Cibler le réseau frontopariétal à l'aide d'une stimulation transcrânienne bifocale par courant alternatif lors d'une tâche d'apprentissage de séquence motrice chez les personnes âgées en bonne santé, partie 1

abstrait

Contexte : Les personnes âgées en bonne santé présentent une diminution des performances motrices et de la capacité d'apprentissage moteur ainsi que des performances de la mémoire de travail (MW). Il a été suggéré que la MW est impliquée dans les processus d'apprentissage moteur, tels que l'apprentissage séquentiel. Des preuves corrélationnelles ont montré l'implication du réseau frontopariétal (FPN), un réseau sous-jacent aux processus de MW, dans l'apprentissage des séquences motrices.

L'apprentissage moteur fait référence aux méthodes visant à améliorer l'efficacité de l'apprentissage et la mémoire par le sport, la musique, la danse, les arts martiaux, etc. Différent des méthodes d'apprentissage traditionnelles, l'apprentissage moteur accorde plus d'attention au fonctionnement coordonné du corps et du cerveau, rendant l'apprentissage plus détendu et plus agréable. .

L’impact de l’apprentissage moteur sur la mémoire est très important. Grâce à l'exercice, nous pouvons améliorer le niveau métabolique du corps, accélérer la circulation sanguine et fournir pleinement de l'oxygène et des nutriments au cerveau. Dans le même temps, l’apprentissage moteur peut également stimuler l’hippocampe du cerveau, une zone clé de stockage de la mémoire qui peut nous aider à mieux mémoriser et comprendre les connaissances.

De plus, l'apprentissage moteur peut également améliorer la concentration et la concentration des personnes. Pendant l’exercice, le corps humain sécrète de grandes quantités de neurotransmetteurs tels que la dopamine et l’adrénaline, qui peuvent nous faire sentir plus positifs et plus énergiques. Cela nous aide beaucoup à mieux nous concentrer sur les tâches d’apprentissage.

Dans l'apprentissage moteur, nous pouvons choisir une variété de méthodes d'exercices, telles que sauter à la corde, jouer au basket-ball, danser, faire du yoga, etc. Différentes méthodes d'exercices ont des effets différents sur le cerveau. Par exemple, la danse peut nous aider à mieux contrôler le rythme du corps et à améliorer la conscience spatiale ; jouer au basket peut nous aider à mieux percevoir l'environnement extérieur et à faire face à des situations complexes.

En bref, l’apprentissage moteur joue un rôle important dans l’amélioration de notre efficacité d’apprentissage et de notre mémoire. Nous devons intégrer l'exercice dans l'apprentissage quotidien, exploiter pleinement la synergie du corps et du cerveau, et apprendre et grandir plus agréablement. On voit que nous devons améliorer notre mémoire. La Cistanche deserticola peut améliorer considérablement la mémoire car la Cistanche deserticola est une matière médicinale traditionnelle chinoise avec de nombreux effets uniques, dont l'un est d'améliorer la mémoire. L’efficacité de la viande hachée vient des différents ingrédients actifs qu’elle contient, notamment des acides, des polysaccharides, des flavonoïdes, etc. Ces ingrédients peuvent favoriser la santé cérébrale de diverses manières.

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Cependant, les preuves causales font actuellement défaut. Les études sur la stimulation cérébrale non invasive (NIBS) se sont jusqu'à présent concentrées principalement sur les domaines liés à la motricité afin d'améliorer l'apprentissage des séquences motrices, tandis que les domaines associés aux aspects plus cognitifs de l'apprentissage moteur n'ont pas encore été abordés. Hypothèse : Dans cette étude, nous visons à fournir des preuves causales. pour l'implication des processus de MW et du FPN sous-jacent dans la réussite d'une tâche d'apprentissage de séquence motrice en utilisant la stimulation thétatranscrânienne par courant alternatif (tACS) ciblant le FPN lors d'une tâche d'apprentissage de séquence motrice.

Méthodes : Dans une cohorte de 20 personnes âgées en bonne santé, nous avons appliqué le tACS bifocal dans la plage thêta au FPN lors d'une tâche d'apprentissage séquentiel. En utilisant une conception croisée en double aveugle, nous avons testé l'efficacité de la stimulation active par rapport à la stimulation fictive. Deux versions de la tâche motrice ont été utilisées : une avec une charge de MW élevée et une avec une charge de MW faible, pour explorer l'efficacité de la stimulation sur des tâches différant en termes de demande de MW. De plus, les effets de la stimulation sur les performances de la MW ont été abordés à l'aide d'une tâche N-back. La fréquence tACS a été personnalisée à l'aide d'un EEG mesurant la fréquence maximale thêta individuelle au cours de la tâche N-back.

