חלק 1: ירידה הקשורה לגיל בטון מעכב קליפת המוח מחזקת את הזיכרון המוטורי

איש קשר: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 דוא"ל:audrey.hu@wecistanche.com

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

מרכז Wellcome for Integrative Neuroimaging, FMRIB Center, Nufield Department of Clinical Neurosciences (NDCN), John Radcliffe Hospital, Headington, Oxford, בריטניה

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

c מכון טרנר לבריאות המוח והנפש, אוניברסיטת מונאש, מלבורן, אוסטרליה

d בית הספר למדעי הבריאות, אוניברסיטת פרדו, ווסט לאפייט, אינדיאנה, ארה"ב

בית הספר להנדסה ביו-רפואית של וולדון, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, אינדיאנה, ארה"ב

f Wellcome Center for Integrative Neuroimaging, מרכז אוקספורד לפעילות המוח האנושי (OHBA), המחלקה לפסיכיאטריה של אוניברסיטת אוקספורד, בית החולים וורנפורד, וורנפורד ליין, אוקספורד, בריטניה

a b s t r a c t:

ההזדקנות משבשת את איזון העירור/העכבה המכוונן היטב (E:I) על פני הקורטקס באמצעות ירידה טבעית בטונוס המעכב (-aminobutyric acid, GABA), מה שגורם לירידה תפקודית. עם זאת, במבוגרים צעירים, הורדה ניסיוני של GABA בקליפת המוח הסנסומוטורית משפרת תחום ספציפי של פונקציה סנסומוטורית: הסתגלותזיכרון. כאן, בדקנו את ההשערה שככל ש-GABA קליפת המוח סנסו-מוטורי יורד באופן טבעי עם הגיל, הסתגלותזיכרוןיגדל, והראשון יסביר את השני. התוצאות אישרו את התחזית הזו. כדי להוכיח סיבתיות, השתמשנו בגירוי מוחי כדי להוריד עוד יותר את ה-GABA הקורטיקלי הסנסומוטורי במהלך ההסתגלות. בין אנשים, האופן שבו גירוי שינה את הזיכרון היה תלוי ב-E:I של קורטיקל תחושתי-מוטורי. באלה עם E:I נמוך, הגירוי גדלזיכרון; באלה עם גירוי E:I גבוה מופחתזיכרון. לפיכך, זיהינו צורה של זיכרון מוטורי שמתחזק באופן טבעי על ידי הגיל, תלוי באופן סיבתי בנוירוכימיה של קליפת המוח התחושתית-מוטורית ועשויה להוות מטרה חזקה לאסטרטגיות שימור מיומנויות מוטוריות בהזדקנות בריאה ושיקום נוירולוגי.

Cistanche יכול לשפר את הזיכרון

1. הקדמה

היכולות המוטוריות יורדות עם הגיל (Hunter et al., 2016; Krampe, 2002). ככל שהמוח והגוף מתבגרים, התנועות מאבדות מהירות (Bedard et al., 2002; Jiménez-Jiménez et al., 2011), כוח (Frontera et al., 2000) וקואורדינציה (Serrien et al., 2000). אובדן תפקוד טבעי זה מחמיר על ידי הפרעות מוטוריות אשר עולות בחדות עם הגיל (למשל שבץ מוחי, סרקופניה, פרקינסוניזם). ככל שאוכלוסיית הקשישים גדלה (Leeson, 2018), יש צורך באסטרטגיות לנטרול ולפצות על ירידה מוטורית הקשורה לגיל.

במהלך ההזדקנות, על המערכת המוטורית להסתגל באופן רציף לשינוי נוירו-שריר-שלד מתמשך. פלסטיות המוח מאפשרת זאת. פלסטיות חיונית ללימוד מיומנויות מוטוריות חדשות, להסתגל ולשמר את אלה הקיימות ולשיקום תפקודים שנפגעו כתוצאה ממחלה (דיין וכהן, 2011; Sampaio-Baptista et al., 2018). לפיכך, לפלסטיות תפקיד חשוב בהפחתת ירידה מוטורית הקשורה לגיל (McNeil and Rice, 2018; Rozycka and Liguz-Lecznar, 2017).

למרבה הצער, הפלסטיות יורדת גם עם הגיל (Burke and Barnes, 2006), במיוחד בתחום המוטורי (Bhandari et al., 2016; Freitas et al., 2013; Rogasch et al., 2009). סיבה מרכזית היא חוסר ויסות של האיזון המכוונן היטב בין עירור קליפת המוח לבין עיכוב (E:I) (Rozycka and Liguz-Lecznar, 2017). על פני קליפת המוח, E:I מופרע מכיוון ש-aminobutyric acid (GABA) - הנוירוטרנסמיטור המעכב העיקרי - דווח בעיקר בירידה עם הגיל, 2018), פגיעה ביכולת לדכא תגובות אוטומטיות (Hermans et al., 2018a) ואיטית יותר. למידת רצף מוטורי (King et al., 2020).

