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        心理所研究發現無創性腦刺激能提升老年人認知及軀體健康水平
        作者: 中國科學院心理健康重點實驗室 李娟研究組 ║ 日期: 2021/03/16 

          記憶能力,尤其是記住最近發生事件具體細節的情節記憶能力會隨著年齡增長快速下降。老化還會帶來更大罹患心血管疾病的風險,而心血管疾病又是癡呆的重要危險因素之一。無創性腦刺激(non-invasive brain stimulation, NIBS)包括重復經顱磁刺激(rTMS)與經顱直流電刺激(tDCS),已被用于一些疾病的治療,例如腦卒中、抑郁癥、睡眠障礙等。但關于無創性腦刺激對正常老年人腦認知功能和心血管健康影響的研究還比較有限。 

          為此,中國科學院心理研究所李娟研究組的科研人員進行了一系列的研究,探究無創性腦刺激對老年人認知能力及心血管健康的影響及其作用機制。包括一項tDCS元分析研究、一項tDCS干預研究和一項rTMS干預研究。 

          鑒于當前tDCS是否能提升老年人情節記憶的研究結果并不一致,研究者首先開展一項元分析研究,旨在為tDCS對老年人情節記憶功能的影響功效提供定量評估。最終包含56660歲以上參與者的24篇文章符合納入標準,結果發現與假刺激組相比,tDCS組在即刻刺激后(Hedges' g=0.625,p=0.001)和長期隨訪(Hedges' g =0.404,p =0.002)時均顯示出顯著的記憶改善,并且這個改善效果在認知正常和認知受損老年人之間沒有差異。 

          在元分析表明tDCS能夠改善老年人記憶衰退的基礎上,研究進一步通過功能性核磁共振(fMRI)探索其背后的作用機制。49名健康的老年人接受了作用于左側背外側前額葉的10tDCS或假刺激。刺激前后,研究者對老年人進行一系列的神經心理測驗,并請他們在核磁共振掃描過程中執行了一項來源記憶任務。結果發現,與假刺激相比,tDCS并沒有提高健康老年人的執行功能成績,但是在記憶提取階段tDCS刺激區域(即前額葉皮層區域)的大腦激活水平在刺激后升高,并延伸到雙側前扣帶皮層(如圖1),同時老年人的記憶(項目記憶)成績提升,更為重要的是,前額葉皮層的神經變化與記憶增益顯著相關。這提示tDCS可以通過提升提取階段神經激活水平來改善老年人的記憶。 

         

        1 項目記憶提取期間tDCS相關活動改變示意圖

         

          大腦區域在(a)雙側前扣帶回(BA32),(b)左額中回(BA 10)(c)左額中回2 (BA 9/46)的激活中顯示出顯著的組間(tDCSvs假刺激組測試時間(前測vs后測)交互作用,柱狀圖為大腦激活beta  

          以往研究發現,老年人即使能夠做到記憶成績和年輕人相當,但是在神經活動層面往往還是可以觀察到年齡差異,即老年人動用了補償機制。比如事件相關電位研究發現,在記憶提取階段存在典型的“新舊效應”(能夠正確提取的舊項目比新項目誘發更大的正走向的波幅),老年人除了和青年人有共同的頂葉新舊效應,還通常存在僅在老年人出現的晚期后部翻轉的新舊效應。 

          tDCS研究發現腦刺激能夠通過提升提取階段神經活動水平來改善老年人的記憶成績,但是尚不能回答這種神經的可塑性是進一步增強了老年人特有的補償機制,還是使得老年人和年輕人共同的神經活動得到了增強,換言之,腦刺激可以誘發老年人定量還是定性的神經可塑性變化? 

          為了回答這個問題,李娟研究組開展了一項rTMS干預研究?;陔S機控制設計,對實驗組健康老年人的右半球背外側前額葉(rDLPFC)施加10 Hz的為期兩周總共10次的rTMS干預,對照組的健康老年人則接受假刺激。干預前后,研究者讓老年人進行來源記憶任務,同時記錄EEG。結果發現,rTMS改善了健康老年人的來源記憶成績。更為有趣的是,老年人特有的回想成分——晚期后部翻轉的新舊效應并沒有出現rTMS組與對照組的差異,但年輕人依賴的回想成分——左側頂葉新舊效應在rTMS組表現出選擇性提高(見圖2-3),這說明rTMS使得老年人的記憶提取過程更加“年輕化”,也就提示腦刺激是可以誘發老年人定性的神經可塑性變化。 

         

        2 rTMS組干預前、后來源記憶提取時ERPs 

        500-700ms頂葉新舊效應;700-1500ms 翻轉新舊效應) 

         

          

        3 對照組干預前、后來源記憶提取時ERPs 

        500-700ms頂葉新舊效應;700-1500ms 翻轉新舊效應) 

         

          此外,在軀體健康水平,尤其是心血管相關的健康指標上發現,相比于對照組,rTMS干預組的老年人表現出血脂水平的顯著降低,包括總膽固醇(CHO)和甘油三酯(TG);同時,rTMS還增加了促甲狀腺激素和甲狀腺素(T4)水平,這表明rTMS可以通過改變下丘腦-垂體-甲狀腺(HPT)軸的活動來調節血脂代謝,減少健康老年人罹患心血管病的風險。 

          綜上,李娟研究組的一系列研究表明,無創性腦刺激能夠使得健康老年人大腦“年輕化”,可作為一種有效手段改善老年人記憶能力及血脂代謝,提升老年人大腦認知及軀體健康水平。該系列研究為無創性腦刺激技術在健康老年人中的應用提供了重要依據。 

          該系列研究受到國家重點研發項目(2020YFC2003000,2018YFC2000300,2018YFC2001701,2017YFB1401203,2016YFC1305900),國家自然科學基金(32071079,31861133011,31671157,31711530157),北京市科學技術委員會(Z171100008217006,Z171100000117006)資助。

         

        相關論文信息: 

          Huo, L., Zheng, Z., Huang, J., Li, R., Li, J., & Li, J*. (2020). Transcranial Direct Current Stimulation Enhances Episodic Memory in Healthy Older Adults by Modulating Retrieval-Specific Activation. Neural plasticity, 2020. 

          Cui, X., Ren, W., Zheng, Z., & Li, J.* (2020). rTMS Improved Source Memory and Modulated Recollection-based Retrieval in Healthy Older Adults. Frontiers in Psychology, 11, 1137.  

          Huo LJ, Zhu XY, Zheng ZW, Ma J, Ma Z, Gui W, Li, J.* (2019). Effects of transcranial direct current stimulation on episodic memory in the elderly: a meta-analysis. The Journals of Gerontology: Series B,  

          Huo, L., Zheng, Z., Li, J., Wan, W., Cui, X., Chen, S., ... & Li, J. (2018). Long-term transcranial direct current stimulation does not improve executive function in healthy older adults. Frontiers in aging neuroscience, 10, 298.  

          Ren, W., Ma, J., Li, J., Zhang, Z.*, & Wang, M.* (2017). Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS) Modulates Lipid Metabolism in Aging Adults. Frontiers in Aging Neuroscience, 9:334.  

            

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