La stimolazione transcranica della corrente alternata alla frequenza Theta verso la corteccia parietale sinistra compromette la codifica della memoria associativa, ma non percettiva

Per maggiori informazioni:ali.ma@wecistanche.com

ASTRATTO

Si ritiene che le oscillazioni neurali nell'intervallo theta (4–8 Hz) siano alla base dell'associativofunzione di memorianella rete ippocampale-corticale. Sebbene vi siano ampie prove a sostegno del ruolo delle oscillazioni theta negli animali ememoria umana, la maggior parte delle prove è correlazionale. La stimolazione cerebrale non invasiva (NIBS) può essere impiegata per modulare l'attività oscillatoria corticale per influenzare l'attività cerebrale e possibilmente modulare regioni cerebrali più profonde, come l'ippocampo, attraverso connessioni funzionali cortico-ippocampali forti e affidabili. Abbiamo applicato la stimolazione a corrente alternata transcranica focale (tACS) a 6 Hz sulla corteccia parietale sinistra per modulare l'attività cerebrale nella presunta rete cortico-ippocampale per influenzare la codifica della memoria associativa. Dopo la codifica e la stimolazione cerebrale, i partecipanti hanno completato unmemoria associativae un compito di riconoscimento percettivo. I risultati hanno mostrato che theta tACS è diminuito significativamentememoria associativaprestazioni ma non ha influenzato le prestazioni della memoria percettiva. Questi risultati mostrano che tACS parietale theta modula l'elaborazione associativa separatamente dall'elaborazione percettiva e confermano ulteriormente l'ipotesi che le oscillazioni theta siano implicate nella rete cortico-ippocampale e nella codifica associativa.

Clicca su Cistanche herba per migliorare la memoria

1. Introduzione

Memoria associativaè comunemente definito come asistema di memoriache costruisce relazioni tra elementi inizialmente non correlati (Suzuki, 2008; Tulving, 1984). La capacità di formare associazioni è fondamentalefunzione di memoria episodica(Kahana, Howard e Polyn, 2008) e ci consente di ricordare i dettagli di eventi specifici e di richiamare informazioni astratte, necessarie per le attività e le interazioni quotidiane (Herweg, Solomon e Kahana, 2020). Lo studio dei meccanismi neurali alla base della memoria associativa si è tradizionalmente concentrato sull'ippocampo e sul suo ruolo centrale nelle reti cerebrali diffuse. Data la natura rapida e flessibile della memoria associativa, è necessario un meccanismo dinamico per la comunicazione neurale. A questo proposito, i ritmi oscillatori neurali sono di particolare interesse perché si pensa che contribuiscano alla comunicazione tra popolazioni neuronali che sono simultaneamente impegnate nei processi cognitivi (Buzs' Aki & Draguhn, 2004; Wang, 2010). In particolare, l'attività oscillatoria nella gamma theta (4–8 Hz) è stata ampiamente studiata nella cognizione animale e umana (Buzs' aki, 2002; Jacobs, 2014; Meador et al., 1991; Lisman & Jensen, 2013; Maurer et al. al., 2015; Sauseng, Griesmayr, Freunberger, & Klimesch, 2010), poiché è stato ipotizzato che svolga un ruolo fondamentale nella funzione dell'ippocampo durante la navigazione spaziale e l'elaborazione della memoria associativa (Buzs´ aki, 2002; Skin, Kilianski, & McNaughton , 2019; Wallenstein, Hasselmo e Eichenbaum, 1998). Il successo della codifica della memoria sembra dipendere dall'aumento della potenza theta nelle regioni dell'ippocampo (Burke et al., 2013; Khader, Jost, Ranganath, & R¨ Osler, 2010), sebbene la diminuzione della potenza theta per gli elementi successivamente ricordati con successo abbia anche stato osservato (Crespo-García et al., 2016; Fellner et al., 2016; Lega, Jacobs e Kahana, 2012).

Alyssa Meng a , Max Kaiser a , Tom A. de Graaf a,b , Felix Dücker a,b , Alexander T. Sack a,b , Peter De Weerd a,b , Vincent van de Ven a,b,*

a Dipartimento di Neuroscienze Cognitive, Facoltà di Psicologia e Neuroscienze, Università di Maastricht, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Paesi Bassi b Maastricht Brain Imaging Center (MBIC), Università di Maastricht, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Paesi Bassi