לעומת זאת, כאן בדקנו את ההשערה שככל ש-M1 GABA יורד עם הגיל, צורה ספציפית של תפקוד מוטורי של הגפה העליונה - הסתגלותזיכרון- יעלה. לאורך תוחלת החיים, הסתגלות היא אותה תכונה של המערכת הסנסו-מוטורית המאפשרת לאנשים לנטרל הפרעות על ידי התאמת תנועותיהם ובכך לשמור על ביצועים מוטוריים מוצלחים (Franklin and Wolpert, 2011; Wolpert et al., 2011). לאחר שצורת למידה זו התרחשה וההפרעה מוסרת, הסתגלותזיכרוןמתבטא כאפקט לאחר (AE) - הטיית תנועה בכיוון המנוגד להפרעה. כוחה של הסתגלותזיכרוןמתווסף על ידי ההתמדה לאורך זמן של AE זה. יש שפע של ראיות לכך שבעוד שמבוגרים מבוגרים מראים לעתים קרובות ליקויים במהלך חשיפה להפרעה סנסומוטורית (כלומר הפחתת שגיאות איטית יותר; Anguera et al., 2011; Bock, 2005; Buch et al., 2003; Fernández-Ruiz et al., 2000; Huang and Ahmed, 2014; Panouillères et al., 2015; Vandevoorde and Orban de Xivry, 2019), בעקבות הסרת ההפרעה נשמרת ה-AE (Bock, 2005; Buch et al., 2003; Hegele and Heuer, 2008 ; Panouillères et al., 2015; Roller et al., 2002; Vandevoorde and Orban de Xivry, 2019) או אפילו עלו (Fernández- Ruiz et al., 2000; Nemanich and Earhart, 2015; Wolpe et al., 2020) למבוגרים צעירים יותר (אם כי ראה: Malone and Bastian, 2016). מאת והתוויות נגד בטיחות עבור מדידות MRS ו-tDCS. ההקרנה בוצעה על ידי אחד הנסיינים, וההיסטוריה הרפואית של המשתתפים נקבעה על ידי דיווח עצמי. הסכמה מדעת בכתב ניתנה על ידי כל המשתתפים. המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה של NHS בבריטניה (Oxford A; מספר אסמכתא REC: 13/SC/0163). בניסוי 1, כל המשתתפים (= 32) ביצעו התאמת פריזמה (PA) ובדיקות של שימור קצר (10-דקות) ולטווח ארוך (24-שעות). תת-דגימה עברה סריקת MRS למדידת נוירוכימיה בקורטקס סנסומוטורי שמאלי (= 22) ובנפח בקרה אנטומי בקורטקס העורפי (= 20; איור S2). תת-דגימה הסכימה להשתתף גם בניסוי 2 (= 25), המורכבת משתי מפגשים שבועיים של PA בשילוב עם anodal/sham tDCS ל-M1. פרטים מלאים לגבי המדידות שהתקבלו עבור כל פרט נמצאים בטבלה S1.

בניסוי 1, גודל המדגם (= 32) נקבע בהתבסס על ניתוח הספק ב-G∗Power (Faul et al., 2007) (גרסה 3.1.9.2), בהתבסס על חקירות קודמות של האגודה בין התנהגות ושינוי GABA הקשור לגיל בתוך התחום המוטורי (Heise et al., 2013; Hermans et al., 2018a). גודל ההשפעה הממוצע במחקרים אלה היה ||=0.52. כדי לזהות אפקט בגודל זה נדרש מדגם מינימלי של=19 עם הסתברות של שגיאה מסוג I=0.05, וחזק (1 − )=0.80 (מבוסס על א. ניתוח מתאם חד-זנב מראש). בראייה נוירוכימית שלנו, עבודה קודמת הראתה שלהורדת הטון המעכב M1 בניסוי במהלך הסתגלות באמצעות גירוי מוחי לא הייתה השפעה על קצב ההסתגלות, אלא הגברה את ההתמדה של AE במבוגרים צעירים (Galea et al., 2010; O'Shea et al. , 2017). כאן, סברנו שאם שימור AE תלוי סיבתי בטון המעכב M1, אז הצורה הזו שלזיכרוןעשוי לעלות באופן טבעי עם הגיל עקב ירידה ב-M1 GABA הקשורה לגיל.

