Smadzeņu savienojamības izmaiņas miega laikā, izmantojot slēgta cikla transkraniālo neirostimulāciju, prognozējot metamāmiņas jutību, 3. daļa

REZULTĀTI

Uzvedības ietekme

Kā ziņoja Pilly et al. (2020), STAMP stimulācija neizraisīja ievērojamu vispārējās atmiņas atsaukšanas precizitātes uzlabošanos. Tomēr STAMP stimulācijas rezultātā tika uzlabota metamiņas jutība eksperimenta 3. dienā (pēc 2. nakts).

Metamomijas jutīgums attiecas uz personas apziņu un izpratni par viņam piemītošajām atmiņas spējām, savukārt atmiņas spējas attiecas uz personas atmiņas spējām, kas demonstrētas konkrētā praksē. Starp abiem pastāv ciešas attiecības.

Pirmkārt, metamiņas jutība tieši ietekmē atmiņas veiktspēju. Ja cilvēks uzskata, ka ir pārliecināts par noteikta veida atmiņu, viņam ir tendence vairāk strādāt, lai to atcerēties un labāk veiktu šāda veida atmiņas uzdevumus. Turpretim, ja personai trūkst pārliecības par savām atmiņas spējām, tas var likt viņiem sliktāk veikt atmiņas uzdevumus, tādējādi samazinot atmiņas spējas.

Otrkārt, pozitīva metamiņas jutība palīdz uzlabot atmiņu. Ja cilvēks uzskata, ka ir iespējams uzlabot savas atmiņas spējas, viņš aktīvāk trenēs savas atmiņas spējas, tādējādi uzlabojot atmiņas precizitāti un noturību. Tie, kas uzskata, ka viņu atmiņas spējas ir sasniegušas maksimumu, bieži vien nespēj pieņemt jaunus atmiņas izaicinājumus un tādējādi palaiž garām iespēju uzlabot savas atmiņas spējas.

Tāpēc mums ir aktīvi jāattīsta sava meta-atmiņas jutīgums, jāpārtrauc atmiņas spēju ierobežojumi un iestatījumi un jātic, ka mēs varam turpināt uzlabot atmiņas uzdevumus. Tajā pašā laikā mums ir jāpaļaujas arī uz uzkrāto apmācību un praksi, lai uzlabotu savas atmiņas spējas, lai tās varētu efektīvāk izmantot konkrētā praksē. Tikai šādā veidā mēs varam maksimāli palielināt atmiņas potenciālu un sasniegt labākus rezultātus. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola var regulēt arī neirotransmiteru līdzsvaru, piemēram, palielināt acetilholīna un augšanas faktoru līmeni. Šīs vielas ir ļoti svarīgas atmiņai un mācībām. Turklāt Cistanche deserticola var arī uzlabot asins plūsmu un veicināt skābekļa piegādi, kas var nodrošināt, ka smadzenes saņem pietiekami daudz barības vielu un enerģijas, tādējādi uzlabojot smadzeņu vitalitāti un izturību.

Noklikšķiniet uz zināt bagātinātājiem, lai uzlabotu atmiņu

Konkrēti, atkarīgie t-testi, salīdzinot metamiņas jutību dažādos apstākļos, atklāja, ka jutīgums Tag & Cuecondition bija ievērojami lielāks nekā nosacījums Tag & No Cue [t(23)=3.51, Adjusted p < 0 .01, Holma–Bonferoni korekcija diviem salīdzinājumiem; pāra parauga Cohen'sd=0.72] un fiktīvais nosacījums [t(23)=2.089, koriģēts p=0.048, Holma–Bonferoni korekcija diviem salīdzinājumiem; pāra izlases Koena d=0.43].

Būtisks metamiņas jutīguma uzlabojums tika konstatēts tikai eksperimenta 3. dienā. Tādējādi STAMP lietošana SWO laikā divās naktīs pēc vienreizējas skatīšanās izraisīja specifisku metamiņas uzlabošanu epizodēm, kuras bija gan marķētas, gan norādītas.

Globālās saskaņotības izmaiņas

Pirmajā piegājienā mēs pārbaudījām vispārējās vidējās saskaņotības izmaiņas visā galvas ādā STAMP stimulācijas dēļ, lai noteiktu, vai stimulācija izraisīja kādas izmērāmas savienojamības izmaiņas.

