Transkraniell växelströmsstimulering vid Theta-frekvens till vänster parietal cortex försämrar associativ, men inte perceptuell, minneskodning

För mer information:ali.ma@wecistanche.com

ABSTRAKT

Neurala svängningar i thetaområdet (4–8 Hz) tros ligga bakom associativaminnesfunktioni hippocampus-kortikala nätverket. Även om det finns gott om bevis som stöder rollen av theta-svängningar i djur ochmänskligt minne, de flesta bevis är korrelationella. Icke-invasiv hjärnstimulering (NIBS) kan användas för att modulera kortikal oscillerande aktivitet för att påverka hjärnaktivitet, och eventuellt modulera djupare hjärnregioner, såsom hippocampus, genom starka och pålitliga kortiko-hippocampus funktionella anslutningar. Vi tillämpade fokal transkraniell växelströmsstimulering (tACS) vid 6 Hz över den vänstra parietalbarken för att modulera hjärnaktivitet i det förmodade kortiko-hippocampala nätverket för att påverka associativ minneskodning. Efter kodning och hjärnstimulering genomförde deltagarna enassociativt minneoch en perceptuell igenkänningsuppgift. Resultaten visade att theta tACS minskade signifikantassociativt minneprestanda men påverkade inte perceptuell minnesprestanda. Dessa resultat visar att parietal theta tACS modulerar associativ bearbetning separat från perceptuell bearbetning och underbygger ytterligare hypotesen att theta-oscillationer är inblandade i det kortiko-hippocampala nätverket och associativ kodning.

Klicka på Cistanche herba för att förbättra minnet

1. Introduktion

Associativt minnedefinieras vanligtvis som enminnessystemsom konstruerar relationer mellan initialt orelaterade objekt (Suzuki, 2008; Tulving, 1984). Förmågan att bilda föreningar är kärnan iepisodisk minnesfunktion(Kahana, Howard, & Polyn, 2008), och låter oss komma ihåg detaljer om specifika händelser och återkalla abstrakt information som krävs för dagliga uppgifter och interaktioner (Herweg, Solomon, & Kahana, 2020). Studiet av neurala mekanismer som ligger bakom associativt minne har traditionellt fokuserat på hippocampus och dess centrala roll i utbredda hjärnnätverk. Med tanke på den snabba och flexibla karaktären hos associativt minne, krävs en dynamisk mekanism för neural kommunikation. I detta avseende är neurala oscillerande rytmer av särskilt intresse eftersom de tros bidra till kommunikationen mellan neuronala populationer som samtidigt är engagerade i kognitiva processer (Buzs' Aki & Draguhn, 2004; Wang, 2010). I synnerhet har oscillerande aktivitet i thetaområdet (4–8 Hz) undersökts omfattande i djurs och människors kognition (Buzs' aki, 2002; Jacobs, 2014; Meador et al., 1991; Lisman & Jensen, 2013; Maurer et al. al., 2015; Sauseng, Griesmayr, Freunberger, & Klimesch, 2010), eftersom det har antagits spela en integrerad roll i hippocampus funktion under rumslig navigering och associativ minnesbehandling (Buzs' aki, 2002; Skin, Kilianski, & McNaughton , 2019; Wallenstein, Hasselmo, & Eichenbaum, 1998). Framgången med minneskodning tycks bero på ökningen av theta-styrkan i hippocampala regioner (Burke et al., 2013; Khader, Jost, Ranganath, & R¨ Osler, 2010), även om minskad theta-styrka för senare framgångsrikt ihågkomna objekt också har observerats (Crespo-García et al., 2016; Fellner et al., 2016; Lega, Jacobs, & 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,*

en institution för kognitiv neurovetenskap, fakulteten för psykologi och neurovetenskap, Maastricht University, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Nederländerna b Maastricht Brain Imaging Center (MBIC), Maastricht University, PO Box 616, 6200 MD Maastricht, Nederländerna

