Visando a rede frontoparietal usando estimulação transcraniana bifocal por corrente alternada durante uma tarefa de aprendizagem de sequência motora em idosos saudáveis, parte 1

abstrato

Fundamento: Idosos saudáveis ​​apresentam diminuição no desempenho motor e na capacidade de aprendizagem motora, bem como no desempenho da memória de trabalho (MT). Foi sugerido que a MO está envolvida em processos de aprendizagem motora, como a aprendizagem de sequências. Evidências correlacionais mostraram o envolvimento da rede frontoparietal (FPN), uma rede subjacente aos processos de MO, na aprendizagem da sequência motora.

A aprendizagem motora refere-se a métodos para melhorar a eficiência da aprendizagem e a memória através de esportes, música, dança, artes marciais, etc. Diferente dos métodos tradicionais de aprendizagem, a aprendizagem motora presta mais atenção ao funcionamento coordenado do corpo e do cérebro, tornando a aprendizagem mais relaxada e agradável. .

O impacto da aprendizagem motora na memória é muito significativo. Através do exercício, podemos melhorar o nível metabólico do corpo, acelerar a circulação sanguínea e fornecer oxigênio e nutrientes ao cérebro. Ao mesmo tempo, a aprendizagem motora também pode estimular o hipocampo no cérebro, que é uma área chave de armazenamento da memória que pode nos ajudar a lembrar e compreender melhor o conhecimento.

Além disso, o aprendizado motor também pode melhorar a concentração e a concentração das pessoas. Durante o exercício, o corpo humano secreta grandes quantidades de neurotransmissores como a dopamina e a adrenalina, que podem nos fazer sentir mais positivos e enérgicos. Isso é muito útil para nos concentrarmos melhor nas tarefas de aprendizagem.

Na aprendizagem motora, podemos escolher uma variedade de métodos de exercício, como pular corda, jogar basquete, dançar, ioga, etc. Por exemplo, dançar pode ajudar-nos a controlar melhor o ritmo do corpo e a melhorar a consciência espacial; jogar basquete pode nos ajudar a perceber melhor o ambiente externo e a lidar com situações complexas.

Em suma, a aprendizagem motora desempenha um papel importante na melhoria da nossa eficiência de aprendizagem e memória. Devemos integrar o exercício na aprendizagem diária, aproveitar ao máximo a sinergia do corpo e do cérebro e aprender e crescer de forma mais agradável. Percebe-se que precisamos melhorar nossa memória. Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória porque Cistanche deserticola é um material medicinal tradicional chinês com muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. A eficácia da carne picada vem dos vários ingredientes ativos que contém, incluindo ácidos, polissacarídeos, flavonóides, etc. Esses ingredientes podem promover a saúde do cérebro de várias maneiras.

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No entanto, atualmente faltam evidências causais. Os estudos de estimulação cerebral não invasiva (NIBS) concentraram-se até agora predominantemente em áreas relacionadas ao motor para melhorar a aprendizagem da sequência motora, enquanto áreas associadas a aspectos mais cognitivos da aprendizagem motora ainda não foram abordadas. Hipótese: Neste estudo, pretendemos fornecer evidências causais para o envolvimento dos processos WM e do FPN subjacente no desempenho bem-sucedido de uma tarefa de aprendizagem de sequência motora usando estimulação por corrente alternada tetatranscraniana (tACS) visando o FPN durante uma tarefa de aprendizagem de sequência motora.

Métodos: Em uma coorte de 20 idosos saudáveis, aplicamos tACS bifocal na faixa teta ao FPN durante uma tarefa de aprendizagem sequencial. Com o uso de um desenho duplo-cego e cruzado, testamos a eficácia do ativo em comparação com a estimulação simulada. Foram utilizadas duas versões da tarefa motora: uma com alta e outra com baixa carga de MO, para explorar a eficácia da estimulação em tarefas diferentes na demanda de MO. Além disso, os efeitos da estimulação no desempenho da MO foram abordados usando uma tarefa N-back. A frequência tACS foi personalizada usando EEG medindo a frequência do pico teta individual durante a tarefa N-back.

