노인의 보상 뇌 활동. (BrainAct)

노인의 보상적 뇌 활동은 인지 노화 및 성인 후기의 인지 향상 가능성과 관련된 중요한 연구 분야입니다. 가장 포괄적으로 이러한 문제는 STAC 모델(노화 및 인지의 비계 이론)에 의해 해결됩니다. 본 연구는 이론적 가정 중 일부에 대한 실증적 조사에 관심을 가질 것입니다. 본 프로젝트에 포함된 연구 솔루션의 혁신적인 특성은 한편으로는 STAC 가정 검증에 대한 새로운 접근 방식과 다른 한편으로는 체계적인 검증을 거치지 않은 가정 검증에 기반을 두고 있습니다. 지금까지 조사. 이러한 연구 의제는 STAC 모델에 설명된 일부 현상에 관한 기존 지식의 격차로 인해 동기가 부여되었습니다. 이러한 격차를 메우는 것이 인지 노화에 대한 연구 개발에 대한 프로젝트의 기여가 될 것입니다.

이러한 맥락에서 본 연구의 목적은 다음과 같다.

1. EEG 시간-주파수 분석을 기반으로 노인의 보상 뇌 활동 중에 유발되는 인지 과정에 대한 STAC 모델 가정의 검증.
2. 노인의 보상적 뇌 활동의 출현과 소멸에 대한 인지 훈련의 가능한 영향에 대한 STAC 모델 가정의 검증은 지금까지 조사되지 않았습니다.

목표를 정당화하는 연구 문제:

답장. 1. STAC 모델과 지금까지 수집된 연구 결과에 비추어 노인의 보상적 뇌 활동에 대한 인지적 해석은 불완전한 전제에 기초하고 있습니다. 보상적 뇌 참여는 노인의 특정 뇌 영역에서 관찰되는 과잉 활성화이며, 이는 인지 작업에 대한 더 나은 성과와 관련이 있습니다. 인지 작업에 대한 더 나은 성과는 여기서 지속적인 보상의 증거로 간주됩니다. 노인의 보상적 뇌 활동은 이 분야에서 가장 지배적인 두 가지 신경 영상 방법인 fMRI 및 PET 스캔을 활용한 수많은 연구를 통해 확인되었습니다. STAC 모델과 같은 노인의 보상 뇌 활동 모델은 이러한 신경 영상 데이터를 기반으로 합니다. 인지 과정의 관점에서 이론적 해석은 이후에만 이러한 관찰에 부과됩니다. 따라서 모델의 개발과 검증이 동일한 방법론을 기반으로 하기 때문에 이러한 모델에 설명된 보상 메커니즘의 검증은 제한적입니다. 특정 뇌 영역의 과잉 활성화와 인지 작업의 더 나은 수행 사이의 긍정적인 관계를 발견한 후속 연구는 이론적 모델의 개발로 이어진 경험적 관계를 확인했습니다. 그러나 관계의 확인만으로는 모델에 캡슐화된 이론적 해석을 검증하는 데 충분하지 않습니다. STAC 모델의 저자는 보상과 관련된 인지 과정에 대한 이해를 심화할 필요성을 지적했습니다.

fMRI 또는 ​​PET 영상 대신 프로젝트에서 EEG 방법(이벤트 관련 진동, ERO)을 사용하면 이 목표에 기여할 것입니다. 그 이유는 EEG 기반 접근 방식에는 보상적 뇌 활동의 국소화뿐만 아니라 관심 활동과 이론적으로 연결된 인지 과정에 기반한 가설이 필요하기 때문입니다. fMRI 및 PET 소견은 EEG 용어로 직접적으로 표현될 수 없기 때문에 결과를 예측하기 위해 fMRI 및 PET에서 관찰되는 보상적 뇌 과잉 활성화 → 과잉 활성화에 대한 인지적 해석 → EEG 지표 결정(사건 관련 동기화, 해석을 바탕으로 특정된 인지 과정의 ERS 및 이벤트 관련 비동기화(ERD) → 노인의 인지 성능이 젊은 성인에서 관찰된 성능과 다르지 않을 때 노인에서 기록된 EEG 신호에 지표의 존재 확인(그리고 그들의 노인이 젊은 피험자보다 성과가 나쁠 때 부족함). 즉, 목표는 fMRI 및 PET에 등록된 특정 뇌 구조의 활성화를 기반으로 하지만 다른 모델을 사용하여 보상적인 뇌 활동을 설명하기 위해 STAC 모델에 의해 제안된 프로세스의 신경 마커를 식별하는 것입니다. 인지 과정 참여의 대체 지표에 의존하는 기술입니다. 따라서 이번 연구에서 뇌파 측정을 활용한 덕분에 인지 과정의 보상 역할을 검증할 수 있을 뿐만 아니라 지금까지 수행된 연구의 큰 한계였던 과잉 활성화의 국소화를 확인할 수 있을 것이다.

답장. 2. STAC 모델에서 가정된 인지 훈련을 통해 노인의 보상적 뇌 활동에 영향을 줄 수 있는지는 알 수 없습니다. STAC 모델은 인지 훈련을 포함한 다양한 종류의 개입을 통해 보상적 뇌 활동이 자극될 수 있다고 가정합니다. 모델의 저자는 인지 작업과 관련된 신경망의 활성화가 부족하거나 악화되는 경우 이러한 훈련이 새로운 발판을 구축해야 하는 반면, 작업 수행이 이미 특정 뇌 영역의 보상적 과잉 활성화에 의존하는 경우에는 이러한 훈련을 제안했습니다. 즉, 훈련은 이러한 2차 "비계" 영역의 활성화를 감소시키고 1차 네트워크의 효율성을 향상시켜야 합니다. 이는 젊은 개인에게 특징적인 뇌 활동의 일종의 복원입니다.