Studiet av hippocampus oscillerande mekanismer i associativt minne, särskilt hos människor, kan vara utmanande, eftersom dess placering djupt i hjärnan utesluter direkt icke-invasiv mätning av neural aktivitet. Dessutom tillåter mätning av oscillationer inte alltid bedömningen av orsaksbidrag, vilket idealiskt innebär direkt experimentell manipulation av de intressanta neurala mekanismerna. Sådan manipulation kan uppnås med icke-invasiv hjärnstimulering (NIBS), genom att dra fördel av lokal (dvs kortikal) och nätverksfunktionell anslutning för att undersöka kortikala och subkortikala minneseffekter. Nya studier av transkraniell magnetisk stimulering (TMS) visade att kortikal stimulering kan förändra aktivitet och anslutning inom ett hippocampus-kortikalt nätverk, vilket i sin tur kan leda till förbättrad minnesprestanda (Hermiller, VanHaerents, Raij, & Voss, 2019; Tambini, Nee , & D'Esposito, 2018; Wang et al., 2014). Här kan experimentellt inducerade förändringar i kortikal aktivitet spridas till mer avlägsna områden genom standardfunktionell anslutning (Kim, Ekstrom, & Tandon, 2016). Speciellt är de laterala parietalbarkarna starkt och tillförlitligt funktionellt kopplade till hippocampus (Buckner, Andrews-Hanna, & Schacter, 2008; van de Ven, Wingen, Kuypers, Ramaekers, & Formisano, 2013; Vincent et al., 2006). Lättheten att stimulera parietal cortex, i kombination med det begränsade obehaget från transkraniell stimulering över dessa områden, gör detta område till ett viktigt mål för nätverksbaserad neuromodulering av associativt minne.

En annan NIBS-teknik, transkraniell växelströmsstimulering (tACS), tillåter modulering av neurala nätverk genom en förutbestämd exogen frekvens (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). Samtidiga tACS-fMRI-studier har visat att tACS modulerar den neurala aktiviteten och interregionala anslutningen för kortikala och subkortikala områden distalt till hårbottens lokalisering av stimulering (B¨ Eichinger et al., 2017; Cabral-Calderin et al., 2016; Vosskuhl et al., 2016; Abellaneda-Perez et al., 2020). Resultaten av en nyligen genomförd studie tyder på att tACS kan användas för att modulera aktivitet i hippocampus-kortikala nätverket. Abellaneda-P'erez et al. (2020) administrerade theta-tACS över den dorsolaterala prefrontala cortex medan deltagarna genomgick fMRI-skanning under vilotillstånd eller medan de utförde en N-rygg arbetsminne. Jämfört med likströmsstimulering (tDCS), resulterade tACS i ökad aktivitet i flera standardlägesnätverksområden, inklusive hippocampus och underliggande parietal cortex, under vilotillstånd såväl som N-rygguppgiften. Dessa fynd visar vidare att icke-invasiv hjärnstimulering av kortikala områden kan användas för att modulera hippocampus aktivitet genom nätverksanslutning.

Hittills har tACS använts för att specifikt studera de oscillerande mekanismerna i associativt minne i endast ett begränsat antal studier. I en studie (Lang, Gan, Alrazi, & Monchi, 2019) kodade deltagarna associationerna mellan godtyckliga ansiktsscenpar medan de genomgick högupplöst theta-tACS (eller anodal tDCS eller skenstimulering) över det fusiformiga området, varefter de genomfört ett associativt minnestest. Resultaten visade att theta tACS under kodning förbättrade associativ minnesprestanda, jämfört med tDCS eller sham. Men tACS förbättrade också korrekta avvisande av beteobjekt, vilket tyder på en mer allmän kognitiv förbättringseffekt. Tidigare studier rapporterade thetaoscillerande aktivitet i människors och djurs prefrontala och sensoriska cortex under arbetsminnesprocedurer (Lee et al., 2005; Raghavachari et al., 2006; Sauseng, Griesmayr, Freunberger, & Klimesch, 2010), såväl som under perceptuella bearbetning (Helfrich, Fiebelkorn, Szczepanski, Lin, Parvizi, Knight, & Kastner, 2018; Landau, Schreyer, Van Pelt, & Fries, 2015; Somer, Allen, Brooks, Buttrill, & Javadi, 2020), som stöder bidraget från olika kognitiva processer till associativ minnesprestanda. Faktum är att flera studier rapporterade förbättrad arbetsminnesprestanda efter att theta tACS administrerades över parietal (Jauˇsovec & Jauˇsovec, 2014) eller prefrontal cortex (Alekseichuk, Turi, de Lara, Antal, & Paulus, 2016; Abellaneda-Perez et al., 2014). ; Reinhart och Nguyen, 2019), medan tACS-inducerad frontoparietal interregional desynkronisering vid 6 Hz resulterade i minskad arbetsminnesprestanda (Alekseichuk, Pabel, Antal, & Paulus, 2017). En annan studie där theta tACS administrerades över den vänstra prefrontala cortex under associativ minneskodning förändrade dock inte minnesprestanda hos unga friska deltagare (Klink, Peter, Wyss & Kl¨ Oppel, 2020).

