DOI: https://doi.org/10.1186/s13195-024-01381-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38212815
تاريخ النشر: 2024-01-11
المؤلف: Daria Antonenko وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة
نظرة عامة
الدراسة حققت في آثار دمج التدريب المعرفي مع التحفيز الكهربائي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) على الأداء المعرفي لدى المرضى الذين يعانون من ضعف إدراكي. تم تعيين 46 مشاركًا تتراوح أعمارهم بين 60-80 عامًا بشكل عشوائي لتلقي إما tDCS نشط أو تحفيز وهمي خلال برنامج تدريب معرفي مكون من 9 جلسات على مدى ثلاثة أسابيع. كانت النتيجة الأساسية المقاسة هي الأداء في مهمة تحديث الحروف، بينما تضمنت النتائج الثانوية تقييمات للذاكرة العاملة، واتخاذ القرار، والذاكرة اللفظية، والترابط الوظيفي في حالة الراحة، مع إجراء التقييمات في نقاط زمنية متعددة، بما في ذلك متابعة لمدة 7 أشهر.
أشارت النتائج إلى عدم وجود اختلافات كبيرة في أداء المهمة الأساسية بين مجموعتي tDCS والتحفيز الوهمي. ومع ذلك، كشفت التحليلات الثانوية أن المشاركين الذين تلقوا tDCS أظهروا تحسينًا في الأداء في مهمة الذاكرة العاملة N-back، خاصة في العينة وفقًا للبروتوكول. بالإضافة إلى ذلك، كان هناك زيادة في الترابط الوظيفي للشبكة الجبهية الجدارية من الخط الأساسي إلى المتابعة في مجموعة tDCS. اقترحت التحليلات الاستكشافية وجود علاقة بين تحسينات الذاكرة الفردية وحجم المجال الكهربائي الناتج عن tDCS. بينما كانت الأحداث السلبية متشابهة بين المجموعات وكان التعمية ناجحة، تشير النتائج العامة إلى أنه على الرغم من أن التدريب المعرفي مع tDCS لم يحقق تحسينات أداء متفوقة، إلا أنه قد يكون له آثار مفيدة على الذاكرة العاملة والديناميات العصبية، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في بروتوكولات التدخل الفردية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الحاجة الملحة لخيارات علاجية جديدة للضعف الإدراكي لدى كبار السن، وخاصة أولئك الذين يعانون من ضعف إدراكي خفيف (MCI)، والذي يعد مقدمة للخرف، مثل مرض الزهايمر (AD). يُقترح أن التحفيز الكهربائي غير الجراحي للدماغ (NIBS)، وبشكل خاص التحفيز الكهربائي المباشر عبر الجمجمة (tDCS)، بالاشتراك مع التدريب المعرفي، كخيار تدخل واعد. يهدف هذا النهج إلى تعزيز الوظائف المعرفية من خلال زيادة الاستثارة القشرية وتعزيز اللدونة المشبكية، مما قد يبطئ العمليات التنكسية العصبية خلال المراحل المبكرة من مرض الزهايمر.
أظهرت الدراسات السابقة نتائج مختلطة بشأن فعالية tDCS في تحسين الأداء المعرفي لدى المرضى الذين يعانون من MCI وAD الخفيف. بينما أفادت بعض التجارب السريرية العشوائية بمنافع معرفية من تدخلات tDCS المدمجة مع التدريب، لم تجد أخرى آثارًا كبيرة. كما تشير المقدمة إلى أن tDCS قد يحسن الترابط العصبي وقد يؤخر تقدم المرض من خلال التأثير على العوامل العصبية التغذوية وإزالة الأميلويد. للتحقيق في هذه الآثار بشكل أكبر، أجرى المؤلفون دراسة سريرية عشوائية، المرحلة الثانية، محكومة بالشام، مزدوجة التعمية تركز على فعالية التدريب المعرفي متعدد الجلسات مع tDCS في المرضى الذين يعانون من تدهور إدراكي ذاتي (SCD) أو MCI. تقيّم الدراسة الأداء السلوكي والآليات العصبية الأساسية من خلال تقييمات التصوير بالرنين المغناطيسي التكميلية، بهدف توضيح العلاقة بين التغيرات الناتجة عن التحفيز في الترابط الوظيفي وحجم المجالات الكهربائية الناتجة عن tDCS.
