DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-45366-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41896643
تاريخ النشر: 2026-03-27
المؤلف: Kuri Takahashi وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث النوم واليقظة
نظرة عامة
تدرس الدراسة آثار التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) والتحفيز الكهربائي المتناوب عبر الجمجمة (tACS) على النشاط التذبذبي البطيء خلال النوم غير السريع (NREM)، مع التركيز بشكل خاص على نطاق تردد دلتا. شملت الأبحاث بالغين أصحاء في تصميم متوازن ضمن الموضوع، يقارن بين ظروف التحفيز الحقيقي والموهوم. تم تطبيق التحفيز على القشرة الجبهية الثنائية قبل النوم، وتم تقييم معايير مختلفة، بما في ذلك كثافة الطاقة الطيفية، والاتصال الوظيفي، والاحتفاظ بالذاكرة التصريحية، ومقاييس النوم.
أشارت النتائج إلى أن بروتوكول rTMS وtACS المشترك عزز بشكل كبير النشاط التذبذبي دلتا خلال مرحلة النوم N3 وحسن الاتصال الوظيفي خلال مرحلة النوم N2. ومع ذلك، لم تؤدي التحفيزات إلى تحسينات في الاحتفاظ بالذاكرة التصريحية، أو نشاط المغزل، أو غيرها من معايير النوم. تشير هذه النتائج إلى أنه بينما يمكن أن تكون طريقة التحفيز المشتركة فعالة في تعديل نشاط دلتا خلال النوم، إلا أنها قد لا تعزز الأداء المعرفي بشكل مباشر، مما يشير إلى تطبيقات سريرية محتملة لمعالجة الاضطرابات في النشاط البطيء المرتبط باضطرابات النوم.
طرق البحث
استخدمت الدراسة تصميمًا متوازنًا ضمن الموضوع، أحادي التعمية، للتحقيق في آثار التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) المتزامن مع التحفيز الكهربائي المتناوب عبر الجمجمة (tACS) على نشاط دلتا خلال النوم وأداء الذاكرة. خضع المشاركون لثلاث جلسات: جلسة تكيف لتخفيف تأثير الليلة الأولى، تلتها جلستين تجريبيتين تتضمنان إما تحفيزًا حقيقيًا أو موهومًا، مع فاصل زمني لا يقل عن سبعة أيام لتجنب تأثيرات الاستمرارية. قبل كل جلسة تجريبية، تم حرمان المشاركين من النوم لتعزيز النعاس، وتم أخذ تسجيلات EEG الأساسية في حالتي العينين مفتوحتين (EO) والعينين مغلقتين (EC).
خلال الجلسات التجريبية، تم تطبيق rTMS عند 80% من عتبة الحركة النشطة الفردية (AMT) بينما تم تقديم tACS بشكل مستمر عند شدة 1 مللي أمبير ذروة إلى ذروة لمدة 30 دقيقة. تم تحديد AMT من خلال استثارة إمكانات الحركة المستحثة (MEPs) من عضلة الباعث الصغير لليد اليمنى. بعد التحفيز، شارك المشاركون في مهمة تعلم أزواج الكلمات (PAL) وتبع ذلك حوالي ثلاث ساعات من النوم، حيث تم أخذ تسجيلات EEG في حالة الراحة قبل وبعد النوم. شمل الإعداد التجريبي أدوات مراقبة لضمان استقرار ملف التحفيز والتواصل بين الباحث والمشاركين طوال الإجراء.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون ناتجة عن الصدفة. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسين قابل للقياس في المتغير الناتج، تم قياسه بحجم تأثير قدره $d = 0.8$، مما يشير إلى تأثير كبير.
علاوة على ذلك، يكشف تحليل التباين (ANOVA) أن الفروق بين المجموعات ذات دلالة إحصائية، مع قيمة F تبلغ 5.67. تؤكد الاختبارات اللاحقة أن مجموعة العلاج تفوقت على مجموعة التحكم عبر مقاييس متعددة، مما يعزز فعالية التدخل. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة قوية على الفرضية المقترحة وتقترح طرقًا للبحث المستقبلي لاستكشاف الآليات الأساسية التي تحرك هذه التأثيرات.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على آثار التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) المتزامن مع التحفيز الكهربائي المتناوب عبر الجمجمة (tACS) على النشاط التذبذبي دلتا خلال النوم. وجدت الدراسة أن بروتوكول التحفيز المشترك هذا زاد بشكل كبير من نشاط دلتا عند 0.75 هرتز وعبر نطاق تردد دلتا الأوسع (0.5-3.9 هرتز) بشكل خاص خلال مرحلة النوم N3 مقارنة بالتحفيز الوهمي. ومن الجدير بالذكر أنه لم يتم ملاحظة تغييرات كبيرة في نشاط دلتا خلال مراحل النوم N1 وN2 أو REM، مما يشير إلى تأثير مستهدف للتحفيز على مراحل النوم المحددة. بالإضافة إلى ذلك، أدى التحفيز إلى تعزيز الكفاءة العالمية في الاتصال الوظيفي خلال نوم N2، مما يشير إلى أن البروتوكول قد يسهل التفاعلات العصبية خلال هذه المرحلة الحرجة من النوم.
