Perubahan Konektivitas Otak Selama Tidur Dengan Neurostimulasi Transkranial Loop Tertutup Memprediksi Sensitivitas Metamemori Bagian 3

HASIL

Efek Perilaku

Seperti dilansir Pilly dkk. (2020), stimulasi STAMP tidak menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam akurasi perolehan memori secara keseluruhan. Namun, stimulasi STAMP menyebabkan peningkatan sensitivitas metamemori pada Hari ke-3 percobaan (setelah Malam ke-2).

Sensitivitas metamemori mengacu pada kesadaran dan pemahaman seseorang terhadap kemampuan memori yang dimilikinya, sedangkan kemampuan memori mengacu pada kemampuan memori seseorang yang ditunjukkan dalam praktik tertentu. Ada hubungan erat antara keduanya.

Pertama, sensitivitas metamemori secara langsung mempengaruhi kinerja memori. Jika seseorang percaya bahwa dia yakin dengan jenis memori tertentu, dia akan cenderung bekerja lebih keras dalam mengingatnya dan melakukan lebih baik pada jenis tugas memori tersebut. Sebaliknya, jika seseorang kurang percaya diri terhadap kemampuan ingatannya, hal ini dapat menyebabkan kinerjanya kurang baik dalam tugas-tugas ingatan, sehingga menurunkan kemampuan ingatannya.

Kedua, sensitivitas metamemori positif membantu meningkatkan daya ingat. Jika seseorang yakin bahwa masih ada ruang untuk peningkatan kemampuan ingatannya, maka ia akan lebih giat melatih kemampuan ingatannya, sehingga meningkatkan keakuratan dan ketekunan ingatannya. Mereka yang percaya bahwa kemampuan ingatannya telah mencapai puncaknya seringkali tidak mampu menerima tantangan ingatan baru sehingga kehilangan kesempatan untuk meningkatkan kemampuan ingatannya.

Oleh karena itu, kita perlu secara aktif mengembangkan kepekaan meta-memori kita, mendobrak batasan dan pengaturan kemampuan memori kita, dan percaya bahwa kita dapat terus meningkatkan tugas memori. Pada saat yang sama, kita juga perlu mengandalkan akumulasi pelatihan dan latihan untuk meningkatkan kemampuan memori kita sehingga dapat digunakan secara lebih efektif dalam latihan tertentu. Hanya dengan cara ini kita dapat memaksimalkan potensi memori kita dan mencapai hasil yang lebih baik. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat, dan Cistanche deserticola dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan, karena Cistanche deserticola juga dapat mengatur keseimbangan neurotransmiter, seperti meningkatkan kadar asetilkolin dan faktor pertumbuhan. Zat-zat ini sangat penting untuk daya ingat dan pembelajaran. Selain itu, Cistanche deserticola juga dapat meningkatkan aliran darah dan meningkatkan pengiriman oksigen, yang dapat memastikan otak menerima nutrisi dan energi yang cukup, sehingga meningkatkan vitalitas dan daya tahan otak.

Klik suplemen tahu untuk meningkatkan daya ingat

Secara khusus, uji-t dependen yang membandingkan sensitivitas metamemori antar kondisi mengungkapkan bahwa sensitivitas dalam kondisi Tag & Isyarat secara signifikan lebih besar daripada kondisi Tag & Tanpa Isyarat [t(23)=3.51, disesuaikan p < 0 .01, koreksi Holm – Bonferroni untuk dua perbandingan; sampel berpasangan Cohen'sd=0.72] dan kondisi Sham [t(23)=2.089, penyesuaian p=0.048, koreksi Holm–Bonferroni untuk dua perbandingan; sampel berpasangan Cohen d=0.43].

Peningkatan signifikan dalam sensitivitas metamemori hanya ditemukan pada Hari ke-3 percobaan. Dengan demikian, penerapan STAMP selama SWO dalam dua malam setelah penayangan satu gambar menyebabkan peningkatan spesifik metamemori untuk episode yang diberi tag dan diberi isyarat.

Perubahan Koherensi Global

Sebagai langkah pertama, kami memeriksa perubahan keseluruhan dalam koherensi rata-rata di seluruh kulit kepala akibat stimulasi STAMP untuk menentukan apakah stimulasi menyebabkan perubahan konektivitas yang terukur.