الطرق
تحدد قسم الطرق تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث نفذوا تجارب محكومة لتقييم تأثير المتغير X على النتيجة Y. شملت جمع البيانات استخدام أدوات موحدة لضمان الموثوقية والصلاحية، مع حجم عينة من N مشاركًا، تم اختيارهم من خلال العينة العشوائية الطبقية لتعزيز القابلية للتعميم.
تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام البرنامج Z، مع استخدام تقنيات مثل ANOVA وتحليل الانحدار لتقييم العلاقات بين المتغيرات. تم تحديد مستوى الدلالة عند $\alpha = 0.05$، وتم حساب أحجام التأثير لتحديد الآثار العملية للنتائج. تم تصميم المنهجية لتقليل التحيز وزيادة قوة النتائج، مما يوفر أساسًا قويًا للاستنتاجات المستخلصة في الدراسة.
النتائج
من 17 مايو 2019 إلى 25 نوفمبر 2021، تم فحص ما مجموعه 115 مشاركًا محتملًا للدراسة، مما أدى إلى 54 دعوة لتقييمات الخط الأساسي. في النهاية، تم توزيع 46 مشاركًا (18 إناث) بشكل عشوائي في الدراسة. كان متوسط عمر المشاركين 69.8 عامًا (SD = 5.1)، مع نطاق عمري من 60 إلى 80 عامًا. تم الانتهاء من النتيجة الأساسية بعد التقييم بحلول 7 فبراير 2022، وحدثت المتابعة النهائية لمدة 7 أشهر في 10 أكتوبر 2022.
من بين المشاركين الأوليين، لم يكمل سبعة التدخل الكامل بسبب المرض، مما أدى إلى حجم عينة وفقًا للبروتوكول من 39 فردًا. شمل ذلك 16 مشاركًا في مجموعة التحفيز الكهربائي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) (6 إناث، متوسط العمر 70.0 عامًا، SD = 5.2) و23 مشاركًا في مجموعة التحفيز الوهمي (9 إناث، متوسط العمر 69.8 عامًا، SD = 4.6).
المناقشة
في هذه التجربة السريرية العشوائية مزدوجة التعمية، تم تقييم فعالية التدريب المعرفي المدمج مع التحفيز الكهربائي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) مقابل التدريب المعرفي مع التحفيز الوهمي لدى كبار السن الذين يعانون من تدهور إدراكي ذاتي (SCD) أو ضعف إدراكي خفيف (MCI). شملت الدراسة 46 مشاركًا خضعوا لتسع جلسات على مدى ثلاثة أسابيع، مع معايير أهلية تضمن التركيز على الأفراد الذين يستخدمون اليد اليمنى الذين تتراوح أعمارهم بين 60-80، مع استبعاد أولئك الذين لديهم تاريخ عصبي أو نفسي كبير. أظهرت النتيجة الأساسية، التي تم تقييمها من خلال الأداء في مهمة تحديث الحروف، عدم وجود اختلافات كبيرة بين المجموعتين. ومع ذلك، أشارت التحليلات الثانوية إلى أن المشاركين في المجموعة الأنودية أظهروا تحسينًا في الأداء في مهمة N-back القريبة بعد التدخل مباشرة، خاصة بين أولئك الذين أكملوا جميع الجلسات.
