مقاله پژوهشی

گزارش مقدماتی: بهبود حافظۀ فضایی دیداری با تحریک دهلیزی گالوانیک

فاطمه السادات قاهری¹، منصوره عادل قهرمان¹، فرنوش جاراللهی²، شهره جلایی³

¹ـ گروه شنواییشناسی، دانشکده توانبخشی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، ایران

²ـ گروه شنواییشناسی، دانشکده علوم توانبخشی، دانشگاه علوم پزشکی ایران، تهران، ایران

³ـ گروه آمار زیستی، دانشکده توانبخشی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، ایران

چکیده

زمینه و هدف: اطلاعات جهتیابی در مناطق مختلف مغز از جمله هیپوکامپ ذخیره و پردازش میشود. بهدلیل ارتباطات آناتومیک متعدد بین هستههای دهلیزی و هیپوکامپ و نقایص شناختی بهویژه در حافظۀ فضایی متعاقب اختلالات دهلیزی، میتوان فرض کرد تحریک سیستم دهلیزی منجر به بهتر شدن حافظۀ فضایی خواهد شد. هدف این مطالعه، بررسی تأثیر تحریک گالوانیک دهلیزی بر حافظۀ فضایی افراد هنجار بود.

روش بررسی: در این مطالعه مداخلهایـتجربی، 60 زن 30-18 ساله بهطور تصادفی در دو گروه مداخله و شاهد قرار گرفتند. به گروه مداخله تحریک دهلیزی گالوانیک دوقطبی، دوطرفه و زیر سطح آستانۀ الکتریکی و به گروه شاهد، تحریک کاذب ارائه شد. مدت تحریک 15 دقیقه بود. تغییرات امتیازهای آزمون حافظۀ فضایی Corsi Block آنها قبل و بعد از تحریک در هر گروه و بین دو گروه مقایسه شد.

یافتهها: میانگین امتیاز تمام پارامترهای آزمون قبل از تحریک بین دو گروه برابر بود(05/0p>). در گروه مداخله، امتیاز ظرفیت یادآوری توالی، امتیاز کل و امتیاز یادگیری افزایش معنیداری داشتند(05/0>p) و امتیاز یادآوری تأخیری تغییر نداشت(6/0p=). در گروه شاهد، امتیاز یادگیری بهتر(003/0p=) و امتیاز یادآوری تأخیری بعد از تحریک کاذب بدتر شد(01/0p=). درصد اختلاف امتیازهای ظرفیت یادآوری توالی و کل بین دو گروه اختلاف معنیداری داشتند(05/0>p).

نتیجهگیری: تحریک دهلیزی گالوانیک بر حافظههای کوتاهمدت و بلندمدت فضایی اثر تقویتکنندگی دارد. به نظر میرسد اثر یادگیری بهطور ذاتی در این آزمون وجود دارد و از تحریک تأثیر نمیپذیرد.

واژگان کلیدی: تحریک دهلیزی گالوانیک، سیستم دهلیزی، هیپوکامپ، حافظۀ فضایی دیداری

(دریافت مقاله: 20/10/91، پذیرش: 18/11/91)

مقدمه

در پردازش اطلاعات و شکلگیری حافظه، نواحی مختلف مغز سهیم هستند که بهعنوان یک سیستم اجرایی واحد عمل میکنند. در این راستا، هیپوکامپ در مرتبط ساختن اطلاعات پیچیدۀ چندجنبهای و ایجاد مسیرهای جدید حافظهای، از نقش مهمی برخوردار است. بهعلاوه، ارتباط حافظۀ فضایی در هیپوکامپ با سیستم دهلیزی اثبات شده(1) و ارتباطات آناتومیک متعددی بین هستههای دهلیزی و هیپوکامپ گزارش شده است. سیستم دهلیزی براساس یکپارچگی حسگرهای دوطرف عمل میکند و این سیستم در حفظ وضعیت بدن، راهبری (navigation) و حافظۀ فضایی نقش دارد(2). در نتیجه، انتقال اطلاعات حرکتی فرد توسط سیستم دهلیزی برای رشد حافظۀ فضایی در نواحی مختلف مغز، از جمله هیپوکامپ، ضروری خواهد بود؛ بهطوری که سیگنالهای دهلیزی برای فعالیت سلولهای اختصاصی مکانی در هیپوکامپ بهمنظور ایجاد یک لایۀ عصبی برای نمود فضایی از راهبری بهکار میروند(3).

اولین شواهد بالینی مبنی بر تأثیر ضعف دهلیزی بر عملکرد شناختی انسانها در مطالعات Grimm و همکاران (1989) گزارش شد. بهدنبال وی، تحقیقات مختلفی در دهۀ 1990 برای بررسی تأثیرات آسیب دهلیزی بر راهبری فضایی انسانها انجام شد(1و4). این اطلاعات نشان میدهد که راهبری فضایی، اساساً وابسته به عملکرد سالم دهلیز است و نقایص عملکردی هیپوکامپ حتی در صورت ثبات بیمار، بدون هیچ تحریک واقعی دهلیزی یا حسیپیکری، بهعلت کمبود طولانیمدت ورودی دهلیزی بیشتر میشود(5). مطالعات حیوانی با ضایعات دوطرفۀ دهلیزی، نشان از قطع شدید ریتم تتا (نوسانی قوی در ثبت سیگنال الکتروآنسفالوگرافی از هیپوکامپ)، تغییرات بیوشیمیایی و تغییر فعالیت سلولهای مکانی هیپوکامپ دارند و در مطالعات انسانی اخیر، با ضایعات دوطرفۀ دهلیزی، حتی آتروفی هیپوکامپ هم گزارش شده است(1و3). با وجودی که اثر ضایعات دهلیزی روی هیپوکامپ، بهعلت استرس مزمن و افزایش سطح گلوکوکورتیکوئید، منطقی بهنظر میرسد، امروزه شواهد کمی برای آن وجود دارد؛ چرا که تغییرات هیپوکامپ ممکن است بهعلت کاهش رفتارهای فعال و اکتشافی نیز اتفاق بیفتد(1). تأثیر ضعف دهلیزی بر حافظۀ فضایی منجر به این فرضیه شد که در حین حرکت، هیپوکامپ از اطلاعات دهلیزی برای تشکیل حافظههای مرتبط با محیط فضایی استفاده میکند(6). بهنظر میرسد فعالیت سیستم دهلیزی در نبود حرکت فرد باعث فعال شدن مغز در رابطه با حافظۀ فضایی میشود. شواهدی از این دست، این پرسش را برانگیخت که آیا فعال کردن سیستم دهلیزی میتواند باعث بهبود حافظه شود؟

