Het richten op het frontoparietale netwerk met behulp van bifocale transcraniële wisselstroomstimulatie tijdens een motorische leertaak bij gezonde oudere volwassenen, deel 3

3.4. Reactietijd

We konden de resultaten van Violante en collega's repliceren voor de parameter reactietijd met een significant effect van stimulatie F(1, 47.10) ¼ 5.33, p ¼ .025, hp2 ¼ {{25 }}.1 (gemiddeld effect), evenals een effect voor moeilijkheidsgraad F(1, 35,77) ¼ 44,61, p < .001 hp2 ¼ 0,55 (groot effect), en een interactie-effect F(1, 34,54) ¼ 4,83, p ¼ .035, pk2 ¼ 0,12 (gemiddeld effect). Post-hoc analyse met Tukey-correctie liet een significant verschil zien tussen schijn- en echte stimulatie tijdens moeilijkheidsgraad 2, t(42.1)=3,22, p=.013, maar niet voor niveau 1 t(42.6)=0,20, p=.997.

De relatie tussen schijnstimulatie en geheugen is een zeer interessant onderzoeksgebied. We horen sommige mensen vaak zeggen dat ze hun geheugen kunnen verbeteren door nepstimulatie toe te passen, en er zijn enkele wetenschappelijke onderzoeken die dit bevestigen.

Schijnstimulatie verwijst naar een visueel of auditief signaal dat niet in de omgeving bestaat, maar kunstmatig wordt gecreëerd. Als we visuele schijnstimulatie als voorbeeld nemen, kunnen we een flits gebruiken om plotseling licht te produceren, of snel enkele afbeeldingen weergeven om de aandacht en het geheugen van mensen te beïnvloeden. Op dezelfde manier kan auditieve schijnstimulatie ook worden bereikt door een bepaald geluid af te spelen of snel verschillende spraakfragmenten te bewerken.

Sommige recente onderzoeken hebben aangetoond dat schijnstimulatie onze hersenen kan activeren en ons geheugen kan verbeteren. Dit komt omdat wanneer we door deze signalen worden gestimuleerd, onze hersenen automatisch een bepaalde verwerking zullen uitvoeren, zoals het toevoegen van deze informatie aan ons werkgeheugen of het mobiliseren van ons langetermijngeheugen. Dit effect is uiteraard niet langdurig en duurt meestal maar een paar minuten. Maar als we deze signalen op de juiste manier gebruiken, kunnen we onze leer- en geheugenefficiëntie verbeteren.

Opgemerkt moet worden dat het erg belangrijk is om redelijk gebruik te maken van valse stimulatie. Overmatig vertrouwen op stimulatie kan leiden tot overmatige hersenvermoeidheid, wat ons leren en geheugen beïnvloedt. Bovendien is deze aanpak niet voor iedereen geschikt. Sommige mensen kunnen bijwerkingen ervaren als gevolg van gevoeligheid voor licht of geluid en moeten deze methode vermijden.

Kortom, een redelijk gebruik van valse stimulatie kan ons geheugen verbeteren, maar we moeten aandacht besteden aan gematigdheid en voorkomen dat we te veel op deze methode vertrouwen. Tegelijkertijd moeten we ook actief blijven zoeken naar andere leer- en geheugentechnieken om betere resultaten te bereiken. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola een traditioneel Chinees medicinaal materiaal is dat veel unieke effecten heeft, waaronder het verbeteren van het geheugen. De werkzaamheid van gehakt komt voort uit de verschillende actieve ingrediënten die het bevat, waaronder zuren, polysachariden, flavonoïden, enz. Deze ingrediënten kunnen op verschillende manieren de gezondheid van de hersenen bevorderen.

Klik op 10 manieren kennen om het geheugen te verbeteren

Beide condities vertoonden een significante toename in de reactietijd tussen niveau 1 en niveau 2, wat prominenter was in de schijnconditie t(36.4)=6,16, p < .001dan in de echte conditie t(36.4) ¼ 3,25, p ¼ .013 Het toevoegen van de 3-moeilijkheidsgraad aan het model resulteerde in geen effect voor stimulatieF(1.78,24) ¼ 1,61, p ¼ .209, een significant effect voor moeilijkheidsgraad F(2.67.65) ¼ 34,99, p < .001 en geen interactie-effect F(2, 67,65) ¼ 0,75,p ¼ .478, zie figuur 5.