Sammanfattningsvis förblir fynden av icke-invasiv theta-stimulering på associativt minne ofullständiga. Flera faktorer måste behandlas för att öka vår förståelse. För det första kan effekten av theta-stimulering på associativt minne förstärkas när den appliceras på kortikala områden som är starkt kopplade till hippocampus-kortikala nätverken. Baserat på nyare TMS-studier kan parietalbarken vara en bra kandidat för tACS-administration. En direkt applicering av theta tACS över parietal cortex för att selektivt ändra associativ minnesbehandling har dock ännu inte rapporterats. För det andra kräver theta-stimuleringens specificitet på associativt minne att icke-associativa kognitiva funktioner inte modulerades. Detta är särskilt relevant med tanke på att parietal cortex spelar en roll i såväl associativt minne som perceptuell bearbetning (Cabeza et al., 2011; Culham & Kanwisher, 2001; Gottlieb, 2007). Parietal theta tACS skulle således kunna modulera associativ bearbetning indirekt genom att modulera sensorisk eller uppmärksamhetskodning, vilket i sin tur skulle kunna modulera associativ och icke-associativ minnesprestanda, såsom perceptuell igenkänning. Att stödja den funktionella specificiteten av thetaoscillerande aktivitet i associativt minne skulle kräva en theta tACS-effekt på associativt minne i frånvaro av en effekt på perceptuellt minne.

I den aktuella studien administrerade vi fokal tACS vid 6 Hz över den vänstra parietalbarken i en skenkontrollerad design inom ämnet medan deltagarna kodade en ansiktsscenparningsuppgift. Efter kodningsfasen och tACS genomförde deltagarna två minnestester som mätte kunskap om objektparning (dvs associativt minne) och objektidentitet (dvs perceptuellt minne). Vi antog att parietal theta tACS, jämfört med skenstimulering, skulle påverka associativ, men inte perceptuell minnesprestanda.

2. Metoder

2.1. Deltagarna

Vi rekryterade tjugo friska frivilliga (medelålder [SD] =21.68 år [2.84],12 kvinnor) från den akademiska miljön vid Maastricht University via ett onlinerekryteringssystem. Alla deltagare var förscreenade med hjälp av en icke-invasiv hjärnstimuleringsscreeningsformulär för behörighet, hälsorisker och negativa effekter. Potentiella deltagare som rapporterade några NIBS-kontraindikationer under sin screeningfas exkluderades. Alla deltagare gav sitt skriftliga informerade samtycke innan deltagandet. Studien godkändes av den etiska granskningskommittén för psykologi och neurovetenskap (ERCPN) vid fakulteten för psykologi och neurovetenskap (FPN) vid Maastricht University. Deltagarnas säkerhet och komfort övervakades under hela hjärnstimuleringen för att fånga upp eventuella negativa effekter på grund av stimulering. Deltagarna kompenserades med ett presentkort eller kurskredit.

2.2. Uppgiftsprocedur

Deltagarna genomförde en visuell associativ minnesuppgift, "Face and Scene Task"(FAST; Lang et al,2019), som programmerades i PsychoPy((Peirce et al.2019)). Uppgiften bestod av en kodning och en testfas. Under kodningsfasen av uppgiften presenterades deltagarna för bildpar som bestod av ett neutralt ansikte och en naturlig scen. Neutrala ansikten av alla etniciteter och åldrar samlades in från Chicago Face Database (CFD Version 2.0.3; Ma, Correll, & Wittenbrink, 2015). Ansiktena hade inte lätt urskiljbara egenskaper som piercingar eller tatueringar. Alla scenbilder togs från en onlinebilddatabas.

Vid varje försök såg deltagarna ett par bilder bestående av ett neutralt ansikte på skärmens vänstra sida och en scen på skärmens högra sida. De var tvungna att ange hur personen i den presenterade bilden skulle bedöma motsvarande gen. Deltagarna instruerades att ge sin bedömning via en betygsskala som visualiserades som ett skalat skjutreglage (intervall-3 till 3) under bildparet för att se till att deltagarna aktivt kodade (Fig.1). Bildparet visades tills en knapp trycktes, vilket möjliggjorde kodning i egen takt, men med en övre gräns på 8 s.

Varje ansiktsscenpar följdes av ett 100 ms interstimulusintervall under vilket ett fixeringskors presenterades. Kodningsfasen bestod av totalt 45 ansiktsscenpar, som var separerade i 5 block med 9 bildpar. Varje block separerades med ett 5 s intervall.

