反復的な神経調節を伴う高齢者の作業記憶と長期記憶における長期的かつ解離性の改善パート 3
Jan 12, 2024
独立したサンプルにおける主要な所見の複製。
実験 1 での一次観察が独立したサンプルで再現されるかどうかをテストするために、追加の実験を実行しました。 実験 3 は、自由想起タスクの実行中に DLPFC ガンマ神経調節または IPL シータ神経調節のいずれかを受けるようにランダム化された 30 人の高齢の参加者で構成されました。
神経調節と記憶の間には密接な関係があります。 神経調節は、脳細胞間の接続と情報伝達を促進することにより、記憶力を強化します。 記憶は人間の生存と発達の重要な基礎です。 神経調節を通じて、知識をよりよく習得し、応用するのに役立ちます。
神経調節は記憶のさまざまな側面に影響を与える可能性があります。 まず、神経調節は大脳皮質の活動に影響を与え、それによって知覚、注意、認知能力を調節します。 これらは記憶形成の基礎であり、神経調節を通じて情報をよりよく理解し、記憶し、応用するのに役立ちます。
第二に、神経調節はニューロン間の接続とシグナル伝達も調節します。 ニューロン間の接続の数と構造は、記憶能力に直接影響を与える可能性があります。 ニューロン間の接続とシグナル伝達は神経調節によって強化され、それによって記憶能力が向上します。
さらに、神経調節は海馬や脳内の他の神経細胞集団に影響を与え、長期的な記憶保持と復習を促進します。 神経調節を通じて、ニューロン集団間の接続をより適切に調節し、記憶の符号化と保存を改善することができます。
結論として、神経調節と記憶の関係は非常に密接です。 神経調節を強化することで、記憶力を向上させ、知識をよりよく理解して応用することができます。 これは私たちの勉強、仕事、生活に良い影響を与えるため、神経調節が記憶に及ぼす影響に注意を払い、運動や食事制限などを通じて神経調節と記憶の発達を促進する必要があります。カンクサは多くのユニークな効果を持つ伝統的な漢方薬材料であり、そのうちの 1 つが記憶力の向上であるため、カンクサは記憶力を大幅に向上させることができます。 ひき肉の効能は、酸、多糖類、フラボノイドなどを含む、ひき肉に含まれるさまざまな有効成分によってもたらされます。これらの成分は、さまざまな方法で脳の健康を促進します。
従った神経調節プロトコールは、神経調節が連続４日ではなく３日間行われ、長期追跡調査が含まれていなかったことを除いて、実験１とほぼ同様であった。
記憶能力は、ベースライン時および各神経調節セッション中に検査されました。 日 (ベースライン、1 日目、2 日目、3 日目) および系列位置 (初等、中 1、中 2、中 3、および最近) を被験者内因子とし、グループ (DLPFCガンマおよび IPL シータ) を次の間とする混合分散分析。被験者の因子により、記憶能力の有意な差が明らかになりました (日 × 連続位置 × グループ: F7.9,220.8=6.315, P<0.001, ηp 2=0.184; Fig. 6a), and this effect remained significant even after accounting for covariates (F7.7,176.1=5.887, P<0.001, ηp 2=0.204).
追跡ＡＮＯＶＡにより、神経調節の２日目および３日目の連続位置とグループとの間の有意な相互作用、および初等性および最新性クラスターについての日とグループとの間の有意な相互作用が明らかになった（補足表４）。 両側独立標本t検定により、神経調節の2日目と3日目に、DLPFCガンマ群ではIPLシータ群と比較して、初頭クラスターの記憶性能が大幅に改善されたことが示されました（図6a、上）。
介入3日目では、リーセンシークラスターのパフォーマンスは、DLPFCガンマグループと比較してIPLシータグループの方が有意に高かった（図6a、下）。 これらの結果は実験 1 の観察と平行しています (図 2a、左)。 ベースラインのパフォーマンスは 2 つのグループ間で差がなかったので (補足表 4)、グループ間の非特異的な差異は除外されます。
ベースラインの認知機能と記憶パフォーマンスの関係を調べると、DLPFCガンマグループのMoCAスコアが低い個人は、主力クラスター(r13=−0.672)のみで3日目に優れた記憶パフォーマンスを示したことがわかりました。 P=0.006;図6b、c）、一方、IPLシータグループのMoCAスコアが低いグループは、リーセンシークラスター（r13=）でのみ3日目に優れた記憶パフォーマンスを示しました−0.618、P=0.014;図6d、e）、実験1（図5）の結果と同様です。
参加者の独立したサンプルにおけるこれらの観察を総合すると、実験 1 の主な発見が再現され、そこから引き出された推論の信頼性がさらに高まります。
議論