השערה זו אוששה במחקר חתך של שלושים ושניים מבוגרים בריאים (גיל ממוצע: 67.46 שנים, sd: 8.07). באמצעות ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית (MRS) כדי לכמת נוירוכימיה, הראינו כי M1 GABA יורד עם הגיל. באמצעות הסתגלות מנסרה (PA; von Helmholtz, 1867), הראינו שהשמירה עולה עם הגיל. א

ניתוח התיווך אישר לאחר מכן שככל ש-GABA יורד עם הגיל, ההסתגלותזיכרוןעולה, והראשון מסביר את השני. כדי להדגים סיבתיות, התערבנו בניסוי עם גירוי זרם ישר טרנסגולגולתי אנודלי מעורר (a-tDCS) - כדי לנסות ולהוריד עוד יותר את M1 GABA (Antonenko et al., 2017; Kim et al., 2014; Stagg et al., 2009) ו ובכך להגביר עוד יותר את ההסתגלותזיכרון. בממוצע, הגירוי לא גדלזיכרוןבקבוצת גיל זו. במקום זאת, ניתוח מתינות הראה כיצד הגירוי השתנהזיכרוןתלוי בקליפת המוח המוטורית E:I של אנשים. גירוי הגביר את השימור אצל אנשים עם E:I נמוך, אך הפחית את השימור אצל אנשים עם E:I גבוה.

לסיכום, זיהינו תחום ספציפי של פלסטיות תפקודית מוטורית המשתפרת עם הגיל, כתוצאה טבעית של ירידה מעכבת קליפת המוח המוטורית. ניתן לשפר עוד יותר את תפקוד הזיכרון הזה על ידי גירוי עצבי, אך רק אצל אנשים המושפעים פחות מחוסר ויסות הקשור לגיל של E:I בקליפת המוח המוטורית. ממצאים אלה מאתגרים את ההשקפה הרווחת של הזדקנות כירידה תפקודית בלתי נמנעת. בעוד שלמידת מיומנויות מוטוריות חדשות עשויה לרדת, היכולת לשמור על הסתגלות של מיומנויות קיימות משתפרת באופן טבעי עם הגיל. ההסתגלות הזאתזיכרוןמשתפר באופן טבעי עם הגיל מצביע על כך שיש לו פוטנציאל בלתי מנוצל כיעד לאסטרטגיות אימון שמטרתן לשמר, לשפר או לשחזר את התפקוד המוטורי בהזדקנות בריאה או פתולוגית (למשל טיפול פריזמה לשיקום הזנחה ויזו-מרחבית; O'Shea et al., 2017; Rossetti et al., 1998).

2. חומרים ושיטות

2.1. משתתפים

במחקר זה השתתפו 32 גברים ימניים בגילים בין 49 ל-81 (גיל ממוצע: 67.5 שנים, sd: 8.1). כולם נבדקו כדי לשלול היסטוריה אישית או משפחתית של גודל מדגם של הפרעות נוירולוגיות או פסיכיאטריות (= 32 עבור ניתוחים התנהגותיים;=20 עבור ניתוחים נוירוכימיה) לפיכך היה בעל עוצמה מספקת. בניסוי 2, גודל המדגם נקבע בהתבסס על ניתוח הספק דומה המבוסס על גודל אפקט הגירוי שדווח בעבודה הקודמת שלנו (O'Shea et al., 2017). במחקר זה, השאיר את M1 a-tDCS שמירה ארוכת טווח משופרת עד ארבעה ימים לאחר ההסתגלות, עם גודל אפקט של=0.73. גודל המדגם המינימלי הנדרש כדי לזהות אפקט של=0.73 עם הסתברות לשגיאה מסוג I=0.05, וחזק (1 − )=0.80 היה {{24 }} (מבוסס על הבדל חד-זנב של שני אמצעים תלויים). כדי לאפשר נשירה פוטנציאלית, גויסו עשרים ושישה משתתפים. משתתף אחד הלך לאיבוד עקב מעקב שימור ולכן לא נכלל במדגם הסופי של=25.

