건강한 노인의 모터 시퀀스 학습 작업 중 이중초점 경두개 교류 자극을 사용하여 전두정엽 네트워크 타겟팅 1부
Oct 25, 2023
추상적인
배경: 건강한 노인은 운동 능력과 운동 학습 능력뿐만 아니라 작업 기억(WM) 능력도 감소합니다. WM은 시퀀스 학습과 같은 운동 학습 프로세스에 참여하는 것으로 제안되었습니다. 상관관계 증거는 WM 프로세스의 기본 네트워크인 전두두정엽 네트워크(FPN)가 운동 순서 학습에 관여한다는 것을 보여주었습니다.
운동 학습은 스포츠, 음악, 댄스, 무술 등을 통해 학습 효율성과 기억력을 향상시키는 방법을 말합니다. 운동 학습은 전통적인 학습 방법과 달리 신체와 뇌의 조화로운 작동에 더 중점을 두어 학습을 더욱 편안하고 즐겁게 만듭니다. .
운동 학습이 기억에 미치는 영향은 매우 중요합니다. 운동을 통해 신체의 대사 수준을 향상시키고 혈액 순환을 촉진하며 뇌에 산소와 영양분을 충분히 공급할 수 있습니다. 동시에 운동 학습은 지식을 더 잘 기억하고 이해하는 데 도움이 되는 핵심 기억 저장 영역인 뇌의 해마를 자극할 수도 있습니다.
또한, 운동 학습은 사람들의 집중력과 집중력을 향상시킬 수도 있습니다. 운동하는 동안 인체는 도파민, 아드레날린과 같은 신경전달물질을 다량 분비하여 우리를 더욱 긍정적이고 활력있게 만들어줍니다. 이는 학습 작업에 더 집중하는 데 매우 도움이 됩니다.
운동 학습에서는 줄넘기, 농구, 댄스, 요가 등과 같은 다양한 운동 방법을 선택할 수 있습니다. 운동 방법에 따라 뇌에 미치는 영향도 다릅니다. 예를 들어, 춤은 신체의 리듬을 더 잘 제어하고 공간 인식을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 농구를 하면 외부 환경을 더 잘 인식하고 복잡한 상황에 대처하는 데 도움이 됩니다.
즉, 운동 학습은 학습 효율성과 기억력을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 우리는 일상 학습에 운동을 통합하고 신체와 두뇌의 시너지 효과를 최대한 활용하며 더욱 즐겁게 배우고 성장해야 합니다. 기억력을 향상시켜야 함을 알 수 있습니다. Cistanche Deserticola는 많은 독특한 효과를 지닌 전통 중국 약재이기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그 중 하나는 기억력을 향상시키는 것입니다. 다진 고기의 효능은 산, 다당류, 플라보노이드 등 포함된 다양한 활성 성분에서 비롯됩니다. 이러한 성분은 다양한 방식으로 뇌 건강을 증진할 수 있습니다.
그러나 현재 인과관계에 대한 증거가 부족합니다. 비침습적 뇌 자극(NIBS) 연구는 지금까지 운동 순서 학습을 향상시키기 위해 운동 관련 영역에 주로 초점을 맞춰왔으나 운동 학습의 더 많은 인지적 측면과 관련된 영역은 아직 다루어지지 않았습니다. 가설: 이 연구에서 우리는 인과적 증거를 제공하는 것을 목표로 합니다. 모터 시퀀스 학습 작업 중에 FPN을 대상으로 하는 세타경두개 교류 자극(tACS)을 사용하여 모터 시퀀스 학습 작업의 성공적인 수행에 WM 프로세스 및 기본 FPN이 참여합니다.
방법: 20명의 건강한 노인 집단에서 시퀀스 학습 작업 중에 세타 범위의 이중초점 tACS를 FPN에 적용했습니다. 이중 맹검, 교차 설계를 사용하여 가짜 자극과 비교하여 활성 자극의 효능을 테스트했습니다. WM 요구가 다른 작업에 대한 자극의 효능을 탐색하기 위해 WM 부하가 높은 버전과 낮은 버전의 모터 작업이 사용되었습니다. 또한 WM 성능에 대한 자극 효과는 N-back 작업을 사용하여 해결되었습니다. tACS주파수는 N-back 작업 동안 개별 세타 피크 주파수를 측정하는 EEG를 사용하여 개인화되었습니다.
결과: FPN에 개인화된 theta tACS를 적용하면 높은 WM 부하(p < .001)를 사용하여 모터 시퀀스 학습 작업 동안 성능이 향상되었지만 낮은 WM 부하에서는 성능이 향상되지 않았습니다. 능동 자극은 WM 부하가 높은 작업 동안 속도(p < .001)와 정확도(p=.03)를 모두 크게 향상시켰습니다. 또한 자극 패러다임은 2-에 대한 N-back 작업의 성능을 향상시켰습니다. 뒤로 작업(p ¼ .013), 그러나 1-뒤로 및 3-뒤로는 해당되지 않습니다.