Lo studio dei meccanismi oscillatori dell'ippocampo nella memoria associativa, in particolare negli esseri umani, può essere impegnativo, poiché la sua posizione in profondità all'interno del cervello preclude la misurazione diretta non invasiva dell'attività neurale. Inoltre, la misurazione delle oscillazioni non sempre consente la valutazione dei contributi causali, che idealmente implica la manipolazione sperimentale diretta dei meccanismi neurali di interesse. Tale manipolazione può essere ottenuta con la stimolazione cerebrale non invasiva (NIBS), sfruttando la connettività funzionale locale (cioè corticale) e di rete per studiare gli effetti della memoria corticale e sottocorticale. Recenti studi sulla stimolazione magnetica transcranica (TMS) hanno mostrato che la stimolazione corticale può alterare l'attività e la connettività all'interno di una rete ippocampale-corticale, il che potrebbe, a sua volta, portare a prestazioni mnemoniche migliorate (Hermiller, VanHaerents, Raij e Voss, 2019; Tambini, Nee , & D'Esposito, 2018; Wang et al., 2014). Qui, i cambiamenti indotti sperimentalmente nell'attività corticale possono diffondersi in aree più remote attraverso la connettività funzionale predefinita (Kim, Ekstrom e Tandon, 2016). In particolare, le cortecce parietali laterali sono collegate funzionalmente in modo forte e affidabile all'ippocampo (Buckner, Andrews-Hanna, & Schacter, 2008; van de Ven, Wingen, Kuypers, Ramaekers e Formisano, 2013; Vincent et al., 2006). La facilità di stimolazione della corteccia parietale, combinata con il limitato disagio della stimolazione transcranica su queste aree, rende quest'area un obiettivo importante per la neuromodulazione basata sulla rete della memoria associativa.

Una diversa tecnica NIBS, la stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS), consente la modulazione delle reti neurali attraverso una frequenza esogena predeterminata (Abellaneda-P´erez et al., 2020; Cabral Calderin et al., 2016; Helfrich et al., 2014 ; Reed & Kadosh, 2018; Vos sen, Gross, & That, 2015; Vosskuhl, Huster, & Herrmann, 2016; Herrmann et al., 2013). Studi concomitanti tACS-fMRI hanno dimostrato che tACS modula l'attività neurale e la connettività interregionale per le aree corticali e sottocorticali distali rispetto alla posizione della stimolazione del cuoio capelluto (B¨ Eichinger et al., 2017; Cabral-Calderin et al., 2016; Vosskuhl et al., 2016; Abellaneda-Perez et al., 2020). I risultati di uno studio recente suggeriscono che tACS può essere utilizzato per modulare l'attività nella rete ippocampale-corticale. Abellaneda-P'erez et al. (2020) hanno somministrato theta-tACS sulla corteccia prefrontale dorsolaterale mentre i partecipanti sono stati sottoposti a scansione fMRI durante uno stato di riposo o durante l'esecuzione di un'attività di memoria di lavoro N-back. Rispetto alla stimolazione a corrente continua (tDCS), tACS ha determinato una maggiore attività di più aree di rete in modalità predefinita, inclusi l'ippocampo e la corteccia parietale inferiore, durante lo stato di riposo e l'attività N-back. Questi risultati mostrano inoltre che la stimolazione cerebrale non invasiva delle aree corticali può essere utilizzata per modulare l'attività dell'ippocampo attraverso la connettività di rete.

Ad oggi, tACS è stato utilizzato per studiare in modo specifico i meccanismi oscillatori nella memoria associativa solo in un numero limitato di studi. In uno studio (Lang, Gan, Alrazi e Monchi, 2019), i partecipanti hanno codificato le associazioni tra coppie arbitrarie faccia-scena mentre erano sottoposti a theta-tACS ad alta definizione (o tDCS anodale o stimolazione simulata) sull'area fusiforme, dopodiché hanno completato un test di memoria associativa. I risultati hanno mostrato che theta tACS durante la codifica ha migliorato le prestazioni della memoria associativa, rispetto a tDCS o sham. Tuttavia, tACS ha anche migliorato il corretto rigetto degli oggetti esca, il che suggerisce un effetto di potenziamento cognitivo più generale. Precedenti studi hanno riportato l'attività oscillatoria theta nella corteccia prefrontale e sensoriale umana e animale durante le procedure di memoria di lavoro (Lee et al., 2005; Raghavachari et al., 2006; Sauseng, Griesmayr, Freunberger e Klimesch, 2010), così come durante la percezione elaborazione (Helfrich, Fiebelkorn, Szczepanski, Lin, Parvizi, Knight, & Kastner, 2018; Landau, Schreyer, Van Pelt, & Fries, 2015; Somer, Allen, Brooks, Buttrill e Javadi, 2020), che supportano il contributo di vari processi cognitivi alle prestazioni della memoria associativa. In effetti, diversi studi hanno riportato prestazioni della memoria di lavoro migliorate dopo che tACS theta è stato somministrato sulla corteccia parietale (Jauˇsovec & Jauˇsovec, 2014) o prefrontale (Alekseichuk, Turi, de Lara, Antal e Paulus, 2016; Abellaneda-Perez et al., 2020 ; Reinhart e Nguyen, 2019), mentre la desincronizzazione interregionale frontoparietale indotta da tACS a 6 Hz ha comportato una riduzione delle prestazioni della memoria di lavoro (Alekseichuk, Pabel, Antal e Paulus, 2017). Tuttavia, un altro studio in cui la tACS theta è stata somministrata sulla corteccia prefrontale sinistra durante la codifica della memoria associativa non ha alterato le prestazioni della memoria nei giovani partecipanti sani (Klink, Peter, Wyss e Kl¨ Oppel, 2020).

