Aivojen funktionaaliset muutokset liittyvät transkraniaalisen tasavirran stimulaation modulatiivisiin vaikutuksiin kognitiivisessa vajaatoiminnassa

Koska apriori -rekisteröintiä ei tehty ennen tutkimuksen aloittamista ja kaikille osallistujille jo tehtiin TDCS -interventio, tutkijat toimittavat tässä tutkimuksen pöytäkirjan takautuvasti hankkeen valmistumisen jälkeen. Tämä tutkimus tehtiin Kansallisessa mielenterveys- ja neurotieteiden instituutissa (NIMHANS), Bengalurussa, Intiassa, Nimhansin institutionaalisen etiikan komitean hyväksymällä.

Tutkimusnäyte: Kaikkien sukupuolten osallistujat (ikäryhmä: 55 - 84 vuotta) täyttäisivät osallisuutta ja syrjäytymiskriteerejä (ks. Alla), jotka osallistuivat peräkkäin geriatrisen klinikan ja palveluiden (GCS) avohoitopalveluihin, elokuun 2019 ja joulukuun 2022 Nimhansin kanssa heidän allekirjoitetun tietoisen konsenssin kanssa. Vain oikeakätiset henkilöt rekrytoitiin arvioituna Edinburghin kädensivuuden (EHI) avulla. Osallistujia seulottiin sen varmistamiseksi, että vain ne, joilla on optimaalinen kuulo ja näkökyky, rekrytoitiin. Nimhansin GCS: n kliinisten GCS: n kliinisten kliinisten diagnoosien ja lievän AD: n kliiniset diagnoosit vahvistettiin käyttämällä ikääntymisen kansallista instituuttia - Alzheimer's Association (NIA -AA) -diagnostiikkakriteerejä ja kliinistä dementialuokitusta [CDR] (CDR -pisteet 0,5 MCI: lle ja 1: lle Mild AD). Osallistujat, joiden CDR -pisteet yli 1, jätettiin tämän tutkimuksen ulkopuolelle. Muihin syrjäytymiskriteereihin kuuluivat samanaikaiset sairaudet, kuten kilpirauhasen vajaatoiminta, hyperkalsemia, B12 -vitamiinin puute, hallitsematon verenpaine ja diabetes, neurosyfilis, normaali paineen hydrocephalus, subdural hematooma jne., Vaativat lääketieteellisten/kirurgisten interventioiden aloittamisen ja/tai lääketieteellisten titraalien aloittamisen; Aikaisemmat suuret psykiatriset ja neurologiset sairaudet, kuten skitsofrenia-spektrihäiriöt, bipolaarinen afektiivinen häiriö, suuri masennushäiriö, pakko-oireinen häiriö, aineiden riippuvuus, henkisen vammaisuushäiriö, Parkinsonin tauti ja siihen liittyvät häiriöt, aivohalvaus, epilepsia ja muut krooniset neurologiset/neurodegeneratiiviset epämääräiset epäilyt ja huomattavat päävauriot; ja antipsykoottisten lääkkeiden, masennuslääkkeiden ja bentsodiatsepiinien nykyinen käyttö. Neljäkymmentä potilasta (19 MCI ja 21 lievä AD) suostui osallistumaan tutkimukseen ja suorittamaan TDCS-interventioprotokollan, joka koostui päivittäin 20 minuutin TDCS-istunnoista 10 päivän ajan. Kaikille osallistujille tehtiin yksityiskohtaiset neuropsykologiset arviot, lepotilan funktionaalinen magneettikuvaus (RSFMRI), tehtäväpohjainen funktionaalinen magneettiresonanssikuvaus (TBFMRI) sekä lepotila magnetoenkefalografia (RSMEG) TDCS-intervention jälkeen.

Vanhuksien neuropsykologinen akku (NNB-E): Tämä akku sisältää episodisen muistin, toimeenpanotoimintojen, huomion, visospatiaalisen toiminnan ja parietaalisten fokuserojen testit ja vaadittiin 1,5 tuntia hallinnoinnin ja maalin tekemiseen. Arvioinnit suoritettiin lähtötilanteessa (PRE-TDCS) ja viimeisen TDCS-istunnon (Post TDCS) valmistumisen jälkeen. Nämä ja sen jälkeen TDCS-arvioinnit suoritettiin tavalla, joka esti samaa tutkijaa tekemästä molempia testejä tietylle osallistujalle. Lisäksi TDC: n jälkeistä arviointia suorittanut henkilö oli sokea ennakkoarvioinnin tuloksille. Kahta erilaista muotoa käytettiin osallistujan TDCS-arviointiin ja sen jälkeen harjoitteluvaikutusten välttämiseksi. Shapiro Wilk -testi suoritettiin tarkistamaan NNB-E: n kullekin alakokeelle (n = 26) pre- ja post-TDCS-pistemäärien normaal jakautumisen tarkistamiseksi. Vastaavasti parilliset t-testit ja Wilcoxon-allekirjoitetut sijoituskokeet suoritettiin vastaavasti normaalisti ja ei-normaalisti jakautuneille alatestauspisteille TDCS-intervention merkittävien vaikutusten etsimiseksi.