Resultados: A aplicação de theta tACS personalizado ao FPN melhorou o desempenho durante a tarefa de aprendizagem de sequência motora com alta carga de MO (p < 0,001), mas não com baixa carga de MO. A estimulação ativa melhorou significativamente a velocidade (p < 0,001) e a precisão (p=0,03) durante a tarefa com alta carga de WM. Além disso, o paradigma de estimulação melhorou o desempenho na tarefa N-back para o 2- tarefa de volta (p ¼ 0,013), mas não para 1-volta e 3-volta.

Conclusão: O desempenho durante uma tarefa de aprendizagem de sequência motora pode ser melhorado usando teta tACs bifocais personalizados para o FPN quando a carga de MO é alta, indicando que a eficácia deste paradigma de estimulação é dependente da demanda cognitiva durante a tarefa de aprendizagem. Esses dados fornecem evidências causais adicionais para o envolvimento crítico dos processos de MO e da FPN durante a execução de uma tarefa de aprendizagem de sequência motora em idosos saudáveis. Essas descobertas abrem novas possibilidades interessantes para neutralizar o declínio relacionado à idade no desempenho motor, na capacidade de aprendizagem e no desempenho da MO.

1. Introdução

A capacidade de adquirir novas habilidades motoras é importante na vida diária. O aprendizado motor é um processo dependente da prática, no qual os movimentos são realizados com mais rapidez e precisão [1]. Uma grande quantidade de pesquisas contribuiu para uma maior compreensão dos substratos neurais e dos mecanismos subjacentes envolvidos na aquisição, consolidação e retenção de novas habilidades motoras. Os estudos neurocientíficos concentraram-se predominantemente na rede motora e no papel central do córtex motor primário (M1)[ 2e4].

Este é especialmente o caso dos estudos de estimulação cerebral não invasiva (NIBS) que tentam melhorar a aprendizagem motora combinando a prática de uma tarefa motora desafiadora com um paradigma de estimulação [5e8]. No entanto, estudos sugeriram que tarefas motoras desafiadoras, como o aprendizado de sequência motora (MSL), não dependem exclusivamente de processos relacionados ao motor, mas também de processos cognitivos, como a memória de trabalho (MT) [4,9,10]. Surpreendentemente, as áreas cerebrais relacionadas à MO não têm sido alvo dos paradigmas do NIBS destinados ao estudo do MSL.

MSL é um processo onde movimentos independentes são associados, resultando eventualmente em uma sequência de múltiplos elementos que pode ser executada com rapidez e precisão [4,11]. Estudos demonstraram o envolvimento da MO no MSL [12e14]. WM refere-se à capacidade de armazenar e manipular temporariamente informações na mente [15]. A variabilidade interindividual em WM, por exemplo, consiste no número de itens que podem ser mantidos e trabalhados [4]. Isto é importante para o MSL, especialmente durante o processo de agrupamento de elementos da sequência em "pedaços".

Este processo de chunking resulta em uma execução mais rápida dos movimentos [16e18]. Muitos estudos têm demonstrado que idosos saudáveis ​​apresentam declínio na capacidade de aprender sequências motoras [12,14]. Além disso, o envelhecimento diminui as funções cognitivas, incluindo a MO [19]. Portanto, uma interação entre idade, capacidade de MO e NMS foi recentemente sugerida [14], embora as evidências causais a favor desta sugestão permaneçam limitadas.

Uma neurotecnologia promissora para fornecer evidências causais é o uso de NIBS, como a estimulação transcraniana por corrente alternada (tACS) [20e23]. Esta técnica permite interferir exogenamente na atividade oscilatória contínua e atingir redes específicas, como a rede fronto-parietal (FPN), para melhorar ou diminuir especificamente as respectivas funções cognitivas, como os processos WM [24,25].

A FPN, uma rede relacionada ao WM, é ativada durante tarefas de sequência motora [18,26e29]. Os processos cognitivos dependem de interações coordenadas dentro e entre redes cerebrais, implementadas no cérebro por atividade oscilatória [30,31]. Por exemplo, a eficiência é aumentada pela sincronização oscilatória do disparo neuronal, que cria conjuntos de neurônios que realizam funções computacionais específicas [31,32]. O principal mecanismo de funcionamento do tACS é arrastar ou sincronizar redes neuronais [20,33].