결론: 운동 시퀀스 학습 작업 중 성능은 WM 부하가 높을 때 FPN에 개인화된 이중초점 세타 tACS를 사용하여 향상될 수 있으며, 이는 이 자극 패러다임의 효능이 학습 작업 중 인지 요구에 따라 달라짐을 나타냅니다. 이러한 데이터는 건강한 노인의 운동 순서 학습 작업을 실행하는 동안 WM 프로세스와 FPN의 중요한 참여에 대한 추가 인과적 증거를 제공합니다. 이러한 발견은 연령에 따른 운동 성능, 학습 능력 및 WM 성능 저하를 상쇄할 수 있는 새롭고 흥미로운 가능성을 열어줍니다.
1. 소개
새로운 운동 기술을 습득하는 능력은 일상생활에서 중요합니다. 운동 학습은 움직임이 더 빠르고 정확하게 수행되는 연습 의존적 과정입니다[1]. 방대한 양의 연구가 새로운 운동 기술의 획득, 강화 및 유지와 관련된 신경 기질 및 기본 메커니즘에 대한 이해를 높이는 데 기여했습니다. 신경과학 연구는 주로 운동 네트워크와 일차 운동 피질(M1)의 중추적인 역할에 초점을 맞춰 왔습니다. 2e4].
이는 특히 도전적인 운동 과제의 실행과 자극 패러다임을 결합하여 운동 학습을 향상시키려는 비침습적 뇌 자극(NIBS) 연구의 경우입니다[5e8]. 그러나 연구에 따르면 운동 순서 학습(MSL)과 같은 어려운 운동 작업은 운동 관련 프로세스에만 의존하는 것이 아니라 작업 기억(WM)과 같은 인지 프로세스에도 의존하는 것으로 나타났습니다[4,9,10]. 놀랍게도 WM 관련 뇌 영역은 MSL을 연구하기 위한 NIBS 패러다임의 대상이 아닙니다.
MSL은 독립적인 움직임이 연관되어 궁극적으로 빠르고 정확하게 수행될 수 있는 다중 요소 시퀀스를 생성하는 프로세스입니다[4,11]. 연구에 따르면 MSL에 WM이 관여하는 것으로 나타났습니다[12e14]. WM은 마음 속에 정보를 일시적으로 저장하고 조작하는 능력을 말합니다[15]. WM의 개인간 가변성은 예를 들어 보유하고 작업할 수 있는 항목의 수로 구성됩니다[4]. 이는 MSL의 경우 특히 "청크"에서 이러한 시퀀스의 요소를 그룹화하는 과정에서 중요합니다.
이 청킹 프로세스로 인해 움직임이 더 빠르게 실행됩니다[16e18]. 많은 연구에 따르면 건강한 노인은 운동 순서를 학습하는 능력이 저하되는 것으로 나타났습니다[12,14]. 더욱이, 노화는 WM을 포함한 인지 기능을 감소시킵니다[19]. 따라서 최근 연령, WM 용량 및 MSL 간의 상호 작용이 제안되었지만[14], 이 제안을 지지하는 인과적 증거는 여전히 제한적입니다.
인과적 증거를 제공하는 유망한 신경기술은 경두개 교류 자극(tACS)과 같은 NIBS를 사용하는 것입니다[20e23]. 이 기술을 사용하면 진행 중인 진동 활동을 외인적으로 방해하고 전두두정엽 네트워크(FPN)와 같은 특정 네트워크를 대상으로 WM 프로세스와 같은 구체적으로 각각의 인지 기능을 향상시키거나 감소시킬 수 있습니다[24,25].
WM과 관련된 네트워크인 FPN은 모터 시퀀스 작업 중에 활성화됩니다[18,26e29]. 인지 과정은 진동 활동에 의해 뇌에서 구현되는 뇌 네트워크 내 및 뇌 네트워크 간의 조정된 상호 작용에 의존합니다[30,31]. 예를 들어, 특정 계산 기능을 수행하는 뉴런의 앙상블을 생성하는 뉴런 발사의 진동 동기화를 통해 효율성이 증가합니다[31,32]. tACS의 주요 작동 메커니즘은 신경 네트워크를 훈련하거나 동기화하는 것입니다[20,33].