Figur 1. Kodnings- och hämtningsfas. Under kodningsfasen(A) såg deltagarna ansiktsscenpar och angav hur positivt eller negativt de tyckte att personen bedömde scenen. Under minnestestfasen (B) såg deltagarna ansikt-scenpar och var tvungna att ange om föremålen tidigare setts som ett par (~1: sett tillsammans), sett som föremål av olika par (~2:sedda men inte tillsammans "), eller har inte setts på något sätt tidigare ("3: aldrig sett"). Deltagarna fick 8 s för att koda och betygsätta varje ansiktsscenpar. Varje ansiktsscenpar följdes av 100 ms interstimulus. I hämtningsfasen , fick deltagarna obegränsad tid att svara. Varje ansiktshämtningspar följdes av 100 ms interstimulus

Varje deltagare utförde två versioner av denna uppgift, som var identiska i design men använde icke-överlappande uppsättningar av ansikts- och scenbilder. Varje kodningsuppgift presenterades under antingen 6 Hz eller sken-tACS-stimulering. För att göra deltagarna bekanta med uppgiften gavs en förkortad version av 15 nya par som träning innan de experimentella förhållandena, och standardiserade instruktioner presenterades i början av varje version.

Efter kodningsuppgiften slutförde deltagarna ett videospel som en distraktionsuppgift i 5 minuter för att minska den senaste effekten av korttidsminne och minimera möjliga stimuleringsefterverkningar. Uppgiften tros vara tillräckligt engagerande för att förhindra ansträngande repetition.

Efter distraktionsuppgiften slutförde deltagarna minnestestfasen, som omfattade en associativ och perceptuell igenkänningsuppgift. I den associativa igenkänningsuppgiften såg deltagarna 45 presentationer av antingen 1) de ursprungliga ansiktsscenparen som sågs under kodning, 2) par ansikten och scener som tidigare setts men tagits från olika kodningspar, eller 3) par av nya bilder som inte tidigare setts under kodning. Deltagarna ombads att ange om de hade "sett tillsammans", "sett men inte tillsammans" eller "aldrig sett" med knapparna '1', '2' respektive '3'. Deltagarna ombads göra tangentbordssvar med sin dominerande hand. Det fanns ingen tidsgräns.

Associativa hämtningsblock blandades med den perceptuella igenkänningsuppgiften, där en serie nya eller tidigare sedda bilder presenterades i 200 ms, varefter deltagarna tillfrågades om de kände igen bilderna (Ja/Nej-svar; Fig.2). Per block svarade deltagarna på 9 associativa hämtningsbildpar och svarade sedan på 9 perceptuella igenkänningsbilder. Block alternerade i ett ABAB-format.

Ordningen på tACS-villkoren uppvägdes mellan deltagarna. Deltagarna vilade sina huvuden i ett fast hakstöd innan testet började. Experimentet varade cirka 90 minuter per deltagare, vilket inkluderade den tid som krävs för att fästa elektroderna. Varje deltagare genomgick sken- och theta-stimuleringsförhållandena på samma dag, med cirka 30 minuter mellan de två stimuleringsperioderna.

2.3. tACS-parametrar

tACS applicerades med användning av en neuroConn DC-STIMULATOR TES-enhet, med användning av en koncentrisk elektroduppställning för fokal stimulering, som inkluderade en inre cirkulär elektrod (3 cm diameter) placerad inuti en yttre elektrod (11 cm diameter; Fig. 3A). Denna inställning har tidigare använts för fokal stimulering under kognitiva uppgifter (Bortoletto, Rodella, Salva-dor, Miranda, & Miniussi,2016; Gbadeyan, Steinhauser, McMahon, &Meinzer,2016; Schuhmann et al,2019) . Mitten av den koncentriska uppställningen placerades över hårbottens läge P3, som identifierats av 10–20 EEG elektrodpositioneringssystemet, eftersom denna plats har visat sig ha omfattande förbindelser med hippocampusnätverket (Freedberg et al., 2019; Hermiller et al. ., 2019; Wang et al., 2014). Vi använde SimNIBS-mjukvaran för att simulera spridningen av det elektriska fältet för den koncentriska installationen när den administrerades över P3. Simuleringsresultaten visade ett elektriskt fält med en brännpunkt med maximal fältstyrka (0,296 V/m vid 99,9:e percentilen) under den centrala elektroden, som minskade mot den yttre ringelektroden (Fig. 3B). För visuell jämförelse visar Fig. 3C T-kartan över hippocampus-kortikal anslutning från en studie med funktionell magnetisk resonanstomografi (rs-fMRI) i vilotillstånd med fyrtiotre deltagare (Tambini et al., 2018; erhållen från ), i som ett vänster parietalområde med hög hippocampusanslutning överlappar med vår stimuleringsplats.