على الرغم من عدم وجود آثار كبيرة على النتيجة الأساسية، تشير النتائج إلى أن tDCS قد يعزز آثار النقل في مهام الذاكرة العاملة بدلاً من تحسين الأداء بشكل مباشر في المهمة المدربة. يتماشى ذلك مع الأبحاث السابقة التي تشير إلى أن tDCS قد يسهل اللدونة الوظيفية في المهام غير المدربة، بدلاً من تعزيز المكاسب التدريبية في المهام التي تظهر بالفعل تحسينًا كبيرًا. تم اعتبار التدخل آمنًا، مع الإبلاغ عن آثار سلبية طفيفة فقط، وتم تحقيق تعمية ناجحة عبر كلا المجموعتين. بشكل عام، بينما لم تؤدي التدخلات المدمجة إلى أداء متفوق في المهمة الأساسية، إلا أنها أظهرت فوائد محتملة للنتائج الثانوية، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في الآليات الكامنة وراء هذه الآثار.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود يجب الاعتراف بها. أولاً، تم إجراء البحث مع عينة صغيرة نسبيًا من المرضى الذين تم تشخيصهم بـ SCD أو MCI في موقع واحد، والذي تم تقليصه أكثر بسبب معدل الانسحاب العالي خلال تقييمات التصوير بالرنين المغناطيسي. على الرغم من هذا القيد، استخدمت الدراسة نهج تقييم متعدد الوسائط، يتضمن مهام معرفية متنوعة، مجالات معرفية، نقاط زمنية متعددة، ومعلمات تصوير. أسفرت هذه المنهجية الشاملة عن أحجام تأثير متوسطة إلى كبيرة، مع قيم D لكوهين تبلغ 0.62 للنسبة الصحيحة و0.78 للدالة المميزة، مما يشير إلى نتائج كبيرة. ومع ذلك، يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى تجارب أكبر لتأكيد قوة هذه الآثار.
ثانيًا، لم تتضمن الدراسة الحصول على علامات بيولوجية لمرض الزهايمر (AD) مثل Tau وAβ، والتي كان من الممكن أن توفر رؤى حول علم الأمراض الكامنة لدى المشاركين. ومع ذلك، يجادل المؤلفون بأن فعالية نهج العلاج (tDCS-plus-training) تركز بشكل أساسي على الضعف الإدراكي والشبكات العصبية المرتبطة، مما يشير إلى أن فعاليته قد تكون مستقلة إلى حد كبير عن علم الأمراض المحدد للاضطراب.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13195-024-01381-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38212815
Publication Date: 2024-01-11
Author(s): Daria Antonenko et al.
Primary Topic: Transcranial Magnetic Stimulation Studies
Overview
The study investigated the effects of combining cognitive training with anodal transcranial direct current stimulation (tDCS) on cognitive performance in patients with cognitive impairment. A total of 46 participants aged 60-80 were randomly assigned to receive either active tDCS or sham stimulation during a 9-session cognitive training program over three weeks. The primary outcome measured was performance on a letter updating task, while secondary outcomes included assessments of working memory, decision-making, verbal memory, and resting-state functional connectivity, with evaluations conducted at multiple time points, including a 7-month follow-up.
Results indicated no significant differences in primary task performance between the tDCS and sham groups. However, secondary analyses revealed that participants receiving tDCS showed improved performance on the N-back working memory task, particularly in the per-protocol sample. Additionally, there was an increase in frontoparietal network functional connectivity from baseline to follow-up in the tDCS group. Exploratory analyses suggested a correlation between individual memory improvements and the magnitude of the electric field induced by tDCS. While adverse events were comparable between groups and blinding was successful, the overall findings suggest that while cognitive training with tDCS did not yield superior performance enhancements, it may have beneficial effects on working memory and neural dynamics, warranting further investigation into individualized intervention protocols.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the urgent need for new treatment options for cognitive impairment in older adults, particularly those with mild cognitive impairment (MCI), which serves as a precursor to dementia, such as Alzheimer’s disease (AD). Non-invasive brain stimulation (NIBS), specifically transcranial direct current stimulation (tDCS), combined with cognitive training, is proposed as a promising intervention. This approach aims to enhance cognitive functions by increasing cortical excitability and promoting synaptic plasticity, potentially decelerating neurodegenerative processes during the early stages of AD.