STAC 모델 작성자가 제시한 훈련 목표에 대한 가정은 지금까지 경험적으로 검증되지 않았습니다. 훈련으로 인한 신경 활동 변화에 대한 연구 결과는 STAC 모델 또는 노년층의 보상 뇌 활동에 대한 더 좁은 모델의 맥락에서 사후적으로만 해석되었습니다. CRUNCH - 신경 회로 보상 관련 활용 가설, PASA - 후방 노화 또는 HAROLD의 전방 이동 - 노년층의 반구형 비대칭 감소.

우리가 아는 한, 노인의 보상적 뇌 활동 모델 중 하나인 CRUNCH의 가정을 직접 검증하기 위해 설계된 연구는 지금까지 단 두 권의 출판물에서만 보고되었습니다. 그러나 이번 연구는 EEG가 아닌 fMRI 영상을 사용하여 진행되었으며, 노년기에 특징적인 뇌 활동의 특이성을 평가하는 데 기본이 되는 참조 그룹을 구성하는 젊은 성인을 포함하지 않았습니다.

인지 훈련의 효율성에 대한 일부 연구에서는 훈련의 신경 상관 관계에 관심이 있었지만 대부분의 표본은 젊은 개인으로만 구성되었으며 노인 대상이 포함되더라도 연구 의제는 보상 발판에 관한 가설을 다루지 않았습니다. 또는 그들은 그러한 맥락에서 부분적으로만 해석해야 했습니다.

본 연구에서는 노인의 보상적 발판에 대한 인지 훈련의 효과에 관한 STAC 모델의 가정을 작업 기억(WM) 훈련을 사용하여 실험적으로 검증할 것입니다. 훈련에 사용되는 작업은 현대 연구에서 사용되는 가장 일반적인 유형의 훈련인 n-back 패러다임을 기반으로 합니다. n-back 훈련의 전이 효과는 의문이지만, 훈련된 작업의 성과를 향상시키는 효과에 대한 풍부한 증거가 있습니다.

이 프로젝트는 예비 단계와 실험 단계의 두 단계로 진행되었습니다. 예비 단계에는 세 가지 주요 목표가 있습니다. (1) EEG 기록 중 후속 사용을 위한 n-back 작업의 세 가지 난이도에 대한 경험적 결정 - 가장 낮은 난이도는 노인에게 쉬워야 합니다(정확도에는 차이가 없어야 합니다). 청년)과 다른 두 레벨은 점점 (상당히) 더 어려워질 것입니다. (2) 활성 통제 그룹에 대한 작업 선택. 이 작업은 작업 기억을 포함해서는 안 되지만, n-back 작업과 동일한 인지 기능 측면을 향상시키는 것처럼 보여야 하며, 이는 연구 표본에 속하지 않는 노년층 및 젊은 일반인뿐만 아니라 전문가에 의해 검증될 것입니다. (3) 연구 샘플에 대한 지원자를 모집하고 선정된 참가자를 실험 및 통제 그룹에 할당하여 인지 성능 측면에서 이들 그룹의 동등성을 보장합니다(예비 단계의 인지 평가에 따라). 또한, 예비 단계에서는 연구에 사용될 컴퓨터 작업의 프로그래밍에도 전념합니다. 인지 평가 및 훈련을 위한 컴퓨터화된 작업은 Python 프로그래밍 언어를 사용하여 PsychoPy 프로그래밍 환경에서 개발됩니다.

표본은 노인의 3개 그룹으로 구성되었습니다: 실험적(n = 25), 수동적 통제(n = 22), 능동적 통제(n = 7), 젊은 성인: 실험적(n = 25), 수동적 통제(n = 25) 및 활성 제어(n = 12). 사전 테스트와 사후 테스트 측정은 모든 그룹에서 수행되었습니다.

사전 테스트와 사후 테스트에서 모든 그룹의 참가자는 동시 EEG 신호 기록과 함께 세 가지 난이도(예비 단계에서 미리 결정됨)로 컴퓨터화된 n-back 작업을 수행했습니다. 또한 모든 그룹에서 작업 기억 및 단기 기억 능력, 주의 집중 및 정신 운동 속도, 간섭 저항 및 억제 능력에 관한 인지 평가가 수행되었습니다. N-back 작업만 EEG 등록으로 수행됩니다.

실험적 요인은 n-back 훈련을 이용한 중재로, 실험군에 배정된 나이가 많은 참가자와 젊은 참가자는 n-back 작업을 사용한 전산화된 프로세스 기반 작업 기억 훈련에 참여했습니다. 훈련 개입은 4주 동안 지속되었으며 각각 약 45분씩 12개의 훈련 세션으로 구성되었습니다. 훈련 목적으로 사용된 n-back 작업은 테스트 전 및 테스트 후 측정에 사용된 작업과 유사했습니다(작업을 완료하는 데 필요한 동일한 인터페이스, 지침 및 작업). 차이점은 난이도였다. 훈련의 경우 계획된 것이 아니라 특정 참가자의 현재 진행 상황에 따라 적응적으로 올라갔기 때문이다. 나머지 두 그룹(노인 및 청년)은 활성 통제 그룹이 됩니다. 이들 그룹에서는 n-back 작업을 사용한 인지 훈련 중재가 다중 영역 비적응 훈련으로 대체되었습니다. 활성 대조군의 훈련 일정은 실험군과 동일합니다. 또한 두 개의 수동 통제 그룹(노인 및 청년)이 있었는데, 훈련 기간 동안 연구원과 접촉하지 않았으며 인지적 개입도 실시되지 않았습니다.