Selain itu, kami berupaya mereplikasi penelitian sebelumnya dan menilai apakah stimulasi akan menghasilkan perubahan koherensi serupa seperti pembelajaran saat tidur (Mölle et al., 2004). Penelitian sebelumnya (Mölle et al., 2004) melaporkan modulasi koherensi pita delta, spindel, dan gamma selama tidur setelah pembelajaran; sebaliknya, penelitian lain (Polanía et al., 2011) menunjukkan peningkatan konektivitas di semua pita frekuensi setelah stimulasi tDCS.

Oleh karena itu, kami berhipotesis bahwa stimulasi STAMP akan meningkatkan koherensi rata-rata dibandingkan dengan kondisi Sham pada pita delta, spindel, dan gamma, namun menguji perbedaan pada pita lain juga dengan pengujian statistik konservatif.

Nilai rata-rata iCoh di semua pita frekuensi dihitung untuk data koreksi dasar Aktif dan Sham untuk menyelidiki perubahan konektivitas global, dan dengan demikian uji t satu sisi dilakukan pada nilai koherensi rata-rata di setiap pita frekuensi dan dikoreksi karena menggunakan tingkat penemuan palsu p< 0.05 (Benjamini & Hochberg, 1995). 

Peta koherensi yang menunjukkan konektivitas yang lebih besar dalam kondisi Aktif di seluruh kulit kepala divisualisasikan dengan menetapkan ambang visualisasi ke maksimum kondisi Sham untuk setiap pita frekuensi, yang pada dasarnya mengurangi kondisi Sham. Perubahan koherensi rata-rata yang diinduksi oleh stimulasi pada pita frekuensi yang berbeda diplot pada Gambar 3.

Plot topografi menampilkan koherensi antara pasangan elektroda dalam kondisi Aktif, yang dibatasi oleh koherensi dalam kondisi Sham, sedangkan plot kotak yang ditampilkan pada ambang batas nilai koherensi rata-rata di seluruh kulit kepala. Analisis keseluruhan perubahan koherensi di seluruh kulit kepala mengungkapkan bahwa STAMP menghasilkan peningkatan signifikan dalam koherensi rata-rata di berbagai pita frekuensi.

Koherensi EEG meningkat secara signifikan setelah STAMP pada pita theta, alfa, dan spindel (p <0,05) dibandingkan dengan kondisi Sham. Rata-rata koherensi pada pita delta, beta, dan gamma tidak berbeda secara signifikan antara kondisi stimulasi . Jadi, stimulasi STAMP menyebabkan perubahan konektivitas otak pada pita frekuensi tertentu.

Klasifikasi dan Prediksi Perilaku

Hasil dari analisis klasifikasi diplot pada Gambar 4 dan diuraikan pada Tabel 1. Nilai kepentingan rata-rata di seluruh lipatan untuk fitur-fitur yang dipilih Boruta diplot di sebelah kiri, dengan fitur-fitur yang secara konsisten dianggap penting disorot dalam warna hijau (jauh di atas rata-rata shadowmax). Di seluruh lipatan, radius pita gelendong (12-15 Hz) secara konsisten dipilih sebagai fitur yang paling penting.

Fitur penting lainnya termasuk: panjang jalur (12–15 Hz) dan koherensi rata-rata serta kepadatan (3–8 Hz). Kurva ROC kinerja pengklasifikasi diplot di sebelah kanan. Sebagaimana diuraikan dalam Mason dan Graham (2002), uji Mann–Whitney U dilakukan pada setiap pengklasifikasi untuk menentukan apakah kinerja pengklasifikasi signifikan secara statistik di atas peluang (AUC=0.5). Semua tes melaporkan nilai p yang signifikan (p <0,001).

Kami juga menghitung interval kepercayaan 95% menggunakan pendekatan pengambilan sampel bootstrap astratified dengan 10,{2}} replikasi bootstrap, yang selanjutnya menunjukkan kinerja klasifikasi di atas peluang (Carpenter & Bithell, 2000).

Dengan demikian, akurasi klasifikasi berada di atas peluang, dan mengambil variabel teratas dari analisis klasifikasi dan regresi (panjang jalur dalam 16–30 Hz dan radius dalam 12–15 Hz) menghasilkan kinerja klasifikasi terbaik.