3.5. N-back prestatieparameters (treffers, valse alarmen, nauwkeurigheid)

Uit de analyses bleek voor de 2 en de 3 moeilijkheidsmodellen geen hoofdeffect van stimulatie op een van deze parameters. Er was wel sprake van een significant hoofdeffect van de moeilijkheidsgraad. Geeft een significante afname van de prestaties aan bij toenemende n-back-niveaus voor alle parameters. Er waren geen interactie-effecten van stimulatiemoeilijkheden. Zie Tabel 1 voor statistische resultaten.

3.6. Analyse van piekfrequenties

Tijdens de EEG-metingen werden gegevens van 9 elektroden verzameld tijdens de uitvoering van de pre-basislijnmeting van de N-back-taak. De individuele gemiddelde piekfrequentie van de drie gecombineerde N-back-niveaus werd gebruikt als de gepersonaliseerde smaakstimulatiefrequentie voor de rest van het onderzoek. De resultaten van de algehele gemiddelde piekfrequentie lieten een groepsgemiddelde zien van 4,5 (sd ¼ 0.28) met een bereik tussen 4,1 en 5,4. Voor meer details, zie Tabel 2.

3.7. Stimulatiesensaties en verblinding

Op basis van het stimulatiesensatie-interview waren er geen nadelige effecten als gevolg van de tACS-stimulatie en werden er slechts kleine tACS-sensaties gerapporteerd. De meeste deelnemers antwoordden met ‘geen’ of ‘mild’. Bovendien was er voor geen van de waargenomen sensaties een significant verschil tussen de stimulatie- en de schijnomstandigheden, zie Tabel 3.

Deelnemers konden geen onderscheid maken tussen echte en schijnstimulatie. Een binomiale test gaf aan dat het aandeel correcte antwoorden tijdens sessie 1 0.4 was, wat niet significant verschilde van het kansniveau (0.5), p ¼ .503 . Voor sessie 2 was het aandeel correcte antwoorden 0,6, wat niet significant verschilde van het toeval, p=.503, zie Tabel 4.

4. Discussie

De belangrijkste uitkomst van deze studie is dat gepersonaliseerde, bifocale, gesynchroniseerde tACS naar de juiste FPN de prestaties tijdens een SFTT met hoge WM-belasting bij gezonde ouderen kan verbeteren. Dit interventieparadigma had daarentegen geen invloed op de prestaties tijdens de SFTT, als de WM-belasting laag was. Deze bevindingen geven aan dat de werkzaamheid van bifocale theta tACS synchroon toegepast op DLPFC en PPCis afhankelijk van de cognitieve vereisten en de onderliggende cognitieve toestand tijdens de taak. Dit aspect wordt verder ondersteund door de bevindingen dat tACS ook de prestaties van N-back-taken verbeterde, specifiek voor moeilijkheidsniveaus die veeleisend genoeg waren.

4.1. Motorische taak

De huidige resultaten ondersteunen de opvatting van een causaal effect van gesynchroniseerde bifocale theta-frequentie-oscillaties toegepast op de rechter FPN op de uitvoering van een leertaak van motorische sequenties.

Correlatief bewijs van de activering van de FPN tijdens vingertaptaken is eerder aangetoond met behulp van neuroimaging [62,63]. De meta-analyse van Witt en collega's (2008) heeft aangetoond dat visuele taken of vingertaptaken in eigen tempo concordante activiteit veroorzaken in de rechter DLPFC en de rechter inferieure pariëtale cortex [63]. Voor zover ons bekend was dit echter de de eerste keer dat de FPN werd gebruikt als doelwit voor een tACS-paradigma met de bedoeling MSL te verbeteren.