자극 주파수는 내인성 진동 주파수와 뇌 상태에 맞게 조정됩니다. 보다 구체적으로, tACS는 진행 중인 진동과의 외인성 상호 작용을 허용하여 각 행동에 영향을 미치는 네트워크 내 일관성을 향상시킬 수 있습니다[23,33,34]. 세타 범위(4e8Hz)의 신경 진동은 WM 작업에 참여하며 WM 부하가 증가하는 동안 세타 전력이 증가합니다[35e37]. Polaniaet al. 및 Violanteet al. FPN의 상대적인 0⁰ 위상차와 세타 진동의 동기화와 WM 성능 향상 사이의 인과 관계를 보여주었습니다 [24,25]. 그러나 FPN 및 MSL에서 세타 진동의 tACS 유발 동기화 효과에 대한 지식이 부족합니다.
본 연구에서는 건강한 노인에서 WM과 MSL 사이의 인과 관계를 확인하는 것을 목표로 했습니다. 이를 위해 맞춤형 theta tACS를 우측 배외측 전전두엽 피질(DLPFC)과 후두정엽 피질(PPC)에 적용하여 순차적 손가락 태핑 작업(SFTT) 훈련을 통해 MSL을 개선했습니다[3]. MSL 동안 WM의 중요성과 이것이 FPN 자극에 의해 어떻게 영향을 받는지 평가하기 위해 두 가지 버전의 SFTT가 사용되었습니다. 버전은 낮은 WM 부하와 높은 WM 부하 측면에서 달랐습니다.
WM 로드는 작업 중에 화면에 시퀀스를 명시적으로 표시하여 낮게 유지되었습니다[38]. 높은 WM 로드 버전에서는 이러한 순서를 작업 전에 기억해야 했으며 작업 중에는 표시되지 않았습니다. 동작을 수행하는 동안 시퀀스를 온라인으로 유지하는 것은 WM 프로세스에 관련되어 있습니다[39].
또한, 우리는 현재의 자극 패러다임이 N-back 작업을 사용하여 WM을 개선하는지 여부를 검증합니다[24]. 이 연구를 통해 우리는 FPN을 운동 성능 및 학습 향상을 위한 추가 자극 대상 위치로 소개하고 MSL 패러다임 중에 인지 과정을 고려하는 것의 중요성을 조명합니다.
2. 방법
2.1. 참가자들
이 연구에서 우리는 N=21의 건강하고 나이가 많은 오른손잡이 참가자를 모집했습니다(N=11 여성, 평균 연령 ± sd: 69.6 ± 4.4, 평균 편측성 지수 Edinburgh handedness Inventory 85.03 ± 17.3)[40]. N=20 참가자의 데이터는 관련 없는 신체 건강 변화로 인해 한 참가자의 탈락으로 인해 고려되었습니다. 포함 기준은 60세[41e43], 오른손잡이, 경두개 전기 자극(tES)에 대한 금기 사항이 없었습니다.
제외 기준은 다음과 같습니다: 신경정신병, 발작 병력, tES와 잠재적으로 상호작용하는 약물, 손가락 움직임을 손상시키는 근골격 기능 장애, 전문 음악가, 마약 복용. 모든 참가자는 사전 동의에 서명했습니다. 연구는 헬싱키 선언에 따라 수행되었다[44]. 스위스 보(Vaud) 주 윤리위원회로부터 윤리적 승인을 받았습니다(프로젝트 번호: 2017-00765).
2.2. 실험적 설계
이 연구의 설계는 이중 맹검, 가짜 대조, 교차였습니다. 크로스오버 전 2회 세션과 크로스오버 후 2회 세션으로 구성되었습니다. 1일차 세션 동안 참가자들에게 정보를 제공하고 선별하고 세 가지 다른 설문지(tES 안전 설문지, Edinburgh HandednessInventory(EHI), Center for Epidemiological Studies DepressionScale(CES-D))를 작성하도록 요청했습니다[40,45]. 이후 참가자들은 최대 주파수 분석을 위해 EEG 획득을 통한 Nback 테스트를 수행했습니다.
뇌파 측정 후 참가자들은 동시 tACS를 사용하여 모터 훈련과 인지 훈련을 수행했습니다. 다음날 참가자들은 tACS를 이용한 운동 훈련만 수행했습니다. 자극 조건은 이틀 연속 동일하게 유지되었으며 교차 후 변경되었습니다. 자극 순서는 데이터 수집에 참여하지 않은 실험자에 의해 의사 무작위 방식으로 정의되었습니다.
실험 중에 매개변수를 설정하고 자극기를 켜는 추가 실험자에 의해 참가자와 실험자 모두의 자극 조건에 대한 맹목이 보장되었습니다. 이전 작업을 기준으로 교차 세션 전후의 최소 기간은 2주였습니다[46]. 설문지를 제외하고 교차 후 동일한 작업을 다른 순서로 반복했습니다. 연구 설계의 일정은 그림 1A를 참조하십시오.
For more information:1950477648nn@gmail.com
