במחקר שפורסם לאחרונה ב טבע התנהגות אנושיתחוקרים חקרו את התרומה הסיבתית של דפוסי פעילות תנודה ספציפיים בתוך הסטריאטום האנושי לחיזוק למידה מוטורית באמצעות גירוי טרנסגולגולתי (tTIS) עם הדמיה עצבית במקביל.
לימוד: גירוי לא פולשני של הסטריאטום האנושי משבש למידת חיזוק של מיומנויות מוטוריות. קרדיט תמונה: New Africa/Shutterstock.com
רקע כללי
משוב חיזוק יכול לשפר את הלמידה המוטורית, אך מנגנוני המוח הבסיסיים אינם מובנים במלואם, במיוחד לגבי תפקידה של פעילות תנודה ספציפית בתוך הסטריאטום האנושי.
תחום עניין מתפתח הוא הפוטנציאל של טכניקות גירוי מוחי עמוק לא פולשניות, כגון tTIS, כדי לווסת מנגנונים אלה.
הבנה כיצד תדרים שונים של tTIS משפיעים על הפעילות העצבית ומשפיעים על למידה מוטורית יכולה לחשוף תובנות מכריעות לגבי התרומה הסטריאטלית לתהליכים אלה. דרוש מחקר נוסף כדי לחקור את הקשרים הללו ולפתח התערבויות ממוקדות לשיפור מיומנויות מוטוריות ושיקום.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי השתתפו 48 מתנדבים בריאים ימניים: 24 (15 נשים, 25.3 ± 0.7 שנים) במחקר tTIS הראשי ו-24 (14 נשים, 24.2 ± 0.5 שנים) בניסוי בקרת התנהגות.
הידידות הוערכה באמצעות Inventory Handedness Edinburgh. כל המשתתפים סיפקו הסכמה מדעת בעקבות הצהרת הלסינקי, שאושרה על ידי ועדת האתיקה הקנטונלית Vaud, שוויץ.
למשתתפים לא היו הפרעות נוירולוגיות או פסיכיאטריות ומילאו שאלון בחירה כספית עם הנחה על עיכוב. הם קיבלו פיצוי ב-20 CHF לשעה.
המשתתפים ביצעו משימת למידה מוטורית עם tTIS במקביל של הסטריאטום ו-fMRI באמצעות עיצוב אקראי, כפול סמיות, מבוקר דמה. הם תרגלו שישה בלוקים של ניסויים, בשילוב שני תנאי משוב חיזוק (Reinfסוּג: Reinfעַל או Reinfכבוי) עם שלושה סוגים של גירוי סטריאטלי (tTISסוּג: tTISבְּלוֹףtTIS20 הרץ או tTIS80 הרץ).
המשימה כללה בקרת כוח דינמית באמצעות חיישן כוח אחיזה תואם תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI). המשתתפים שלטו בסמן על ידי לחיצה על החיישן, תוך הסתגלות למידע חושי משתנה.
במהלך האימון, הסמן הוצג לסירוגין כדי לשפר את השפעת החיזוק. Reinfעַל ניסויים סיפקו משוב הצלחה בזמן אמת, בעוד Reinfכבוי בניסויים היו שינויים אקראיים בצבע.
הפרוטוקול כלל היכרות ואימון בלוקים, כאשר tTIS מכוון לסטריאטום באמצעות מיקום אופטימלי של אלקטרודות. ניתוח נתונים כלל רגרסיות ליניאריות חזקות ועיבוד מקדים של הדמיה פונקציונלית.
תוצאות המחקר
בסך הכל 24 משתתפים בריאים ביצעו משימת מעקב כוח בסורק MRI עם tTIS במקביל של הסטריאטום. המשימה דרשה מהמשתתפים לווסת את הכוח המופעל על חיישן אחיזה ביד כדי לעקוב אחר מטרה נעה עם סמן באמצעות היד הדומיננטית שלהם. כל בלוק הציג דפוס תנועה חדש למטרה.
במהלך Reinfעַל חסימות, המשתתפים קיבלו משוב חיזוק בזמן אמת המצביע על הצלחה או כישלון באמצעות יעדים ירוקים או אדומים, בהתאמה.