Hier konden we met deze aanpak een prestatieverbetering aantonen en een hint geven voor een mogelijke verbetering van de trainingseffecten, maar uitsluitend voor de SFTT-conditie met hoge WM-belasting (gememoriseerde conditie). Daarom was de effectiviteit van het huidige georkestreerde stimulatieparadigma op motorisch gedrag afhankelijk van de hoeveelheid WM-belasting tijdens de taak. Dit komt overeen met het onderzoek van Violante en collega's (2017) waaruit bleek dat theta tACS aan de rechter FPN de prestaties bij een WM-taak verbeterde, maar alleen voor de taak met een hogere WM-belasting [24]. Dit zou kunnen worden verklaard door het feit dat de FPN meer samenhang vertoont in het theta-bereik tijdens WM-taken met een hoge WM-belasting [64]. Er wordt gesuggereerd dat met het gebruik van tACS de coherentie exogeen kan worden verbeterd door de corticale oscillatie tussen verre gebieden mee te voeren [20]. Hoewel we de netwerkcoherentie niet hebben geverifieerd met behulp van EEG of andere neuroimaging-metingen, veronderstellen we dat exogeen geïnduceerde theta-oscillaties de voortdurende fysiologische oscillerende activiteit die betrokken is bij WM-verwerking kunnen hebben versterkt, wat op zijn beurt het prestatie- en acquisitieproces van de motortaak met hoge WM heeft ondersteund. belasting, maar niet bij lage WM-belasting.

Een andere mogelijke verklaring is dat de betrokkenheid van de FPN verband houdt met een specifiek deelproces van WM. WM kan grofweg worden onderverdeeld in drie subprocessen: coderen, onderhoud en ophalen [65]. De niet-gememoriseerde SFTT-conditie vereiste dat de deelnemers de reeks leerden tijdens het uitvoeren van de bewegingen, wat onder de coderingsfase valt. Tijdens de gememoriseerde SFTT-conditie moesten de deelnemers de eerder geleerde reeks behouden en ophalen tijdens het uitvoeren van de bewegingen. Een recente meta-analyse heeft aangetoond dat tijdens de overgang van codering naar onderhouds- en ophaalfasen de betrokkenheid van de FPN geleidelijk toeneemt. Daarom kan er goed worden verondersteld dat de gememoriseerde SFTT-conditie meer profiteert van de FPN als doelwit, terwijl de niet-gememoriseerde SFTT-conditie meer profiteert van stimulatie van andere hersengebieden. De acquisitiefase is bijvoorbeeld sterk afhankelijk van het dorsale aandachtsnetwerk, dat voornamelijk de frontale oogvelden en de intrapariëtale sulci omvat [65,66]. Bovendien hebben onderzoeken een hoge betrokkenheid van de M1 aangetoond tijdens de vroege stadia van het leren, met een vermindering van de activiteit naar de basislijn wanneer een reeks expliciet bekend wordt [67,68].

De betrokkenheid van de frontale en pariëtale gebieden tijdens MSL is goed vastgesteld, maar hun precieze functionele rol is minder duidelijk [67,69e71]. MSL kan worden onderverdeeld in drie verschillende leerfasen: fase 1 voor acquisitie, fase 2 voor consolidatie en fase 3 voor retentie. De vroege leerfase is sterker afhankelijk van cognitieve processen zoals WM, waarbij een activatie in de prefrontale cortex en pariëtale gebieden zichtbaar is [72e74]. In deze studie is de effectiviteit van het richten op de FPN om de prestaties op de MSL-taak te verbeteren hoogstwaarschijnlijk specifiek voor de WM-belasting. Studies die zich richtten op de WM-processen hebben aangetoond dat de FPN geassocieerd is met het onderhouden en manipuleren van informatie wanneer theta-oscillaties synchroon zijn tussen de twee hersengebieden [25,64]. Dit zou kunnen verklaren waarom de prestaties op de motorsequentietaak alleen verbeterden tijdens de taak met hoge WM-belasting, waarbij de deelnemers de reeks vanuit het geheugen moesten uitvoeren.

Bovendien verbeterden zowel de nauwkeurigheid als de snelheid aanzienlijk in de opgeslagen toestand als gevolg van de tACS-stimulatie. De echte stimulatie zorgde echter voor een scherpe toename van de nauwkeurigheid, terwijl de schijngroep geleidelijk verbeterde. Soortgelijke resultaten zijn aangetoond in een onderzoek waarin echte en schijn-anodale transcraniële gelijkstroomstimulatie (DCS) werd vergeleken, toegepast op de M1 op een SFTT. Verschillende leeftijdsgroepen werden vergeleken en oudere volwassenen vertoonden een scherpe toename in nauwkeurigheid in de echte stimulatiegroep en een geleidelijke toename in de schijngroep [75]. Ze beweren dat de actieve M1-stimulatie de codering en opslag van de reeks in het geheugen vergemakkelijkte. In het huidige onderzoek was het stimulatiedoel de FPN en was effectief in de opgeslagen toestand toen de reeksen al waren geleerd. Dit resultaat zou kunnen worden veroorzaakt door een verbeterd vermogen om de eerder geleerde reeks te behouden en op te halen, als gevolg van de synchronisatie van theta-oscillaties in de FPN [65].