In sintesi, i risultati della stimolazione theta non invasiva sulla memoria associativa rimangono inconcludenti. Diversi fattori devono essere presi in considerazione per approfondire la nostra comprensione. In primo luogo, l'effetto della stimolazione theta sulla memoria associativa può essere rafforzato se applicato ad aree corticali fortemente connesse alle reti ippocampali-corticali. Sulla base di recenti studi sulla TMS, la corteccia parietale può essere un buon candidato per la somministrazione di tACS. Tuttavia, non è stata ancora segnalata un'applicazione diretta di theta tACS sulla corteccia parietale per alterare selettivamente l'elaborazione della memoria associativa. In secondo luogo, la specificità della stimolazione theta sulla memoria associativa richiede che le funzioni cognitive non associative non siano modulate. Ciò è particolarmente rilevante dato che la corteccia parietale svolge un ruolo nella memoria associativa e nell'elaborazione percettiva (Cabeza et al., 2011; Culham & Kanwisher, 2001; Gottlieb, 2007). Il parietale theta tACS potrebbe quindi modulare l'elaborazione associativa indirettamente modulando la codifica sensoriale o attenzionale, che a sua volta potrebbe modulare le prestazioni della memoria associativa e non associativa, come il riconoscimento percettivo. Supportare la specificità funzionale dell'attività oscillatoria theta nella memoria associativa richiederebbe un effetto theta tACS sulla memoria associativa in assenza di un effetto sulla memoria percettiva.

Nel presente studio, abbiamo somministrato tACS focali a 6 Hz sopra la corteccia parietale sinistra in un design controllato con finta all'interno del soggetto mentre i partecipanti codificavano un compito di abbinamento faccia-scena. Dopo la fase di codifica e tACS, i partecipanti hanno completato due test di memoria che hanno misurato la conoscenza degli accoppiamenti degli elementi (cioè la memoria associativa) e l'identità dell'elemento (cioè la memoria percettiva). Abbiamo ipotizzato che la tACS parietale theta, rispetto alla stimolazione simulata, avrebbe influenzato le prestazioni della memoria associativa, ma non percettiva.

2. Metodi

2.1. Partecipanti

Abbiamo reclutato venti volontari sani (età media [SD] =21,68 anni [2,84],12 femmine) dall'ambiente accademico dell'Università di Maastricht tramite un sistema di reclutamento online. Tutti i partecipanti sono stati pre-selezionati utilizzando un modulo di screening di stimolazione cerebrale non invasivo per l'idoneità, i rischi per la salute e gli effetti avversi. Sono stati esclusi i potenziali partecipanti che hanno segnalato controindicazioni NIBS durante la loro fase di screening. Tutti i partecipanti hanno dato il loro consenso informato scritto prima della partecipazione. Lo studio è stato approvato dal comitato di revisione etica della psicologia e delle neuroscienze (ERCPN) della Facoltà di Psicologia e Neuroscienze (FPN) dell'Università di Maastricht. La sicurezza e il comfort dei partecipanti sono stati monitorati durante la stimolazione cerebrale per rilevare eventuali effetti avversi dovuti alla stimolazione. I partecipanti sono stati ricompensati con un buono regalo o un credito del corso.

2.2. Procedura del compito

I partecipanti hanno completato un compito di memoria associativa visiva, il "Face and Scene Task"(FAST; Lang et al,2019), che è stato programmato in PsychoPy((Peirce et al.2019)). Il compito consisteva in una fase di codifica e di test. Durante la fase di codifica dell'attività, ai partecipanti sono state presentate coppie di immagini che comprendevano una faccia neutra e una scena naturale. Volti neutrali di tutte le etnie e di tutte le età sono stati raccolti dal Chicago Face Database (CFD versione 2.0.3; Ma, Correll, & Wittenbrink, 2015). I volti non avevano caratteristiche facilmente distinguibili come piercing o tatuaggi. Tutte le immagini delle scene sono state prese da un database di immagini online.

In ogni prova, i partecipanti hanno visto una coppia di immagini costituite da una faccia neutra presentata sul lato sinistro dello schermo e una scena presentata sul lato destro dello schermo. Hanno dovuto indicare come la persona nell'immagine presentata avrebbe valutato il gene corrispondente, i partecipanti sono stati incaricati di fornire il loro giudizio tramite una scala di valutazione che è stata visualizzata come un dispositivo di scorrimento in scala (intervallo da -3 a 3) sotto la coppia di immagini per assicurarsi che i partecipanti stiano codificando attivamente (Fig.1). La coppia di immagini è stata mostrata fino a quando non è stato premuto un pulsante, consentendo la codifica a ritmo automatico, ma con un limite superiore di 8 s.

Ciascuna coppia faccia-scena è stata seguita da un intervallo interstimolo di 100 ms durante il quale è stata presentata una croce di fissazione. La fase di codifica consisteva in 45 coppie faccia-scena in totale, che sono state separate in 5 blocchi di 9 coppie di immagini. Ogni blocco è stato separato da un intervallo di 5 s.