Sebagai analisis tindak lanjut, empat fitur yang dipilih oleh algoritma Boruta untuk klasifikasi diserahkan ke uji-t, menguji perbedaan konektivitas antara kondisi Aktif dan Sham. Nilai p yang dihasilkan dikoreksi dengan tingkat penemuan palsu yang ditetapkan pada {{ 2}}.05.

Nilai p yang dikoreksi untuk panjang dan radius jalur 12–15 Hz, dan koherensi rata-rata 3–8 Hz adalah signifikan ( p=0.029); Kepadatan 3–8 Hz juga signifikan pada tingkat signifikansi alfa ( p=0.05). Dengan demikian, fitur konektivitas yang berubah secara signifikan setelah stimulasi Aktif dibandingkan dengan stimulasi Sham ditemukan oleh jalur pemilihan fitur. Fitur panjang jalur dan radius dari sebelum hingga pascastimulasi menurun secara signifikan pada kondisi Aktif dibandingkan dengan Sham, sedangkan fitur koherensi dan kepadatan rata-rata meningkat secara signifikan dibandingkan dengan Sham.

Boxplot yang menunjukkan fitur-fitur tersebut untuk kedua kondisi disajikan pada Informasi Pendukung Gambar S3. Hasil analisis prediksi perilaku diplot pada Gambar 5 dan diuraikan pada Tabel 2.

Di sini, perubahan ukuran saraf setelah stimulasi digunakan sebagai fitur untuk memprediksi perubahan sensitivitas metamemori tes ingatan (AUC) untuk kondisi Tag & Isyarat dan Sham dari Hari ke-2 hingga Hari ke-3 untuk mengidentifikasi hubungan otak-perilaku.

Nilai penting dari Boruta untuk fitur teori grafik diplot di sebelah kiri, panjang jalur dalam pita beta (16-30 Hz) dianggap sangat penting untuk memprediksi perubahan sensitivitas metamemori, dan satu-satunya fitur yang dipilih. Hubungan antara perubahan yang disebabkan oleh stimulasi pada panjang jalur 16–30 Hz dan perubahan performa AUC dalam semalam untuk data Aktif (Tag & Isyarat) dan kondisi Sham diplot di sebelah kanan.

Korelasi antara perubahan panjang jalur pita beta dan perubahan AUC signifikan untuk kondisi Aktif (r=−0.66, p=0.003), menunjukkan bahwa individu dengan penurunan panjang jalur yang mengikuti STAMP cenderung menunjukkan perubahan positif dalam kinerja memori. Hubungan ini tidak signifikan untuk kondisi Sham (r=−0.22, p=0.39).

Berdasarkan hasil analisis ini, regresi linier lanjutan dijalankan untuk memprediksi perubahan sensitivitas metakognitif dalam semalam menggunakan panjang jalur pada pita 16-30 Hz untuk data Aktif dan data Sham.

Untuk data Aktif, panjang jalur 16–30 Hz memprediksi perubahan AUC secara signifikan (t=−3.56, p=0.003, adj. R{{7} }.41). Untuk data Sham, panjang jalur 16–30 Hz bukanlah prediktor yang signifikan (t=−0.88, p=0.39, adj. R2=−0.01). Analisis tambahan untuk membandingkan kondisi Aktif dan Sham juga dilakukan dan diuraikan lebih lanjut dalam Informasi Pendukung.

DISKUSI

Dalam percobaan ini, peserta terlibat dalam tugas memori episodik sambil menerima pola stimulasi listrik transkranial spatiotemporal yang unik, dan sebagian dari pola tersebut diterapkan kembali selama keadaan SWO di malam berikutnya untuk memberi isyarat pengaktifan kembali memori terkait tertentu (lihat Pilly et al., 2020).

Di sini, kami melaporkan perubahan dalam konektivitas otak fungsional yang disebabkan oleh pola tES selama tidur yang merupakan prediksi perubahan sensitivitas metamemori dari sebelum ke pasca tidur.

Dengan menggunakan teknik pembelajaran mesin untuk mengidentifikasi fitur-fitur penting untuk mengklasifikasikan antara stimulasi Aktif dan Sham, kami menemukan bahwa fitur konektivitas pada pita theta dan spindel berbeda secara signifikan antara kedua kondisi tersebut.

Selain itu, kami menemukan bahwa perubahan panjang jalur pada pita beta memperkirakan perubahan sensitivitas memori, di mana peningkatan kinerja sepanjang malam dikaitkan dengan penurunan panjang jalur beta setelah stimulasi.