Turklāt mēs centāmies atkārtot iepriekšējo darbu un novērtēt, vai stimulācija radītu līdzīgas izmaiņas saskaņotībā kā mācīšanās miega laikā (Mölle et al., 2004). Iepriekšējais darbs (Mölle et al., 2004) ziņoja par delta, vārpstas un gamma joslas koherences modulāciju miega laikā pēc mācīšanās; turpretim citi darbi (Polanía et al., 2011) parādīja palielinātu savienojamību visās frekvenču joslās pēc tDCS stimulācijas.

Tāpēc mēs izvirzījām hipotēzi, ka STAMP stimulācija palielinātu vidējo koherenci, salīdzinot ar fiktīvo stāvokli delta, vārpstas un gamma joslās, taču pārbaudījām atšķirības citās joslās, kā arī ar konservatīvu statistisko testēšanu.

Vidējās iCoh vērtības visās frekvenču joslās tika aprēķinātas aktīvajiem un fiktīvajiem bāzes līnijas koriģētiem datiem, lai izpētītu globālās savienojamības izmaiņas, un tādējādi tika veikti vienpusēji t testi ar vidējām koherences vērtībām katrā frekvenču joslā un tika koriģēti, izmantojot viltus atklāšanas ātrumu p.< 0.05 (Benjamini & Hochberg, 1995). 

Koherences kartes, kas parāda lielāku savienojamību aktīvajā stāvoklī visā galvas ādā, tika vizualizētas, iestatot vizualizācijas slieksni līdz maksimālajam fiktīvajam nosacījumam katrai frekvenču joslai, būtībā atņemot fiktīvo nosacījumu. Stimulācijas izraisītās vidējās koherences izmaiņas dažādās frekvenču joslās ir attēlotas 3. attēlā.

Topogrāfijas diagrammas parāda saskaņotību starp elektrodu pāriem aktīvajā stāvoklī, ko ierobežo saskaņotība fiktīvajā stāvoklī, turpretī lodziņa diagrammas parāda vidējās koherences vērtības visā galvas ādā. Vispārējo saskaņotības izmaiņu analīze galvas ādā atklāja, ka STAMP ievērojami palielināja vidējo saskaņotību vairākās frekvenču joslās.

EEG saskaņotība ievērojami palielinājās pēc STAMP teta, alfa un vārpstas joslās (p < 0,05), salīdzinot ar fiktīvo stāvokli. Vidējās koherences delta, beta un gamma joslās stimulācijas apstākļos būtiski neatšķīrās. . Tādējādi STAMP stimulācijas izraisītās izmaiņas smadzeņu savienojamībā īpašās frekvenču joslās.

Klasifikācija un uzvedības prognozēšana

Klasifikācijas analīzes rezultāti ir attēloti 4. attēlā un ieskicēti 1. tabulā. Boruta atlasīto objektu vidējās nozīmes vērtības krokās ir attēlotas kreisajā pusē, un pazīmes, kuras konsekventi tiek uzskatītas par svarīgām, ir izceltas zaļā krāsā (ievērojami virs vidējā ēnas maksimuma). Visās krokās rādiuss vārpstas joslā (12–15 Hz) tika konsekventi izvēlēts kā vissvarīgākā iezīme.

Citas svarīgas iezīmes bija šādas: ceļa garums (12–15 Hz) un vidējā saskaņotība un blīvums (3–8 Hz). Labajā pusē ir attēlotas klasifikatora veiktspējas ROC līknes. Kā izklāstīts Meisons un Greiems (2002), Mann-Whitney U testi tika veikti katram klasifikatoram, lai noteiktu, vai klasifikatora veiktspēja ir statistiski nozīmīgi augstāka par iespējamību (AUC=0.5). Visi testi ziņoja par nozīmīgām p vērtībām (p < 0,001).

Mēs papildus aprēķinājām 95% ticamības intervālus, izmantojot astratificētu sāknēšanas atkārtotas atlases pieeju ar 10,000 sāknēšanas atkārtojumiem, kas vēl vairāk demonstrēja klasifikācijas veiktspēju, kas pārsniedz iespēju (Carpenter & Bithell, 2000).

Tādējādi klasifikācijas precizitāte bija augstāka par nejaušību, un, ņemot vērā galvenos mainīgos no klasifikācijas un regresijas analīzēm (ceļa garums 16–30 Hz un rādiuss 12–15 Hz), tika panākts labākais klasifikācijas veiktspēja.

Pēcpārbaudes analīzei četras iezīmes, kuras Boruta algoritms atlasīja klasifikācijai, tika iesniegtas t testiem, pārbaudot savienojamības atšķirību starp aktīvajiem un fiktīvajiem apstākļiem. Rezultātā iegūtās p vērtības tika koriģētas ar viltus atklāšanas ātrumu, kas iestatīts uz {{ 2}}.05.