Fig. 1. Fase di codifica e recupero. Durante la fase di codifica (A), i partecipanti hanno visto coppie di scene di volti e hanno indicato quanto positivamente o negativamente pensavano che la persona valutasse la scena. Durante la fase del test di memoria (B), i partecipanti hanno visto coppie di scene facciali e hanno dovuto indicare se gli oggetti erano stati precedentemente visti come una coppia (~1: visti insieme), visti come oggetti di coppie diverse (~2: visti ma non insieme "), o non erano stati visti in alcun modo prima ("3: mai visto"). Ai partecipanti sono stati dati 8 s per codificare e valutare ciascuna coppia di scene di volti. Ciascuna coppia di scene di volti è stata seguita da 100 ms di interstimolo. Nella fase di recupero , ai partecipanti è stato concesso un tempo illimitato per rispondere.Ogni coppia di recupero della scena del viso è stata seguita da 100 ms di interstimolo

Ogni partecipante ha eseguito due versioni di questo compito, che erano identiche nel design ma utilizzavano set di immagini di volti e scene non sovrapposte. Ogni attività di codifica è stata presentata durante la stimolazione tACS a 6 Hz o sham. Per familiarizzare i partecipanti con l'attività, è stata fornita una versione ridotta di 15 nuove coppie come addestramento prima delle condizioni sperimentali e all'inizio di ciascuna versione sono state presentate istruzioni standardizzate.

Dopo l'attività di codifica, i partecipanti hanno completato un videogioco come attività di distrazione per 5 minuti per diminuire l'effetto recente della memoria a breve termine e ridurre al minimo i possibili effetti collaterali della stimolazione. Si ritiene che il compito sia abbastanza coinvolgente da impedire prove faticose.

Dopo il compito di distrazione, i partecipanti hanno completato la fase di test della memoria, che comprendeva un compito di riconoscimento associativo e percettivo. Nell'attività di riconoscimento associativo, i partecipanti hanno visto 45 presentazioni di 1) le coppie di volti e scene originali viste durante la codifica, 2) coppie di volti e scene che erano stati visti in precedenza ma presi da diverse coppie di codifica, o 3) coppie di nuove immagini che non sono stati visti in precedenza durante la codifica. Ai partecipanti è stato chiesto di indicare se avevano "visto insieme", "visto ma non insieme" o "mai visto" con i tasti '1', '2' e '3' rispettivamente. Ai partecipanti è stato chiesto di rispondere alla tastiera con la mano dominante. Non c'era limite di tempo.

I blocchi di recupero associativo sono stati mescolati con il compito di riconoscimento percettivo, in cui una serie di immagini nuove o viste in precedenza sono state presentate per 200 ms, dopodiché ai partecipanti è stato chiesto se riconoscevano le immagini (risposte Sì/No; Fig.2). Per blocco, i partecipanti hanno risposto a 9 coppie di immagini di recupero associativo e quindi hanno risposto a 9 immagini di riconoscimento percettivo. Blocchi alternati in un formato ABAB.

L'ordine delle condizioni tACS è stato controbilanciato tra i partecipanti. I partecipanti hanno riposato la testa su una mentoniera fissa prima dell'inizio del test. L'esperimento è durato circa 90 minuti per partecipante, che includeva il tempo necessario per collegare gli elettrodi. Ogni partecipante ha subito le condizioni di stimolazione sham e theta lo stesso giorno, con circa 30 minuti tra i due periodi di stimolazione.

2.3. parametri tACS

tACS è stato applicato utilizzando un dispositivo neuroConn DC-STIMULATOR TES, utilizzando una configurazione di elettrodi concentrici per la stimolazione focale, che includeva un elettrodo circolare interno (3 cm di diametro) posizionato all'interno di un elettrodo esterno (11 cm di diametro; Fig.3A). Questa configurazione è stata precedentemente utilizzata per la stimolazione focale durante compiti cognitivi (Bortoletto, Rodella, Salva-dor, Miranda e Miniussi,2016; Gbadeyan, Steinhauser, McMahon, &Meinzer,2016; Schuhmann et al,2019) . Il centro della configurazione concentrica è stato posizionato sulla posizione del cuoio capelluto P3, come identificato dal sistema di posizionamento degli elettrodi 10-20 EEG, poiché è stato dimostrato che questo sito ha ampie connessioni con la rete ippocampale (Freedberg et al., 2019; Hermiller et al ., 2019; Wang et al., 2014). Abbiamo utilizzato il software SimNIBS per simulare la diffusione del campo elettrico per l'impostazione concentrica quando somministrato su P3. I risultati della simulazione hanno mostrato un campo elettrico con una macchia focale di massima intensità di campo (0,296 V/m al 99,9° percentile) sotto l'elettrodo centrale, che è diminuito verso l'elettrodo ad anello esterno (Fig. 3B). Per il confronto visivo, la Fig. 3C mostra la mappa T della connettività ippocampale-corticale da uno studio di risonanza magnetica funzionale (rs-fMRI) in stato di riposo con quarantatré partecipanti (Tambini et al., 2018; ottenuto da ), in che un'area parietale sinistra di alta connettività ippocampale si sovrappone alla nostra posizione di stimolazione.