För varje deltagare använde vi en EEG-kåpa (www.easycap.de; utan elektroder fästa) för att markera positionen för P3, med de centrala och laterala avstånden mellan anatomiska markörer som definieras av 10–20 EEG-elektrodpositioneringssystemet på varje deltagare. deltagarens huvud. Vi centrerade locket på huvudet enligt standardprocedurer och markerade det i hårbotten med en kosmetisk, hudvänlig penna. Varje deltagare undersöktes med avseende på skrubbsår, inflammation eller små sår i hårbotten innan elektrodfästet. Deltagare med hudavvikelser vid eller nära platsen för stimulering uteslöts från experimentet före elektrodplacering. Den ledande limpastan användes för att optimera konduktiviteten mellan elektroderna och hårbotten till under 10kΩ för varje deltagare. Vi verifierade att pastan för var och en av de två elektroderna inte ansluts. På grund av den självhäftande pastan krävdes inga pannband eller remmar för att hålla elektroderna på plats under hela experimentet.

I theta-tillstånd. stimuleringsfrekvensen sattes till 6 Hz under 5400 cykler (15 min × 60 s × 6 Hz) vid en intensitet av 2 mA (topp-till-topp). Deltagarna bekantades med känslan av tACS i en kort stimuleringssession för att avgöra om stimuleringen var tolerabel. En deltagare indikerade obehag och stimuleringsintensiteten reducerades för denna deltagare till 1,8 mA. Under experimentet applicerades stimulering i 15 minuter, med start 5 minuter före kodningsuppgiften. Deltagarna fick en utfyllnadsuppgift (visuell diskrimineringsuppgift) under de första 5 minuterna av stimulering för att sysselsätta deltagarna och säkerställa att de var i ett liknande mentalt tillstånd innan de påbörjade den associativa kodningsuppgiften. Upprampnings- och nedrampningstiden sattes till 30 s i theta-tillståndet. I skentillståndet varade stimuleringen i 300 cykler (50 s) innan den rampade ner för att skapa ett initialt oskiljbart tillstånd för att maskera tillstånden.

På grund av skillnaden i kontinuerliga somatosensoriska förnimmelser mellan de två tACS-förhållandena. deltagarna kunde teoretiskt urskilja theta-stimuleringen från skenstimuleringen. För att verifiera om så var fallet ombads deltagarna att verbalt identifiera skillnaderna i stimuleringsförhållanden posthoc i slutet av experimentet. Ingen av deltagarna informerade oss om att de med säkerhet kunde skilja theta-stimuleringen från bluffen.

3. Dataanalys

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) exkluderades från analysen, vilket utgjorde en förlust på 4,03 procent i genomsnitt av alla försök.

Vi analyserade minnesprestanda genom att beräkna minneskänslighet (d, Stanislaw & Todorov, 1999; Macmillan & Creelman,2005) med hjälp av träfffrekvenser och falsklarmfrekvenser. För det associativa minnestestet beräknades träfffrekvensen som andelen fac-scenpar som visades under kodningsuppgiften, vilka korrekt identifierades som "sedda som ett par". Falsklarmfrekvensen identifierades som andelen ansiktsscenpar som felaktigt bedömdes ha setts som ett par under kodningsuppgiften. För det perceptuella minnestestet beräknades träfffrekvensen som andelen tidigare visade enskilda objekt som bedömdes korrekt som tidigare, och falsklarmfrekvenser som andelen nya objekt som felaktigt bedömdes som tidigare. Statistiska jämförelser mellan tACS-förhållanden utfördes med hjälp av t-tester med parade sampel, och upprepade mätningar ANOVA användes för att testa om effekterna inom individen korrelerade med kovariaterna ålder, kön och ordning av tACS-tillstånd. Dessutom utförde vi parade prov t-tester och upprepade mätningar av ANOVA-analyser på kodningssvarstider (tid från start av stimuluspar till knapptryckning) för att avgöra om kodningens egen takt skapade en signifikant skillnad i prestanda mellan förhållanden och deltagare. Effekterna ansågs signifikanta vid ett p-värde på 0,05.

