Hjernefunktionelle ændringer ledsager modulerende effekter af transkranial jævnstrømstimulering i kognitiv svækkelse

Da Apriori -registrering ikke blev foretaget før påbegyndelsen af ​​undersøgelsen, og alle deltagere allerede gennemgik TDCS -intervention, indsender efterforskerne hermed protokollen for undersøgelsesretrospektivt efter afslutningen af ​​projektet. Denne undersøgelse blev udført ved National Institute of Mental Health and Neurosciences (Nimhans), Bengaluru, Indien, med godkendelse af Nimhans Institutional Ethics Committee.

Undersøgelseseksempel: Alle samtykkende deltagere af begge køn (aldersinterval: 55 - 84 år), der opfylder inkluderings- og ekskluderingskriterierne (se nedenfor), der fortløbende deltog i ambulante tjenester i Geriatric Clinic og tjenester (GCS), blev Nimhans fra august 2019 til december 2022 med hukommelsesklager rekrutteret i denne undersøgelse med deres underskrevne informerede andel. Kun højrehåndede individer blev rekrutteret som vurderet ved hjælp af Edinburgh Handedness Inventory (EHI). Deltagerne blev screenet for at sikre, at kun dem med optimal hørelse og synsskarphed blev rekrutteret. De kliniske diagnoser af MCI og mild AD foretaget af klinikere ved GCS på Nimhans blev bekræftet ved hjælp af National Institute on Aging - Alzheimers Association (NIA -AA) diagnostiske kriterier og klinisk demensvurdering [CDR] (CDR -scoringer på 0,5 for MCI og 1 for mild AD). Deltagere med CDR -scoringer over 1 blev udelukket fra denne undersøgelse. Andre ekskluderingskriterier omfattede samtidige medicinske tilstande som hypothyreoidisme, hypercalcæmi, vitamin B12 -mangel, ukontrolleret hypertension og diabetes, neurosyphilis, normal tryk hydrocephalus, subdural hematom osv. Forud eksisterende større psykiatriske og neurologiske sygdomme, såsom skizofreni-spektrumforstyrrelser, bipolær affektionsforstyrrelse, større depressiv lidelse, obsessiv-kompulsiv lidelse, stofafhængighed, intellektuel handicapforstyrrelse, Parkinsons sygdom og beslægtede lidelser, slagtilfælde, epilepsi og anden kronisk neurologisk/neurodegerativeforstyrrelser og signifikante hovedskade; og nuværende anvendelse af antipsykotika, antidepressiva og benzodiazepiner. Fyrre patienter (19 MCI og 21 mild AD) accepterede at deltage i undersøgelsen og afsluttede TDCS-interventionsprotokollen, der omfattede daglige 20-minutters TDCS-sessioner i 10 dage. Alle deltagere gennemgik detaljerede neuropsykologiske vurderinger, hviletilstand funktionel magnetisk resonansafbildning (RSFMRI), opgavebaseret funktionel magnetisk resonansafbildning (TBFMRI) såvel som hvilende tilstand magnetoencephalography (RSMEG) efter TDCS-intervention.

Neuropsykologisk batteri til ældre (NNB-E): Dette batteri inkluderer test af episodisk hukommelse, udøvende funktioner, opmærksomhed, visuospatial funktion og parietale fokale tegn og krævede 1,5 timer for at administrere og score. Evalueringer blev udført ved baseline (Pre-TDCS) og efter afslutningen af ​​den sidste TDCS-session (post-TDCS). Disse før- og post-TDCS-vurderinger blev foretaget på en måde, der forhindrede den samme forsker i at udføre begge test for en bestemt deltager. Derudover var den person, der udførte vurderingen efter TDCS, blind for resultaterne af forudvurderingen. To forskellige former blev anvendt til præ-og efter-TDCS-vurderinger af en deltager for at undgå praksiseffekter. Shapiro Wilk-test blev udført for at kontrollere normalitetsfordelingen af ​​forskellene mellem pre- og post-TDCS-score for hver undertest (n = 26) af NNB-E. I overensstemmelse hermed blev parrede t-tests og Wilcoxon underskrevne rangtest udført henholdsvis for normalt og ikke-normalt distribuerede undertestresultater for at se efter signifikante effekter af TDCS-intervention.

