan te passen op natuurlijke wijze met de leeftijd. die aanpassinggeheugenvan nature verbetert met de leeftijd geeft aan dat het een onbenut potentieel heeft als doelwit voor trainingsstrategieën die gericht zijn op het behouden, verbeteren of herstellen van de motorische functie bij gezond of pathologisch ouder worden (bijv. prismatherapie voor revalidatie van visueel-ruimtelijke verwaarlozing; O'Shea et al., 2017; Rossetti et al., 1998).

2. materialen en methoden

2.1. Deelnemers

Tweeëndertig rechtshandige mannen tussen 49 en 81 jaar (gemiddelde leeftijd: 67,5 jaar, sd: 8,1) namen deel aan dit onderzoek. Allen werden gescreend om een ​​persoonlijke of familiale voorgeschiedenis van neurologische of psychiatrische stoornis-steekproeven uit te sluiten (= 32 voor gedragsanalyses;=20 voor neurochemische analyses) hadden daarom voldoende power. In Experiment 2 werd de steekproefomvang bepaald op basis van een vergelijkbare vermogensanalyse op basis van de grootte van het stimulatie-eect zoals gerapporteerd in ons vorige werk (O'Shea et al., 2017). In dat onderzoek verbeterde M1 a-tDCS de langetermijnretentie tot vier dagen na aanpassing, met een effectomvang van=0,73. De minimale steekproefomvang die nodig is om een ​​effect van=0,73 te detecteren met een kans op een type I-fout=0,05 en power (1 − )=0,80 was {{24 }} (gebaseerd op een eenzijdig verschil van twee afhankelijke gemiddelden). Om mogelijke uitval mogelijk te maken, werden zesentwintig deelnemers geworven. Eén deelnemer ging verloren voor retentie-follow-up en werd daarom niet opgenomen in de uiteindelijke steekproef van=25.

2.2. Prisma aanpassingsprotocol

In beide experimenten werd PA uitgevoerd met behulp van een speciaal gebouwd geautomatiseerd apparaat (Fig. S1a). De deelnemers zaten met hun hoofd in een kinsteun en keken naar een 32-inch horizontaal touchscreen door een Liquid Crystal Display (LCD)-sluiter (Dispersion-film, Liquid Crystal Technologies, Ohio, VS). Het touchscreen werd gebruikt om de visuele doelen te presenteren en de eindpunten van het bereik vast te leggen, en de LCD-sluiter werd gebruikt om de visuele feedback van het scherm en de ledematen te regelen. Aan de paal van de kinsteun was een knop bevestigd die als startpositie diende voor alle wijzende bewegingen. De deelnemers kregen de instructie om de knop te allen tijde ingedrukt te houden en deze alleen los te laten wanneer ze een reikende beweging naar een doel initiëren. Alleen bij tests na het effect (AE) zorgde het loslaten van de knop ervoor dat de LCD-sluiter ondoorzichtig werd, waardoor visuele feedback van de nauwkeurigheid van het eindpunt werd afgesloten. Bovendien verhinderde een vaste sluiter dat deelnemers hun ledemaat in de startpositie en tijdens het eerste derde deel van hun reiktraject konden zien. De deelnemers kregen de instructie om niet met hun vinger over het oppervlak van het touchscreen te schuiven, maar om het scherm pas aan het einde van hun reikende beweging aan te raken. Aanwijsfouten werden berekend als de hoek gevormd tussen een rechte lijn die de startpositie en het doel verbindt, en een rechte lijn die de startpositie en de geregistreerde landingspositie verbindt. Volgens afspraak werden fouten in de richting van de prismatische verschuiving (naar rechts/met de klok mee) als positief gecodeerd, terwijl fouten in de tegenovergestelde richting (naar links/tegen de klok in) als negatief werden gecodeerd. De taak is geprogrammeerd in MATLAB versie 2014b (MathWorks; https://uk.mathworks.com) met behulp van Psychtoolbox (Kleiner et al., 2007) versie 3, draaiend op een MacBook Pro-laptop. Bij elke proef instrueerde een audio-stemopname de deelnemers om met hun rechter wijsvinger naar het doel op het aanraakscherm te reiken en ernaar te wijzen. Het doel kan zich ofwel in het midden van het scherm bevinden (open-loop-proeven) of 10 cm naar links of rechts (gesloten-loop-proeven). De afstand tussen de ogen van de deelnemers en het centrale doelwit was 57 cm.