משוב זה עקב אחר לוח זמנים בלולאה סגורה, עדכן את קריטריוני ההצלחה על סמך ביצועים חציוניים על פני ארבעת הניסויים הקודמים. ב- Reinfכבוי בלוקים, המשתתפים תרגלו עם משוב אקראי בהתאמה ויזואלית (ציאן/מגנטה).
שני סוגי הבלוקים השתמשו במשוב חזותי חלקי של הסמן, והגביר את השפעות החיזוק על הלמידה המוטורית. הערכות לפני ואחרי האימון כללו משוב חזותי מלא ללא חיזוק או tTIS, הערכת למידה מוטורית.
כדי להעריך את השפעות tTIS על יתרונות למידה מוטורית הקשורים לחיזוק ושינויים עצביים, המשתתפים השלימו שישה בלוקים של 36 ניסויים עם tTIS במקביל במהלך האימון, שנמסרו ב-20 הרץ (tTIS)20 הרץ), 80 הרץ (tTIS80 הרץ) או כמדומה (tTISבְּלוֹף). צו התנאים היה מאוזן כדי להפחית את השפעות ההעברה.
מונטאז' האלקטרודה לגירוי סטריאטום אופטימלי נקבע באמצעות מודלים חישוביים באמצעות מודל ראש ריאליסטי. המונטאז' הנבחר יצר שדה חשמלי של הפרעות זמניות חזק יותר בסטריאטום מאשר בקורטקס שמעל.
השגיאה העריכה את ביצועי המשימה, המוגדרת כהבדל המוחלט בין כוח המופעל לכוח היעד.
השגיאה שלאחר האימון הייתה נמוכה יותר מאשר השגיאה שלפני האימון, מה שמצביע על למידה מוטורית משמעותית. חיזוק שיפר את הלמידה, אך השפעה זו הייתה תלויה בסוג הגירוי. חיזוק שיפר משמעותית את הלמידה עם tTISבְּלוֹף ו-tTIS20 הרץ אבל לא עם tTIS80 הרץהמצביע על כך ש-tTIS גמא סטריאטלי גבוה משבש את יתרונות החיזוק.
במהלך האימון, השגיאות היו בדרך כלל גבוהות יותר עקב אי ודאות חזותית. חיזוק הפחית את ההפרעה הזו, והדגים את יכולתם של המשתתפים להשתמש במשוב בזמן אמת לשיפור.
עם זאת, tTIS השפיע על ביצועי המעקב, כאשר השגיאה גדלה במהלך tTIS20 הרץ ו-tTIS80 הרץ יישומים. ניתוח נוסף הצביע על כך ש-tTIS פגע ביכולת לשפר ביצועים במהלך האימון, ללא תלות בנוכחות חיזוק. השפעה זו יוחסה להשפעה כללית של tTIS על הביצועים המוטוריים.
fMRI מבוסס משימות שנרכש במהלך האימון אפשר הערכה של ההשפעות העצביות של tTIS. ניתוח מוח שלם גילה פעילות סטריאטלית מוגברת עם חיזוק אך ללא אפקט tTIS.
עם זאת, השפעות התנהגותיות של tTIS80 הרץ על למידת חיזוק היו קשורים לאפנון של פעילות עצבית סטריאטלית. ניתוח קישוריות יעיל הראה כי tTIS80 הרץ קישוריות סטריאטום-לחזית-קורטקס משופרת, תלויה בנוכחות חיזוק.
מסקנות
מחקר זה שילב tTIS סטריאטלי עם מודלים של שדות חשמליים, ניתוחי התנהגות ו-fMRI כדי להעריך את תפקיד הסטריאטום בלמידה לחיזוק מיומנויות מוטוריות. tTIS80 הרץ שיבשו את הלמידה ממשוב חיזוק, קשור לאפנון פעילות עצבית סטריאטלית והשפעה מוגברת על אזורי קליפת המוח הקדמית. הבדלים אינדיבידואליים באימפולסיביות הסבירו את השונות ב-tTIS80 הרץ אפקטים.
ממצאים אלו מראים ש-tTIS סטריאטלי יכול לווסת באופן לא פולשני מנגנונים סטריאטליים בלמידה חיזוקית, ומספק כלי חדש לחקר מבנים והתנהגות מוחיים עמוקים. יתר על כן, המחקר מדגיש את ההשפעות הספציפיות לתדר של tTIS על קישוריות סטריאטלית וקורטיקלית.