با وجودی که حرکت دادن سر روشی طبیعی در تحریک گیرندههای دهلیزی محسوب میشود، اما در ارزیابی بالینی عملکرد دهلیز اغلب از تحریکات غیرفیزیولوژیک استفاده میشود؛ بهطوریکه بر خلاف حرکت سر، که همواره هر دو لابیرنت را بهطور همزمان تحریک میکند، تحریک کالریک و گالوانیک را میتوان برای برانگیختن پاسخ از هر لابیرنت بهطور مجزا بهکار برد. در تحریک کالریک تغییر دما منجر به جریان آندولنف و تحریک لابیرنت میشود که بر عملکرد هر دو نیمکره و تشکیلات هیپوکامپی انسان اثر میگذارد(7) و با تحریک یکطرفه، ساختارهای مغزی سمت مقابل فعال میشود. در تنها مطالعهای که از کالریک استفاده شد با تحریک گوش چپ حافظۀ کلامی، و با تحریک گوش راست حافظۀ فضایی بهتر شد(8). اما بهدلیل مشکل در افتراق تأثیرات شناختی از رفکلسهای دهلیزی حاصل، بهعلاوه اثرات ناخوشایند تحریک از جمله سرگیجه و تهوع و نیز کنترل کمتر این نوع محرک، استفاده از تحریک گالوانیک ترجیح داده میشود. تحریک دهلیزی گالوانیک (Galvanic Vestibular Stimulation: GVS) دوقطبی غالباً بهصورت ورای پوستی بر زائدۀ ماستوئید اعمال میشود و مستقیماً بر تخلیۀ نورونهای گانگلیون اسکارپا اثر میگذارد و تخلیۀ ناگهانی آورانهای دهلیزی را افزایش (با تحریک کاتدی) یا کاهش (با تحریک آندی) میدهد. با تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی در انسانها، GVS مناطق مغزی شامل اینسولای خلفی، مناطق پشت اینسولار، شکنج گیجگاهی فوقانی، بخشی از قشر پسسری تحتانی، شیار بین پسسری، شیار پسمرکزی و پیشمرکزی، اینسولار قدامی، شیار پیشانی تحتانی، شیار کمربندی قدامی و هیپوکامپ را فعال میکند. این فعالیتها نامتقارن بوده و در نیمکرۀ غیرغالب بهسمت گوش تحریکی و بهسمت فاز تند نیستاگموس دهلیزی، قویتر است(6).

در مطالعات قبلی اثر بهبوددهندۀ GVS نویزی بر حافظۀ بینایی دیده شده بود(9). اخیراً و تقریباً موازی با پژوهش حاضر، در مطالعۀ دیگری تأثیر GVS نویزی بر حافظۀ فضایی شامل چرخش ذهنی (mental rotation)، درک بعد (perspective-taking) و تطبیق با الگو بررسی شد که در آن از تحریک زیرآستانه و فوقآستانه استفاده شد. براساس این مطالعه تحریک فوقآستانه اثر معکوس بر حافظۀ فضایی دارد و چرخش ذهنی تحت تأثیر GVS قرار نمیگیرد(10). با توجه به نتایج حاصله و نیز همسان نبودن گروههای مورد مطالعۀ پیش از ارائۀ تحریک در پژوهشهای گذشته، این مطالعه با هدف تعیین اندازۀ تأثیر تحریک دهلیزی گالوانیک دوقطبی ثابت بر حافظۀ (کوتاه مدت، یادگیری و بلندمدت) فضایی افراد هنجار انجام شد.

روش  بررسی

این مطالعه بهصورت مداخلهای-تجربی انجام گرفته است. بهعلت تأثیر جنس، سن، برتری دستی و سطح تحصیلات بر عملکردهای شناختی، نمونههای مورد مطالعه 60 زن داوطلب 18 تا 30 ساله، راستدست، فارغالتحصیل یا دانشجوی رشتههای مختلف تحصیلی در مقطع کارشناسی یا بالاتر با شرط سلامت سیستم شنوایی، تعادل، ماهیچهای اسکلتی، ایمنولژیک، نورولژیک، روانی، هورمونی (در دورههای خارج از زمان قاعدگی)، چشمی و وضعیت هنجار از نظر هیجانات روحی و نیز نداشتن تاریخچهای از مهارتهای پیشرفتۀ تعادلی و حرکتی(براساس تکمیل فرم پرسشنامه)، بهروش نمونهگیری آسان انتخاب شدند و مطالعه روی30 نفر در گروه شاهد و 30 نفر در گروه مداخله در تابستان و پاییز 1391 در کلینیک شنواییشناسی دانشکدۀ توانبخشی دانشگاه علوم پزشکی تهران اجرا شد. از تمام افراد رضایتنامۀ کتبی برای شرکت در مطالعه گرفته شد.