Tijdens PA wisselden de deelnemers af tussen twee soorten taakblokken: closed-loop pointing (CLP) en open-loop pointing (OLP). Bij proeven met gesloten lus droegen de deelnemers een 10◦ rechtsverschuivende prismabril (gletsjerbril: Julbo, Longchaumois, Frankrijk; lenzen: OptiquePeter, Lyon, Frankrijk) en kregen de instructie om snel reikende bewegingen te maken (gemiddelde bewegingsduur: 452 ms, sd : 119 ms) naar het linker- of rechterdoel in een pseudo-gerandomiseerde volgorde. De deelnemers werden getraind om hun vinger op de landingspositie te houden en hun bewegingen bij de volgende proef indien nodig te corrigeren. Om strategische aanpassingen en "in-fight" foutcorrectie (Redding en Wallace, 1996; 2001) visuele feedback van schijn) tijdens gedragstesten te beperken. Dit werd bereikt door gebruik te maken van verblindende codes ("studiemodus" van de stimulator) van een onderzoeker die niet betrokken was bij gedragstesten. De blindering vond plaats in de statistische analysefase, zodra de gegevensverzameling was voltooid.

In Experiment 2 voerden de deelnemers twee PA plus tDCS-sessies uit (anodaal/sham, order counter-balanced), elk gescheiden door een minimum van een week (gemiddeld interval: 10 dagen, sd: 6 dagen). Dit interval is gekozen om zowel het effect van DCZ op corticale prikkelbaarheid (Nitsche et al., 2003; Nitsche en Paulus, 2000) als de AE ​​te laten uitwassen (O'Shea et al., 2017), om een ​​terugkeer naar baseline aanwijsgedrag en corticale prikkelbaarheid aan het begin van de andere experimentele sessie. De reden voor het stimuleren tijdens PA – in tegenstelling tot ervoor of erna – was om het eerste derde deel van elke reikbeweging te laten werken met de vaste sluiter, zoals in eerder werk (Inoue et al., 2015; O'Shea et al., 2017; 2014). Aan het einde van elke proef duurde de visuele feedback van de landingspositie 500 ms nadat de aanraking was geregistreerd. Na deze tijd werd de LCD-sluiter ondoorzichtig en moesten de deelnemers terugkeren naar de startpositie (dwz de knop ingedrukt houden) zonder visuele feedback van hun hand. Deze procedure beperkte de blootstelling van het prisma aan de reikende beweging in tegenstelling tot de teruggaande beweging. Bij open-loop-proeven werden prisma's verwijderd en kregen de deelnemers de opdracht om naar het centrale doelwit te wijzen. Nauwkeurigheid werd benadrukt boven snelheid (gemiddelde bewegingsduur: 799 ms, sd: 135 ms). Bij elke proef werd visuele feedback gegeven doordat de LCD-sluiter ondoorzichtig werd bij het begin van het bereik, waardoor het zicht op het doel, de bereik- en eindpuntfout en de terugkeerbeweging werden afgesloten. Hierdoor kon de AE ​​naar links worden gemeten zonder dat deelnemers zich actief aanpasten als reactie op feedback van visuele fouten.

In beide experimenten mat elke PA-sessie de aanwijsnauwkeurigheid tijdens baseline, aanpassing, korte termijn (10-minuten) en lange termijn retentie (24-uur; Fig. S1). Baseline gesloten en open-loop aanwijsnauwkeurigheid werd gemeten in twee blokken van respectievelijk 20 en 30 proeven. Aanpassing bestaande uit afwisselende paren aanwijsblokken met gesloten en open lus, zes in Experiment 1 en zeven in Experiment 2 (Fig. S1). De retentie van de AE ​​werd gemeten 10-minuten en 24-uur na het einde van PA, door middel van een enkel blok van 45 open-loop-trials. In Experiment 2 werd 10-minuut retentie gevolgd door een uitspoelfase waarin deelnemers wezen zonder prisma's te dragen, hun linkse fouten observeerden en zich daarom niet aanpasten. Washout bestond uit 40 proeven met gesloten lus en 45 proeven met open lus verdeeld over zes doorschoten blokken (Fig. S1b). Het doel van wash-out was tweeledig. Ten eerste stelde het ons in staat om te onderzoeken of, in de schijnconditie, een hogere leeftijd geassocieerd was met een onvermogen om zich aan te passen, wat sterkere AE op een later tijdstip zou kunnen verklaren (zie aanvullende resultaten). Ten tweede redeneerden we dat, alsgeheugenvorming werd versterkt door stimulatie tijdens PA, waarna uitwassen meer kans had om de retentie op lange termijn in de schijnconditie te verstoren dan in de anodische conditie, wat de gevoeligheid zou kunnen verhogen om het effect van stimulatie op 24-uur te detecteren.