Per ogni partecipante, abbiamo utilizzato un cappuccio EEG (www.easycap.de; senza elettrodi attaccati) per contrassegnare la posizione di P3, dalle distanze centrali e laterali tra i marker anatomici che sono definite dal sistema di posizionamento degli elettrodi 10-20 EEG su ciascun partecipante testa del partecipante Abbiamo centrato il cappuccio sulla testa secondo le procedure standard e l'abbiamo segnato sul cuoio capelluto utilizzando una matita cosmetica adatta alla pelle. Ogni partecipante è stato esaminato per abrasioni, infiammazioni o piccole ferite sul cuoio capelluto prima dell'attacco degli elettrodi. I partecipanti con anomalie cutanee in corrispondenza o in prossimità del luogo di stimolazione sono stati esclusi dall'esperimento prima del posizionamento degli elettrodi. La pasta adesiva conduttiva è stata utilizzata per ottimizzare la conduttività tra gli elettrodi e il cuoio capelluto al di sotto di 10 kΩ per ciascun partecipante. Abbiamo verificato che la pasta per ciascuno dei due elettrodi non si collegava. A causa della pasta adesiva, non sono stati necessari archetti o cinghie per tenere gli elettrodi in posizione durante l'esperimento.

Nella condizione teta. la frequenza di stimolazione è stata impostata a 6 Hz per 5400 cicli (15 min × 60 s × 6 Hz) a un'intensità di 2 mA (picco-picco). I partecipanti hanno familiarizzato con la sensazione di tACS in una breve sessione di stimolazione per determinare se la stimolazione era tollerabile. Un partecipante ha indicato disagio e l'intensità della stimolazione è stata ridotta per questo partecipante a 1,8 mA. Durante l'esperimento, la stimolazione è stata applicata per 15 minuti, iniziando 5 minuti prima dell'attività di codifica. Ai partecipanti è stato assegnato un compito di riempimento (compito di discriminazione visiva) durante i primi 5 minuti di stimolazione per occupare i partecipanti e assicurarsi che fossero in uno stato mentale simile prima di iniziare il compito di codifica associativa. Le durate di accelerazione e decelerazione sono state impostate a 30 s nella condizione theta. Nella condizione fittizia, la stimolazione è durata 300 cicli (50 s) prima di diminuire per creare uno stato inizialmente indistinguibile per mascherare le condizioni.

A causa della differenza nelle sensazioni somatosensoriali continue tra le due condizioni tACS. i partecipanti potrebbero teoricamente discernere la stimolazione theta dalla stimolazione fittizia. Per verificare se questo fosse il caso, ai partecipanti è stato chiesto di identificare verbalmente le differenze nelle condizioni di stimolazione post-hoc alla fine dell'esperimento. Nessuno dei partecipanti ci ha informato di essere in grado di distinguere con sicurezza la stimolazione theta dalla sham.

3. Analisi dei dati

Statistical analysis was performed in JASP(JASPTeam,2018). Of the twenty participants, data of one participant was excluded for having incomplete data files as a result of an error in the experiment program code. Data of another participant were excluded after reporting suffering from fatigue before and during the experiment Of the remaining data-sets, trials with a clear delayed response (>2×SD) sono stati esclusi dall'analisi, che ha costituito una perdita del 4,03 per cento in media di tutte le prove.

Abbiamo analizzato le prestazioni della memoria calcolando la sensibilità della memoria (d, Stanislaw & Todorov,1999; Macmillan & Creelman,2005) utilizzando percentuali di successo e tassi di falsi allarmi. Per il test di memoria associativa, il tasso di successo è stato calcolato come la proporzione di coppie di scene-fac mostrate durante l'attività di codifica, che sono state correttamente identificate come "viste come una coppia". Il tasso di falsi allarmi è stato identificato come la proporzione di coppie faccia-scena che sono state erroneamente giudicate come una coppia durante l'attività di codifica. Per il test della memoria percettiva, il tasso di successo è stato calcolato come la proporzione di singoli elementi precedentemente mostrati che erano stati correttamente giudicati come visto prima e i tassi di falsi allarmi come la proporzione di elementi nuovi che erano stati erroneamente giudicati come visto prima. I confronti statistici tra le condizioni tACS sono stati effettuati utilizzando t-test a campioni appaiati e sono state utilizzate misure ripetute ANOVA per verificare se gli effetti all'interno del soggetto fossero correlati con le covariate Età, Sesso e Ordine della condizione tACS. Inoltre, abbiamo eseguito t-test accoppiati e analisi ANOVA a misure ripetute sui tempi di risposta della codifica (tempo dall'inizio della coppia di stimoli alla pressione del pulsante) per determinare se la natura autodidattica della codifica ha creato una differenza significativa nelle prestazioni tra condizioni e partecipanti. Gli effetti sono stati ritenuti significativi con un p-value di 0,05.