افراد بهطور تصادفی به دو گروه شاهد ( عدم دریافت تحریک دهلیزی) و گروه مداخله (دریافت تحریک دهلیزی) تقسیم شدند. نحوۀ تخصیص افراد در این دو دسته بهروش تصادفی بود. برای تحریک دهلیزی گالوانیک دوقطبی، از دستگاه Dynatone 438 (شرکت Enraf، هلند) و الکترودهایی با سطحی برابر با 35 سانتیمتر مربع (57 سانتیمتر)(9) روی ماستویید دو طرف استفاده شد. جنس الکترودها از نوع کربنی (carbon rubber) بود و برای انتقال بهتر جریان از ژل مخصوص استفاده شد. برای اتصال الکترودها روی ماستوئید از نوارچسبهای کاغذی و باند کشی استفاده شد. در این مطالعه کاتد در سمت راست و آند در سمت چپ (تحت عنوان تحریک دهلیزی گالوانیک دو قطبی چپ) با هدف تحریک گوش راست قرار گرفت. پیش از ارائۀ تحریک، آستانۀ تحریک الکتریکی در تمام افراد بهدست میآمد؛ به این صورت که جریان الکتریکی از 1/0 میلیآمپر شروع شده و بهتدریج تا جایی که فرد احساس سوزش یا خارش ملایمی در محل الکترودها احساس میکرد، بالا برده میشد و این سطح بهعنوان آستانۀ تحریک الکتریکی آن فرد ثبت میشد(9). پس از تعیین سطح آستانۀ تحریک الکتریکی در هر فرد، شدت جریانی بهاندازۀ 6/0 تا یک میلیآمپر بهمدت 15 دقیقه(9) بهطور ثابت ارائه میشد. در گروه شاهد نیز الکترودها در محل قرارگیری الکترودهای تحریک گالوانیک نصب میشدند و بهمدت 10 ثانیه محرک ارائه و سپس متوقف میشد(9). بهدلیل پایین بودن شدت جریان تحریک برای افراد، دریافت یا عدم دریافت تحریک قابل تمایز نبود.

برای بررسی حافظۀ فضایی از آزمون اشاره به مکعب Corsi (Corsi Block Tapping: CBT) بهعنوان آزمون حافظۀ فضایی دیداری استفاده شد. آزمون شامل نُه مکعب سیاه به ابعاد 303030 میلیمتر بود که روی صفحهای با ابعاد 225205 میلیمتر بهرنگ سیاه چسبانده شده بودند و روی وجهی که تنها برای آزمونگر قابل رؤیت بود اعداد یک تا نه چاپ شده بود. فرد روی یک صندلی با قابلیت تنظیم ارتفاع در مقابل آزمونگر مینشست. آزمونگر پشت سر هم به مکعبها اشاره میکرد که از توالی دو مکعب شروع میشد. دو مرحله برای هر توالی مشابه از مکعبها ارائه میشد. اگر دستکم یکی از اینها بهدرستی تکرار میشد، مرحلۀ بعدی با توالی افزایش یافته انجام میگرفت. به مکعبها با انگشت اشاره و تقریباً با سرعت یک مکعب در هر ثانیه (بدون مکث بین هر مکعب) اشاره میشد. افراد میبایست توالی مکعبها را بههمان ترتیب و بلافاصله بعد از پایان اشارۀ آزمونگر نشان میدادند. آموزش برای اجرای تکلیف به این صورت بود: «من به یک سری مکعب روی صفحه اشاره خواهم کرد. وقتی تمام شد، از تو میخواهم تا به آن مکعبها به همان ترتیب اشاره کنی. پس از آن، من توالی دیگری را نشان خواهم داد. طول این توالیها بهمرور افزایش مییابد» اگر فرد پیش از پایان اشارۀ آزمونگر شروع به اجرای تکلیف میکرد، از او درخواست میشد تا پایان آن صبر کند. در صورت ناموفق شدن فرد در اجرای دو توالی با طول برابر، آزمون پایان مییافت. تنها یک توالی کاملاً درست تکرار شده امتیاز درست را دریافت میکرد. اما امکان اصلاح توالی توسط خود فرد نیز وجود داشت(11). سه شرایط مختلف امتیازدهی اجرا میشد که شامل ارزیابی حافظۀ کوتاهمدت، یادگیری و یادآوری تأخیری بود. در شرایط اول (ارزیابی حافظۀ کوتاهمدت)، امتیاز مربوط به ظرفیت یادآوری توالی، براساس بلندترین توالی که فرد میتوانست بهدرستی تکرار کند، از دو تا نه (بر حسب تعداد توالیهای مورد پرسش) محاسبه میشد و امتیاز کل بر مبنای حاصل ضرب ظرفیت یادآوری توالی در تعداد مراحلی که به درستی اشاره میشد، در محدودهای بین 2 تا 144 بهدست میآمد. در شرایط دوم (ارزیابی یادگیری) افراد میبایست توالی 8 مکعب را که توسط آزمونگر ارائه شده بود فرا میگرفتند. معیار یادگیری، سهبار تکرار درست و پشت سر هم توالی بود (حداکثر تعداد مراحل ارائه برای آموزش 18 دفعه بود). امتیاز یادگیری براساس تعلق یک امتیاز به هر مکعب درست تکرار شده تا زمان رسیدن به معیار یادگیری بود. سپس، این عدد به امتیاز عملکرد درست از باقی مراحل (تا مرحلۀ هجدهم) افزوده میشد که در محدودهای برابر با دو تا 144 قرار میگرفت. برای مثال، اگر فردی در بهترین حالت، در تکرار سوم از اولین مرحلۀ ارائه (اولین مرحله از 18 مرحله) به معیار یادگیری میرسید، وی 24 امتیاز ( 8 مکعب ضربدر سه تکرار درست) بهعلاوه 120 امتیاز (8 مکعب ضربدر 15 مرحلۀ باقیمانده در صورت ارائه) برای باقی مراحل کسب میکرد. بنابراین، امتیاز کلی وی 144 (حداکثر امتیاز) میشد. پنج دقیقه بعد، شرایط سوم (یادآوری تأخیری) اجرا میشد. آزمونگر از فرد میخواست توالی 8 مکعب یادگرفتۀ قبلی در مرحلۀ یادگیری را تکرار کند. امتیاز وی براساس تعداد مکعبهای درست تکرار شده محاسبه میشد که بهعلت ارزیابی تکرار توالی 8 مکعب، از یک تا هشت بهدست میآمد. در این مطالعه علاوه بر اختلاف امتیازهای قبل و بعد افراد، برای بررسی تأثیر تحریک گالوانیک بر پارامترهای این آزمون، از شاخص آماری درصد اختلاف (نسبت بین اختلاف امتیاز قبل و بعد از تحریک به امتیاز قبل از تحریک در هر فرد) استفاده شد.