2.2. פרוטוקול התאמת פריזמה

בשני הניסויים, PA בוצע באמצעות מנגנון אוטומטי שנבנה במיוחד (איור S1a). המשתתפים ישבו עם ראשם מקובע במשענת הסנטר, צפו במסך מגע אופקי 32- אינץ' דרך תריס תצוגת גביש נוזלי (LCD) (סרט פיזור, Liquid Crystal Technologies, אוהיו, ארה"ב). מסך המגע שימש להצגת המטרות החזותיות ולתיעוד נקודות קצה של הגעה, ותריס ה-LCD שימש לשליטה במשוב חזותי של המסך והאיבר. כפתור הוצמד למוט משענת הסנטר ושימש כנקודת מוצא לכל תנועות ההצבעה. המשתתפים קיבלו הוראה להשאיר את הכפתור לחוץ כל הזמן, ולשחרר אותו רק כאשר מתחילים תנועת הגעה לעבר מטרה. בניסויים לאחר אפקט (AE) בלבד, שחרור הכפתור הפעיל את תריס ה-LCD להפוך לאטום, ובכך חסם משוב חזותי של דיוק נקודת הקצה. בנוסף, תריס קבוע מנע מהמשתתפים לראות את איברם בעמדת ההתחלה ובמהלך השליש הראשון של מסלול ההגעה שלהם. המשתתפים קיבלו הוראה לא להחליק את אצבעם על פני מסך המגע, אלא לגעת במסך רק בתום תנועתם. שגיאות הצבעה חושבו כזווית שנוצרה בין קו ישר המחבר את עמדת המוצא למטרה, לבין קו ישר המחבר את עמדת ההתחלה ועמדת הנחיתה המתועדת. לפי המוסכמה, שגיאות בכיוון ההזזה הפריזמטית (ימינה/בכיוון השעון) קודדו כחיוביות, בעוד שגיאות בכיוון ההפוך (שמאלה/נגד כיוון השעון) קוידו כשליליות. המשימה תוכננה בגרסת MATLAB 2014b (MathWorks; https://uk.mathworks.com) באמצעות Psychtoolbox (Kleiner et al., 2007) גרסה 3, המופעלת על מחשב נייד MacBook Pro. בכל ניסוי, הקלטת קול אודיו הורתה למשתתפים להגיע ולהצביע באצבע המורה שלהם אל היעד המוצג על מסך המגע. המטרה יכולה להיות ממוקמת במרכז המסך (ניסויים בלולאה פתוחה) או 10 ס"מ משמאל או ימינה (ניסויים בלולאה סגורה). המרחק בין עיני המשתתפים למטרה המרכזית היה 57 ס"מ.

במהלך הרשות המשתתפים התחלפו בין שני סוגים של בלוק משימות: הצבעה בלולאה סגורה (CLP) והצבעה בלולאה פתוחה (OLP). בניסויים בלולאה סגורה, המשתתפים חבשו משקפי פריזמה בגודל 10◦ הנעה ימינה (משקפי קרחון: Julbo, Longchaumois, צרפת; עדשות: OptiquePeter, ליון, צרפת) וקיבלו הוראה לבצע תנועות הגעה מהירות (משך תנועה ממוצע: 452 ms, sd : 119 ms) למטרה השמאלית או הימנית בסדר פסאודו אקראי. המשתתפים אומנו לשמור את האצבע שלהם בעמדת הנחיתה ולתקן את תנועתם בניסוי הבא לפי הצורך. להגביל התאמות אסטרטגיות ותיקון שגיאות "בטיסה" (Redding and Wallace, 1996; 2001) משוב חזותי של דמה) במהלך בדיקות התנהגותיות. זה הושג על ידי שימוש בקודים מסנוורים ("מצב לימוד" של הממריץ) שסופק על ידי חוקר שלא היה מעורב בבדיקות התנהגותיות. ביטול העיוורון התרחש בשלב הניתוח הסטטיסטי, לאחר השלמת איסוף הנתונים.

בניסוי 2, המשתתפים ביצעו שני מפגשי PA פלוס tDCS (anodal/sham, הזמנה נגדית מאוזנת), כל אחד מהם מופרד במינימום שבוע אחד (מרווח ממוצע: 10 ימים, sd: 6 ימים). מרווח זה נבחר כדי לאפשר הן את ההשפעה של DCS על עוררות קליפת המוח (Nitsche et al., 2003; Nitsche and Paulus, 2000) והן ל-AE להישטף החוצה (O'Shea et al., 2017), כדי להבטיח חזרה אל התנהגות ההצבעה הבסיסית והתרגשות קליפת המוח עד תחילת הפגישה הנסיונית האחרת. הרציונל לגירוי במהלך ה-PA - בניגוד לפני או אחרי - היה אינטראקציה שהשליש הראשון של כל תנועה שהגיעה היה חסום עם התריס הקבוע, כמו בעבודה הקודמת (Inoue et al., 2015; O'Shea et al., 2017; 2014). בסוף כל ניסוי, משוב חזותי של עמדת הנחיתה נמשך 500 שניות לאחר תיעוד המגע. לאחר זמן זה, תריס ה-LCD הפך אטום והמשתתפים נאלצו לחזור לעמדת ההתחלה (כלומר ללחוץ לחיצה ארוכה על הכפתור) ללא משוב ויזואלי של ידם. הליך זה הגביל את חשיפת הפריזמה לתנועה המגיעה בניגוד לתנועת החזרה. בניסויים בלולאה פתוחה, מנסרות הוסרו והמשתתפים קיבלו הוראה להצביע על המטרה המרכזית. הדיוק הודגש על פני מהירות (משך תנועה ממוצע: 799 ms, sd: 135 ms). משוב חזותי הוצג בכל ניסוי על ידי תריס ה-LCD הופך אטום עם תחילת ההגעה, ובכך חסם את הראייה של המטרה, השגיאה של טווח הגעה ונקודת קצה, ותנועת חזרה. זה אפשר למדוד את ה-AE שמאלה מבלי שהמשתתפים יאבדו את ההסתגלות באופן פעיל בתגובה למשוב שגיאות חזותי.