Résultats : L'application du thêta tACS personnalisé au FPN a amélioré les performances lors de la tâche d'apprentissage de la séquence motrice avec une charge WM élevée (p < 0,001), mais pas avec une charge WM faible. La stimulation active a amélioré de manière significative à la fois la vitesse (p < 0,001) et la précision (p=0,03) pendant la tâche avec une charge de MW élevée. De plus, le paradigme de stimulation a amélioré les performances sur la tâche N-back pour le 2- tâche arrière (p ¼ .013), mais pas pour 1-back et 3-back.

Conclusion : Les performances lors d'une tâche d'apprentissage de séquence motrice peuvent être améliorées en utilisant un thêta tACS bifocal personnalisé sur le FPN lorsque la charge de MW est élevée, ce qui indique que l'efficacité de ce paradigme de stimulation dépend de la demande cognitive pendant la tâche d'apprentissage. Ces données fournissent des preuves causales supplémentaires de l'implication critique des processus de MW et du FPN lors de l'exécution d'une tâche d'apprentissage de séquence motrice chez des personnes âgées en bonne santé. Ces résultats ouvrent de nouvelles possibilités passionnantes pour contrecarrer le déclin lié à l'âge des performances motrices, de la capacité d'apprentissage et des performances de MW.

1. Présentation

La capacité d'acquérir de nouvelles capacités motrices est importante dans la vie quotidienne. L'apprentissage moteur est un processus dépendant de la pratique dans lequel les mouvements sont effectués plus rapidement et avec plus de précision [1]. De nombreuses recherches ont contribué à une meilleure compréhension des substrats neuronaux et des mécanismes sous-jacents impliqués dans l'acquisition, la consolidation et la rétention de nouvelles capacités motrices. Les études neuroscientifiques se sont principalement concentrées sur le réseau moteur et le rôle central du cortex moteur primaire (M1)[ 2e4].

C'est particulièrement le cas des études de stimulation cérébrale non invasive (NIBS) qui tentent d'améliorer l'apprentissage moteur en combinant la pratique d'une tâche motrice difficile avec un paradigme de stimulation [5e8]. Cependant, des études ont suggéré que les tâches motrices difficiles, telles que l'apprentissage des séquences motrices (MSL), ne reposent pas exclusivement sur des processus liés au moteur, mais également sur des processus cognitifs, tels que la mémoire de travail (MW) [4,9,10]. Étonnamment, les zones cérébrales liées à la MW n'ont pas été une cible pour les paradigmes NIBS destinés à étudier le MSL.

MSL est un processus dans lequel des mouvements indépendants sont associés, aboutissant finalement à une séquence multi-éléments qui peut être exécutée rapidement et avec précision [4,11]. Des études ont montré l'implication de la MW dans le MSL [12e14]. La MW fait référence à la capacité de stocker et de manipuler temporairement des informations dans l'esprit [15]. La variabilité interindividuelle dans la MW, par exemple, consiste en le nombre d'éléments qui peuvent être tenus et utilisés [4]. Ceci est important pour MSL, en particulier lors du processus de regroupement des éléments de la séquence en « morceaux ».

Ce processus de découpage entraîne une exécution plus rapide des mouvements [16e18]. De nombreuses études ont montré que les personnes âgées en bonne santé présentent un déclin de la capacité à apprendre des séquences motrices [12,14]. De plus, le vieillissement diminue les fonctions cognitives, y compris la MW [19]. Par conséquent, une interaction entre l’âge, la capacité de MW et le MSL a été récemment suggérée [14], bien que les preuves causales en faveur de cette suggestion restent limitées.

Une neurotechnologie prometteuse pour fournir des preuves causales est l'utilisation du NIBS, comme la stimulation transcrânienne par courant alternatif (tACS) [20e23]. Cette technique permet d'interférer de manière exogène avec l'activité oscillatoire en cours et de cibler des réseaux spécifiques, tels que le réseau fronto-pariétal (FPN), pour améliorer ou diminuer spécifiquement les fonctions cognitives respectives, telles que les processus de MW [24,25].

Le FPN, un réseau lié à WM, est activé lors des tâches de séquence motrice [18,26e29]. Les processus cognitifs reposent sur des interactions coordonnées au sein et entre les réseaux cérébraux, mises en œuvre dans le cerveau par une activité oscillatoire [30,31]. Par exemple, l'efficacité est augmentée par la synchronisation oscillatoire du déclenchement neuronal, qui crée des ensembles de neurones qui exécutent des fonctions informatiques spécifiques [31,32]. Le principal mécanisme de fonctionnement du tACS est d'entraîner ou de synchroniser les réseaux neuronaux [20,33].