Magneettiresonanssikuvaus (MRI): MRI: t hankittiin 3Tesla Philips Ingenia CX (Philips Healthcare, Alankomaissa) skannerilla, jossa oli 32-kanavainen vaiheittainen alusarjainen pääkela. RS-FMRI-hankinnan aikana osallistujia kehotettiin pysymään fyysisesti ja henkisesti rentoina silmiensä ollessa auki eikä keskittymään mihinkään erityiseen. Näitä kutakin osallistujaa vastaavia funktionaalisia MR-kuvia tutkittiin visuaalisesti skanneriin tai hankintaan liittyviin esineisiin. Yhden osallistujan RS-FMRI-tiedot MCI: stä ja lievästä AD-ryhmästä osoittivat yli 5%: n voimakkuuden vaihtelua kahdessa peräkkäisessä tilavuudessa, jotka osoittavat funktionaalisten kuvien heikkoa laatua liikeesineistä, jotka on validoitu käyttämällä johdannaista juuren keskimääräistä neliövarianssia vokselien (DVARS) kanssa. Näiden kahden osallistujan sekä RSFMRI-skannausten sulkemisen jälkeen sekä RSFMRI-skannaukset loput 38 osallistujan tietoja (n = 18 MCI-ryhmässä ja n = 20 lievässä AD-ryhmässä) analysoitiin edelleen. Siementen siemenistä vokselista lepotilan funktionaalisen yhteyden (S2V-RSFC) -analyysi asetettiin Harvardin aivokuoren atlasilla, vasen keskimmäisenä frontaalinen gyrus (LMFG), joka vastaa vasenta DLPFC: tä, anodaalisten TDC: ien paikkaa. Analyysi pre- ja post-TDCS-interventioiden välillä suoritettiin käyttämällä LMFG: n pallomaista naamaria 'siemeneksi' ja 'vokselien' koko aivojen tilavuudella. Kaksikenkäiset parametriset tilastot toteutettiin tulosten saamiseksi klusterin tason laajuuskynnyksellä (PDR-korjattu) vokselikynnyellä p <0,001 (P-korjattu) ja klusterikynnyellä P <0,05 (P-korjattu).

TB-FMRI-hankkimiseen käytettiin uutta episodista muistiparadigmaa, joka käsittää kaksi tehtävää: satunnaista koodaustehtävää ja tahallista hakutehtävää. Satunnaisessa koodaustehtävässä osallistujia käskettiin jokaisessa kokeessa osoittamaan painikkeen avulla painamalla, olivatko esitetyt visuaaliset kuvat elävistä vai ei-elävistä esineistä. Tahallisessa hakutehtävässä kunkin kokeilun ohje oli osoittaa painikkeen painiketta käyttämällä riippumatta siitä, nähtiinkö esitetyt visuaaliset kuvat ennen (muisti kuvia, MI) vai ei nähty ennen (ei-muistikuvia, NMI). Optimaalinen kokeiden lukumäärä satunnaista koodaustehtävää varten (elävät kohteet: 55; ei-elävät esineet: 55; kiinnitysristi: 56) ja tarkoituksellisen hakutehtävän (muisti kuvat, MI: 55; ei-muistikuvat, NMI: 55; Fixation Cross: 56) arvioitiin käyttämällä FMRI-stimulaattoria kolmen koekurssin välillä. Ainoastaan ​​osallistujat, jotka osoittavat yli 60%: n suorituskyvyn tarkkuutta sekä satunnaisessa koodauksessa että tarkoituksellisessa hakulla, analysoitiin. Tehtäväpohjaiset fMRI-tietojen esikäsittely ja analyysit jäljellä olevista osallistujista varhaisella AD: llä (n = 30; MCI = 15, lievä AD = 15) suoritettiin FMRI-asiantuntija-analyysityökalun (FEST) version 6.00 käyttämällä FMRIB-ohjelmistokirjaston (FSL), joka toteutti korkealaatuisen mallipohjaisen FMRI-tietoanalyysin. Z (Gaussinisoitu T/F) Tilastolliset kuvat kynnystettiin ei-parametrisesti käyttämällä klustereita, jotka määritettiin z> 2,3: lla ja korjattu klusterin merkitsevyyskynnys P = 0,05.