Deze studie was bedoeld om eerdere onderzoeken uit te breiden die zich op de FPN richtten met bifocale theta-tACS om de WM-prestaties te verbeteren [24,25,76,77] door een vergelijkbare opstelling te gebruiken om het effect op MSL te bestuderen. Dit was de eerste keer dat zowel de DLPFC en de PPC zijn het doelwit geweest van het gebruik van bifocale theta tACS tijdens een motorische leertaak. Het belangrijkste doel was om de FPN te targeten als een netwerk dat belangrijk is gebleken voor WM en activatie heeft laten zien tijdens MSL [18,24e29,76,77]. Hoewel we konden aantonen dat bifocale tACS naar de FPN effectief was wanneer de WM-belasting hoog was, kunnen we niet uitsluiten dat dit effect zou kunnen zijn gegenereerd door een monofocale stimulatie van de DLPFC of de PPC. Het was niet de bedoeling van deze studie om de werkzaamheid van monofocale thetatACS te vergelijken met bifocale theta tACS bij MSL. Op basis van de positieve effecten van het richten op deze gebieden met bifocale theta-tACS op de uitvoering van een MSL-taak is echter meer onderzoek nodig om de exacte werkingsmechanismen te definiëren en de effecten van monofocale stimulatie op elk van de twee gebieden afzonderlijk te bepalen. Door het gebrek aan vergelijkende onderzoeken kan er geen definitieve, sluitende uitspraak worden gedaan over de gunstige effecten van bifocale FPN-stimulatie die zich te sterk richt op één van de beoogde hersengebieden. Verder onderzoek in komende studies zal deze open vraag in detail moeten beantwoorden.

4.2. Gepersonaliseerde tACS

Deze studie heeft gebruik gemaakt van gepersonaliseerde tACS-stimulatie in de thetarange op MSL en cognitieve functie. Deze aanpak was gebaseerd op een onderzoek van Reinhart en Nguyen (2019) die de gunstige effecten aantoonden van gepersonaliseerde frontotemporale theta-tACS vergeleken met een standaard theta-tACS op een WM-taak bij gezonde oudere volwassenen [57]. Individuele piekfrequenties werden gemeten terwijl deelnemers de N-back-taak uitvoerden om de individuele stimulatiefrequentie te bepalen, hoewel een vergelijking tussen gepersonaliseerde en standaard theta niet binnen de reikwijdte van het huidige onderzoek viel. We nemen aan dat individualiserende stimulatieparadigma’s belangrijk kunnen zijn vanwege een effectievere piekfrequentie zoals gesuggereerd door bijvoorbeeld Reinhart en Nguyen, maar ook gebaseerd op de differentiële functionele effecten van lage theta-frequenties (4e4,5 Hz) vergeleken met hoge theta-frequenties (7 Hz) op WM-prestaties [78e80]. Meer specifiek verbeterde 4 Hz tACS naar de rechter pariëtale cortex de WM-capaciteit, terwijl 7 Hz tACS de WM-capaciteit verminderde bij gezonde jonge volwassenen [78e80]. Jones et al. vergeleken bifocale 7 Hz tACS met 4,5 Hz tACS toegepast op de FPN en vonden positieve effecten voor 4,5 Hz, maar niet voor 7 Hz stimulatie op de WM-prestaties [79]. Er zijn echter ook rapporten die de effecten van personalisatie niet laten zien, zoals in een lopend TMS-onderzoek [81].
De gemiddelde stimulatiefrequentie in het huidige onderzoek was 4,5 Hz, wat past bij de bovengenoemde lage theta-frequenties die relevant zijn voor WM. Omdat de vergelijking tussen gepersonaliseerde en standaard (niet-gepersonaliseerde) theta-tACS niet binnen de reikwijdte van het huidige onderzoek viel, kunnen we geen enkele conclusie trekken over de vraag of personalisatie in het huidige onderzoek effectiever is dan niet-gepersonaliseerde bifocale ACS in het theta-bereik, een interessante vraag. dat moet in komende onderzoeken worden aangepakt.