پس از ارائۀ تحریک (دهلیزی گالوانیک یا کاذب)، دوباره تمام افراد تحت آزمون حافظۀ فضایی قرار میگرفتند. برای جلوگیری از تأثیر یادگیری توالیها (learning effect) توسط افراد، در هر مرحله (قبل و بعد از تحریک) از یک فهرست توالی جداگانه در آزمون حافظۀ فضایی استفاده شد.

چهار پارامتر آزمون CBT شامل ظرفیت یادآوری توالی، امتیاز کل، امتیاز یادگیری و یادآوری تأخیری قبل و بعد از تحریک دهلیزی گالوانیک در دو گروه مداخله و شاهد ارزیابی شد. از آنجاکه امتیازها بهصورت متغیرهای کمی گسسته بودند، در ارائۀ نتایج قبل و بعد هر پارامتر، بهجای میانگین از میانه استفاده شد. در آنالیز دادهها ابتدا نتایج هر پارامتر در هر گروه بهصورت اختلاف قبل و بعد از تحریک دهلیزی گالوانیک واقعی یا کاذب، با آزمون آماری ناپارامتری ویلکاکسون بررسی شد و سپس برای مقایسه بین دو گروه بهجای امتیازهای خام از درصد اختلاف آنها استفاده شد، تا به این وسیله دادههای کمی گسسته به متغیرهای کمی پیوسته تبدیل شود. درصد اختلاف مثبت بهمعنای بهبود حافظۀ فضایی در آن پارامتر پس از تحریک، درصد اختلاف منفی بهمعنای تضعیف حافظۀ فضایی بعد از تحریک و درصد صفر بهمعنای عدم تغییر آن پارامتر قبل و بعد از تحریک دهلیزی گالوانیک واقعی یا کاذب بود. میانگین درصد اختلاف پارامترهای آزمون CBT بین دو گروه با آزمون آماری t مستقل مقایسه شد. سطح معنیداری 05/0 در نظر گرفته شد. بنابر فرضیۀ اول، انتظار بر این بود که تنها در گروه مداخله تفاوت معنیدار بین دادههای قبل و بعد از تحریک دیده  شود و طبق فرضیۀ دوم، میانگین درصد اختلاف همۀ پارامترهای آزمون بین دو گروه تفاوت معنیداری داشت.

یافتهها

دامنۀ سنی افراد دو گروه در محدودۀ 19 تا 30 سال با میانگین سنی 23 سال و انحرافمعیار 9/2 قرار داشت. در بررسی آستانۀ تحریک الکتریکی در کل افراد شرکتکننده در مطالعه، محدودهای بین 3/0 تا چهار میلیآمپر مشخص شد که در گروه مداخله با میانگین 56/1 میلیآمپر و انحرافمعیار 87/0 و در گروه شاهد با میانگین 02/1 میلیآمپر با انحرافمعیار 73/0 تقریباً همگی در یک سطح قرار داشتند(01/0=p). در 7/21 درصد افراد گروه مداخله، آستانۀ تحریک الکتریکی بین دو تا چهار میلیآمپر قرار داشت. با وجودیکه هدف از این مطالعه ارائۀ تحریکی زیر

سطح آستانۀ هر فرد بود، در این دسته از افراد گروه مداخله بهعلت رعایت ملاحظات اخلاقی و علم بر حداکثر سطح ایمنی ارائه تا دو میلیآمپر، از ارائۀ تحریک بالاتر از دو میلیآمپر اجتناب شد. میانگین شدت ارائۀ تحریک گالوانیک 89/0 میلیآمپر با انحرافمعیار 35/0 بود.

با توجه به نتایج، میانگین امتیاز تمام پارامترهای آزمون CBT قبل از تحریک، بین دو گروه برابر بود(05/0p>) که نشان از نداشتن تفاوت معنیدار بین نتایج پارامترهای مورد ارزیابی (ظرفیت یادآوری توالی، امتیاز کل، امتیاز یادگیری و امتیاز یادآوری تأخیری) بین دو گروه، قبل از ارائۀ تحریک دهلیزی واقعی یا کاذب بود.

