Улучшение когнитивного контроля при амнестическом легком когнитивном нарушении с помощью домашней неинвазивной нейромодуляции

Введение в проблему когнитивных нарушений

Популяция пожилых людей быстро растет, поскольку поколение бэби-бумеров сейчас насчитывает более 71 миллиона взрослых только в Соединенных Штатах. Этот рост численности пожилых людей также связан с увеличением частоты случаев когнитивного снижения и деменции, что создаст значительное бремя для общества, если начало деменции не будет отсрочено или предотвращено. Интервенции, которые могут продлить независимость даже на один год, по оценкам, позволяют экономить триллионы долларов в год и были бы большим экономическим благом, чем искоренение отдельного заболевания.

Что такое амнестическое легкое когнитивное нарушение

Амнестическое легкое когнитивное нарушение (aMCI) характеризуется снижением эпизодической памяти, тогда как мультидоменное aMCI (mdaMCI) является подтипом, который включает дефициты в других когнитивных domains, таких как исполнительный или attentional контроль. Не только mdaMCI негативно влияет на качество жизни, но и создает самый высокий риск прогрессирования в болезнь Альцгеймера. По оценкам, 7,2% (диапазон: 0,5–31,9%) взрослых в возрасте старше 65 лет имеют mdaMCI с 37% вероятностью прогрессирования в деменцию в течение четырех лет. К 2050 году ожидается, что население взрослых старше 65 лет удвоится, а число тех, у кого болезнь Альцгеймера, учетверится. Учитывая этот кризис общественного здравоохранения, любые успешные интервенции, которые приводят к профилактике когнитивного снижения и продлению независимости, принесут значительную пользу отдельным лицам, семьям и обществу в целом.

Роль когнитивного контроля

По мере старения людей снижение когнитивного контроля (рабочей памяти и внимания) становится заметным, и во время прогрессирования до aMCI эти дефициты становятся пагубными для независимой повседневной жизни. Величина снижения когнитивного контроля также служит предиктором прогрессирования в болезнь Альцгеймера, больше, чем снижение только долговременной памяти. Это может помочь объяснить, почему mdaMCI несет самый высокий риск развития болезни Альцгеймера. В клинических популяциях с дефицитом когнитивного контроля фармацевтические интервенции остаются наиболее распространенным подходом к управлению симптомами, несмотря на ограниченные свидетельства успеха в улучшении функционирования когнитивного контроля. Однако недавние усилия указывают на то, что профилактические подходы могут помочь отсрочить или предотвратить появление симптомов болезни Альцгеймера.

Методы нейромодуляции

Одним из promising techniques усиления benefits от когнитивного тренинга контроля (CCT) для улучшения когнитивной функции является неинвазивная транскраниальная стимуляция переменным током (tACS), которая продемонстрировала evidence в enhancing cognition у здоровых individuals, а также у тех, кто с СДВГ, шизофренией и инсультом. TACS модулирует когнитивное функционирование через комбинацию neural entrainment и resonance. Приложенная oscillatory электрическая стимуляция приводит к recruitment нейронов для присоединения к локальной oscillating сети, что влияет на both local и broad network computations.

Принципы работы tACS

Oscillatory entrainment от tACS приводит к изменениям в observed amplitude, frequency, coherence, connectivity и cross-frequency activity в ЭЭГ и в resting-state fMRI, что, как полагают, связано с enhanced cortical plasticity. Этот lasting aftereffect или plasticity может влиять на поведение в когнитивных tasks, делая tACS идеальным инструментом для pairing с CCT в уязвимых популяциях. Важно, что tACS имеет advantages быть safe, painless, хорошо переносимым участниками и significantly более дешевым, чем другие клинические techniques интервенции.

Дизайн исследования

В этом двойном слепом рандомизированном клиническом исследовании с параллельными группами мы набрали участников в возрасте 60–80 лет. Чтобы быть классифицированным как mdaMCI, участники набрали от 17 до 28 по Монреальской шкале оценки когнитивных функций (MoCA), имели соответствующий возрасту Z-показатель не менее −1 по immediate memory или delayed memory (измеряемому Калифорнийским тестом вербального обучения) и не менее −1 Z-показателя по verbal и semantic fluency (D слова, животные), processing speed (digit symbol и number trails tasks) или task switching (number letter trails task). Наконец, участникам требовалась self-reported memory complaint.