Poiché le nostre ipotesi includevano effetti nulli (de Graaf & Sack, 2011), abbiamo calcolato il fattore di Bayes per quantificare la forza dell'evidenza a favore di nessun effetto dovuto a tACS, ovvero BF1o<1(wagenmakers,2007). bayes="" factor="" calculation="" was="" performed="" using="">

4. Risultati

4.1. Tempo di risposta durante la codifica

Durante l'attività di codifica, i partecipanti hanno risposto in media 2753,1 ms (SE= 213,8 ms) dopo l'inizio delle coppie di immagini durante theta-tACS. Durante sham-tACS, il tempo di risposta della codifica è stato di 2971,5 (227,4) ms. I tempi di risposta della codifica non differivano significativamente tra le due condizioni tACS(t(17)=-1.54,p= 0.14). Abbiamo anche verificato se la varianza del tempo di risposta tra le prove di codifica di ciascun partecipante differiva tra condizioni tACS (media [SE] theta-tACS=978.8 [68.5],sham-tAGS=1060.4[96.2]) e non hanno trovato differenze significative (t(17){{26} }.33,p=0.20).

4.2 Effetti tACS basati su Theta sulle risposte di memoria associativa

Le prestazioni di memoria associativa durante theta-tACS (media [SE]=1.32 [0.13]) erano significativamente inferiori rispetto a quelle associative durante sham-tACs(1.61 [0 .16];t(17)=-2.517,p= 0.022,Cohen's d=-0.59;vedi 互g.4A）.A ANOVA a misure ripetute con tACS （ Theta, Sham） come fattore all'interno del soggetto ha mostrato che questo effetto non interagiva con i fattori tra i soggetti Età (p=0.23) o Sesso(p=0.36). Abbiamo anche testato per il carry- sugli effetti della stimolazione theta sulla codifica durante la successiva sessione di stimolazione sham utilizzando tACS Order (theta seguito da sham vs. sham seguito da theta) come fattori tra i soggetti, che non hanno interagito in modo significativo con l'effetto tACS all'interno del soggetto una memoria associativa (p= 0.64).

Per studiare ulteriormente l'effetto di tACS su d', abbiamo condotto confronti post-hoc per il tasso di successo e il tasso di falsi allarmi tra le due condizioni di tACS. Il tasso di successo è stato significativamente più alto nella condizione sham (67,0 percento [0.05]) rispetto alla condizione theta (53,7 percento [0.{ {23}}5])per la memoria associativa (t(17)=-3.286,p=0.004, d di Cohen =-0.78). I tassi di falsi allarmi per le prestazioni della memoria associativa non hanno rivelato differenze significative tra la condizione sham(16,2% [0,02]) o theta (12,1% [0,02]:t(17)=-1.428,p{{28} }.171). Questi risultati hanno confermato che theta-tACS comprometteva le prestazioni della memoria associativa.

4.3. Effetto tACS basato su Theta sul riconoscimento percettivo degli oggetti

Successivamente, abbiamo analizzato i punteggi per il test di riconoscimento percettivo, che è stato eseguito sullo stesso materiale visivo del test di memoria associativa. Non abbiamo riscontrato differenze significative nel riconoscimento percettivo degli elementi tra le condizioni theta (1.56 [0.16]) e sham(1.48 [0.10];t(17)=0.462 ,p=0.65;vedi Fig.4B).Poiché abbiamo ipotizzato non un effetto ACS sul riconoscimento percettivo, abbiamo calcolato il fattore di Bayes(BF) per questo confronto. Abbiamo scoperto che BF1o= 0.44, fornendo prove aneddotiche a favore di nessun effetto.

4.4. Confronto tra performance di memoria associativa e percettiva

Per analizzare se il tACS ha influenzato la memoria di riconoscimento associativo e percettivo in modo diverso, abbiamo condotto altre quattro analisi. In primo luogo, abbiamo correlato le prestazioni di memoria associativa e riconoscimento percettivo per la condizione fittizia per determinare se le prestazioni di base nelle due attività fossero correlate. Questa correlazione non era significativa (r=0.28,p=0.26) . Il calcolo del fattore di Bayes ha mostrato che l'evidenza era a favore dell'esecuzione dei due compiti non correlati (BFy =0.52). Questo risultato si adatta alla nostra ipotesi che i compiti di memoria associativa e percettiva si basano su diversi meccanismi neurali sottostanti. In secondo luogo, abbiamo confrontato d' della condizione fittizia dei due compiti di memoria, utilizzando un test t di campioni appaiati. e ha scoperto che non erano significativamente differenti (t(17)= 0.78,p=0.78 BFyo=0.25).il che indica che le attività erano ugualmente difficili. Terzo, abbiamo correlato la differenza di prestazioni dovuta a tACS(ie, d(Theta-d(Sham)tra memoria di riconoscimento associativa e percettiva e non abbiamo trovato alcuna correlazione significativa (r= 0.12,p{18}}.63 ;BF10=0.33). In quarto luogo, abbiamo verificato se la compromissione delle prestazioni della memoria associativa indotta da tACS fosse maggiore dell'effetto (nulla) di tAGS sulle prestazioni della memoria di riconoscimento. Per modellare questa interazione tra tACS e attività, abbiamo calcolato un modello di misure ripetute con tACS e attività come fattori interni al soggetto (e età, sesso e ordine come fattori tra soggetti) e ha riscontrato un significativo effetto di interazione tACS × attività (F(1,13)=7.68,p=0.015,{30}}.37). In tutto, questi risultati indicano che tACS ha influenzato la memoria associativa in modo diverso dalle prestazioni della memoria di riconoscimento.