A frequência de estimulação é ajustada para corresponder à frequência oscilatória endógena e ao seu estado cerebral. Mais especificamente, o tACS permite a interação exógena com oscilações contínuas, o que pode resultar em maior coerência dentro das redes com o respectivo impacto comportamental [23,33,34]. Oscilações neuronais na faixa teta (4e8 Hz) estão envolvidas em tarefas WM, com um aumento na potência teta durante o aumento da carga WM [35e37]. Polânia et al. e Violante et al. mostraram uma relação causal entre a sincronização das oscilações teta com uma diferença de fase relativa 0⁰ no FPN e a melhoria do desempenho do WM [24,25]. No entanto, falta conhecimento sobre os efeitos da sincronização das oscilações teta induzida por tACS no FPN e no MSL.

Neste estudo, nosso objetivo foi determinar uma relação causal entre MO e LME em idosos saudáveis. Para fazer isso, theta tACS personalizado foi aplicado ao córtex pré-frontal dorsolateral direito (DLPFC) e ao córtex parietal posterior (PPC) com o objetivo de melhorar o MSL usando o treinamento da tarefa sequencial de batidas de dedo (SFTT) [3]. Para avaliar a importância da MO durante o MSL e como ela é afetada pela estimulação da FPN, foram utilizadas duas versões do SFTT. As versões diferiam em termos de carga WM baixa e alta.

A carga WM foi mantida baixa mostrando explicitamente a sequência em uma tela durante a tarefa [38]. Na versão com alta carga de MT, essa sequência precisava ser memorizada antes da tarefa e não era mostrada durante a tarefa. Esta manutenção online da sequência durante a execução dos movimentos depende de forma relevante dos processos WM [39].

Além disso, verificamos se o presente paradigma de estimulação melhora a MO com o uso de uma tarefa N-back [24]. Com este estudo, apresentamos a FPN como um local alvo de estimulação adicional para o desempenho motor e melhoria da aprendizagem e destacamos a importância de levar em consideração os processos cognitivos durante os paradigmas MSL.

2. Métodos

2.1. Participantes

Neste estudo, recrutamos N=21 participantes saudáveis, mais velhos e destros (N=11 mulheres, idade média ± dp: 69,6 ± 4,4, quociente de lateralidade médio, inventário de lateralidade de Edimburgo 85,03 ± 17,3) [40]. Os dados de N=20 participantes foram considerados devido à desistência de um participante causada por uma alteração não relacionada na saúde física. Os critérios de inclusão foram: 60 anos [41e43], destros e ausência de contraindicações para estimulação elétrica transcraniana (ETS).

Os critérios de exclusão foram: doenças neuropsiquiátricas, histórico de convulsões, medicação que potencialmente interaja com a ET, disfunção musculoesquelética que prejudique os movimentos dos dedos, músico profissional e uso de entorpecentes. Todos os participantes assinaram um consentimento informado. O estudo foi realizado de acordo com a declaração de Helsinque [44]. A aprovação ética foi obtida do comitê cantonal de ética em Vaud, Suíça (número do projeto: 2017-00765).

2.2. Design experimental

O desenho deste estudo foi duplo-cego, controlado por simulação e cruzado. Consistiu em duas sessões antes do cruzamento e duas sessões após o cruzamento. Durante a sessão do dia 1, os participantes foram informados, selecionados e solicitados a preencher três questionários diferentes (questionário de segurança tES, Edinburgh Handedness Inventory (EHI), Center for Epidemiological Studies DepressionScale (CES-D)) [40,45]. Posteriormente, os participantes realizaram um teste Nback com aquisição de EEG para análise de frequência de pico.

Após a medição do EEG, os participantes realizaram o treinamento motor e o treinamento cognitivo com tACS concomitante. No dia seguinte os participantes realizaram apenas o treinamento motor com tACS. A condição de estimulação foi mantida a mesma nos dois dias consecutivos e alterada após o cruzamento. A ordem de estimulação foi definida de forma pseudo-randomizada por um experimentador não envolvido na aquisição de dados.

A cegueira para a condição de estimulação tanto do participante quanto do experimentador foi assegurada por um experimentador adicional que definiu os parâmetros e ligou os estimuladores durante o experimento. Entre as sessões cruzadas antes e depois houve um período mínimo de duas semanas, com base em nosso trabalho anterior [46]. As mesmas tarefas, com sequências diferentes, foram repetidas após cruzamento, excluindo os questionários. Por favor, veja a Figura 1 A para o cronograma do desenho do estudo.

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