我々は、脳リズムの解離性空間スペクトル同調による高齢者のWMおよびLTMの選択的改善の証拠を提示し、その改善は介入後少なくとも1ヶ月持続する。 実験 1 は、WM および LTM 機能の選択的変化が、それぞれ IPL における不整脈と DLPFC におけるガンマリズムの同調を通じて可能であることを示しました。
実験 2 では、2 つの領域間で変調周波数を切り替えても利点が得られないことが示されました。 したがって、記憶力向上のための適切な基質を決定するのは、解剖学的位置とリズム周波数の組み合わせです。
さらに、実験 1 で観察された改善は、機能的に特異的な脳回路の同調によるものであり、経網膜や経皮刺激などの非特異的な効果によるものではないことが確認されました 33。
さらに、認知機能が低い個人では大きな改善が見られました。これらの発見は、実験 3 の独立したサンプルでさらに再現されました。
さらに、介入中に記憶機能が改善する速度が介入後1か月後の記憶力を予測することも発見し、今後の研究で治療反応性を測定するための重要な指標が得られることを発見した。
まとめると、これらの発見は、機能的に特異的な脳リズムの調節を通じて、高齢者の記憶機能が選択的かつ持続的に改善できることを示唆しています。
異なるリズミカルな神経調節プロトコルが異なる記憶機能に影響を与える特異性は、前頭葉領域と頭頂葉領域の両方、およびシータリズムとガンマリズムの両方が WM および LTM 機能に一般的に関与していることを文書化した文献を考慮すると、驚くべきことのように思えるかもしれません 36,37。
これは、リスト中に提示されたすべての単語の符号化と呼び出しの両方で神経調節が実行されたため、特に当てはまります。 私たちの発見は、私たちの介入が2つの異なる認知操作を操作したことを強く示唆しています。 デュアルストア フレームワークに従い、IPLtheta 変調により WM 動作が改善されたと仮説を立てます。
しかし、視空間メモによる以前の神経調節研究とは異なり、IPL シータ調節が WM 能力自体を改善したとは考えていません。 そうであれば、リーセンシ クラスタに加えて、いくつかの中間位置クラスタでもメモリ パフォーマンスの向上が観察されたはずです。
また、IPL シータ変調による一般的な注意機能の向上も期待できません。 頭頂部シータリズムは注意力のサンプリングを容易にするという仮説が立てられていますが 38、頭頂部シータの同調による注意力の変化を示唆する証拠はほとんどありません 39。
その代わりに、IPL シータ変調によって連続するメモリ表現間の時間的分離が容易になり、メモリ表現間の干渉が最小限に抑えられた可能性があると我々は提案します 15。
さらに、シータリズムは時間的コンテキスト媒介の想起を促進することも知られており 40 、これは潜在的に WM 表現の保存維持とコンテキストに基づく検索の基礎となる共通の神経生理学的メカニズムを反映しています。 神経変調の影響を受けない WM 能力の本質的な制限により、これらの改善はリスト内の後の単語のみに制限され、それによって最新性クラスターのみが改善される可能性があります。
もしそうであれば、これらの発見は、メモリ容量の変更に加えて、影響力のあるθ-ガンマ相互周波数結合理論15内のWM機能を非侵襲的に改善するための追加のアプローチを反映している可能性があります18。
IPL シータ変調により、後のリスト項目の保守と呼び出しは容易になったかもしれないが、以前に提示された情報の LTM への転送は改善されなかった可能性が、効果の選択性にさらに寄与した可能性があります。 これは、2 つの記憶域に異なる暗号化メカニズムが存在するためである可能性があり、その可能性は最近の経頭蓋磁気刺激 (TMS) 研究によって裏付けられています 14。
あるいは、2 つのメモリシステム間の表現の転送には、現在の神経調節設計の影響を受けない別個の実行制御プロセス 41 が関与する可能性があります。 したがって、IPL シータ変調は主クラスタ内のメモリ表現に影響を与えていない可能性があります。 代わりに、DLPFC ガンマ変調を使用すると、初等効果の改善が選択的に現れました。
このプロトコルは、海馬およびその他の側頭葉構造42に潜在的に影響を与えることにより、個別にエンコードまたはLTMに転送された表現を検索する能力を選択的に改善した可能性があり、これらは遅延想起中に同時にガンマ活動も示します36。 以前の神経調節研究は、単回セッションの従来型 tACS による若年成人の記憶機能を調べたものでしたが、この提案と一致しています 22。
したがって、シータリズムとガンマリズムの両方、およびDLPFCとIPL領域の両方は、一般的にWMとLTMのパフォーマンスに寄与することが知られていますが、それらは、現在の研究で観察された解離性の改善の選択的な基礎となる異なる認知プロセスの指標となる可能性があります。
本研究の結果は、自由想起の理論モデルをめぐる議論にも貢献します。 初等性効果と最新性効果の分離された神経基盤は、矛盾する証拠を伴って神経心理学で激しく議論されているテーマです 14,43。 現在の研究で観察された初発性と最新性の効果の選択的調節は、デュアルストアモデル 11 および神経心理学的観察 12、13 と一致して、異なる根底にあるメカニズムを裏付けています。
