Компенсаторная деятельность мозга у пожилых людей. (BrainAct)

Компенсаторная активность мозга у пожилых людей является важной областью исследований, связанной с когнитивным старением и возможностями улучшения когнитивных функций в позднем взрослом возрасте. Наиболее полно эти вопросы рассматриваются в модели STAC – Теории старения и познания. Настоящее исследование будет посвящено эмпирическому исследованию некоторых теоретических предположений. Инновационный характер исследовательских решений, включенных в настоящий проект, основан, с одной стороны, на новых подходах к проверке предположений STAC, а с другой стороны, на проверке предположений, которые не подвергались систематическим исследованиям. расследования до сих пор. Такая программа исследований была мотивирована пробелами в существующих знаниях о некоторых явлениях, описанных в модели STAC. Заполнение этих пробелов станет вкладом проекта в развитие исследований когнитивного старения.

В связи с этим целями исследования являются следующие:

1. Проверка предположений модели STAC о когнитивных процессах, запускаемых во время компенсаторной активности мозга у пожилых людей, на основе частотно-временного анализа ЭЭГ.
2. Проверка предположения модели STAC о возможном влиянии когнитивной тренировки на возникновение и исчезновение компенсаторной активности мозга у пожилых людей до сих пор не исследовалась.

Проблемы исследования, обосновывающие поставленные цели:

Ре. 1. Когнитивная интерпретация компенсаторной активности мозга у пожилых людей как в модели STAC, так и в свете собранных к настоящему времени результатов исследований основана на неполных предпосылках. Компенсаторное вовлечение мозга — это чрезмерная активация, наблюдаемая в определенных областях мозга у пожилых людей, которая связана с лучшей производительностью при выполнении когнитивных задач. Более высокая производительность при выполнении когнитивных задач рассматривается здесь как свидетельство постоянной компенсации. Компенсаторная активность мозга у пожилых людей была подтверждена многочисленными исследованиями с использованием фМРТ и ПЭТ, которые являются двумя наиболее доминирующими методами нейровизуализации в этой области. Модели компенсаторной активности мозга у пожилых людей, такие как модель STAC, основаны на этих данных нейровизуализации. Лишь впоследствии этим наблюдениям навязываются теоретические интерпретации с точки зрения когнитивных процессов. Таким образом, проверка компенсаторных механизмов, описанных в этих моделях, ограничена, поскольку разработка и проверка модели основаны на одной и той же методологии. Последующие исследования, которые обнаружили положительную связь между сверхактивацией определенных областей мозга и лучшей производительностью при выполнении когнитивных задач, подтвердили эмпирическую связь, которая привела к разработке теоретической модели. Однако одного только подтверждения взаимосвязи недостаточно для проверки теоретической интерпретации, заложенной в модели. На необходимость углубления понимания когнитивных процессов, осуществляющих компенсацию, указывали сами авторы модели STAC.

Использование в проекте методов ЭЭГ (событийно-зависимые колебания, ERO) вместо фМРТ или ПЭТ будет способствовать достижению этой цели. Причина в том, что подход, основанный на ЭЭГ, требует гипотез, основанных не только на локализации компенсаторной активности мозга, но и на когнитивных процессах, теоретически связанных с интересующей активностью. Поскольку результаты фМРТ и ПЭТ не могут быть непосредственно выражены в терминах ЭЭГ, для прогнозирования результатов использовались следующие рассуждения: компенсаторная гиперактивация мозга, наблюдаемая при фМРТ и ПЭТ → когнитивная интерпретация гиперактивации → определение показателей ЭЭГ (синхронизация, связанная с событием, ЭРС и событийная десинхронизация (ЭРД) когнитивных процессов, уточненных на основе интерпретации → проверка наличия показателей в сигнале ЭЭГ, регистрируемом у пожилых людей, когда их когнитивные показатели не расходятся с показателями, наблюдаемыми у молодых людей (и их недостаток, когда пожилые люди показывают результаты хуже, чем молодые). Другими словами, цель состоит в том, чтобы идентифицировать нейронные маркеры процессов, которые были предложены моделью STAC для объяснения компенсаторной активности мозга, основанной на активации определенных структур мозга, регистрируемых с помощью фМРТ и ПЭТ, но с использованием другого метода. метод, основанный на альтернативных показателях вовлеченности когнитивных процессов. Таким образом, благодаря использованию в исследовании измерений ЭЭГ появится возможность проверить компенсаторную роль когнитивных процессов, а не только подтвердить локализацию гиперактивации, которая была существенным ограничением проведенных до сих пор исследований.

Ре. 2. Неизвестно, можно ли влиять на компенсаторную активность мозга у пожилых людей посредством когнитивной тренировки, что предполагается в модели STAC. Модель STAC предполагает, что компенсаторную активность мозга можно стимулировать различными видами вмешательств, включая когнитивную тренировку. Авторы модели предположили, что такое обучение в случае недостаточной активации или ухудшения состояния нейронной сети, участвующей в когнитивной задаче, должно создавать новые каркасы, тогда как когда выполнение задач уже зависит от компенсаторной гиперактивации определенных областей мозга. , тренировка должна уменьшить активацию в этих вторичных «каркасных» регионах и повысить эффективность первичных сетей - своего рода восстановление активности мозга, характерной для более молодых людей.