Magnetisk resonansafbildning (MRI): MRI'erne blev erhvervet på en 3Tesla Philips Ingenia CX (Philips Healthcare, Holland) scanner med en 32-kanals faset-array-hovedspole. Under RS-FMRI-erhvervelsen blev deltagerne bedt om at forblive fysisk og mentalt afslappet med åbne øjne og ikke fokusere på noget særligt. Disse funktionelle MR-billeder svarende til hver deltager blev visuelt undersøgt for scanner eller erhvervelsesrelaterede artefakter. RS-FMRI-data fra en deltager hver fra MCI og milde AD-grupper viste mere end 5% intensitetsvariation i to på hinanden følgende volumener, der indikerer dårlig kvalitet af funktionelle billeder på grund af bevægelsesartikler, der er valideret ved hjælp af derivat af rodmidlet firkantet varians over voxels (DVAR'er). Efter udelukkelse af både før- og post-RSFMRI-scanninger af disse to deltagere blev dataene fra de resterende 38 deltagere (n = 18 i MCI-gruppen og n = 20 i den milde annoncegruppe) yderligere analyseret. Frøet til frø-til-voxel-hviletilstand funktionel forbindelse (S2V-RSFC) -analyse blev sat ved hjælp af Harvard-kortikale atlas, som den venstre mellemfrontale gyrus (LMFG), svarende til den venstre DLPFC, stedet for de anodale TDC'er. Analysen mellem præ- og post-TDCS-intervention blev udført under anvendelse af den sfæriske maske af LMFG som 'frø' og hele hjernevolumenet for 'voxels'. To-halede parametriske statistikker blev implementeret for at opnå resultaterne under anvendelse af et klyngniveau-omfangsgrænse (P-FDR korrigeret) med Voxel-tærskel ved P <0,001 (P-ikke-korrigeret) og klyngetærskel ved P <0,05 (P-korrigeret).

Et nyt episodisk hukommelsesparadigme, der omfattede to opgaver: en tilfældig kodningsopgave og en forsætlig hentningsopgave, blev brugt til TB-FMRI-erhvervelse. I den tilfældige kodningsopgave blev deltagerne instrueret i hvert forsøg til at indikere ved hjælp af en knap tryk på, om de præsenterede visuelle billeder var af levende eller ikke-levende genstande. I den forsætlige hentningsopgave var instruktionen for hvert forsøg at indikere ved hjælp af en knappresse, om de præsenterede visuelle billeder blev set før (hukommelsesbilleder, MI) eller ikke set før (ikke-hukommelsesbilleder, NMI). Det optimale antal forsøg med den tilfældige kodningsopgave (levende objekter: 55; ikke-levende objekter: 55; fikseringskors: 56) og den forsætlige hentningopgave (hukommelsesbilleder, MI: 55; ikke-hukommelsesbilleder, NMI: 55; Fixation Cross: 56) blev estimeret ved hjælp af FMRI-stimulatoren til at maksimere den forudsigelige varians mellem de tre forsøgsklasser for hver af de to to-udgange. Kun deltagerne, der viser mere end 60% præstationsnøjagtighed på både tilfældig kodning og forsætlig hentning, blev analyseret. Opgavebaseret FMRI-dataforbehandling og analyser af resterende deltagere med tidlig AD (n = 30; MCI = 15, mild AD = 15) blev udført ved hjælp af FMRI-ekspertanalyseværktøj (feat) version 6.00 af FMRIB Software Library (FSL), der implementerede højkvalitetsmodelbaseret FMRI-dataanalyse. Z (Gaussianised T/F) Statistiske billeder blev tærsklet ikke-parametrisk under anvendelse af klynger bestemt af Z> 2.3 og en korrigeret klyngensignitetsgrænse på P = 0,05.