Koriģētās p vērtības 12–15 Hz ceļa garumam un rādiusam un 3–8 Hz vidējai koherencei bija nozīmīgas (p=0.029); 3–8 Hz blīvums bija nozīmīgs arī alfa nozīmīguma līmenī ( p=0.05). Tādējādi savienojamības funkcijas, kas tika būtiski mainītas pēc aktīvās stimulācijas, salīdzinot ar viltus stimulāciju, tika atrastas funkciju atlases cauruļvadā. Ceļa garums un rādiusa pazīmes no pirmsstimulācijas līdz pēcstimulācijai bija ievērojami samazinātas aktīvajā stāvoklī, salīdzinot ar fiktīvu, turpretim vidējās koherences un blīvuma pazīmes bija ievērojami palielinātas salīdzinājumā ar fiktīvu.

Lodziņu diagrammas, kas parāda šīs pazīmes abiem apstākļiem, ir parādītas papildinformācijas attēlā S3. Uzvedības prognozēšanas analīzes rezultāti ir attēloti 5. attēlā un izklāstīti 2. tabulā.

Šeit izmaiņas neironu pasākumos pēc stimulācijas tika izmantotas kā funkcijas, lai prognozētu atsaukšanas testa metamiņas jutības (AUC) izmaiņas gan Tag & Cue, gan Shamconditions no 2. līdz 3. dienai, lai noteiktu smadzeņu un uzvedības attiecības.

Borutas nozīmes vērtības grafu teorētiskajām iezīmēm ir attēlotas kreisajā pusē, beta joslas ceļa garums (16–30 Hz) tika uzskatīts par ļoti svarīgu, lai prognozētu metamiņas jutības izmaiņas, un vienīgā atlasītā funkcija. Labajā pusē ir attēlota saistība starp stimulācijas izraisītām izmaiņām 16–30 Hz ceļa garumā un nakts AUC veiktspējas izmaiņām gan aktīvajiem (Tag & Cue) datiem, gan viltus apstākļiem.

Korelācija starp beta joslas ceļa garuma izmaiņām un AUC izmaiņām bija nozīmīga aktīvajam stāvoklim (r=−0.66, p=0.003), norādot, ka indivīdiem ar samazinātu ceļa garumu pēc STAMP bija tendence uzrādīt pozitīvas atmiņas veiktspējas izmaiņas. Šī saistība nebija nozīmīga fiktīvajam stāvoklim (r=−0,22, p=0,39).

Pamatojoties uz šo analīžu rezultātiem, tika veiktas papildu lineārās regresijas, prognozējot metakognitīvās jutības izmaiņas vienas nakts laikā, izmantojot ceļa garumu 16–30 Hz diapazonā gan aktīvajiem, gan fiktīvajiem datiem.

Aktīvajiem datiem 16–30 Hz ceļa garums ievērojami paredzēja AUC izmaiņas (t=−3,56, p=0.003, adj. R{{7} }.41). Sham datiem 16–30 Hz ceļa garums nebija nozīmīgs prognozētājs (t=–0,88, p=0,39, kor. R2=–0,01). Tika veiktas arī papildu analīzes, lai salīdzinātu aktīvo un viltus apstākļus, un tās ir sīkāk izklāstītas papildinformācijā.

DISKUSIJA

Šajā eksperimentā dalībnieki iesaistījās epizodiskā atmiņas uzdevumā, saņemot unikālus transkraniālās elektriskās stimulācijas spatiotemporālos modeļus, un šo modeļu apakškopa tika atkārtoti izmantota SWO augšējo stāvokļu laikā nākamajās naktīs, lai norādītu uz specifisku saistīto atmiņu atkārtotu aktivizēšanu (sk. Pilly et al., 2020).

Šeit mēs ziņojam par funkcionālajām smadzeņu savienojamības izmaiņām, ko miega laikā izraisījuši šie tES modeļi, kas paredzēja izmaiņas atmiņas jutībā no pirms miega uz pēcmiega.

Izmantojot mašīnmācīšanās paņēmienus, lai identificētu svarīgas funkcijas, lai klasificētu aktīvo un fiktīvo stimulāciju, mēs noskaidrojām, ka savienojamības pazīmes teta un vārpstas joslās ievērojami atšķiras starp abiem nosacījumiem.

Turklāt mēs noskaidrojām, ka ceļa garuma izmaiņas beta joslā paredzēja atmiņas jutības izmaiņas, jo veiktspējas pieaugums nakts laikā bija saistīts ar beta ceļa garuma samazināšanos pēc stimulācijas.