مقایسۀ امتیازهای هر پارامتر قبل و بعد از تحریک گالوانیک واقعی یا کاذب در هر گروه نشان داد که در گروه مداخله ظرفیت یادآوری توالی، امتیاز کل و امتیاز یادگیری بعد از تحریک بهطور معنیداری تفاوت دارد (در ظرفیت یادآوری توالی 01/0=p، در امتیاز کل02/0=p و در امتیاز یادگیری 001/0>p). بهعبارت دیگر، این امتیازها افزایش یافته بودند، اما میانگین امتیاز یادآوری تأخیری تغییر معنیداری نکرده بود(05/0p>). در گروه شاهد، امتیاز یادگیری هم بهبود نشان داد(002/0=p). امتیاز یادآوری تأخیری کاهش یافت(01/0=p) و امتیازهای ظرفیت یادآوری توالی و کل تغییر معنیداری نداشتند(05/0p>) جدول 1 نشاندهندۀ این موارد است.

برای مقایسۀ دو گروه در هر پارامتر از میانگین درصد اختلاف امتیازها استفاده شد. میانگین درصد اختلاف امتیاز ظرفیت یادآوری توالی و امتیاز کل بهترتیب در گروه مداخله 10/0 با انحرافمعیار 18/0 و 21/0 با انحرافمعیار 41/0 بهدست آمد که با گروه شاهد (بهترتیب میانگین 02/0- و انحرافمعیار 15/0 و 02/0 و انحرافمعیار 33/0) تفاوت معنیداری داشتند (بهترتیب 02/0=p و 05/0=p). بین درصد اختلاف امتیاز یادگیری با 72/0=p و یادآوری تأخیری با 07/0=p دو گروه تفاوت معنیداری وجود نداشت. نمودار 1 به مقایسۀ فرد به فرد درصد اختلاف هر پارامتر به تفکیک گروههای مورد مطالعه و نمودار 2 به مقایسۀ میانگین درصد اختلافها بین دو گروه میپردازد.

بحث

در این مطالعه تحریک گالوانیکی با میانگین شدتی 8/0 میلیآمپر و انحرافمعیار 35/0 بهمدت 15 دقیقه (بهعلت محدودیت در حداکثر شدت دستگاه) ارائه شد و به این طریق با این جریان ثابت از ایجاد آسیبهای پوستی نیز جلوگیری بهعمل آمد، زیرا بر طبق مطالعات مروری Utz و همکاران (2010) تحریک الکتریکی با میانگین 8/0 میلیآمپر با انحرافمعیار 2/0 برای حداکثر 20 دقیقه در انسانها ایمن است(12). از سوی دیگر، طبق مطالعۀ Holstein و همکاران (2012) وقتی تحریک صورت میگیرد، آنچه که فعالیت نورون را نشان میدهد بیان

پروتئین c-Fos است. برای بیان ژن آن، لازم است 15 تا 30 دقیقه تحریک صورت گیرد و بین 240-90 دقیقه بعد از ارائۀ تحریک، بیان پروتئین c-Fos به حداکثر خود خواهد رسید(13). بنابراین، در این پژوهش مدت تحریک، حداکثر زمان ارائۀ دستگاه یعنی 15 دقیقه در نظر گرفته شد.

براساس نتایجی که در این مطالعه بهدست آمد میانۀ امتیازهای CBT کل افراد پیش از ارائۀ تحریک واقعی یا کاذب، در ظرفیت یادآوری توالی (بهعنوان حافظۀ کوتاهمدت) برابر با 6، امتیاز کل برابر با 60، امتیاز یادگیری برابر با 128 و امتیاز یادآوری تأخیری (بهعنوان حافظۀ بلندمدت) برابر با 8 شد. امتیازهای ظرفیت یادآوری توالی، امتیاز کل و امتیاز یادگیری در گروه مداخله بعد از ارائۀ تحریک افزایش معنیداری داشت و امتیاز یادآوری تأخیری آنها تفاوت معنیداری نداشت. در گروه شاهد امتیاز یادگیری بعد از ارائه تحریک کاذب بهتر و امتیاز یادآوری تأخیری بدتر شد.

در مطالعۀ Piccardi و همکاران (2008) که به بررسی 35 زن هنجار دانشجوی کارشناسی با 13 سال سابقۀ تحصیلی و میانگین سنی 26/23 سال پرداختند، میانگین امتیازهای یادآوری توالی (حافظۀ کوتاهمدت)، یادگیری و یادآوری تأخیری (حافظۀ بلندمدت) بهترتیب 83/4، 91/115 و 11/7 گزارش شد(14) که میتوان عنوان کرد میانۀ امتیاز افراد شرکتکننده در این مطالعه، در مقایسه با نتایج مطالعۀ Piccardi و همکاران (2008)، کمی بهتر است. با وجود مشابهت سنی، جنسی و تحصیلی گروهها در مطالعۀ حاضر و مطالعۀ آنها، اختلاف دیده شده را شاید بتوان به تفاوتهای دیگر نسبت داد. از جمله این که نتایج آنها از نظر دستبرتری تفکیک نشده بود و این که بین جامعۀ ایتالیایی و ایرانی تفاوتهای شناختی وجود دارد.

مقایسۀ درصد اختلاف پارامترهای آزمون بین دو گروه تنها در ظرفیت یادآوری توالی و امتیاز کل بین دو گروه مداخله و شاهد تفاوت معنیدار نشان داد(05/0>p). در نتیجه، این مطالعه نشان داد که ارائۀ تحریک گالوانیک دوطرفۀ دوقطبی زیر سطح آستانه بهطور بارزی حافظۀ کوتاهمدت فضایی (ظرفیت یادآوری توالی و امتیاز کل) را افزایش میدهد و ورودی دهلیزی بر این جنبه از فعالیتهای حافظۀ فضایی تأثیر مثبت دارد. باید به این نکته توجه کرد که با توجه به عدم مشاهدۀ تفاوت معنیدار در درصد اختلاف امتیاز یادآوری تأخیری بین دو گروه(07/0=p)، این امکان وجود داشت که احتمالاً با افزایش حجم نمونه، شاهد تفاوت معنیدار در این پارامتر آزمون بین دو گروه باشیم. اما چنانکه پیشتر گقته شد، امتیاز قبل و بعد یادآوری تأخیری در گروه مداخله تفاوت نکرده بود، اما در گروه شاهد تضعیف شده بود. بر این اساس میتوان نتیجه گرفت که احتمالاً تحریک باعث حفظ حافظۀ بلندمدت در گروه مداخله شده است. در رابطه با افزایش معنیدار امتیاز یادگیری بعد از تحریک در دو گروه و نبود تفاوت معنیدار بین دو گروه، میتوان این مطلب را بیان داشت که امتیاز یادگیری، پارامتری است که ذاتاً در این آزمون وجود داشته و با ارائۀ تحریک تأثیری بر این پارامتر دیده نشده است.