Eftersom våra hypoteser inkluderade nolleffekter (de Graaf & Sack, 2011), beräknade vi Bayes Factor för att kvantifiera styrkan av bevisen till förmån för ingen effekt på grund av tACS, det vill säga BF1o<1(wagenmakers,2007). bayes="" factor="" calculation="" was="" performed="" using="">

4. Resultat

4.1. Svarstid under kodning

Under kodningsuppgiften svarade deltagarna 2753,1 ms i genomsnitt (SE= 213,8 ms) efter ansättning av bildparen under theta-tACS. Under sham-tACS var svarstiden för kodning 2971,5(227,4)ms. Svarstider för kodning skilde sig inte signifikant mellan de två tACS-villkoren(t(17)=-1.54,p= 0.14). Vi testade också om svarstidsvariationen mellan kodningsförsök för varje deltagare skilde sig mellan tACS-villkor (medelvärde [SE] theta-tACS=978.8 [68.5],sham-tAGS=1060.4[96.2]), och fann ingen signifikant skillnad (t(17){{26} }.33,s=0.20).

4.2 Theta-baserade tACS-effekter på associativa minnessvar

Associative d'memory prestanda under theta-tACS (medelvärde [SE]=1.32 [0.13]) var signifikant lägre än associative d'under sham-tACs(1.61 [0 .16]; t(17)=-2.517,p= 0.022,Cohen's d=-0.59;se 互g. 4A）.En ANOVA med upprepade mätningar med tACS （ Theta, Sham） som inom-subjektsfaktor visade att denna effekt inte interagerade med mellan-subjektsfaktorer Ålder (p=0.23) eller Sex(p=0.36). Vi testade även för bär- övereffekter av theta-stimulering på kodningen under den efterföljande skenstimuleringssessionen genom att använda tACS Order (theta följt av sham vs. sham följt av theta) som mellan-subjektsfaktorer, som inte signifikant interagerade med tACS-effekten inom-subjektet ett associativt minne (s= 0.64).

För att ytterligare undersöka effekten av tACS på d', genomförde vi post-hoc-jämförelser för träfffrekvens och falsklarmfrekvens mellan de två tACS-tillstånden. Träfffrekvensen var signifikant högre i skentillståndet (67,0 procent [0.05]) jämfört med theta-villkoret (53,7 procent [0).{ {23}}5]) för associativt minne (t(17)=-3.286,p=0.004, Cohen's d =-0.78). Falska larmfrekvenser för associativ minnesprestanda visade ingen signifikant skillnad mellan skentillståndet (16,2 procent [0,02]) eller theta-tillståndet (12,1 procent [0,02]:t(17)=-1.428,p{{28} }.171). Dessa fynd bekräftade att theta-tACS försämrade associativ minnesprestanda.

4.3. Theta-baserad tACS-effekt på perceptuell objektigenkänning

Därefter analyserade vi poäng för det perceptuella igenkänningstestet, som utfördes på samma visuella material som för det associativa minnestestet. Vi hittade ingen signifikant skillnad i perceptuell objektigenkänning mellan theta (1,56 [0.16]) och skenförhållanden (1.48 [0.10];t(17)=0.462 ,p=0.65;se Fig.4B). Eftersom vi ansåg att ingen ACS-effekt skulle ha på perceptuell igenkänning, beräknade vi Bayes Factor(BF) för denna jämförelse. Vi fann att BF1o= 0.44, vilket ger anekdotiska bevis för att det inte har någon effekt.

4.4. Jämförelse mellan associativa och perceptuella minnesprestationer

För att analysera om tACS påverkade associativt och perceptuellt igenkänningsminne på olika sätt, genomförde vi fyra ytterligare analyser. Först korrelerade vi associativt minne och perceptuell igenkänningsprestanda för skentillståndet för att avgöra om baslinjeprestanda i de två uppgifterna var relaterad. Denna korrelation var inte signifikant (r=0.28,p=0.26) . Beräkning av Bayes-faktorn visade att bevisen var till förmån för att utförandet av de två uppgifterna inte var relaterade (BFy =0.52), Detta resultat passar vår hypotes att associativa och perceptuella minnesuppgifter är beroende av olika underliggande neurala mekanismer. För det andra jämförde vi d' av skentillståndet för de två minnesuppgifterna, med hjälp av ett t-test med parade sampel. och fann att de inte var signifikant olika (t(17)= 0.78,p=0.78 BFyo=0.25). vilket tyder på att uppgifterna var lika svåra. För det tredje korrelerade vi prestandaskillnaden på grund av tACS(dvs d(Theta-d(Sham)mellan associativt och perceptuellt igenkänningsminne och fann ingen signifikant korrelation (r= 0.12,p= 0.63 ;BF10=0.33). För det fjärde testade vi om den tACS-inducerade försämringen av associativ minnesprestanda var större än (noll)effekten av tAGS på igenkänningsminnesprestanda. För att modellera denna interaktion mellan tACS och uppgift, beräknade vi en upprepade måttmodeller med tACS och Task som inom-ämnesfaktorer (och Ålder, Kön och Ordning som mellan-subjektsfaktorer) och fann en signifikant tACS× Task-interaktionseffekt (F(1,13)=7.68,p=0.015,= 0.37). Sammantaget indikerar dessa resultat att tACS påverkade det associativa minnet annorlunda än igenkänningsminnets prestanda.