4.3. N-back taak

De reden voor het gebruik van de N-back-taak was tweeledig. In de eerste plaats als een manier om de individuele thetafrequentie te meten tijdens het uitvoeren van een WM-taak. Ten tweede werd het gebruikt als een aanvullend controle-experiment om te verifiëren dat de stimulatie inderdaad op de FPN was gericht en een sleutelfunctie moduleerde die door de FPN werd verwerkt. De gedragsresultaten van de WM-taak ondersteunen het idee dat ACS aan de FPN de WM-prestaties verbetert [24,25]. Omdat er geen neuroimaging-gegevens waren om te bevestigen dat de FPN inderdaad het doelwit was, levert een gedragsverschil in WM-prestaties correlatie-bewijs op.

In deze studie zouden we de observaties van Violanteet al. kunnen repliceren. waaruit blijkt dat exogene synchronisatie van corticale oscillaties in het theta-bereik de WM-prestaties verbeterde wanneer de cognitieve eisen redelijk hoog waren (2-back level) [24]. We hebben de resultaten uitgebreid door te laten zien dat dit alleen van toepassing was op het niveau 2-terug en niet op het moeilijkere 3-achterniveau. De effectiviteit van het stimulatieparadigma lijkt een omgekeerde U-vorm te volgen in relatie tot de moeilijkheidsgraad van de taak. Het huidige studiecohort bestond uit gezonde oudere volwassenen. Hoewel het op dit moment onduidelijk is of jonge volwassenen nog steeds baat zouden hebben bij de oscillerende synchronisatie tijdens de 3-rugtaak, zou je kunnen speculeren dat de omgekeerde u-vorm met de piek bij de 2-rugtaak leeftijdsgebonden is.

Studies die de prestaties op WM-taken tussen jonge en gezonde oudere volwassenen hebben vergeleken, hebben leeftijdsgerelateerde prestatievermindering aangetoond, vooral bij taken met een hoge cognitieve vraag [82,83]. Als reactie op de hoge WM-belasting vertonen oudere volwassenen een relatieve hypoactivatie in fronto-pariëtale gebieden vergeleken met jonge volwassenen [82,84]. De ‘Compensation-Related Utilization of Neural CircuitsHypothese’ biedt een raamwerk voor dit fenomeen; leeftijdsgebonden hyperactivaties worden gezien tijdens taken met een lage WM-belasting als gevolg van verminderde neurale efficiëntie, met hypoactivatie voor taken met een hoge WM-belasting als gevolg van verminderde neurale capaciteit [85]. Dit laat zien dat oudere volwassenen al compensatiemechanismen gebruiken bij taken met een lage WM-belasting (1-terug) en daarom niet in staat zijn de noodzakelijke neurale bronnen te rekruteren tijdens taken met een hoge WM-belasting (3-terug)[82,83].

Heinzel en collega's veronderstelden dat de verandering in neuronale activiteit te wijten is aan een afname van de FPN-koppeling; ze lieten zien dat de fronto-pariëtale connectiviteit bij oudere volwassenen afnam tijdens2-rug en zelfs nog meer tijdens 3-rugtaken [73,86]. Dit zou erop kunnen wijzen dat het verschil in effectiviteit van stimulatie tussen de2-rug- en de 3-rugtaken verband houdt met de mate van gebrekkige koppeling van de FPN binnen deze taken en dat de interventionele aanpak met tACS deze mechanismen slechts voldoende kan compenseren. voor de 2-terugtaak, maar niet meer voor de 3-terugtaak. Het gebrek aan verbetering tijdens de 1-rugaandoening zou erop kunnen wijzen dat de natuurlijke compensatiemechanismen niet gevoelig zijn voor de effecten van dit stimulatieparadigma. Dit wijst in de richting van een specifieke werkzaamheid die afhankelijk is van de hersentoestand veroorzaakt door de hoeveelheid WM-belasting.