مطالعۀ Dilda و همکاران (2012) هم که تنها مطالعۀ در دسترس از بررسی تأثیر تحریک دهلیزی گالوانیک بر جنبههای مختلف عملکردهای شناختی از جمله حافظۀ فضایی بود، به بهبود عملکرد افراد در برخی جنبههای حافظۀ فضایی پس از تحریک زیرآستانه اشاره داشت. آنها عملکرد شناختی افراد را قبل و حین GVS دوقطبی نویزی دوطرفۀ فوقآستانه با گروه شاهد (بدون ارائه GVS یا تحت تحریک زیرآستانه) مقایسه کردند. در این مطالعه 120 فرد سالم تحت ارائۀ تصادفی GVS با شدت صفر یا 1 یا 5/3 یا 5 میلیآمپر قرار گرفتند. مجموعهای از آزمونهای شناختی از جمله حافظۀ فضایی شامل چرخش ذهنی، درک بعد و تطبیق با الگو در سه وضعیت (ارزیابی پایه پیش از تحریک، حین تحریک متناوب و 15 دقیقه بعد از ارائۀ تحریک) اجرا شد. در بررسی نتایج، دیده شد که مقدار خطا در درک بعد و تطبیق با الگو با ارائۀ GVS فوقآستانه بهطور بارزی بیشتر از تحریک زیرآستانه است که نشان میدهد تحریک فوقآستانه اثر معکوس بر این فعالیتها دارد. چرخش ذهنی تحت تأثیر GVS قرار نگرفت. تفاوت بارزی در عملکرد گروه دریافتکنندۀ تحریک صفر میلیآمپری و گروه دریافتکنندۀ تحریک زیرآستانه (تحریکات

سینوسی و نویزی با حداکثر قلۀ یک میلیآمپر) دیده نشد. البته باید این مسئله را نیز در نظر داشت که عملکرد پایۀ گروه صفر و یک میلیآمپری (تحریک زیرآستانه) با یکدیگر تفاوت معنیداری داشتند. به اعتقاد این پژوهشگران، اثر معکوس GVS بر درک بعد و بیتأثیر بودن آن بر چرخش ذهنی با مطالعات تصویربرداری همخوانی دارد. این مطالعات نشان دادهاند تبدیلهای خودمدار (egocentric) نظیر درک بعد عمدتاً در مناطق قشریای (خط اتصال آهیانهایـگیجگاهی و لب آهیانهای فوقانی) رخ میدهد که ورودی دهلیزی دارند، اما تبدیلهای مبتنی بر شئ (چرخش ذهنی) در منطقۀ پیشانی-آهیانهای اتفاق میافتند. افزایش مقدار خطای فعالیت تطبیق با الگو احتمالاً بهدلیل تداخل با پردازش حافظۀ فضایی در هیپوکامپ است که این مورد نیز با مطالعات تصویربرداری در بیماران دهلیزی نشان داده شده است(10).