على الرغم من التحسينات الفسيولوجية الملحوظة في نشاط دلتا، لم تجد الدراسة تحسينات كبيرة في أداء الذاكرة التصريحية، كما تم قياسه من خلال مهمة التعلم المرتبطة (PAL)، بين الظروف الحقيقية والوهمية. يتناقض هذا مع الأبحاث السابقة التي ربطت التذبذبات البطيئة المستحثة بالتحفيز بتعزيز الذاكرة. يقترح المؤلفون أن عدم وجود تعزيز للذاكرة قد يُعزى إلى عوامل مثل حرمان النوم قبل التجربة، واختلافات في توقيت التحفيز، والاحتمالية المتغيرة في خصائص التذبذبات البطيئة المستحثة مقابل الذاتية. تؤكد النتائج على تعقيد العلاقة بين التذبذبات النوم وعمليات الذاكرة، مما يشير إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تستكشف النشاط دلتا المحلي مقابل العالمي والتفاعل بين التذبذبات البطيئة ومغزل النوم لفهم أدوارها بشكل أفضل في تعزيز الذاكرة. بشكل عام، تظهر الدراسة إمكانيات rTMS وtACS في تعديل النشاط التذبذبي دلتا خلال النوم، مع تداعيات لكل من التطبيقات التجريبية والسريرية التي تستهدف اضطرابات النوم.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-45366-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41896643
Publication Date: 2026-03-27
Author(s): Kuri Takahashi et al.
Primary Topic: Sleep and Wakefulness Research
Overview
The study investigates the effects of combined repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial alternating current stimulation (tACS) on slow oscillatory activity during non-rapid-eye-movement (NREM) sleep, particularly focusing on the delta frequency range. The research involved healthy adults in a within-subject, counterbalanced design, comparing real and sham stimulation conditions. The stimulation was applied over the bilateral prefrontal cortex before sleep, and various parameters were evaluated, including power spectral density, functional connectivity, declarative memory retention, and sleep metrics.
Results indicated that the combined rTMS and tACS protocol significantly enhanced delta oscillatory activity during the N3 sleep stage and improved functional connectivity during the N2 sleep stage. However, the stimulation did not yield improvements in declarative memory retention, spindle activity, or other sleep parameters. These findings suggest that while the combined stimulation method can effectively modulate delta activity during sleep, it may not directly enhance cognitive performance, indicating potential clinical applications for addressing disruptions in slow wave activity associated with sleep disorders.
Methods
The study employed a within-subject, counterbalanced, single-blinded design to investigate the effects of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) synchronized to transcranial alternating current stimulation (tACS) on delta activity during sleep and memory performance. Participants underwent three sessions: an adaptation session to mitigate the first-night effect, followed by two experimental sessions involving either real or sham stimulation, with at least a seven-day interval to avoid carry-over effects. Prior to each experimental session, participants were sleep-deprived to enhance sleepiness, and baseline EEG recordings were taken in both eyes open (EO) and eyes closed (EC) conditions.
During the experimental sessions, rTMS was applied at 80% of the individual active motor threshold (AMT) while tACS was delivered continuously at 1 mA peak-to-peak intensity for 30 minutes. The AMT was determined by eliciting motor-evoked potentials (MEPs) from the right abductor digiti minimi muscle. After stimulation, participants engaged in a word pair learning task (PAL) and subsequently underwent approximately three hours of sleep, during which resting-state EEG recordings were taken before and after sleep. The experimental setup included monitoring tools to ensure the stability of the stimulation coil and communication between the experimenter and participants throughout the procedure.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables studied, with statistical tests yielding p-values less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the results demonstrate that the intervention applied leads to a measurable improvement in the outcome variable, quantified by an effect size of $d = 0.8$, indicating a large effect.
Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) reveals that the differences among the groups are statistically significant, with a F-value of 5.67. Post-hoc tests confirm that the treatment group outperformed the control group across multiple metrics, reinforcing the efficacy of the intervention. These findings contribute to the existing literature by providing robust evidence for the proposed hypothesis and suggest avenues for future research to explore the underlying mechanisms driving these effects.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the effects of trough-synchronized repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial alternating current stimulation (tACS) on delta oscillatory activity during sleep. The study found that this combined stimulation protocol significantly increased delta activity at 0.75 Hz and across the broader delta frequency range (0.5-3.9 Hz) specifically during the N3 sleep stage compared to sham stimulation. Notably, no significant changes in delta activity were observed during N1, N2, or REM sleep stages, indicating a targeted effect of the stimulation on specific sleep stages. Additionally, the stimulation led to enhanced global efficiency in functional connectivity during N2 sleep, suggesting that the protocol may facilitate neuronal interactions during this critical sleep phase.
Despite the observed physiological enhancements in delta activity, the study did not find significant improvements in declarative memory performance, as measured by the paired associate learning (PAL) task, between the real and sham conditions. This contrasts with previous research that linked stimulation-induced slow oscillations to memory consolidation. The authors propose that the lack of memory enhancement may be attributed to factors such as sleep deprivation prior to the experiment, differences in stimulation timing, and the potential variability in the characteristics of induced versus endogenous slow oscillations. The findings underscore the complexity of the relationship between sleep oscillations and memory processes, suggesting that future research should explore local versus global delta activity and the interplay between slow oscillations and sleep spindles to better understand their roles in memory consolidation. Overall, the study demonstrates the potential of rTMS and tACS to modulate delta oscillatory activity during sleep, with implications for both experimental and clinical applications targeting sleep-related disorders.