4.5. Confronto dei tempi di risposta della codifica come spiegazione degli effetti tACS

Potrebbe essere possibile che le differenze individuali nei tempi di risposta della codifica influiscano sull'effetto tACS sulla memoria, nonostante la mancanza di un effetto tACS significativo sui tempi di risposta della codifica. Ad esempio, i partecipanti con tempi di codifica più rapidi avrebbero potuto elaborare gli stimoli meno bene, il che li avrebbe resi più vulnerabili all'effetto di tACS. Per indagare su questo problema, abbiamo ricalcolato gli ANOVA a misure ripetute per la memoria associativa e di riconoscimento e l'interazione di riconoscimento x associativo. ma ora utilizzando i tempi di risposta di codifica mediati tra le due condizioni tACS come covariati, non abbiamo riscontrato alcun effetto significativo della risposta di codifica tempo per la memoria associativa (p=0.31), la memoria di riconoscimento (p=0.25) o l'interazione associativa × riconoscimento (p=0.97). Per dimostrare questi effetti nulli, abbiamo calcolato il fattore di Bayes per l'interazione dei tempi di risposta della codifica con l'effetto della misura ripetuta di tACS sulla memoria associativa, sulla memoria di riconoscimento e sull'interazione associativa × riconoscimento e abbiamo scoperto che erano pari o inferiori/in tutto casi(per ogni rispettivo modello, BF1{{10}} era 0.35,0.37 e 0.13). Questi risultati confutano quindi il suggerimento che i tempi di codifica abbiano influenzato l'effetto di tACS sulle prestazioni della memoria.

5. Discussione

I nostri risultati dimostrano che theta tACS sulla corteccia parietale durante la codifica della memoria compromette le prestazioni della memoria associativa ma non la memoria di riconoscimento percettivo degli stessi materiali dell'attività. Questi risultati sono in linea con le ripetute osservazioni secondo cui l'attività oscillatoria theta contribuisce specificamente alla codifica della memoria associativa (a]sein et al.,1998; Buzsaki, 2002; Lega et al,2012; Burke et al,2013; Herweg et al,2020; Sauseng et al, 2010). La scoperta che le prestazioni della memoria associativa non erano correlate con le prestazioni della memoria percettiva corrobora ulteriormente l'idea che i correlati neurali dei due processi di memoria siano dissociabili. Ciò è di ulteriore importanza dato che è stato scoperto che il sito di stimolazione parietale (P3) svolge un ruolo sia nella memoria associativa che nell'elaborazione percettiva (Cabeza et al, 201l; Culham & Kanwisher, 2001; Gotlieb, 2007). Cioè, i correlati neurali dei due compiti mostrano una sovrapposizione spaziale nella corteccia parietale. Tuttavia, l'effetto dissociabile di theta tACS sui due compiti di memoria suggerisce che l'attività oscillatoria theta può dissociare funzionalmente i due processi di memoria nella corteccia parietale. Inoltre, questa dissociazione non può essere spiegata da una differenza nella difficoltà del compito, poiché le prestazioni durante le condizioni fittizie di entrambi i compiti erano simili.

La nostra scoperta di compromissione della memoria associativa dopo tACS theta contrasta con diversi risultati precedenti di prestazioni di memoria migliorate indotte da tACS theta. Tuttavia, il confronto tra gli studi è ostacolato dall'eterogeneità nella progettazione delle attività e nella posizione della stimolazione cerebrale. Ad esempio, il miglioramento della memoria indotto da tACS è stato riportato in studi sulla memoria di lavoro (Abellaned-Prezet al,2020 Alekseichuk et al.2016; Khader et al.2010), ma questi compiti probabilmente non si basavano sull'elaborazione associativa. Inoltre, l'area di stimolazione può essere di particolare importanza a causa degli effetti differenziali del potere theta su diversi siti neuroanatomici (Long. Burle, & Kahana 2014). Ad esempio, le prestazioni migliorate nell'attività di associazione faccia-scena dopo che tACS è stato somministrato all'area fusiforme (Lang et al, 2019) potrebbero derivare dalla modulazione della codifica delle caratteristiche facciali, piuttosto che dall'aumento della codifica della memoria associativa. Sebbene l'attività oscillatoria theta sia stata osservata in queste aree nell'uomo e negli animali (Lee et al, 2005; Raghavachari et al, 2006; Sauseng et al, 2010), possono svolgere un ruolo diverso nei processi di memoria. In uno studio più recente, Klinlk et al. (2020) non hanno riscontrato alcun cambiamento nelle prestazioni della memoria associativa nei giovani partecipanti dopo tACS sulla corteccia prefrontale ventrolaterale, il che esemplifica ulteriormente l'incoerenza nei risultati.