در ارتباط با علت تأثیر GVS بر پارامترهای آزمون
میتوان این چنین بیان کرد که مسیرهای آناتومیک متعددی برای اتصال هستههای دهلیزی با هیپوکامپ پیشنهاد شدهاند، بهطوریکه بهدلیل گستردگی این مسیرها میتوان دستکم سه مسیر متفاوت را برای ارتباط هستههای دهلیزی با هیپوکامپ گزارش کرد: 1) مسیر تالاموسیـقشری، 2) مسیر مولد تتا (θ-generating pathway) 3) مسیر سیستم حساس بهجهت سر (head-direction system). بهعلاوه، ممکن است اطلاعات دهلیزی از مسیر دهلیزـمخچهـقشر مغز نیز به هیپوکامپ منتقل شوند(15) که توسط سلولهای حساس به جهت سر در تالاموس و سلولهای مکانی هیپوکامپ تعدیل میشوند(2). در تفسیر الگوی پیچیدۀ فعالیت تحریک گالوانیک باید این نکته را مدنظر داشت که هیچ قشر دهلیزی اولیهای در مقایسه با قشر استریای بینایی یا قشر هشل شنوایی وجود ندارد، در نتیجه قشر دهلیزی بخشی از قشر چندحسی بهحساب میآید که سایر وجوه حسی را برای جهتیابی فضایی، درک از حرکت خود و کنترل حرکات چشمی درگیر میسازد. در حقیقت یک شبکۀ عصبی پیچیده و عمدتاً در نواحی گیجگاهیـاینسولار و گیجگاهیـپسسری در هر دو نیمکرۀ افراد سالم با تحریک کالریک و گالوانیک فعال میشود(2و6). در نتیجه، یکی از علل مبهم بودن چگونگی تأثیر تحریک گالوانیک بر حافظۀ فضایی آن است که هرگونه تأثیرات سودمند این تحریک در نتیجۀ ارتباط اطلاعات دهلیزی به مناطق متفاوتی از نئوکورتکس به وجود میآید و احتمالاً باعث تغییر در یکپارچگی اطلاعات حسی میشود(6) و دقیقاً مشخص نشده است که هر پارامتر از این آزمونها کدام قسمت از قشر دهلیزی-فضایی بهویژه هیپوکامپ را درگیر میسازد. تأثیر تحریک دهلیزی بر عملکردهای شناختی با یافتههای نوروآناتومی منطبق است(6)، بهطوریکه احتمالاً بهعلت افزایش جریان خون به ساختارهای گیجگاهی و پسسری نیمکرۀ راست و طرفیشدن استراتژیهای فضایی ترجیحاً در نیمکرۀ راست، میتوان گفت با تحریک آندی چپ، عملکرد حافظۀ فضایی کوتاهمدت افراد افزایش مییابد(9). همانطورکه در یافتههای Batchtold و همکاران (2001) نیز میتوان دید تحریک کالریک سرد به گوش چپ موجب یادآوری سریعتر تصاویر اشیا میشود(8). در مطالعۀ آنها تأثیر تحریک کالریک دهلیزی یکطرفه (سمت راست/چپ/هیچکدام) با آب سرد (24 درجه سانتیگراد) بر 108 فرد هنجار طی دو آزمون شناختی بررسی شد. در آزمایش اول (فعالیت نیمکرۀ راست)، افراد محل اشیا را حین تحریک آب سرد به گوش راست یا چپ و یا عدم تحریک (گروه شاهد) بهخاطر میسپردند. در آزمایش دوم (فعالیت نیمکرۀ چپ)، افراد فهرستی از واژههای کاربردی را که بهطور متوالی ارائه میشد، حین تحریک همانند آزمایش اول حفظ میکردند. یک مرحله آزمون یادآوری، پس از هر مرحلۀ کدگذاری وجود داشت. در آزمایش اول افرادی که از گوش چپ تحریک شده بودند محل اشیا را بهطور معنیداری سریعتر از گروه تحریک به گوش راست و شاهد به یاد میآوردند. آزمایش دوم نتیجۀ عکس داشت و بازشناسی درست واژهها در گروه ارائۀ تحریک به گوش راست، سریعتر از گروه تحریک به گوش چپ و شاهد بود. محققان در این مطالعه پیشنهاد دادند که احتمالاً تحریک کالریک یکطرفه منجر به فعالسازی انتخابی ساختارهای مغزی سمت مقابل و افزایش سرعت پردازشهای شناختی توسط این ساختارها میشود. بهطوریکه حافظۀ کلامی اساساً با نیمکرۀ چپ و حافظۀ فضایی با نیمکرۀ راست کنترل میشود(8). براساس شواهد جدیدتر، احتمالاً هیپوکامپ راست به حافظۀ فضایی بر مبنای محیط (allocentric)، کشف آگاهی فضایی و قضاوت دربارۀ دوری و نزدیکی اختصاص یافته و هیپوکامپ چپ با حافظۀ راهبری ذهنی (topokinetic) مرتبط است(5و16) و از سوی دیگر، مناطق قدامی هیپوکامپ در حافظۀ مکانی اشیا در فضایی کوچک (near space) فعال میشود(16).

با آن که اخیراً بر استفاده از GVS نویزی بهدلیل تأثیر بهتر آن بر سیستم عصبی تأکید میشود، در مطالعۀ حاضر نشان داده شد که GVS ثابت هم بر حافظۀ فضایی مؤثر است. Wilkinson و همکاران (2008) با مقایسۀ تحریک گالوانیک نویزی و ثابت اظهار داشتند که تحریک گالوانیک ثابت بر حافظۀ یادآوری چهرۀ افراد تأثیری نداشته است(9).

نتیجهگیری

با مقایسۀ امتیاز پارامترهای آزمون CBT، شامل ظرفیت یادآوری توالی، امتیاز کل، امتیاز یادگیری و یادآوری تأخیری قبل و بعد از ارائۀ تحریک گالوانیک دهلیزی یا تحریک کاذب در دو گروه مداخله و شاهد میتوان نتیجه گرفت ظرفیت یادآوری توالی و امتیاز کل که به حافظۀ کوتاهمدت فضایی دیداری مربوط هستند، بر اثر تحریک تقویت میشود. کیفیت عملکرد افراد در یادآوری تأخیری (حافظۀ بلندمدت) نیز پس از تحریک در گروه مداخله حفظ میشود. بهتر شدن امتیاز یادگیری در هر دو گروه بهطور مساوی، احتمالاً نشان میدهد این پارامتر آزمون CBT بهطور ذاتی بر اثر یادگیری افزایش مییابد و تحریک بر آن مؤثر نیست.

سپاسگزاری

این مقاله حاصل پایاننامۀ کارشناسیارشد گروه شنواییشناسی، دانشکدۀ توانبخشی، دانشگاه علوم پزشکی تهران است. نویسندگان تمایل دارند از جناب آقای دکتر سعید فراهانی، مدیر محترم گروه، بهدلیل در اختیار گذاشتن فضای لازم، و سرکار خانم دکتر مریم زحمتکش، استادیار دانشکدۀ فناوریهای نوین دانشگاه علوم پزشکی تهران، برای مشاورۀ علمی، و سرکار خانم دکتر صوفیا نقدی، استادیار دانشکدۀ توانبخشی دانشگاه علوم پزشکی تهران، برای در اختیار قرار دادن تجهیزات مورد نیاز سپاسگزاری نمایند.

REFERENCES

1.

1. Smith PF, Brandt T, Strupp M, Darlington CL, Zheng Y. Balance before reason in rats and humans. Ann N Y Acad Sci. 2009;1164(1):127-33.

2. Dieterich M, Brandt T. Functional brain imaging of peripheral and central vestibular disorders. Brain. 2008;131(10):2538-52.