בשני הניסויים, כל מפגש של הרשות מדדה את דיוק ההצבעה במהלך קו הבסיס, הסתגלות, שמירה לטווח קצר (10-דקות) וארוך טווח (24-שעות; איור S1). דיוק ההצבעה במעגל סגור ופתוח בקו הבסיס נמדד בשני בלוקים של 20 ו-30 ניסויים בהתאמה. הסתגלות מורכבת מזוגות מתחלפים של בלוקים מצביעים בלולאה סגורה ופתוחה, שישה בניסוי 1 ושבעה בניסוי 2 (איור S1). שימור ה-AE נמדד 10-דקות ו24-שעות לאחר סיום ה-PA, באמצעות בלוק יחיד של 45 ניסויים בלולאה פתוחה. בניסוי 2, שמירה על 10-דקות מלווה בשלב כביסה שבו המשתתפים הצביעו בלי ללבוש פריזמות, צפו בשגיאות שמאלה שלהם, ולכן לא הסתגלו. Washout כלל 40 ניסויים בלולאה סגורה ו-45 ניסויים בלולאה פתוחה המפוזרים על פני שישה בלוקים משולבים (איור S1b). מטרת ההדחה הייתה כפולה. ראשית, זה אפשר לנו לחקור אם, במצב הדמה, גיל מבוגר יותר היה קשור לכישלון בחוסר הסתגלות שיכול להסביר AE חזק יותר בנקודת זמן מאוחרת יותר (ראה תוצאות משלימות). שנית, נימקנו שאםזיכרוןהיווצרות התחזקה על ידי גירוי במהלך PA, ואז היה סביר יותר שהשטיפה תפריע לשמירה ארוכת טווח במצב הדמה מאשר במצב האנודלי, מה שעשוי להגביר את הרגישות לזיהוי השפעת הגירוי ב24-שעות.

2.3. גירוי זרם ישר טרנסגולגולתי

בניסוי 2, tDCS נמסר על ידי ממריץ DC מונע על ידי סוללות (Neuroconn GmbH, Ilmenau, גרמניה) המחובר לשתי אלקטרודות ספוג בגודל 7 × 5 ס"מ ספוגות בתמיסת מלח של 0.9 אחוז. האלקטרודה האנודלית הייתה מרוכזת מעל C3 (5 ס"מ לרוחב ל-Cz) בהתאמה לקליפת המוח המוטורית הראשית השמאלית על פי מערכת האלקטרודות הבינלאומית 10-20 (Herwig et al., 2003). הקתודה הונחה על הרכס העל-אורביטלי הימני. במהלך tDCS אנודלי, גירוי הופעל ב-1 mA למשך 20 דקות, לאורך כל שלב ההסתגלות, כמו בעבודה הקודמת שלנו (O'Shea et al., 2017). העכבה נוטרה באינטרנט ונשמרה מתחת ל-10 קילו אוהם בכל עת במהלך הגירוי. הזרם עלה ויורד במשך תקופה של 10 שניות עם תחילת הגירוי והקיזוז. במהלך tDCS דמה, ההליך היה זהה למעט העובדה שלא נמסר גירוי במהלך 20 הדקות. במקום זאת, פעימות זרם קטנות (110 A מעל 15 אלפיות השנייה) התרחשו כל 550 שניות כדי לדמות את תחושות העקצוץ החולפות הקשורות לגירוי אמיתי. גם הנסיינים וגם המשתתפים היו עיוורים למצב הגירוי (אנודלי או עםזיכרוןתהליכי היווצרות המתרחשים במהלך החשיפה לשינוי החזותי, הידוע כמי שקשור לשמירה לטווח ארוך (Inoue et al., 2015; Joiner and Smith, 2008; Kording et al., 2007; Smith et al., 2006). הראינו בעבר ש-M1 a-tDCS שהוחל לפני - בניגוד לזמן - ל-PA לא הייתה השפעה על ההסתגלותזיכרון, המדגים את חשיבות האינטראקציה בין גירוי עצבי ומצב קוגניטיבי במקביל (O'Shea et al., 2017).