4.5. Jämförelse av kodningssvarstider som en förklaring av tACS-effekter

Det kan vara möjligt att individuella skillnader i kodningssvarstider påverkade tACS-effekten på minnet, trots en brist på signifikant tACS-effekt på kodningssvarstider. Till exempel kunde deltagare med snabbare kodningstider ha bearbetat stimuli mindre bra, vilket kunde ha gjort dem mer sårbara för effekten av tACS. För att undersöka detta problem, beräknade vi om ANOVA:erna för upprepade mätningar för associativt och igenkänningsminne och den associativa x-igenkänningsinteraktionen. men nu genom att använda kodningssvarstiderna som medelvärdet mellan de två tACS-villkoren var som kovariat, fann vi ingen signifikant effekt av kodningssvaret tid för associativt minne (p=0.31), igenkänningsminne (p=0.25) eller den associativa × igenkänningsinteraktionen (p=0.97). För att underbygga dessa nolleffekter beräknade vi Bayes-faktorn för interaktionen av kodningssvarstider med den upprepade mätningens effekt av tACS på associativt minne, igenkänningsminne och den associativa × igenkänningsinteraktionen, och fann att de var vid eller under/i alla fall (för varje respektive modell var BF1{{10}} 0.35,0.37 och 0.13). Dessa fynd motbevisar således förslaget att kodningstider påverkade effekten av tACS på minnesprestanda.

5. Diskussion

Våra resultat visar att theta tACS över parietal cortex under minneskodning försämrar associativ minnesprestanda men inte perceptuellt igenkänningsminne av samma uppgiftsmaterial. Dessa fynd är i linje med upprepade observationer att thetaoscillerande aktivitet specifikt bidrar till associativ minneskodning (a]sein et al., 1998; Buzsaki, 2002; Lega et al, 2012; Burke et al, 2013; Herweg et al., 2020; Sauseng et al, 2010). Upptäckten att associativ minnesprestanda inte korrelerade med perceptuell minnesprestanda bekräftar ytterligare uppfattningen att de neurala korrelaten för de två minnesprocesserna är dissocierbara. Detta är av ytterligare betydelse med tanke på att platsen för parietal stimulering (P3) har visat sig spela en roll i både associativt minne och perceptuell bearbetning (Cabeza et al, 201l; Culham & Kanwisher, 2001; Gotlieb, 2007). Det vill säga, de neurala korrelaten för de två uppgifterna visar rumslig överlappning i parietal cortex. Ändå antyder den dissocierbara effekten av theta tACS på de två minnesuppgifterna att thetaoscillerande aktivitet funktionellt kan dissociera de två minnesprocesserna i parietal cortex. Dessutom kan denna dissociation inte förklaras av en skillnad i uppgiftssvårighet, eftersom prestanda under skenförhållandena för båda uppgifterna var likartade.

Vår upptäckt av associativ minnesnedsättning efter theta tACS kontrasterar flera tidigare fynd av theta tACS-inducerad förbättrad minnesprestanda. Jämförelse mellan studier hämmas dock av heterogeniteten i uppgiftsdesign och lokalisering av hjärnstimulering. Till exempel har tACS-inducerad minnesförbättring rapporterats i arbetsminnesstudier (Abellaned-Prezet al, 2020 Alekseichuk et al. 2016; Khader et al. 2010), men dessa uppgifter förlitade sig inte på associativ bearbetning. Vidare kan området för stimulering vara av särskild betydelse på grund av de olika effekterna av thetakraft på olika neuroanatomiska platser (Long. Burle, & Kahana 2014). Till exempel kunde den förbättrade prestandan i ansiktsscenassocieringsuppgiften efter att tACS administrerades till det fusiforma området (Lang et al, 2019) ha varit resultatet av modulering av kodningen av ansiktsdrag snarare än ökad associativ minneskodning. Även om thetaoscillerande aktivitet har observerats i dessa områden hos människor och djur (Lee et al, 2005; Raghavachari et al, 2006; Sauseng et al, 2010), kan de spela en annan roll i minnesprocesser. I en nyare studie fann Klinlk et al.(2020) ingen förändring i associativ minnesprestanda hos unga deltagare efter tACS över den ventrolaterala prefrontala cortexen, vilket ytterligare exemplifierar inkonsekvensen i resultaten.