3. Smith PF, Darlington CL, Zheng Y. Move it or lose it--is stimulation of the vestibular system necessary for normal spatial memory? Hippocampus. 2010;20(1):36-43.

4. Hanes DA, McCollum G. Cognitive-vestibular interactions: a review of patient difficulties and possible mechanisms. J Vestib Res. 2006;16(3):75-91.

5. Brandt T, Schautzer F, Hamilton DA, Bruning R, Markowitsch HJ, Kalla R, et al. Vestibular loss causes hippocampal atrophy and impaired spatial memory in humans. Brain. 2005;128(11):2732-41.

6. Smith PF, Geddes LH, Baek JH, Darlington CL, Zheng Y. Modulation of memory by vestibular lesions and galvanic vestibular stimulation. Front Neurol. 2010;1:141.

7. Suzuki M, Kitano H, Ito R, Kitanishi T, Yazawa Y, Ogawa T, et al. Cortical and subcortical vestibular response to caloric stimulation detected by functional magnetic resonance imaging. Brain Res Cogn Brain Res. 2001;12(3):441-9.

8. Bachtold D, Baumann T, Sandor PS, Kritos M, Regard M, Brugger P. Spatial- and verbal-memory improvement by cold-water caloric stimulation in healthy subjects. Exp Brain Res. 2001;136(1):128-32.

9. Wilkinson D, Nicholls S, Pattenden C, Kilduff P, Milberg W. Galvanic vestibular stimulation speeds visual memory recall. Exp Brain Res. 2008;189(2):243-8.

10. Dilda V, MacDougall HG, Curthoys IS, Moore ST. Effects of galvanic vestibular stimulation on cognitive function. Exp Brain Res. 2012;216(2):275-85.

11. Utz KS, Dimova V, Oppenländer K, Kerkhoff G. Electrified minds: transcranial direct current stimulation (tDCS) and galvanic vestibular stimulation (GVS) as methods of non-invasive brain stimulation in neuropsychology--a review of current data and future implications. Neuropsychologia. 2010;48(10):2789-810.

12. Kessels RP, van Zandvoort MJ, Postma A, Kappelle LJ, de Haan EH. The corsi block-tapping task: standardization and normative data. Appl Neuropsychol. 2000;7(4):252-8.

13. Holstein GR, Friedrich Jr VL, Martinelli GP, Ogorodnikov D, Yakushin SB, Cohen B. Fos expression in neurons of the rat vestibulo-autonomic pathway activated by sinusoidal galvanic vestibular stimulation. Front Neurol. 2012;28:3-4.

14. Piccardi L, Iaria G, Ricci M, Bianchini F, Zompanti L, Guariglia C. Walking in the corsi test: which type of memory do you need? Neurosci Lett. 2008;432(2):127-31.

15. Hüfner K, Hamilton DA, Kalla R, Stephan T, Glasauer S, Ma J, et al. Spatial memory and hippocampal volume in humans with unilateral vestibular deafferentation. Hippocampus. 2007;17(6):471-85.

16. Piccardi L, Iaria G, Bianchini F, Zompanti L, Guariglia C. Dissociated deficits of visuo-spatial memory in near space and navigational space: evidence from brain-damaged patients and healthy older participants. Neuropsychol Dev Cogn B Aging Neuropsychol Cogn. 2011;18(3):362-84.

Research Article

Visuo-spatial memory enhancement by galvanic vestibular stimulation: A preliminary report

Fatemehsadat Ghaheri¹, Mansoureh Adel Ghahraman¹, Farnoush Jarollahi², Shohreh Jalaie³

¹- Department of Audiology, School of Rehabilitation, Tehran University of Medical Sciences, Iran

²- Department of Audiology, Faculty of Rehabilitation Sciences, Iran University of Medical Sciences, Tehran, Iran

³- Department of Biostatistics, School of Rehabilitation, Tehran University of Medical Sciences, Iran

Received: 9 January 2013, accepted: 6 February 2013

Abstract

Background and Aim: Navigation information is processed and stored in different brain areas such as hippocampus. Since multiple pathways has been reported between vestibular nuclei and hippocampus and also cognitive dysfunction specifically in spatial memory is induced by vestibular deficits, it can be assumed that vestibular system stimulation ameliorates spatial memory. The aim of study was to evaluate the effect of galvanic vestibular stimulation on normal individual’s spatial memory.

Methods: In this experimental-interventional study, sixty 18-30-years-old women were randomly allocated in intervention and control groups. Intervention group undergone subthreshold bilateral bipolar galvanic vestibular stimulation and control group received sham stimulation. Stimulation was presented for 15 minutes. Corsi Block Tapping (CBT) test scores were compared before and after subthreshold bipolar galvanic vestibular stimulation exposure or no stimulation in each group and between groups.

Results: All test parameters were the same in both groups before stimulation (p<0.050). There were significant improvement in block span, total score and learning score in intervention group after galvanic vestibular stimulation (p<0.050), no significant difference in delayed score (p=0.600). Learning score was improved (p=0.003) and delayed score was deteriorated (p=0.010) in control group. Percentages of block span and total score in intervention group were significantly different compared to the other group (p<0.050).

Conclusion: Galvanic vestibular stimulation improves short-term and long-term spatial memory. This test may inherently have learning effect that is not influenced by stimulation.

Keywords: Galvanic vestibular stimulation, vestibular system, hippocampus, visuo-spatial memory

Please cite this paper as: Ghaheri F, Adel Ghahraman M, Jarollahi F, Jalaie S. Visuo-spatial memory enhancement by galvanic vestibular stimulation: A preliminary report. Audiol. 2014;23(1):50-61. Persian.