2.4. פרוטוקול רכישת MRS

נתוני MRS נרכשו במרכז אוקספורד לחקר תהודה מגנטית קלינית (OCMR, אוניברסיטת אוקספורד), על גבי סימנס טריו {{0}}סורק MR של טסלה לכל הגוף ובאמצעות סליל ערוץ 32- . תמונות MR מבניות T1-משוקללות ברזולוציה גבוהה (MPRAGE; 224 × 1 מ"מ פרוסות ציריות; TR/TE=3000/4.71 אלפיות השנייה; זווית היפוך=8◦; FOV=256; גודל ווקסל=1 מ"מ איזוטרופי; זמן סריקה=528 שניות) נרכשו למטרות מיקום ורישום ווקסל MRS. נתוני MRS נרכשו משני נפחי עניין (VOIs; גודל voxel=2 ×2 ×2 cm3) בשתי רכישות רצופות. ה-VOI הראשון היה מרוכז בכפתור היד המנוע השמאלי (Yousry et al., 1997) וכלל חלקים מה-gyrus הקדם-ואחרי-מרכזי (איור S2c). ה-VOI השני (בקרה אנטומית) התרכז דו-צדדית על סולקוס הקלקרין באונה העורפית (קליפת המוח החזותית) (Engel et al., 1997; Ip et al., 2017; Lunghi et al., 2015) (איור S2c) ). אזור בקרה זה נבחר מכיוון שהוא, למיטב ידיעתנו, לא היה מעורב בפיתוח ו/או שמירה של AEs פריזמה (לסקירה, ראה: Panico et al., 2020; Petitet et al., 2017). שיימינג B0 בוצע באמצעות GRESHAM (64 × 4.2 מ"מ פרוסות ציריות, TR=862.56 ms, TE1/2=4.80/9.60 ms, זווית היפוך=12◦ , FOV {{ 40}}, משך הסריקה=63 שניות). נתוני ספקטרוסקופיה של MR (ספקטרה) נרכשו באמצעות לוקליזציה חצי אדיאבטית על ידי רצף מיקוד מחדש סלקטיבי אדיאבטי (חצי לייזר) (TR/TE=4000/28 ms, 64 ממוצעי סריקה, זמן סריקה=264 שניות) עם פולסים בתדר רדיו מתח משתנה עם עיכובי רגיעה אופטימליים (VAPOR), דיכוי מים ורוויה של נפח חיצוני (Deelchand et al., 2015; Öz and Tkáč, 2011). בנוסף, ספקטרום מים לא מדוכא נרכשו מאותם VOIs כדי להסיר השפעות שיוריות של זרם מערבולת, וכדי לשחזר את ספקטרום המערך המשלב (Natt et al., 2005). רכישות של צילום בודד נשמרו בנפרד (מצב רכישה של צילום בודד), ולאחר מכן התדירות ותוקנו פאזה לפני ממוצע של מעל 64 סריקות.

2.5. ניתוח נתונים של MRS

מטבוליטים כומתו באמצעות LCModel (Provencher, 2012; 1993; 2001) שבוצעו על כל הספקטרום בטווח השינוי הכימי של 0.5 עד 4.2 ppm. ספקטרום המודל נוצרו בהתבסס על שינויים כימיים וקבועי צימוד שדווחו בעבר על ידי פרויקט Vespa (גירוי רב צדדי, פעימות וניתוח). אות המים הלא מדוכא שנרכש מנפח העניין שימש להסרת השפעות זרם מערבולת ולשחזור ספקטרום המערך המשלב (Natt et al., 2005). ספקטרום סריקה בודד תוקנו עבור שינויים בתדירות ובפאזה שנגרמו על ידי תנועת הנבדק לפני הסיכום. במחקר הנוכחי נעשה שימוש בגלוטמי (Glx) עקב חוסר היכולת להבחין בין גלוטמט לגלוטמין באמצעות סורק MRI 3T. כדי להימנע מהטיית המדגם לאומדני ריכוז גבוהים, ו-CRLB היחסי היחסי של Cramér-Rao חושבו עבור כל מערך נתונים בודד בהתחשב באומדן הריכוז ובהנחה של רמת רעש קבועה בכל המדידות (ראה מידע משלים לשיטות מפורטות). מערכי נתונים שעבורם שיורית פירסון בין ה-CRLB היחסי הצפוי והנצפה עלתה על 2, לא נכללו בניתוח שלאחר מכן. באמצעות קריטריון סינון איכות זה עבור -Aminobutyric acid (מסומן GABA), Glutamix (Glutamine plus Gutamate, שכותרתו Glx) ו-Creatine הכולל (Creatine plus Phosphocreatine, שכותרתו TCR), ארבע מערכי נתונים של V1 MRS הושלכו ולא נמחק מערך נתונים של M1 MRS.