Magnetoencefalografia (MEG): Pre- ja Post-RSMEG-tiedot hankittiin käyttämällä Elekta Neuromag® Triux ™ MEG -skanneria. Kaksi osallistujaa (1 MCI-näytteessä ja 1 lievässä AD-näytteessä) päättivät pois osallistumisesta MEG-hankintaan, ja neljä osallistujaa (3 MCI-näytteessä ja 1 lievässä AD-näytteessä) eivät osallistuneet MEG: n jälkeisiin skannauksiin; MEG -tiedot jäljellä olevista osallistujista, joilla oli varhainen AD (n = 34; MCI = 15, lievä AD = 19), esikäsiteltiin edelleen. Lepojen silmät sulkivat MEG-nauhoitukset istumisasennossa, jossa käytettiin seuraavaa protokollaa: näytteenottoaste 2000 Hz, tyhjä huoneen tallennus = 2 minuuttia, lepotilan meg = 15 minuuttia. EEG -tiedot hankittiin samanaikaisesti sen varmistamiseksi, että osallistujat olivat valppaina ja rentoutuneet tallennuksen aikana. Sähkökardiogrammi (EKG), elektromyografia (EMG) ja elektrookulogrammi (EOG) hankittiin vastaavasti sydämen, lihaksen ja silmän esineiden poistamiseksi. MEG-tietojen laadunvalvonta (QC) tehtiin käyttämällä MaxFilterTM (VER 2.2), sisäänrakennettu ohjelmisto Elekta/Neuromag -järjestelmään. Ympäristö- ja jaksollisista esineistä johtuvien häiriöiden tukahduttaminen suoritettiin käyttämällä spatiotemporaalista signaalitilan erotusmenetelmää (TSSS). Welch-menetelmää käyttämällä tehospektrianalyysi suoritettiin 5 minuutin artefaktivapaa MEG-nauhoituksella. Uutetut tehospektritiheys (PSD) -arvot hermovärähtelyjen arvot kattoivat kanoniset taajuuskaistat [delta (2-4 Hz), teeta (4-8 Hz), alfa (8-12 Hz), beeta (13-30 Hz), gamma (30-60 Hz) ja gamma2 (60-90 Hz). Parillinen t-testi suoritettiin normalisoidun PSD: n pre- ja post-TDCS-arvojen välillä, korjaamalla useita [permutaatiotestausta (1000 satunnaistamista), Monte Carlo -menetelmää] vertailuja (FDR-korjattu), hallitsemalla aikaa ja taajuutta.

Matalataajuisten värähtelyjen (FP) vaiheen ja korkean taajuuden rytmien (FA) välinen riippuvuus kvantifioitiin käyttämällä faasi-amplitudikytkentä (PAC). Kunkin osallistujan kytkentälujuus arvioitiin käyttämällä aikaratkaistu PAC (TPAC), mikä osoittaa vähiten suhteellisen virheen. TPAC arvioitiin etsimällä FP -värähtelyä voimakkaimmalla PAC: lla FA -purskeisiin, aikaikkunan aikana, joka liukuu syöttö MEG -tietoihin. Analyysiin käytettiin 10 sekunnin aikakauden pituutta, ja koska FP-kaista oli 4-8 Hz, FP-kaistan kolme täydellistä sykliä valittiin tuottamaan liukuvan ikkunan pituuden 0,75 sekuntia. Keskimääräiset komodulogrammit uutettiin käyttämällä kaikkien MCI: n (n = 15) ja lievän AD (n = 19) potilaiden TPAC -karttoja vasemmassa entorinaalisessa aivokuoressa, jolla on kriittinen rooli episodisessa muistissa ja joka on alttiina AD: n varhaiselle patofysiologialle. Parillinen t-testi suoritettiin tämän ohjelmiston ulkopuolella käyttämällä MATLAB®: tä (https://www.mathworks.com) selvittääkseen merkittävän (FDR-korjattu p <0,05) ero kytkentälujuudessa alhaisten taajuuksien vaiheen (4-8 Hz) ja korkeiden taajuuksien (30-90 Hz) amplitudin välillä (30-90 Hz), jotka korjaavat useita vertailuja ja taajuuksia.