Процедуры исследования

Участники были случайным образом распределены following simple randomization procedures (computerized random numbers) в одну из двух treatment групп. Пациенты и experimenter, оценивающий adherence, были blinded к random group assignment. Мы anticipated 10% attrition rate, в соответствии с нашими предыдущими исследованиями tACS. Чтобы быть включенным в это исследование, участники должны были говорить по-английски, иметь как минимум 12 лет образования, иметь normal или corrected to normal зрение (без glaucoma, macular degeneration, amblyopia или strabismus) и слух, быть able выполнять когнитивные tasks и study procedures, и быть able переносить tACS.

Результаты исследования

Это исследование продемонстрировало возможность проведения удаленной tACS + CCT в домашних условиях с клиническими популяциями без прямого наблюдения исследователя. Участники mdaMCI сообщили о нулевых серьезных неблагоприятных событиях, в целом subtle side effects, и только о 10% уровне оттока (3 из 30). В то время как мы наблюдали, что каждая группа tACS улучшила показатели в задаче многозадачности CCT, только группа theta tACS показала значительный перенос пользы на улучшенную способность устойчивого внимания, inhibitory control и attentional orienting, что suggests multiple aspects внимательного контроля могли быть facilitated интервенцией.

Переносимость и приверженность

Для измерения приверженности удаленному графику исследования мы assessed процент completed training и outcome sessions. Сравнение между группами revealed no significant difference в adherence к training (Theta: 96,43% (SD: 0,08), Control: 97,12% (SD: 0,10); t = 0,20, p = 0,84, Cohen's d = 0,08) или outcome measures (Theta: 91,67% (SD: 0,11), Control: 89,74 (SD: 0,16); t = 0,37 p = 0,72, Cohen's d = 0,14). Примечательно, что сообщенные побочные эффекты tACS были mild для всех 11 категорий (шкала 0–10), и не было значительной разницы между группами для всех 11 показателей побочных эффектов, даже без поправки на множественные сравнения.

Обсуждение результатов

Наблюдаемый 10% уровень оттока такой же, как в наших предыдущих исследованиях tACS, а также в наших предыдущих исследованиях CCT, где не применялась стимуляция, все из которых проводились в лабораторных условиях. Как таковой, маловероятно, что нейромодуляция сыграла роль в уровне оттока. Действительно, из трех участников, которые не завершили исследование, никто не сообщил о дискомфорте или трудностях с нейромодуляцией. Демонстрация возможности tACS для дополнения CCT в домашних условиях особенно ценна во время глобальных пандемий, но она также решает проблемы, связанные с недоступностью исследовательских сред для тех, у кого есть клинические расстройства с ограниченной независимостью в mobility или transportation.

Клиническое значение

Мы показали, что производительность многозадачности similarly улучшилась в both theta и delta (control) группах tACS после 5 сеансов tACS, без additional gains после 8 сеансов. Мы speculate, что theta tACS может help facilitate обучение задаче CCT с более быстрой скоростью (т.е. в течение нескольких дней), но что со временем производительность в control group догонит группу theta tACS due to practice effects. Эта интерпретация соответствует нашему предыдущему исследованию, демонстрирующему, что theta tACS facilitates производительность многозадачности у молодых взрослых после 1 дня, но не added benefit после 5 дней tACS + CCT.

Заключение и будущие направления

Здесь мы observed, что theta tACS + CCT exhibited перенос пользы на domains, которые share similar task demands с divided attention CCT: sustained attention, inhibitory control и attentional orienting. Учитывая, что sustained attention has been linked к frontal theta activity, применение prefrontal theta tACS likely enhanced shared neural mechanisms, задействованные во время multitasking training и attentional transfer tasks. Важно, что эти results indicate, что cognitively complex CCT tasks, такие как multitasking, в сочетании с neuromodulation, могут быть used для rapid facilitation multiple aspects внимательного контроля.

Ограничения исследования

>В текущем исследовании мы note, что три дополнительные еженедельные "booster" sessions не yielded any additional benefit, хотя gains были maintained на протяжении всего length исследования. Поэтому это provides guidance относительно dosing tACS, такое что five (или possibly fewer) sessions необходимо для улучшения sustained attention в популяции mdaMCI. Дополнительные исследования потребуются для оценки того, как долго такие эффекты могут длиться, proper number сеансов на человека, и если training gains также slowed future decline в related cognitive domains.