תיקון רקמות הוא שלב חשוב בניתוח נתוני MRS, במיוחד אצל מבוגרים יותר עקב ניוון מוח, שהוצע להתאים לאפשרות ברירת המחדל של פונקציית "tab_model" של חבילת sjPlot ב-R (Lüdecke , 2021). השווינו פרמטרים של מודל LMM ישירות כדי לקבוע מפרט נוירו-אנטומי ונוירוכימי. פרמטרי המודל הושוו באמצעות מבחן השערה ליניארית כללית באמצעות חבילת multi-comp ב-R (Hothorn et al., 2008). למטרות הדמיה, איורים. 1b, 3 ו-6 b מציגים נתונים בממוצע בלוקים כמדדי שימור, אך הניתוחים הסטטיסטיים בוצעו על נתוני ניסוי בודדים עם יירוטים ושיפועים אקראיים. מדדים של גודל אפקט הם

דווח עבור כל הניתוחים המהותיים, תוך שימוש בחבילת ה-effectsize (Ben- Shachar et al., 2020) ב-d של R. Cohen שימש לחישוב גדלי אפקט עבור מבחן t-מדגם אחד מול אפס עבור שימור קצר וארוך טווח ב- חוץ כדי לקחת בחשבון, לפחות חלקית, את הירידה הנצפית הקשורה לגיל ברמות GABA שנמדדו ב-MRS (Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). LCmodel מוציא ריכוזי מטבוליטים עבור נפח שלם של עניין. אז אם חלק הרקמות העצביות בתוך נפח עניין נמוך, עקב ניוון הקשור לגיל (Good et al., 2001), הערכות ריכוז המטבוליטים יהיו בהכרח גם מתחת. מספר טכניקות לתיקון רקמות הוצעו כדי להסביר את הבלבול הפוטנציאלי הזה, ללא קונצנזוס כרגע בספרות (Harris et al., 2015; Maes et al., 2018; Porges et al., 2017b). רוב הטכניקות הללו מנחות הנחות לגבי התפלגות המטבוליט המעניין בתוך תאי הרקמה השונים. עם זאת, הנחות כאלה עשויות שלא להתקיים לאורך תוחלת החיים, מכיוון שתהליך ההזדקנות הרגיל עשוי להשפיע על תאים מסוימים יותר מאחרים. לפיכך, כל הניתוחים שדווחו במאמר זה השתמשו באומדני ריכוז שאינם מתוקנים רקמות ובמקום זאת כללו את אחוז החומר האפור (GM) והחומר הלבן (WM) ב-MRS voxel כמשתנים מבלבלים ללא עניין (כמו ב-Schol et al., 2017). מכיוון שגישת תיקון נפח חלקי זו אינה מניחה הנחה לגבי התפלגות GABA ו- Glx בתוך סוגי הרקמות השונים, היא מתאימה במיוחד למחקר הנוכחי (בו המשתתפים נעו בין הגילאים 49 ל-81), ומכאן שולטת לאטרופיה בזמן השהייה אגנוסטי לגבי ההשפעות השונות של ההזדקנות על סוגי רקמות. אחוזי החומר האפור, החומר הלבן והנוזל השדרתי הקיימים ב-VOI חושבו באמצעות כלי הפילוח האוטומטי של FMRIB (Zhang et al., 2001). הם מדווחים יחד עם מדדי איכות נתונים של MRS בטבלה S2.

בין אנשים, אומדן ריכוז הקריאטין הכולל (TCR) נמצא בקורלציה שלילית עם הגיל ב-M1 voxel ((21)=−0.46,=0.04 ) אם כי לא ב-V1 voxel ( (17)=−0.06,=0.81; איור S2b). בשל התערבות זו עם הגיל, לא ניתן היה להשתמש ב-TCR כהתייחסות פנימית תקפה להערכות מטבוליטים. לפיכך, במהלך העבודה הזו, השתמשנו בהערכות ריכוז מוחלטות עבור GABA ו- Glx, במקום לבטא את הנתונים כיחסים של TCR.