Secara keseluruhan, hasil ini berkontribusi pada semakin banyaknya penelitian yang menyelidiki proses saraf yang mendasari reaktivasi dan konsolidasi memori selama tidur dan menunjukkan bahwa modulasi panjang jalur pada frekuensi tertentu selama proses konsolidasi dapat menghasilkan kepercayaan diri yang lebih tinggi dan pengambilan keputusan yang lebih baik untuk memori yang baru dikonsolidasi.

Semburan singkat tES, atau STAMPs, yang digunakan dalam percobaan ini meningkatkan koherensi kulit kepala secara keseluruhan pada pita frekuensi yang lebih rendah, yaitu pada pita theta, alfa, dan spindel, atau pada dasarnya dari 3–15 Hz. Menariknya, perubahan konektivitas pita spindel selama tidur juga ditemukan setelah pembelajaran; namun, perubahan konektivitas tidak ditemukan pada pita delta atau gamma setelah stimulasi STAMP, yang agak bertentangan dengan penelitian eksperimental sebelumnya (Mölle et al., 2004).

Namun, protokol stimulasi yang digunakan di sini sangat berbeda dari penelitian sebelumnya - yaitu, kami menggunakan semburan pendek arus listrik yang terdistribusi secara spatiotemporal yang terutama dirancang untuk memberi isyarat pada ingatan tertentu karena keunikannya dan hubungannya dengan periode pengkodean, bukan memodulasi atau memasukkan osilasi spesifik. Yang penting, aktivitas pada pita frekuensi yang dilaporkan, khususnya pita theta dan spindel, terkait dengan proses konsolidasi memori (Staresina et al., 2015).

Dengan demikian, STAMP mungkin telah memodulasi proses reaktivasi atau konsolidasi memori yang sedang berlangsung selama tidur, yang menyebabkan perubahan konektivitas pada pita frekuensi yang diamati. Penelitian terbaru juga mempertanyakan efektivitas tES dalam memengaruhi perilaku secara signifikan (Horvath et al., 2015). seperti kemampuannya untuk memodulasi pola pengaktifan saraf atau aktivitas osilasi (Lafon et al., 2017; Vöröslakos et al., 2018).

Namun, penelitian lain menunjukkan perubahan saraf yang terukur pada manusia dan primata setelah tES, bahkan pada tingkat intensitas yang lebih rendah (Huang et al., 2017; Krause et al., 2017; Opitz et al., 2016). Kekhawatiran khusus adalah kemampuan tES, khususnya stimulasi arus bolak-balik, untuk memicu osilasi saraf ke frekuensi tertentu.

Di sini, kami tidak mengklaim bahwa perubahan elektrofisiologis yang dilaporkan disebabkan oleh masuknya osilasi ke dalam rangsangan singkat, atau bahwa kami menginduksi perubahan ini secara tiba-tiba, namun STAMP bertindak untuk meningkatkan proses konsolidasi memori yang sedang berlangsung, yang terjadi melalui modulasi jaringan yang halus. konektivitas tingkat -. Kami berpendapat bahwa pola konektivitas yang diamati selama tidur adalah fenomena alami yang terjadi dan mengarah pada konsolidasi memori, dan stimulasi STAMP bertindak berdasarkan proses yang sudah ada sebelumnya untuk meningkatkan sensitivitas metamemori.

Modulasi metrik teori grafik yang dilaporkan pada pita theta dan spindel setelah STAMP sejalan dengan penelitian sebelumnya yang mengimplikasikan osilasi ini dalam proses reaktivasi dan konsolidasi memori. Reaktivasi memori yang ditargetkan selama tidur dengan isyarat pendengaran menimbulkan peningkatan kekuatan theta dan spindel (Ong et al., 2016; Schreiner et al.,2015; Schreiner & Rasch, 2014).

Sejumlah penelitian juga menunjukkan pentingnya aktivitas theta-band untuk pengkodean dan pengambilan memori saat bangun (Backus et al., 2016; Lega et al., 2012; Nyhus & Curran, 2010); khususnya, osilasi theta di hipokampus sangat penting untuk pengkodean memori episodik (Hasselmo et al., 2002; Lin et al., 2017). Demikian pula, spindel thalamocortical berhubungan dengan memori episodik (Van Der Helm et al., 2011) dan memainkan peran penting dalam proses konsolidasi memori, berpotensi memfasilitasi transfer informasi yang baru dikodekan di lobus temporal medial ke representasi stabil di korteks serebral (Sirota dkk., 2003; Staresina dkk., 2015).