De resultaten van de N-back-taak lieten een specifiek effect zien op de reactietijden, en niet op het aantal treffers, valse alarmen en nauwkeurigheid. Deze bevindingen zijn vergelijkbaar met eerdere onderzoeken van Polania et al. (2012), Violante et al. (2017), en Alekseichuk et al. (2017) die thetatACS gebruikten om zich op de FPN te richten. Gesynchroniseerde tACS verminderde de reactietijden [24,25], terwijl gedesynchroniseerde tACS de reactietijd op een visuele WM-taak verhoogde [25,76]. De exacte reden voor het effect op de reactietijden, maar niet op andere parameters, blijft ongrijpbaar. Violante et al. toonden een verband aan tussen verhoogde pariëtale BOLD-activatie en verminderde reactietijden [24]. Er zijn aanwijzingen dat het pariëtale gebied een cruciale rol speelt bij het onderhoud van het spierweefsel [87]. Daarom suggereren Violante et al. dat de toename van neurale activatie in de pariëtale gebieden mogelijk een wisselwerking heeft gehad met de mechanismen die verband houden met reactietijden [24]. Echter, Alekseichuk et al. betogen dat de verbeterde reactietijden netwerkgerelateerd zijn, omdat ze toegenomen reactietijden vonden na desynchronisatie van de prefrontale gebieden van de pariëtale gebieden [76]. Ze beweren dat dit te wijten is aan een afname van de informatie-opname, weerspiegeld in de langdurige desynchronisatie van het theta-ritme in de cortex [76]. Hoewel de resultaten lijken te wijzen op specifieke effecten van gesynchroniseerde theta-tACS op reactietijden, blijven de exacte mechanismen onduidelijk. Verdere analyse is nodig om de exacte fysiologische mechanismen van reacties tijdens WM-taken te ontwarren.

4.4. Toekomstige stappen

De huidige studie was een proof-of-principle-studie om de betrokkenheid van de FPN bij het leren van motorische sequenties te onderzoeken. Dit onderzoek heeft een aantal beperkingen, die worden besproken aan de hand van suggesties voor toekomstig onderzoek. Ten eerste suggereren de huidige gegevens een duidelijk effect op de gedragsprestaties van de interventionele aanpak tijdens de taak, maar of dit invloed heeft op het leren is niet duidelijk. Er was geen duidelijke statistische interactie tussen conditie en blokken die een sterk leereffect zou kunnen onderbouwen, hoewel er waarschijnlijk aanwijzingen zijn voor een potentieel bijkomend effect op het leren door middel van veranderingen in het verloop van de nauwkeurigheid en de trend naar een verschil voor het totale leervermogen aan het einde van de training. Deze belangrijke open vraag moet in detail worden beantwoord in komende onderzoeken met intensievere training (bijvoorbeeld langere trainingssessies, meerdere trainingssessies). Bovendien zullen vervolgsessies ons begrip van de consolidatie en het mogelijke behoud van gedragsverbetering vergroten. Motorisch leren omvat meerdere processen, zoals online en offline leren. Online leren is de verbetering tijdens het trainen van de taak; offline leren vindt plaats na de training en is een essentieel onderdeel van de consolidatie van aangeleerd gedrag [67,88e90].

Met meerdere sessies kunnen we onderzoeken of de verbetering zich voortzet bij meerdere trainingssessies, een verschillende impact heeft op online en offline leren (of alleen op de prestaties) en of deze gedurende langere perioden aanhoudt. Ten tweede kunnen we momenteel niet concluderen of het personaliseren van de stimulatiefrequentie gunstig is in vergelijking met een gestandaardiseerde frequentie (bijv. 6 Hz) voor stimulatie in de huidige studie [23e25]. Dit aspect viel buiten de reikwijdte van de huidige studie en moet in komende studies worden aangepakt. Het vergelijken van het gestandaardiseerde met het gepersonaliseerde stimulatieparadigma zal dan meer overtuigende resultaten opleveren over het belang van personalisatie voor endogene oscillerende activiteit binnen de huidige taak. Ten slotte zouden toekomstige studies, om de aanpak verder te personaliseren, de plaatsing van elektroden in de individuele hersenen moeten personaliseren op basis van simulaties.