2.6. ניתוח סטטיסטי

ניתוחים סטטיסטיים של התנהגות בוצעו ב-R (R Core Team, 2017). כדי לשלוט על הבדלים בין-אישיים בדיוק ההצבעה לפני ההסתגלות, בכל הניסויים, נתוני שגיאות נקודת הקצה נורמלו על ידי הפחתת שגיאת ההצבעה הממוצעת בקו הבסיס (על פני יעדים שמאלה/ימינה עבור בלוקים בלולאה סגורה; יעד אמצעי עבור בלוקים בלולאה פתוחה ). אלא אם צוין אחרת, כל הבדיקות הסטטיסטיות היו דו-זנביות. ניתוחים בוצעו באמצעות רגרסיה ליניארית וכללו בדיקות של ההנחות הבאות: 1) ליניאריות, 2) הומוגניות של שונות ו-3) נורמליות של שאריות. הנחות אלו נבחנו באופן ויזואלי באמצעות חלקות של שאריות לעומת ערכים נצפים (לינאריות), ערכים מותאמים מול שיירים (הומוגניות של שונות) והתפלגות של שיירים (נורמליות של שיירים). מודלים של אפקטים מעורבים ליניאריים (LMMs) שימשו לניתוחים עם מרכיב של מדידות אורך/חוזרות (למשל הסתגלות, שימור) על ידי הכללת יירוטים ומדרונות כאפקטים אקראיים של משתתפים. לגישה זו יש שני יתרונות בהשוואה לניתוחי שונות של מדדים חוזרים (ANOVA): היא אפשרה לנו 1) לשקול גם דינמיקה התנהגותית בתוך הבלוק, בניגוד לשגיאות ממוצעות בלוק בלבד, ו-2) לנתק מקורות אקראיים של שונות בין-אישית מ בעלי משמעות. כל מפרטי הדגם מדווחים בטבלאות משלימות. ערכי P נאמדו באמצעות מבחן Wald, אשר ערך ניסויים 1, ועבור דגימות זוגיות t-tests של דמה לעומת גירוי אנודלי על שימור קצר וארוך טווח בניסוי 2. אטא-ריבוע חלקי משוער () עבור מעורב ליניארי- ניתוחי רגרסיה אפקטים כדי לסכם את שיעור השונות הקשור לאפקט קבוע מסוים. הוצעו כללי אצבע לפירוש גדלי אפקטים. הנורמות האלה עבור ד' של כהן הן:=קטן [0.2{{30}}; 0.49]; בינוני=[0.5; 0.79]; גדול גדול או שווה ל-0.8. הנורמות עבור הם: קטן=[0.01; 0.05]; בינוני=[0.06; 0.13]; גדול גדול מ-0.14 או שווה ל-0.14 (כהן, 2013).

בניסוי 2, ממוצע הדיוק של OLP ו-CLP נותח בשתי דרכים. ראשית, לבדוק את היעדר אפקט פקודה (פגישה 1 של הרשות הפלסטינית לעומת מפגש 2 של הרשות; שימוש במבחני t-זוגי). שנית, לבדוק את היעדר אפקט מצב גירוי (מפגש tDCS אנודלי לעומת מפגש tDCS דמה; שימוש במבחני t זוגיים על אותם נתונים מסודרים מחדש לפי מצב נוירוסטימולציה). הניתוח הקודם הבטיח שמרווח ההדחה של שבוע אחד היה אפקטיבי (כלומר, ההשפעות ההתנהגותיות של מפגש 1 התפוגגו עם תחילת מפגש 2), והאחרון הבטיח שניתן לייחס הבדלים בביצועים בין מצבי ה-tDCS האנודליים והדומים ל- אפקט גירוי עצבי בניגוד להבדלים שיטתיים אקראיים שכבר קיימים בקו הבסיס. כדי לכמת את הראיות הסטטיסטיות לטובת היעדר הבדל (כלומר מה שכוונתנו להשיג), חושב Bayes Factor (01) עבור ניתוחי בקרת איכות אלה. 01 > 3 נחשבה עדות מהותית להיעדר הבדל, בהתאם לשטיפה מתאימה בין שני מפגשי הניסוי.

מכיוון ש-GABA מסונתז מגלוטמט, הריכוזים של שני הנוירוטרנסמיטורים הללו נמצאים בדרך כלל בקורלציה חיובית במוח (Jocham et al. (2012); Stagg et al. (2011a); במערך הנתונים שלנו, M1 GABA × M1 Glx: (20)=0.34,=0. 13; V1 GABA × V1 Glx: (14)=0. 16,=0.55). לכן, כאשר מנתחים את הקשר בין הריכוז המוחלט ב-GABA או Glx בתוך voxel לבין התוצאה, הריכוז של הנוירוטרנסמיטר האחר (GABA או Glx) נכלל גם במודל. בנוסף, ריכוזי החומר האפור והלבן נכללו גם כמשתנים ללא עניין בכל המודלים שכללו נתונים נוירוכימיים.

נעשה שימוש בניתוח תיווך כדי לאפיין את הקישורים ה"מכניסטיים" העומדים בבסיס המתאמים שנצפו בין גיל, נוירוכימיה ושימור. זה בוצע באמצעות תיווך R package לניתוח תיווך סיבתי (Imai et al., 2010). התיווך נערך תוך שימוש ברגרסיה עם אתחול לא-פרמטרי (10,000 דגימות חוזרות) כדי לוודא אם הטון המעכב M1 אחראי לקשר בין גיל לשימור לטווח ארוך. המודל כלל: גיל כמשתנה בלתי תלוי (X); ריכוזים מוחלטים של M1 GABA ו- Glx כמתווכים (M1, M2); שמירה בממוצע לחסימה ב-24-שעות בתור המשתנה התלוי (Y) (שגיאה ממוצעת בלוק מנורמלת על ידי קו הבסיס עבור כל פרט), ושליטה על החלק של GM ו-WM ב-Voxel M1 (C1, C2). אחוז התיווך () חושב כשבריר מסך ההשפעה (ג) שנכלל בהשפעות עקיפות (ab1 או ab2).