Selama tidur, aktivitas Theta mungkin menunjukkan proses reaktivasi memori, sedangkan aktivitas spindel mungkin mencerminkan konsolidasi aktif dari memori yang diaktifkan kembali. Di sini, STAMP mungkin menandakan pengaktifan kembali memori terkait, yang mengarah pada peningkatan konsolidasi informasi ini. Konsolidasi ini menghasilkan peningkatan kepercayaan terhadap memori di hilir.

Ukuran teoritis grafik theta-band yang dimodulasi secara signifikan oleh STAMP adalah koherensi dan kepadatan rata-rata. Koherensi rata-rata mengacu pada koherensi rata-rata di semua simpul, sedangkan kepadatan dihitung sebagai jumlah koneksi dalam grafik, dinormalisasi dengan jumlah total koneksi yang mungkin (Sporns, 2003).

Perubahan dalam langkah-langkah ini menunjukkan bahwa STAMP meningkatkan koherensi keseluruhan dalam pita theta antar saluran, yang menyebabkan lebih banyak jumlah tepi di atas ambang batas dan dengan demikian kepadatan sambungan rata-rata lebih tinggi. Koherensi dan kepadatan yang lebih besar ini mungkin mencerminkan peningkatan pertukaran informasi di pita di seluruh area saraf setelah STAMP. Hal ini sejalan dengan temuan sebelumnya yang mengimplikasikan peningkatan koherensi theta antara hipokampus dan korteks rhinal (Fell et al., 2003), serta korteks frontal (Anderson et al., 2009; Benchenane et al., 2010), sebagai hal yang penting untuk pembelajaran dan memori, dan berpotensi penting untuk reaktivasi memori (Carr et al., 2011).

Ukuran teoritis grafik pita spindel yang berbeda secara signifikan setelah stimulasi STAMP adalah panjang jalur dan radius. Ukuran-ukuran ini terkait-radius mengacu pada eksentrisitas minimum grafik dan panjang jalur mengacu pada eksentrisitas rata-rata grafik, di mana eksentrisitas suatu simpul didefinisikan sebagai jarak maksimum ke simpul lainnya (Sporns, 2003).

Panjang jalur sering kali dianggap sebagai ukuran integrasi jaringan atau efisiensi transfer informasi, dengan panjang jalur yang lebih kecil mencerminkan efisiensi yang lebih besar (Bullmore & Sporns, 2009;Reijneveld et al., 2007).

Di sini, STAMP menyebabkan penurunan rata-rata panjang jalur dan radius pada pita spindel, yang berarti eksentrisitas rata-rata dan minimum menurun, dan efisiensi transfer informasi meningkat.

Hal ini mungkin mencerminkan reorganisasi jaringan menuju jaringan dunia kecil (Watts & Strogatz, 1998), sebuah struktur yang hampir optimal antara sistem yang tertata sempurna dan terorganisir secara acak, memungkinkan fleksibilitas dan sinkronisasi aktivitas saraf yang lebih besar (Barahona & Pecora, 2002 ; Bassett & Bullmore, 2006;Masuda & Aihara, 2004). Perubahan dalam "keduniawian kecil" sering kali diukur sebagai perubahan panjang jalur tanpa perubahan yang bersamaan dalam pengelompokan lokal, atau koefisien klaster.

Dengan demikian, perubahan panjang jalur yang diamati mungkin menunjukkan peningkatan sinkronisasi antar area otak, sehingga menghasilkan transfer informasi yang lebih efisien melalui spindel. Perhatikan bahwa efek pada pita theta lebih erat hubungannya dengan perubahan rata-rata koherensi secara keseluruhan—pada dasarnya, perubahan besarnya konektivitas dibandingkan dengan efisiensi.

Meskipun data di sini tidak dapat menentukan hubungan sebab akibat antara perubahan-perubahan ini, hubungan hipotetisnya adalah bahwa STAMP menyebabkan konektivitas yang lebih besar pada pita theta (Fell et al., 2003), dan efisiensi transfer informasi Spindle, yang diukur sebagai panjang jalur, ditingkatkan untuk mengimbanginya. untuk peningkatan ini, menyebabkan peningkatan reaktivasi memori.

For more information:1950477648nn@gmail.com