Istället föreslår vi att våra resultat är i linje med tidigare studier som visar att parietal kortikal stimulering modulerar neural aktivitet i ett hippocampus-kortikalt nätverk som stöder associativ minnesbehandling (Freedberg et al., 2019; Hermiller et al., 2019; Tambini et al. al 2018; Wanget al, 2014). Mer specifikt är våra fynd i linje med moduleringen av associativt minne, men inte igenkänningsminne, efter administrering av TMS över parietalbarken (Tambini et al., 2018). Vi utökar dessa rapporter genom att visa att theta tACS också kan modulera som associativ bearbetning inom utan tvekan samma hippocampus-kortikala nätverk. Det är möjligt att våra upptäckter av minskat, snarare än förbättrat, associativt minne verkligen kan vara relaterat till thetaoscillerande mönster av hjärnstimulering .

En viktig faktor är att vi stimulerade med en fast frekvens för alla deltagare, snarare än vid den individuella thetafrekvensen. Stimulering vid den individuella toppfrekvensen skulle leda till förbättrad neurala indragning, vilket skulle kunna förbättra minnesprestanda (Hanslmayr, Axmacher, & Inman, 2019; Thut et al, 2011). Denna uppfattning stöds av en handfull tidigare tACS-studier som stimulerade vid den individuella theta-frekvensen, identifierade med hjälp av theta-gamma-fasamplitudkoppling under uppgiftsexekvering och fann förbättrad arbetsminnesprestanda efter stimulering (Reinhart & Nguyen, 2019; Vosskuhl, Huster, & Hermann., 2015). Andra tACS-studier som visar förbättring av arbetsminnet använde dock en fast stimuleringsfrekvens (Jausovec & Jausovec, 2014; Lang et al., 2019), vilket tyder på att stimulering vid individuell theta-frekvens inte är nödvändig för att modulera minnesprestanda. Mer generellt visade flera studier att stimulering vid den individuella alfafrekvensen inte konsekvent förbättrade neurala indragningar (Vossen et al, 2015; Stecher & Herrmann, 2018), vilket tyder på att sambandet mellan hjärnstimulering, neurala indragning och kognitiv prestation kanske inte är enkel. Slutligen finns det bevis för att associativ kodning hos människor stöds av två frekvensband vid ytterligheterna av theta-området (3-8 Hz), snarare än att variera runt mitten av theta-området (Lega et al, 2012 (Wolinski) et al., 2018)). I det här fallet skulle elektrisk oscillerande stimulering i mitten av thetaområdet leda till theta-desynkronisering eller förskjutningar i fasen av de endogena frekvenserna, vilket skulle kunna störa minnesbehandlingen (Alekseichuk et al.201Z ; Polania, Nitsche. Korman Batsikadze, & Paulus, 2012). Vi hävdar att våra fynd verkar bäst i linje med en redogörelse för tACS-inducerad fas-desynkronisering som försämrar det associativa minnet men inte påverkar perceptuell igenkänningsprestanda

Utformningen av vår studie innebär några begränsningar för våra slutsatser. Vi inkluderade inte funktionell hjärnavbildning samtidigt med tACS-administration, vilket hindrar oss från att verifiera effekten av parietal tACS på hippocampus-kortikala nätverket. Dessutom mätte vi inte EEG samtidigt med tACS-administration, vilket innebär att vi inte empiriskt kunde testa vår postulering av theta-desynkronisering i associativt minne. Slutligen använde vi inte en kontrollfrekvens eller plats för att verifiera specificiteten för theta-stimulering av parietalbarken. Vi planerar att ta itu med dessa öppna frågor i framtida studier.

Sammanfattningsvis visar vår studie att theta tACS påverkade kodningen av associativt minne samtidigt som det besparade perceptuell igenkänning. i linje med hypotesen att theta-oscillationer spelar en avgörande roll i associativ minnesbildning i parietal-hippocampus interaktioner. Dessa resultat överensstämmer med nuvarande neurobiologiska modeller av associativt minne och uppmuntrar ytterligare studier med icke-invasiv elektrisk hjärnstimulering för att modulera den oscillerande aktiviteten hos associativa minneshjärnnätverk för aktuell minnesforskning.