Kopumā šie rezultāti veicina pieaugošu pētījumu skaitu, kas pēta nervu procesus, kas ir pamatā atmiņas reaktivācijai un konsolidācijai miega laikā, un liecina, ka ceļa garuma modulēšana noteiktās frekvencēs konsolidācijas procesa laikā var radīt lielāku pārliecību un labāku lēmumu pieņemšanu par tikko konsolidētajām atmiņām.

Īsie tES jeb STAMP pārrāvumi, kas izmantoti pašreizējā eksperimentā, palielināja kopējo skalpa saskaņotību zemākās frekvenču joslās, proti, teta, alfa un vārpstas joslās vai būtībā no 3 līdz 15 Hz. Interesanti, ka izmaiņas vārpstas joslas savienojamībā miega laikā tika konstatētas arī pēc mācīšanās; tomēr izmaiņas savienojumā netika konstatētas delta vai gamma joslās pēc STAMP stimulācijas, kas ir zināmā mērā pretrunā ar iepriekšējo eksperimentālo darbu (Mölle et al., 2004).

Tomēr šeit izmantotais stimulācijas protokols lielā mērā atšķīrās no iepriekšējiem pētījumiem, proti, mēs izmantojām īsus telpiski sadalītu elektrisko strāvu pārrāvumus, kas galvenokārt bija paredzēti, lai radītu īpašas atmiņas to unikalitātes un saistību ar kodēšanas periodu dēļ, nevis modulētu vai piesaistītu specifiskas svārstības. Svarīgi, ka aktivitāte ziņotajās frekvenču joslās, jo īpaši teta un vārpstas joslās, ir saistīta ar atmiņas konsolidācijas procesu (Staresinaet al., 2015).

Tādējādi STAMP var būt modulējuši notiekošos atmiņas reaktivācijas vai konsolidācijas procesus miega laikā, izraisot izmaiņas novēroto frekvenču joslās. Nesenais darbs ir apšaubījis tES efektivitāti, būtiski ietekmējot uzvedību (Horvath et al., 2015). tāpat kā tās spēja modulēt neironu aizdedzes modeļus vai svārstību aktivitāti (Lafon et al., 2017; Vöröslakos et al., 2018).

Tomēr citi pētījumi ir parādījuši izmērāmas neironu izmaiņas cilvēkiem un primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti pēc tES pat zemākas intensitātes līmeņos (Huang et al., 2017; Krause et al., 2017; Opitz et al., 2016). Īpašas bažas rada tES, īpaši maiņstrāvas stimulācijas, spēja piesaistīt neironu svārstības noteiktā frekvencē.

Šeit mēs neapgalvojam, ka ziņotās elektrofizioloģiskās izmaiņas ir saistītas ar svārstību piesaisti īsiem stimulācijas uzliesmojumiem vai ka mēs šīs izmaiņas ierosinām de novo, bet gan drīzāk, ka STAMP darbojas, lai veicinātu notiekošos atmiņas konsolidācijas procesus, kas notiek, izmantojot smalkas tīkla modulācijas. - līmeņa savienojamība. Mēs varētu apgalvot, ka miega laikā novērotie savienojamības modeļi ir dabiskas parādības, kas rodas un izraisa atmiņas konsolidāciju, un STAMP stimulācija iedarbojās uz šiem iepriekš esošajiem procesiem, lai palielinātu metamiņas jutīgumu.

Paziņotā grafu teorētiskās metrikas modulācija teta un vārpstas joslās pēc STAMP atbilst iepriekšējiem pētījumiem, kas šīs svārstības ir saistītas ar atmiņas atkārtotas aktivizēšanas un konsolidācijas procesiem. Mērķtiecīga atmiņas reaktivācija miega laikā ar dzirdes signāliem izraisa teta un vārpstas jaudas palielināšanos (Ong et al., 2016; Schreiner et al., 2015; Schreiner & Rasch, 2014).

Daudzi pētījumi ir parādījuši arī teta joslas aktivitātes nozīmi atmiņas kodēšanai un izguvei nomoda laikā (Backus et al., 2016; Lega et al., 2012; Nyhus & Curran, 2010); jo īpaši teta svārstības hipokampā ir kritiskas epizodiskās atmiņas kodēšanai (Hasselmo et al., 2002; Lin et al., 2017). Līdzīgi talamokortikālās vārpstas ir saistītas ar epizodisko atmiņu (Van Der Helm et al., 2011), un tām ir svarīga loma atmiņas konsolidācijas procesā, potenciāli atvieglojot no jauna kodētas informācijas pārnešanu mediālajās temporālajās daivās uz stabilām reprezentācijām smadzeņu garozā (Sirota). et al., 2003; Staresina et al., 2015).