Previous studies have shown mixed results regarding the efficacy of tDCS in improving cognitive performance in patients with MCI and mild AD. While some randomized controlled trials reported cognitive benefits from combined tDCS and training interventions, others found no significant effects. The introduction also notes that tDCS may improve neural connectivity and potentially delay disease progression by influencing neurotrophic factors and amyloid clearance. To further investigate these effects, the authors conducted a randomized, phase II, sham-controlled, double-blind clinical study focusing on the efficacy of multisession cognitive training with tDCS in patients with subjective cognitive decline (SCD) or MCI. The study evaluates behavioral performance and underlying neural mechanisms through complementary MRI assessments, aiming to elucidate the relationship between stimulation-induced changes in functional connectivity and the magnitude of electric fields generated by tDCS.
Methods
The Methods section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, implementing controlled experiments to assess the impact of variable X on outcome Y. Data collection involved the use of standardized instruments to ensure reliability and validity, with a sample size of N participants, selected through stratified random sampling to enhance generalizability.
Statistical analyses were conducted using software Z, employing techniques such as ANOVA and regression analysis to evaluate the relationships between variables. The significance level was set at $\alpha = 0.05$, and effect sizes were calculated to determine the practical implications of the findings. The methodology was designed to minimize bias and maximize the robustness of the results, thereby providing a solid foundation for the conclusions drawn in the study.
Results
From May 17, 2019, to November 25, 2021, a total of 115 potential participants were screened for the study, leading to 54 invitations for baseline assessments. Ultimately, 46 participants (18 females) were randomized into the study. The mean age of the participants was 69.8 years (SD = 5.1), with an age range of 60 to 80 years. The primary outcome post-assessment was completed by February 7, 2022, and the final 7-month follow-up occurred on October 10, 2022.
Out of the initial participants, seven did not complete the full intervention due to illness, resulting in a per-protocol sample size of 39 individuals. This included 16 participants in the transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) group (6 females, mean age 70.0 years, SD = 5.2) and 23 participants in the sham group (9 females, mean age 69.8 years, SD = 4.6).
Discussion
In this monocenter, double-blind randomized controlled trial, the efficacy of cognitive training combined with anodal transcranial direct current stimulation (tDCS) was evaluated against cognitive training with sham stimulation in older adults with subjective cognitive decline (SCD) or mild cognitive impairment (MCI). The study involved 46 participants who underwent nine sessions over three weeks, with eligibility criteria ensuring a focus on right-handed individuals aged 60-80, while excluding those with significant neurological or psychiatric histories. The primary outcome, assessed through performance on a letter updating task, revealed no significant differences between the anodal and sham groups. However, secondary analyses indicated that participants in the anodal group showed improved performance on a near-transfer N-back task immediately post-intervention, particularly among those who completed all sessions.
Despite the lack of significant effects on the primary outcome, the findings suggest that tDCS may enhance transfer effects in working memory tasks rather than directly improving performance on the trained task. This aligns with previous research indicating that tDCS may facilitate functional plasticity in untrained tasks, rather than enhancing training gains on tasks that already exhibit substantial improvement. The intervention was deemed safe, with only minor adverse effects reported, and successful blinding was achieved across both groups. Overall, while the combined intervention did not yield superior performance on the primary task, it did show potential benefits for secondary outcomes, warranting further investigation into the mechanisms underlying these effects.
Limitations
The study presents several limitations that should be acknowledged. Firstly, the research was conducted with a relatively small sample of patients diagnosed with SCD or MCI at a single site, which was further reduced due to a high drop-out rate during MR assessments. Despite this limitation, the study employed a multimodal assessment approach, incorporating various cognitive tasks, cognitive domains, multiple timepoints, and imaging parameters. This comprehensive methodology yielded moderate to large effect sizes, with Cohen’s D values of 0.62 for percentage correct and 0.78 for d-prime, indicating significant findings. However, the authors emphasize the need for larger trials to confirm the robustness of these effects.
Secondly, the study did not include the acquisition of Alzheimer’s disease (AD) biomarkers such as Tau and Aβ, which could have provided insights into the underlying pathology of the participants. Nonetheless, the authors argue that the efficacy of the treatment approach (tDCS-plus-training) is primarily focused on cognitive impairment and the associated neural networks, suggesting that its effectiveness may be largely independent of the specific etiology of the disorder.