2.3. Transcraniële gelijkstroomstimulatie

In Experiment 2 werd tDCS geleverd door een batterij-aangedreven DC-stimulator (Neuroconn GmbH, Ilmenau, Duitsland) verbonden met twee 7 × 5 cm sponselektroden gedrenkt in een 0,9 procent zoutoplossing. De anodische elektrode was gecentreerd over C3 (5 cm lateraal ten opzichte van Cz), wat overeenkomt met de linker primaire motorcortex volgens het internationale 10-20-elektrodesysteem (Herwig et al., 2003). De kathode werd over de rechter supraorbitale rand geplaatst. Tijdens anodale tDCS werd stimulatie gedurende 20 minuten bij 1 mA toegepast, gedurende de gehele aanpassingsfase, zoals in ons vorige werk (O'Shea et al., 2017). De impedantie werd online gevolgd en tijdens de stimulatie te allen tijde onder de 10 kOhm gehouden. De stroom liep op en neer over een periode van 10 s bij het begin en het einde van de stimulatie. Tijdens schijn-tDCS was de procedure identiek, behalve dat er gedurende de 20 minuten geen stimulatie werd toegediend. In plaats daarvan vonden elke 550 ms kleine stroompulsen (110 A gedurende 15 ms) plaats om de voorbijgaande tintelingen te simuleren die gepaard gaan met echte stimulatie. Zowel de onderzoekers als de deelnemers waren geblindeerd voor de stimulatieconditie (anodaal of met .).geheugenvormingsprocessen die optreden tijdens blootstelling aan de visuele verschuiving, waarvan bekend is dat deze verband houdt met langdurige retentie (Inoue et al., 2015; Joiner en Smith, 2008; Kording et al., 2007; Smith et al., 2006). We hebben eerder aangetoond dat M1 a-tDCS toegepast vóór – in tegenstelling tot tijdens – PA geen effect had op adaptatiegeheugen, wat het belang aantoont van de interactie tussen neurostimulatie en gelijktijdige cognitieve toestand (O'Shea et al., 2017).

2.4. MRS-acquisitieprotocol

MRS-gegevens zijn verkregen in het Oxford Centre for Clinical Magnetic Resonance Research (OCMR, University of Oxford), op een Siemens Trio {{0}}Tesla MR-scanner voor het hele lichaam en met behulp van een 32-kanaalspoel . Hoge resolutie T1-gewogen structurele MR-beelden (MPRAGE; 224 × 1 mm axiale plakjes; TR/TE=3000/4,71 ms; flip-hoek=8◦; FOV=256; voxelgrootte=1 mm isotroop; scantijd=528 sec) werden verkregen voor MRS-voxelplaatsing en registratiedoeleinden. MRS-gegevens werden verkregen uit twee interessevolumes (VOI's; voxelgrootte=2 × 2 × 2 cm3) in twee opeenvolgende acquisities. De eerste VOI was gecentreerd op de linker motorhandknop (Yousry et al., 1997) en omvatte delen van de pre- en post-centrale gyrus (Fig. S2c). De tweede (anatomische controle) VOI was bilateraal gecentreerd op de calcarine sulcus in de occipitale kwab (visuele cortex) (Engel et al., 1997; Ip et al., 2017; Lunghi et al., 2015) (Fig. S2c ). Dit controlegebied is gekozen omdat het, voor zover wij weten, niet betrokken is bij de ontwikkeling en/of retentie van prisma-AE's (zie voor een overzicht: Panico et al., 2020; Petitet et al., 2017). B0-shimming werd uitgevoerd met behulp van een GRESHAM (64 × 4,2 mm axiale plakjes, TR=862.56 ms, TE1/2=4.80/9.60 ms, flip-hoek=12◦, FOV {{ 40}}, scanduur=63 sec). MR-spectroscopiegegevens (spectra) werden verkregen met behulp van een semi-adiabatische lokalisatie door adiabatische selectieve herfocussering (semi-LASER) sequentie (TR/TE=4000/28 ms, 64 scangemiddelden, scantijd=264 secs) met variabele vermogensradiofrequentiepulsen met geoptimaliseerde relaxatievertragingen (VAPOR), wateronderdrukking en verzadiging van het buitenste volume (Deelchand et al., 2015; Öz en Tkáč, 2011). Bovendien werden niet-onderdrukte waterspectra verkregen van dezelfde VOI's om resterende wervelstroomeecten te verwijderen en om de phased array-spectra te reconstrueren (Natt et al., 2005). Single-shot acquisities werden afzonderlijk opgeslagen (single-shot acquisitiemodus), vervolgens de frequentie en fase gecorrigeerd voordat het gemiddelde werd genomen over 64 scans.