Miega laikā teta aktivitāte var liecināt par atmiņas reaktivācijas procesu, savukārt vārpstas aktivitāte var atspoguļot reaktivēto atmiņu aktīvo konsolidāciju. Šeit STAMP var būt izraisījuši saistīto atmiņu atkārtotu aktivizēšanu, kā rezultātā šī informācija tiek konsolidēta. Šī konsolidācija uzlaboja atmiņu uzticību lejup pa straumi.

Teta joslas grafika teorētiskie mērījumi, kurus būtiski modulēja STAMP, nozīmēja saskaņotību un blīvumu. Vidējā koherence attiecas uz vidējo saskaņotību visās virsotnēs, savukārt blīvumu aprēķina kā savienojumu skaitu grafikā, normalizējot ar kopējo iespējamo savienojumu skaitu (Sporns, 2003).

Izmaiņas šajos pasākumos liecina, ka STAMP palielināja kopējo teta joslas saskaņotību starp kanāliem, izraisot lielāku malu skaitu virs nogriešanas sliekšņa un tādējādi lielāku vidējo savienojuma blīvumu. Šī lielākā saskaņotība un blīvums var atspoguļot informācijas apmaiņas palielināšanos joslā starp neironu zonām pēc STAMP. Tas atbilst iepriekšējiem atklājumiem, kas norāda uz teta koherences palielināšanos starp hipokampu un deguna garozu (Fell et al., 2003), kā arī frontālo garozu (Anderson et al., 2009; Benchenane et al., 2010), kas ir svarīgi mācīšanās un atmiņa, kā arī potenciāli kritiska atmiņas atjaunošanai (Carr et al., 2011).

Vārpstas joslas grafika teorētiskie pasākumi, kas būtiski atšķīrās pēc STAMP stimulācijas, bija ceļa garums un rādiuss. Šie mērījumi ir saistīti — rādiuss attiecas uz grafika minimālo ekscentriskumu, un ceļa garums attiecas uz grafika vidējo ekscentricitāti, kur mezgla ekscentriskums ir definēts kā maksimālais attālums līdz jebkuram citam mezglam (Sporns, 2003).

Ceļa garums bieži tiek uzskatīts par tīkla integrācijas vai informācijas pārsūtīšanas efektivitātes mērauklu, un mazāks ceļa garums atspoguļo lielāku efektivitāti (Bullmore & Sporns, 2009; Reijneveld et al., 2007).

Šeit STAMP izraisīja vidējo ceļa garuma un rādiusa samazināšanos vārpstas joslā, kas nozīmē, ka tika samazināta vidējā un minimālā ekscentricitāte un palielināta informācijas pārsūtīšanas efektivitāte.

Tas var atspoguļot tīkla reorganizāciju uz mazas pasaules tīklu (Watts & Strogatz, 1998), kas ir gandrīz optimāla struktūra starp perfekti sakārtotu un nejauši organizētu sistēmu, kas nodrošina lielāku neironu aktivitātes elastību un sinhronizāciju (Barahona & Pecora, 2002). Bassett & Bullmore, 2006; Masuda & Aihara, 2004). Izmaiņas "mazajā pasaulē" bieži mēra kā izmaiņas ceļa garumā bez vienlaicīgas vietējās klasterizācijas vai kopu koeficienta izmaiņām.

Tādējādi novērotās ceļa garuma izmaiņas var liecināt par pastiprinātu sinhronizāciju starp smadzeņu zonām, kas noved pie efektīvākas informācijas pārsūtīšanas ar vārpstām. Ņemiet vērā, ka efekti teta joslā bija ciešāk saistīti ar vispārējām vidējās koherences izmaiņām - būtībā, savienojamības apjoma izmaiņām, nevis efektivitātei.

Lai gan šeit sniegtie dati nespēj noteikt cēloņsakarību starp šīm izmaiņām, hipotētiskā saistība ir tāda, ka STAMP izraisīja lielāku savienojamību teta joslā (Fell et al., 2003), un vārpstas informācijas pārsūtīšanas efektivitāte, mērot kā ceļa garumu, tika palielināta, lai kompensētu. šim palielinājumam, izraisot pastiprinātu atmiņas reaktivāciju.

For more information:1950477648nn@gmail.com