In het huidige onderzoek werd de plaatsing van de elektroden gedefinieerd door gestandaardiseerde locaties met behulp van een EEG-kap met het 10/20-systeem. We hebben concentrische elektroden gebruikt en elke montage bestond uit een kleine cirkelvormige middenelektrode omgeven door een grotere retourelektrode. Er is aangetoond dat deze opstelling de focus verbetert in vergelijking met andere elektroden, zoals de 5 5 cm rechthoekige elektroden of ringelektrodeopstellingen met de retourelektrode op een apart gebied [91]. Voor een simulatie van de verdeling van het elektrische veld, zie figuur 2B. Deze verbeterde faciliteit benadrukt het belang van precisie bij de plaatsing van de elektroden, aangezien de stimulatie het meest effectief is dichtbij het midden van de elektroden [92].

De momenteel gebruikte techniek, gebaseerd op het 10-20-elektrodesysteem, is op grote schaal gebruikt in NIBS-onderzoeken [93]. Dit is echter een gestandaardiseerd systeem voor het plaatsen van elektroden, gebaseerd op anatomische oriëntatiepunten die per deelnemer kunnen variëren [94]. Een recent onderzoek door Scrivener en Reader vergeleek de locaties van de elektrodenplaatsingen met het gebruik van een EEG-cap met MRI-beelden van dezelfde deelnemers. Ze ontdekten dat de elektrodenplaatsingen afweken van de feitelijke corticale locaties met de kleinste SD van 4,35 mm in frontale gebieden en de grootste SD van 4,35 mm in frontale gebieden. SD van 6,25 mm in de occipitale en pariëtale gebieden[95]. Het is onwaarschijnlijk dat deze afwijkingen zullen resulteren in gedragsverschillen vanwege de focus van de stimulatie. Het laat echter wel zien dat er ruimte is voor verbetering in termen van nauwkeurige definitie van doellocaties en consistentie in de plaatsing van de elektroden. Een manier om de precisie te verbeteren is door het gebruik van neuronavigatietechnieken geleid door structurele neuroimaging of door het gebruik van functionele MRI om de exacte doellocaties voor stimulatie te lokaliseren[93].

5. Conclusie

Concluderend konden we in deze studie een causaal verband aantonen tussen het stimuleren van de FPN en verbeteringen in een MSL-taak. Bovendien konden we de onderscheidende effectiviteit van FPN-synchronisatie aantonen voor motortaken met lage en hoge WM-belasting, resulterend in verbeterde prestaties op de motortaak met hoge WM-belasting, maar geen stimulatie-effecten op de motortaak met lage WM-belasting. Ondanks het duidelijke effect op het prestatieniveau was er geen duidelijk effect, waarschijnlijk een hint, in de richting van verbetering van het motorisch leren, een aspect dat in komende onderzoeken in detail moet worden behandeld. De werkingsmechanismen wijzen op een effect van de stimulatie op een verbeterd vermogen om de sequenties te onderhouden en uit te voeren. De huidige kennis over het gebruik van tACS om frontale en pariëtale gebieden te targeten om MSL te verbeteren is beperkt. Deze resultaten geven echter aan dat het richten op de FPN als een netwerk met behulp van gepersonaliseerde bifocale oscillerende stimulatie een veelbelovende aanpak is. Bovendien toonde de huidige studie aan dat theta tACS toegepast op de FPN de WM-prestaties verbeterde. Dit onthult een belangrijke wisselwerking tussen het motorische en cognitieve domein, wat erop wijst dat dit een veelbelovend doelwit is voor interventionele strategieën gebaseerd op NIBS. Om dit met succes te kunnen doen, is het echter van cruciaal belang dat een dergelijke aanpak alleen effectief kan zijn als de cognitieve belasting van een betreffende taak aanzienlijk hoog is, zoals hier wordt aangetoond door de WM-belasting.

Alles bij elkaar verbeterden gepersonaliseerde georkestreerde bifocale tACS toegepast op de FPN de prestaties bij een MSL-taak. Dit zou een veelbelovende strategie kunnen bieden om de motorische vaardigheden en het motorisch leren te verbeteren bij gezonde oudere volwassenen en neurologische patiënten die tekorten vertonen in de motorische prestaties en/of het motorisch leren.

Financiering

Het huidige project werd ondersteund door de Defitech Foundation (Morges, CH) en door #2017-205 'Personalized Health and Related Technologies (PHRT-205)' van het ETH-domein.