2.5. MRS-gegevensanalyse

Metabolieten werden gekwantificeerd met behulp van LCModel (Provencher, 2012; 1993; 2001), uitgevoerd op alle spectra binnen het chemische verschuivingsbereik van 0,5 tot 4,2 ppm. De modelspectra werden gegenereerd op basis van eerder gerapporteerde chemische verschuivingen en koppelingsconstanten door Vespa Project (veelzijdige stimulatie, pulsen en analyse). Het niet-onderdrukte watersignaal verkregen uit het volume van belang werd gebruikt om wervelstroomeecten te verwijderen en om de phased array-spectra te reconstrueren (Natt et al., 2005). Spectra met enkele scan werden vóór sommatie gecorrigeerd voor frequentie- en fasevariaties veroorzaakt door beweging van het onderwerp. Glutamine (Glx) werd in de huidige studie gebruikt vanwege het onvermogen om onderscheid te maken tussen glutamaat en glutamine met behulp van een 3T MRI-scanner. Om te voorkomen dat het monster vertekend werd in de richting van schattingen van hoge concentraties, werd de verwachte relatieve Cramer-Rao Lower Bound (CRLB) berekend voor elke individuele dataset, gegeven de concentratieschatting en uitgaande van een constant ruisniveau voor alle metingen (zie aanvullende informatie voor gedetailleerde methoden). Datasets waarvoor het Pearson-residu tussen de verwachte en waargenomen relatieve CRLB groter was dan 2, werden uitgesloten van verdere analyse. Met behulp van dit kwaliteitsfiltercriterium voor -Aminoboterzuur (gelabeld GABA), Glutamix (Glutamine plus Gutamaat, gelabeld Glx) en totaal creatine (Creatine plus fosfocreatine, gelabeld TCR), werden vier V1 MRS-datasets weggegooid en geen M1 MRS-dataset werd weggegooid.

Weefselcorrectie is een belangrijke stap in MRS-gegevensanalyse, vooral bij oudere volwassenen vanwege hersenatrofie, waarvan is voorgesteld dat deze overeenkomt met de standaardoptie van de "tab_model" -functie van het sjPlot-pakket in R (Lüdecke , 2021). We vergeleken LMM-modelparameters rechtstreeks om neuroanatomische en neurochemische specificiteit vast te stellen. Modelparameters werden vergeleken met behulp van een algemene lineaire hypothesetest met behulp van het multi-comp-pakket in R (Hothorn et al., 2008). Voor visualisatiedoeleinden, Fig. 1b, 3 en 6b tonen blokgemiddelde gegevens als maatstaven voor retentie, maar de statistische analyses werden uitgevoerd op individuele proefgegevens met willekeurige intercepts en hellingen. Maatregelen van effectgrootte zijn:

gerapporteerd voor alle substantiële analyses, met behulp van het effectsizepakket (Ben-Shachar et al., 2020) in R. Cohen's d werd gebruikt om effectgroottes te berekenen voor een one-sample t-test tegen nul voor korte en lange termijn retentie in Ex om, althans gedeeltelijk, rekening te houden met de vaak waargenomen leeftijdsgerelateerde afname van MRS-gemeten GABA-niveaus (Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). LCmodel voert metabolietconcentraties uit voor een volledig interessant volume. Dus als de fractie van neuraal weefsel binnen een volume van belang laag is, als gevolg van leeftijdsgerelateerde atrofie (Good et al., 2001), zullen schattingen van de metabolietconcentratie ook noodzakelijkerwijs lager zijn. Er zijn verschillende weefselcorrectietechnieken voorgesteld om deze mogelijke verwarring te verklaren, met momenteel geen consensus in de literatuur (Harris et al., 2015; Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). De meeste van deze technieken maken aannames over de verdeling van de metaboliet van belang binnen de verschillende weefselcompartimenten. Het is echter mogelijk dat dergelijke veronderstellingen niet gedurende de hele levensduur stand houden, aangezien het normale verouderingsproces sommige compartimenten meer kan beïnvloeden dan andere. Daarom gebruikten alle analyses die in dit artikel worden gerapporteerd niet-weefselgecorrigeerde concentratieschattingen en omvatten in plaats daarvan het percentage grijze stof (GM) en witte stof (WM) in de MRS-voxel als verstorende variabelen die niet interessant zijn (zoals in Scholl et al., 2017). Aangezien deze benadering met gedeeltelijke volumecorrectie geen aannames doet over de verdeling van GABA en Glx binnen de verschillende weefseltypes, is het bijzonder geschikt voor de huidige studie (waarin de deelnemers in leeftijd varieerden van 49 tot 81 jaar), en dus controles voor atrofie terwijl ze agnostisch over de verschillende effecten van veroudering op weefseltypes. De percentages grijze stof, witte stof en cerebrospinale vloeistof aanwezig in de VOI's werden berekend met behulp van FMRIB's geautomatiseerde segmentatietool (Zhang et al., 2001). Ze worden samen met MRS-gegevenskwaliteitsmetrieken gerapporteerd in Tabel S2.

Bij alle individuen was de geschatte totale creatineconcentratie (TCR) negatief gecorreleerd met de leeftijd in de M1-voxel ( (21)=−0,46,=0.04 ) hoewel niet in de V1-voxel ( (17)=−0.06,=0.81; Fig. S2b). Vanwege deze verwarring met de leeftijd kon TCR niet worden gebruikt als een geldige interne referentie voor metabolietschattingen. Daarom hebben we tijdens dit werk absolute concentratieschattingen voor GABA en Glx gebruikt, in plaats van de gegevens uit te drukken als verhoudingen van TCR.

2.6. statistische analyse

Statistische gedragsanalyses werden uitgevoerd in R (R Core Team, 2017). Om te controleren op interindividuele verschillen in aanwijsnauwkeurigheid vóór aanpassing, werden de eindpuntfoutgegevens voor alle onderzoeken genormaliseerd door de gemiddelde aanwijsfout bij baseline af te trekken (over links/rechts doelen voor blokken met gesloten lus; middelste doel voor blokken met open lus ). Tenzij anders vermeld, waren alle statistische tests tweezijdig. Analyses werden uitgevoerd met behulp van lineaire regressie en omvatten controles van de volgende veronderstellingen: 1) lineariteit, 2) homogeniteit van variantie en 3) normaliteit van residuen. Deze aannames werden visueel onderzocht met behulp van grafieken van residuen versus waargenomen waarden (lineariteit), gefitte waarden versus residuen (homogeniteit van variantie) en verdeling van residuen (normaliteit van residuen). Lineaire mixed-effects-modellen (LMM's) werden gebruikt voor analyses met een longitudinale/herhaalde-metingscomponent (bijv. adaptatie, retentie) door intercepts en hellingen op te nemen als willekeurige deelnemers-effecten. Deze benadering heeft twee voordelen in vergelijking met variantieanalyses met herhaalde metingen (ANOVA's): het stelde ons in staat 1) ook gedragsdynamiek binnen de blokken in overweging te nemen, in tegenstelling tot alleen blokgemiddelde fouten, en 2) willekeurige bronnen van interindividuele variabiliteit te scheiden van zinvolle. Alle modelspecificaties worden gerapporteerd in aanvullende tabellen. P-waarden werden geschat met behulp van de Wald-test, die experimenteert met 1, en voor gepaarde-samples t-tests van sham versus anodale stimulatie op korte en lange termijn retentie in Experiment 2. Geschatte gedeeltelijke eta-kwadraat () voor lineair gemengd- eecten regressieanalyses om de proportie variantie samen te vatten die samenhangt met een bepaald vast effect. Er zijn vuistregels voorgesteld voor het interpreteren van effectgroottes. Deze normen voor Cohen's d zijn: klein=[0.2{{30}}; 0.49]; gemiddeld=[0.5; 0,79]; groot Groter dan of gelijk aan 0.8. De normen voor zijn: klein=[0.01; 0,05]; gemiddeld=[0,06; 0,13]; groot Groter dan of gelijk aan 0,14 (Cohen, 2013).