Предположения о целях обучения, указанные авторами модели STAC, пока не подтверждены эмпирически. Результаты исследований об изменениях нейронной активности, вызванных тренировкой, интерпретировались только постфактум в контексте модели STAC или более узких моделей компенсаторной активности мозга у пожилых людей: CRUNCH – Гипотеза использования нейронных цепей, связанная с компенсацией, PASA – Posterior- Передний сдвиг при старении или Гарольд - уменьшение асимметрии полушарий у пожилых людей.

Насколько нам известно, пока только в двух публикациях сообщалось об исследованиях, направленных непосредственно на проверку предположений одной из моделей компенсаторной активности мозга у пожилых людей — CRUNCH. Однако исследование проводилось с использованием фМРТ, а не ЭЭГ, и без включения молодых людей, которые составляют референтную группу, основополагающую для оценки специфики активности мозга, характерной для пожилого возраста.

Хотя некоторые исследования эффективности когнитивной тренировки интересовались нейрокоррелятами тренировки, в большинстве из них выборка состояла исключительно из молодых людей, и даже если в нее были включены участники старшего возраста, программа исследований не рассматривала гипотезы о компенсаторных основах в обучении. старости, или же их следовало интерпретировать в таком контексте лишь частично.

В настоящем исследовании предположения модели STAC относительно влияния когнитивной тренировки на компенсаторные каркасы у пожилых людей будут проверены экспериментально с использованием тренировки рабочей памяти (WM). Задача, используемая в обучении, будет основана на парадигме n-back, которая является наиболее распространенным типом обучения, используемым в современных исследованиях. Хотя эффект переноса тренировки n-back сомнителен, существует множество доказательств ее эффективности в улучшении производительности при выполнении тренированной задачи.

Проект проводился в два этапа: предварительный и экспериментальный. Предварительный этап преследует три основные цели: (1) Эмпирическое определение трех уровней сложности задачи n-back для последующего использования при записи ЭЭГ - самый низкий уровень сложности должен быть легким для пожилых людей (без разницы в точности по сравнению с молодые люди) и два других уровня должны быть все более (значительно) более трудными; (2) Выбор задачи для активной группы управления. Это задание не должно задействовать рабочую память, но должно улучшать тот же аспект когнитивного функционирования, что и задание n-back, что будет проверено экспертами, а также пожилыми и молодыми непрофессионалами, не входящими в исследуемую выборку; (3) Набор добровольцев для выборки исследования и распределение выбранных участников в экспериментальную и контрольную группы, обеспечивающие эквивалентность этих групп по когнитивным показателям (согласно когнитивной оценке на предварительном этапе). Кроме того, предварительный этап посвящен также программированию компьютеризированных задач, которые будут использоваться в исследовании. Компьютеризированные задания для когнитивного оценивания и обучения будут разрабатываться в среде программирования PsychoPy с использованием языка программирования Python.

Выборку составили 3 группы пожилых людей: экспериментальная (n = 25), пассивный контроль (n = 22), активный контроль (n = 7) и молодые люди: экспериментальная (n = 25), пассивный контроль (n = 25). и активное управление (n = 12). Во всех группах проводились предтестовые и послетестовые измерения.

На претесте и послетесте участники всех групп выполняли компьютеризированное n-back задание трех уровней сложности (определенных заранее на предварительном этапе) с одновременной регистрацией сигнала ЭЭГ. Кроме того, во всех группах проводилась когнитивная оценка, которая касалась: рабочей памяти и объема кратковременной памяти, концентрации внимания и быстроты психомоторики, помехоустойчивости и способности к торможению. С регистрацией ЭЭГ будет выполняться только задача n-back.

Экспериментальным фактором стало вмешательство с использованием тренировки n-back, а именно старшие и младшие участники, распределенные в экспериментальные группы, участвовали в компьютеризированном процессе тренировки рабочей памяти с использованием задачи n-back. Тренинг длился 4 недели и состоял из 12 тренировок по 45 минут каждая. Задачи n-back, использованные в целях обучения, были аналогичны тем, которые использовались при предтестовых и послетестовых измерениях (тот же интерфейс, инструкции и действия, необходимые для выполнения задания). Разница заключалась в уровне сложности, поскольку в случае обучения он не планировался, а повышался адаптивно, в соответствии с текущим прогрессом конкретного участника. Две другие группы (пожилые и молодые люди) будут группами активного контроля. В этих группах когнитивное обучение с использованием задачи n-back было заменено многодоменным неадаптивным обучением. График тренировок в группах активного контроля будет таким же, как и в экспериментальных группах. Также существовали две пассивные контрольные группы (пожилые и молодые люди), с которыми в период обучения исследователи не контактировали и никаких когнитивных вмешательств не проводилось.