Suggeriamo invece che i nostri risultati siano in linea con studi precedenti che dimostrano che la stimolazione corticale parietale modula l'attività neurale in una rete ippocampale-corticale che supporta l'elaborazione della memoria associativa (Freedberg et al.,2019; Hermiller et al,2019; Tambini et al. al 2018; Wanget al, 2014). Più in particolare, i nostri risultati sono in linea con la modulazione della memoria associativa, ma non della memoria di riconoscimento, dopo la somministrazione di TMS sulla corteccia parietale (Tambini et al.,2018). Estendiamo questi rapporti mostrando che theta tACS può anche modulare come elaborazione sociale all'interno probabilmente della stessa rete ippocampale-corticale È possibile che la nostra scoperta di una memoria associativa ridotta, piuttosto che migliorata, possa effettivamente essere correlata al pattern oscillatorio theta della stimolazione cerebrale .

Una considerazione importante è che abbiamo stimolato a una frequenza fissa per tutti i partecipanti, piuttosto che alla frequenza theta individuale. La stimolazione alla frequenza di picco individuale porterebbe a un maggiore trascinamento neurale, che potrebbe quindi migliorare le prestazioni della memoria (Hanslmayr, Axmacher e Inman, 2019; Thut et al, 2011). Questa nozione è supportata da una manciata di precedenti studi tACS che hanno stimolato alla frequenza theta individuale, identificata utilizzando l'accoppiamento ampiezza di fase theta-gamma durante l'esecuzione del compito e hanno riscontrato prestazioni della memoria di lavoro migliorate dopo la stimolazione (Reinhart & Nguyen, 2019; Vosskuhl, Huster, & Hermann., 2015). Tuttavia, altri studi tACS che mostrano il miglioramento della memoria di lavoro hanno utilizzato una frequenza di stimolazione fissa (Jausovec& Jausovec,2014; Lang et al.,2019), suggerendo che la stimolazione alla frequenza theta individuale non è necessaria per modulare le prestazioni della memoria. Più in generale, diversi studi hanno dimostrato che la stimolazione alla frequenza alfa individuale non migliora in modo coerente il trascinamento neurale (Vossen et al, 2015; Stecher & Herrmann, 2018), suggerendo che la relazione tra stimolazione cerebrale, trascinamento neurale e prestazioni cognitive potrebbe non essere semplice. Infine, ci sono prove che la codifica associativa negli esseri umani è supportata da due bande di frequenza agli estremi dell'intervallo theta (3-8 Hz), piuttosto che variare attorno al centro dell'intervallo theta (Lega et al, 2012(Wolinski et al.,2018)). In questo caso, la stimolazione elettrica oscillatoria al centro dell'intervallo theta porterebbe alla desincronizzazione theta o a spostamenti nella fase delle frequenze endogene, che potrebbero interrompere l'elaborazione della memoria (Alekseichuk et al.201Z ; Polania, Nitsche. Korman Batsikadze, & Paulus, 2012). Sosteniamo che i nostri risultati appaiano meglio in linea con un resoconto della desincronizzazione di fase indotta da tACS che altera la memoria associativa ma non influisce sulle prestazioni del riconoscimento percettivo

Il disegno del nostro studio pone alcune limitazioni alle nostre inferenze. Non abbiamo incluso l'imaging cerebrale funzionale simultaneo alla somministrazione di tACS, che ci impedisce di verificare l'effetto di tACS parietale sulla rete ippocampale-corticale. Inoltre, non abbiamo misurato l'EEG simultaneo alla somministrazione di tACS, il che significa che non abbiamo potuto testare empiricamente la nostra postulazione della desincronizzazione theta nella memoria associativa. Infine, non abbiamo utilizzato una frequenza o una posizione di controllo per verificare la specificità della stimolazione theta della corteccia parietale. Stiamo pianificando di affrontare questi problemi aperti in studi futuri.

In conclusione, il nostro studio mostra che theta tACS ha influenzato la codifica della memoria associativa risparmiando il riconoscimento percettivo. in linea con l'ipotesi che le oscillazioni theta svolgano un ruolo critico nella formazione della memoria associativa nelle interazioni parietale-ippocampale. Questi risultati sono in linea con gli attuali modelli neurobiologici di memoria associativa e incoraggiano ulteriori studi utilizzando la stimolazione cerebrale elettrica non invasiva per modulare l'attività oscillatoria delle reti cerebrali di memoria associativa per la ricerca sulla memoria corrente.