Creditauteurschapsbijdrageverklaring

LR Draaisma: Conceptualisatie, Ontwerp experiment, Methodologie, Validatie, Data-acquisitie, Formele analyse, Schrijven origineel concept, Schrijven e-review & redactie, Visualisatie, Projectadministratie. MJ Wessel: Conceptualisering, Projectadministratie, Schrijven en redactie. M. Moyne: Validatie, randomisatie, gegevensverzameling. T. Morishita: e-recensie schrijven en redigeren. FC Hummel: Conceptualisering, Ontwerp van experiment, Interpretatie van resultaten, Schrijven en redactie.

Verklaring van concurrerende belangen

De auteurs verklaren dat zij voor zover bekend geen concurrerende financiële belangen of persoonlijke relaties hebben die van invloed zouden kunnen zijn geweest op het werk dat in dit artikel wordt gerapporteerd.

Dankbetuigingen

Wij danken Pablo Maceira voor het lezen van het manuscript en het leveren van uitstekend commentaar, Elena Beanato voor het leveren van het script om de SFTT-gegevens voor te verwerken, Roberto Salamanca-Giron voor zijn bijdrage door zijn Matlab-script aan te bieden en aan te passen voor de EEG-piekfrequentieanalyse, en Giorgia Giulia Evangelista voor haar bijdrage aan de opzet van SimNIBS en haar hulp bij de visualisatie van de ringelektroden en de verdeling van het elektrische veld. Deze studie werd ondersteund door de EEG-faciliteit van het HumanNeuroscience Platform, Fondation Campus Biotech Geneva, Genève, Zwitserland.

Referenties

[1] Willingham DB. Een neuropsychologische theorie over het leren van motorische vaardigheden. PsycholRev 1998;105:558e84.https://doi.org/10.1037/0033-295X.105.3.558.

[2] Dupont-Hadwen J, Bestmann S, Stagg CJ. Motortraining moduleert de intracorticale remmende dynamiek in de motorcortex tijdens de voorbereiding van bewegingen.Brain Stimul 2019;12:300e8.https://doi.org/10.1016/j.brs.2018.11.002.

[3] Karni A, Meyer G, Jezzard P, Adams MM, Turner R, Ungerleider LG. Functioneel MRI-bewijs voor de plasticiteit van de motorcortex bij volwassenen tijdens het leren van motorische vaardigheden. Nature 1995;377:155e8.https://doi.org/10.1038/377155a0.

[4] Seidler RD, Bo J, Anguera JA. Neurocognitieve bijdragen aan het leren van motorische vaardigheden: de rol van het werkgeheugen. J Mot-gedrag 2012;44:445e53.https://doi.org/10.1080/00222895.2012.672348.

[5] Buch ER, Santarnecchi E, Antal A, Born J, Celnik PA, Classen J, et al. Effecten van DCS op motorisch leren en geheugenvorming: een consensus- en kritisch standpuntdocument. Clin Neurophysiol Off J Int Fed Clin Neurophysiol 2017;128:589e603.https://doi.org/10.1016/j.clinph.2017.01.004.

[6] Wessel MJ, Zimerman M, Hummel FC. Niet-invasieve hersenstimulatie: een interventiehulpmiddel voor het verbeteren van gedragstraining na een beroerte. Voorzijde HumNeurosci 2015;9:265.https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00265.

[7] Krause V, Meier A, Dinkelbach L, Pollok B. Bètaband transcraniële alternerende (tACS) en gelijkstroomstimulatie (tDCS) toegepast na aanvankelijk leren vergemakkelijken het ophalen van een motorsequentie. Frontgedrag Neurosci 2016;10.https://doi.org/10.3389/fnbeh.2016.00004.

[8] Pollok B, Boysen AC, Krause V. Het effect van transcraniële wisselstroomstimulatie (tACS) bij alfa- en bètafrequentie op motorisch leren. Gedrag BrainRes 2015;293:234e40.https://doi.org/10.1016/j.bbr.2015.07.049.

[9] Anguera JA, Reuter-Lorenz PA, Willingham DT, Seidler RD. Bijdragen van ruimtelijk werkgeheugen aan visuomotorisch leren. J Cognit Neurosci 2010;22:1917e30.https://doi.org/10.1162/jocn.2009.21351.

[10] Maxwell JP, Masters RSW, Eves FF. De rol van werkgeheugen bij motorisch leren en presteren. Bewuste Cognit 2003;12:376e402.https://doi.org/10.1016/s1053-8100(03)00005-9.

For more information:1950477648nn@gmail.com