La fréquence de stimulation est ajustée pour correspondre à la fréquence oscillatoire endogène et à son état cérébral. Plus précisément, le tACS permet une interaction exogène avec les oscillations en cours, ce qui peut entraîner une cohérence améliorée au sein des réseaux avec l'impact comportemental respectif (23, 33, 34). Les oscillations neuronales dans la gamme thêta (4e8 Hz) sont engagées dans les tâches de MW, avec une augmentation de la puissance thêta lors d'une charge accrue de MW [35e37]. Polania et coll. et Violante et coll. ont montré une relation causale entre la synchronisation des oscillations thêta avec une différence de phase relative 0⁰ dans le FPN et l'amélioration des performances WM [24,25]. Cependant, les connaissances sur les effets de la synchronisation induite par le tACS sur les oscillations thêta dans le FPN et le MSL font défaut.

Dans cette étude, nous avions pour objectif de déterminer une relation causale entre la MW et le MSL chez les personnes âgées en bonne santé. Pour ce faire, un thêta tACS personnalisé a été appliqué au cortex préfrontal dorsolatéral droit (DLPFC) et au cortex pariétal postérieur (PPC) destiné à améliorer le MSL en utilisant l'entraînement de la tâche séquentielle de tapotement des doigts (SFTT) [3]. Pour évaluer l'importance de la MW pendant le MSL et comment elle est affectée par la stimulation FPN, deux versions du SFTT ont été utilisées. Les versions différaient en termes de charge WM faible ou élevée.

La charge de WM a été maintenue faible en affichant explicitement la séquence sur un écran pendant la tâche [38]. Dans la version à charge élevée de WM, la séquence devait être mémorisée avant la tâche et n'était pas affichée pendant la tâche. Cette maintenance en ligne de la séquence lors de l'exécution des mouvements s'appuie de manière pertinente sur les processus WM [39].

De plus, nous vérifions si le paradigme de stimulation actuel améliore la MW avec l'utilisation d'une tâche N-back [24]. Avec cette étude, nous introduisons le FPN comme un emplacement cible de stimulation supplémentaire pour l'amélioration des performances motrices et de l'apprentissage et mettons en lumière l'importance de la prise en compte des processus cognitifs dans les paradigmes MSL.

2. Méthodes

2.1. Participants

Dans cette étude, nous avons recruté N=21 participants droitiers, âgés et en bonne santé (N=11 femmes, âge moyen ± écart-type : 69,6 ± 4,4, quotient de latéralité moyen de l'inventaire de main d'Édimbourg 85,03 ± 17,3) [40]. Les données de N=20 participants ont été prises en compte en raison de l'abandon d'un participant causé par un changement sans rapport avec la santé physique. Les critères d'inclusion étaient : 60 ans [41e43], droitier et absence de contre-indication à la stimulation électrique transcrânienne (tES).

Les critères d'exclusion étaient les suivants : maladies neuropsychiatriques, antécédents de convulsions, médicaments pouvant interagir avec le tES, dysfonctionnement musculo-squelettique qui altère les mouvements des doigts, musicien professionnel et consommation de stupéfiants. Tous les participants ont signé un consentement éclairé. L'étude a été réalisée conformément à la déclaration d'Helsinki [44]. L'approbation éthique a été obtenue auprès du comité cantonal d'éthique de Vaud, en Suisse (numéro de projet : 2017-00765).

2.2. Conception expérimentale

La conception de cette étude était en double aveugle, contrôlée de manière fictive et croisée. Il comprenait deux séances avant le cross-over et deux séances après le cross-over. Au cours de la séance du premier jour, les participants ont été informés, sélectionnés et invités à remplir trois questionnaires différents (questionnaire de sécurité tES, Edinburgh HandednessInventory (EHI), Centre for Epidemiological Studies DepressionScale (CES-D)) [40,45]. Ensuite, les participants ont effectué un test Nback avec acquisition EEG pour l'analyse de la fréquence maximale.

Suite à la mesure EEG, les participants ont effectué l'entraînement moteur et l'entraînement cognitif avec tACS simultané. Le lendemain, les participants ont effectué uniquement l'entraînement moteur avec tACS. Les conditions de stimulation sont restées les mêmes pendant les deux jours consécutifs et ont été modifiées après le croisement. L'ordre de stimulation a été défini de manière pseudo-randomisée par un expérimentateur non impliqué dans l'acquisition des données.

La cécité de stimulation du participant et de l'expérimentateur était assurée par un expérimentateur supplémentaire qui définissait les paramètres et allumait les stimulateurs pendant l'expérience. Entre les séances croisées avant et après, il y avait une période minimale de deux semaines, sur la base de nos travaux antérieurs [46]. Les mêmes tâches, avec des séquences différentes, ont été répétées après croisement, à l'exclusion des questionnaires. Veuillez consulter la figure 1 A pour connaître la chronologie de la conception de l'étude.

For more information:1950477648nn@gmail.com