Magnetoencephalography (MEG): Dataene før og efter RSMEG blev erhvervet ved hjælp af Elekta Neuromag® Triux ™ MEG-scanner. To deltagere (1 i MCI-prøven og 1 i den milde AD-prøve) valgte at deltage i MEG-erhvervelse, og fire deltagere (3 i MCI-prøven og 1 i den milde AD-prøve) deltog ikke i scanninger efter meg; MEG -data fra de resterende deltagere med tidlig AD (n = 34; MCI = 15, mild AD = 19) blev yderligere forbehandlet. De hvilende øjne lukkede MEG-optagelser blev udført i en siddeposition ved anvendelse af følgende protokol: prøveudtagningshastighed 2000 Hz, tom rumoptagelse = 2 minutter, hviletilstand MEG = 15 minutter. EEG -data blev erhvervet samtidigt for at sikre, at deltagerne var opmærksomme og afslappet under optagelsen. Elektrokardiogram (EKG), elektromyografi (EMG) og elektrookulogram (EOG) blev erhvervet for at fjerne henholdsvis hjertet, muskler og okulære artefakter. Kvalitetskontrol (QC) af MEG-dataene blev udført ved hjælp af MaxFilterTM (Ver 2.2), en indbygget software til Elekta/Neuromag-systemet. Undertrykkelse af interferens på grund af miljømæssige og periodiske artefakter blev udført under anvendelse af den spatiotemporale signalområde (TSSS) metode. Ved anvendelse af Welch-metoden blev der udført en effektspektrumanalyse på 5 minutters artefaktfri MEG-optagelse. Ekstraheret effektspektrumtæthed (PSD) -værdier for neurale svingninger dækkede kanoniske frekvensbånd [Delta (2-4 Hz), THETA (4-8 Hz), alfa (8-12 Hz), Beta (13-30 Hz), Gamma (30-60 Hz) og Gamma2 (60-90 Hz)]. En parret t-test blev udført mellem pre- og post-TDCS-værdierne for normaliseret PSD, korrigering for flere [permutationstest (1000 randomiseringer), Monte Carlo-metoden] sammenligninger (FDR-korrigeret), der kontrollerer for tid og frekvens.

Afhængigheden mellem fasen af ​​lavfrekvente oscillationer (FP) og amplituden af ​​højfrekvente rytmer (FA) blev kvantificeret under anvendelse af faseamplitude-kobling (PAC). Koblingsstyrken for hver deltager blev estimeret ved hjælp af tidsopløst PAC (TPAC), som viser den mindst relative fejl. TPAC blev estimeret ved at søge efter FP -svingningen med den stærkeste PAC til FA -bursts over et tidsvindue, der glider på input -MEG -dataene. En 10-sekunders epoklængde blev anvendt til analyse, og da FP-interessebåndet var mellem 4-8 Hz, blev der valgt tre fulde cyklusser af FP-båndet til at producere en skydesvinduelængde på 0,75 sekunder. De gennemsnitlige comodulogrammer blev ekstraheret under anvendelse af TPAC -kort over alle patienter med MCI (n = 15) og mild AD (n = 19) i venstre entorhinal cortex, der spiller en kritisk rolle i episodisk hukommelse og er sårbar over for tidlig patofysiologi i AD. En parret t-test blev udført uden for denne software under anvendelse af MATLAB® (https://www.mathworks.com) for at finde ud af den signifikante (FDR-korrigerede P <0,05) forskel i koblingsstyrke mellem fase af lave frekvenser (4-8 Hz) og amplitude af høje frekvenser (30-90 Hz) korrekte til flere sammenligninger på tværs af tid og frekvens.