Behavioural Brain Research:挑战性感觉任务中感觉相关脑区α和β带活动的年龄相关差异

时间:2021-04-21 23:02:27   热度:37.1℃   作者:网络

姿势平衡所必需的感觉模式包括视觉、前庭和体感信息,这三种模式的高级处理称为感觉组织。研究表明,这三种感觉输入之间的相对权重是相关的。在具有挑战性的感官条件下,例如站在黑暗中,三种感官输入之间的相对权重可能相应地改变。感觉联合皮质位于顶叶、颞叶和枕叶,负责高级感觉加工和抽象认知加工。在具有挑战性的感觉条件下,脑电图的变化很可能发生在感觉相关区域,尽管也可能涉及其他大脑区域。在不同的感觉条件下,运动区域可能表现出与不同运动策略相关的大脑活动改变 。随着感觉剥夺,例如闭眼,神经系统必须减少视觉信息的重量,增加体感和前庭信息的权重。本研究有两个具体目的:(1)在感觉困难逐步增加的感觉条件下,检测整个头皮的α和βEEG活动;(2)比较老年人和青年人之间的差异。

招募了12名年轻人(2名男性和10名女性;22.8±2.6岁;受教育程度16.4±1.4岁)和12名老年人(7名男性和5名女性;67.7±6.8岁;受教育程度10.3±3.8岁)。参与者都是右撇子和右脚,只有两位老年参与者是左撇子和左脚。所有参与者在上一年都没有意外跌倒的记录。感官组织测试(SOT)使用NeuroCom Smart®平衡主系统进行测量。共有六种情况涉及感觉剥夺或冲突,对其中四种情况的数据进行了分析。视觉条件包括睁眼和闭眼。支撑条件包括稳定和不稳定的支撑面摆动参考运动,支撑面在矢状面内移动,与个人姿势摆动直接相关,增量为一个可忽略的延时,产生误导性的体感信息和感觉模态之间的感觉冲突。在稳定睁眼(SEO)条件下,受试者站在固定平台上,睁眼,所有感觉器官功能正常。在稳定闭眼(SEC)条件下,受试者闭眼站在固定平台上,神经系统必须增加体感和前庭信息的相对权重。在不稳定睁眼(UEO)的情况下,误导性的体感信息通过摆动参考支撑面传递到参与者的脚和关节,神经系统不得不抑制体感信息的使用,增加视觉和前庭信息的相对权重。在不稳定闭眼(UEC)条件下,受试者闭眼站在摆动参考面上,神经系统必须抑制视觉和体感信息的使用,增加前庭信息的相对权重。按照手册的规定,参与者的脚是根据他们的身高放在讲台上的。在整个测试过程中,头戴安全带,不限制姿势摆动,以防止摔倒。

Fig. 2

实验程序

参与者被告知在实验前一天洗头,并在24小时内避免饮用咖啡因或酒精。数据收集分为两个阶段,两个阶段之间休息2分钟,闭眼休息;休息期前20秒的数据作为基线脑电图数据。每个疗程包括在四种SOT条件中的每种条件下进行的三次试验,这些试验按随机顺序进行。在每一个环节中,在安装脑电图系统后,参与者赤脚安静地站在SOT平台上两分钟,以防止产生运动后的β波。当参与者报告他们准备好了,脑电图开始收集数据至少1.5秒,然后,SOT开始20秒。参与者被要求保持站立平衡,同时保持放松,直视前方,避免眨眼。

在SOT平衡得分方面,SOT条件(F3,66=175.656,p<0.001,部分eta平方=0.889)和组(F1,22=54.245,p<0.001)的主效应和交互效应(F3,66=14.230,p<0.001)。在SEC(p<0.001)、UEO(p<0.001)和UEC(p<0.001)条件下的表现明显比SEO条件差。老年组的表现明显低于年轻组。独立t检验显示,在所有感觉条件下,老年组的表现均显著差于年轻组(SEO:t22=6.443,p<0.001;SEC:t22=5.314,p<0.001;UEO:t22=6.155,p<0.001;UEC:t22=5.300,p<0.001),并且这些差异在UEO中尤其在UEC条件下更为明显。

Fig. 4

来自24名参与者的六组分簇的平均值和个体头皮图。”E”表示老年参与者,“Y”表示年轻参与者,数字为参与者总数。

方差分析显示所有条件中SOT条件的主要影响(左颞枕:F3,63=23.668,p<0.001;右颞枕:F3,39=22.281,p<0.001;左顶叶颞枕:F3,51=33.285,p<0.001;右顶叶颞枕:F3,63=17.793,p<0.001;左枕:F3,66=32.257,p<0.001;右枕:F3,66=28.055,p<0.001)。与SEO条件相比,SEC(所有p<0.001)和UEC(所有p<0.001,除了右顶叶-颞枕部,p=0.005和右颞枕部,p=0.001,区域)条件下的功率显著增加。此外,在左顶叶-颞叶-枕叶区域,与SEO相比,UEO的功率也降低(p=0.009)。

老年组在SEO条件下β活性几乎为零,或者没有持续的阳性或阴性。当他们在SEC和UEC条件下闭上眼睛时,beta值似乎也在增加,但幅度较小。方差分析显示左颞枕区存在显著的交互作用(F3,63=3.627,p=0.044),其中年轻组从SEO到SEC/UEC的β带功率增加,而老年组没有。,年轻组在SEO条件下具有正的快速β活性。在SEC和UEC条件下闭上眼睛,活动似乎增加;然而,在UEO条件下,在左侧颞枕和顶叶颞枕区域,活动似乎减少。方差分析显示,SOT主要影响右颞枕区(F3,39=4.042,p=0.014)、左顶叶颞枕区(F3,51=7.756,p=0.003)和右顶叶颞枕区(F3,63=8.192,p<0.001)。

脑电功率的变化与行为数据的逐步恶化不匹配,但反映了年轻人和老年人在处理闭眼或误导性体感信息时所采用的不同感觉策略。老年人左颞枕区和双侧枕区的快速β活动增加,表明老年人在所有,甚至最简单的感觉条件下都作出了持续的努力。与年轻受试者相似,闭眼的老年受试者双侧颞枕区和左枕区α活性增加,但左颞枕区β和快速β活性无变化。这可能表明,当老年参与者处理闭眼时,在枕部周围和附近重新分配相对感觉重量方面缺乏有效性。老年人的高级感觉组织可能受到许多因素的影响,如嗜睡或药物治疗,这些因素进一步使老年人在具有挑战性的感觉条件下处于失去平衡的危险之中。本文的研究结果为进一步研究老年人的感觉组织提供了基础。

Lin, C.-L., Y.-W. Hsieh, and H.-Y. Chen, Age-related differences in alpha and beta band activity in sensory association brain areas during challenging sensory tasks. Behavioural Brain Research, 2021. 408: p. 113279.

 

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