しかし、現時点での我々の発見は、フリーリコールの代替モデルと矛盾するものではありません。 たとえば、ある理論では、優位性の効果は「長期作業記憶」に起因すると考えられており、長期の保存と検索操作は、専門知識に依存した検索構造に応じて WM 機能をサポートします 44,45。 この見解は、WM のこのビューイン サービスではあるものの、DLPFC ガンマ神経調節が LTM からの検索に影響を与えた可能性があるという前述の仮説と矛盾するものではありません。
これら 2 つの観点の間の曖昧さを解消する方法は、パーソナライゼーションの方法を使用して専門知識を調整することです 45。この場合、この理論は、より強力な専門知識に依存した検索構造の存在下で DLPFC ガンマ神経調整のより強力な効果を予測することになります。さらに、文脈検索理論は初頭効果を説明するように設計されていないため、高齢者の初頭効果の欠如は注意プロセスに起因しており 46、それが DLPFC ガンマ活性と関連している 47。 DLPFC ガンマ神経調節は、コード化メカニズムの効率における固有の勾配をさらに強化し、シリーズの初期のイベントに利益をもたらした可能性があります 46。 特に、側頭葉におけるガンマ線活性の増加がこの効果と関連しています17。
上で議論したように、DLPFC ガンマ神経調節は、側頭葉構造のガンマ活動に対する下流効果をもたらし 42、初頭効果を強化した可能性があります。 DLPFC ガンマ神経変調が LTM 検索プロセスまたは注意メカニズムに特に影響を与えるかどうかは、プリマサイククラスター内のメモリ パフォーマンスの詳細な分析を通じて対処できる可能性があります。
たとえば、LTM 検索アカウントは、すべてのシリアル位置での検索プロセスと同様の利点があるため、プライマリ クラスター内のシリアル位置の増加に伴うメモリ パフォーマンスへの追加的なシフトを予測しますが、アテンション アカウントはシリアル位置の関数としてメモリ パフォーマンスの傾きの減少を予測します。 、それによって持続的な注意力の安定化を反映しています46。
初頭効果を選択的に操作する神経調節プロトコルの成功は、これらの競合する予測をテストするための強力なツールとなるでしょう。 これらの仮説を体系的に検証するのに十分な力を備えた将来の研究は、これらの競合する予測の間の曖昧さを解消し、自由想起のさまざまな理論を洗練し、調和させることができるでしょう。
この研究は、非侵襲的技術による高齢者の記憶機能に対する臨床的利点の可能性を示唆する文献の増加に貢献しています7。 現在の研究で使用されたプロトコルは、4- 日の介入後、少なくとも 1 か月間、記憶機能が選択的に改善できることを実証しています。 これらの長期にわたる影響は、tACS による固有の脳リズムの位相同期後の神経可塑性変化 48 によって生じる可能性があります 49。
さらに、これらの発見は、通常は加齢とともに低下する機能分化50が、機能的に特異的な神経調節によって促進できることを示唆しています。 今回の研究で得られた知見は、臨床的可能性をさらに調べるためのいくつかの研究ラインを動機付ける可能性がある。 たとえば、将来の研究では、さまざまな感覚領域にわたる記憶機能にわたるさまざまな認知パラダイムに対するこれらの発見の一般化可能性を検討し、それらをより大規模な研究サンプルで再現する必要があります。
さらに、現在の研究で観察された 1- か月の期間を超えて持続可能な効果を促進する方法を決定する必要があります。 個人の解剖学的および機能的特徴に応じた神経調節プロトコルの個別化は、可能なアプローチの 1 つです6。
さらに、シータとガンマの範囲内の特定の周波数、変調セッションの数と継続時間、連続するセッション間の最適なギャップ、ベースラインの認知機能と神経機能とこれらの指標との相互作用を体系的に変更して、最も最適な変調設計を決定することができます。
さらに、MoCA に加えて、今後の研究では、ベースラインの認知機能と tACS 誘発性の改善との関連性を定量化するために、より包括的な神経心理学的評価を使用する必要があります。
最後に、健康な高齢者に対する潜在的な利益を超えて、神経精神障害および神経変性障害を持つ人々、特に選択的記憶障害10を持ち、認知症のリスクがある人々に対する移行的影響を検討する必要がある。 今回の研究で得られた知見は、臨床的に興味深いこれらの疑問を調査するための足がかりとして役立ちます。
オンラインコンテンツ
あらゆる方法、追加の参考文献、Nature Research の報告概要、ソースデータ、拡張データ、補足情報、謝辞、査読情報。 著者の貢献と競合する利益の詳細。 データとコードの可用性に関する声明は、次の場所で入手できます。https://doi.org/10.1038/s41593-022-01132-3。
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