In Experiment 2 werd de baseline OLP en CLP gemiddelde nauwkeurigheid op twee manieren geanalyseerd. Ten eerste om te controleren of er geen ordereect is (PA sessie 1 vs. PA sessie 2; met behulp van paarsgewijze t-tests). Ten tweede, om te controleren op de afwezigheid van een effect van een stimulatieconditie (anodale tDCS-sessie vs. schijn-tDCS-sessie; met behulp van paarsgewijze t-tests op dezelfde gegevens opnieuw gerangschikt door neurostimulatieconditie). De eerste analyse zorgde ervoor dat het wash-out-interval van één week effectief was (dwz de gedragseecten van sessie 1 waren verdwenen bij het begin van sessie 2), en de laatste zorgde ervoor dat verschillen in prestatie tussen de anodale en schijn-tDCS-condities konden worden toegeschreven aan een neurostimulatie-effect in tegenstelling tot willekeurige systematische verschillen die al aanwezig waren bij baseline. Om het statistische bewijs te kwantificeren ten gunste van de afwezigheid van verschil (dwz wat we wilden bereiken), werd een Bayes-factor (01) berekend voor deze kwaliteitscontroleanalyses. Een 01 > 3 werd beschouwd als substantieel bewijs voor de afwezigheid van verschil, consistent met de juiste wash-out tussen de twee experimentele sessies.

Omdat GABA wordt gesynthetiseerd uit glutamaat, zijn de concentraties van deze twee neurotransmitters doorgaans positief gecorreleerd in de hersenen (Jocham et al. (2012); Stagg et al. (2011a); in onze dataset, M1 GABA × M1 Glx: (20)=0.34,=0. 13; V1 GABA × V1 Glx: (14)=0. 16,=0.55). Daarom werd bij het analyseren van de relatie tussen de absolute concentratie in GABA of Glx binnen een voxel en uitkomst, ook de concentratie van de andere neurotransmitter (GABA of Glx) in het model opgenomen. Bovendien werden concentraties van grijze en witte stof ook opgenomen als covariaten die niet van belang waren in alle modellen die neurochemische gegevens bevatten.

Een mediatieanalyse werd gebruikt om de "mechanistische" verbanden te karakteriseren die ten grondslag liggen aan de waargenomen correlaties tussen leeftijd, neurochemie en retentie. Dit werd uitgevoerd met behulp van de R-pakketbemiddeling voor causale mediatieanalyse (Imai et al., 2010). Bemiddeling werd uitgevoerd met behulp van regressie met niet-parametrische bootstrapping (10,000 resamples) om vast te stellen of de M1-remmende toon verantwoordelijk was voor het verband tussen leeftijd en langdurige retentie. Het model omvatte: leeftijd als onafhankelijke variabele (X); absolute concentraties van M1 GABA en Glx als mediatoren (M1, M2); blokgemiddelde retentie op 24- uur als de afhankelijke variabele (Y) (blokgemiddelde fout genormaliseerd door de basislijn voor elk individu), en controle voor de fractie van GM en WM in de M1-voxel (C1, C2). Het percentage mediatie () werd berekend als de fractie van het totale effect (c) dat wordt veroorzaakt door indirecte effecten (ab1 of ab2).