Kortical Ripples NREM miega un nomoda laikā cilvēkiem 1. daļa

Hipokampu viļņi indeksē spatiotemporālo neironu šaušanas modeļu rekonstrukciju, kas ir būtiskas atmiņu konsolidācijai garozā miega laikā bez ātrās acu kustības (NREM). Nesen tika pierādīts, ka kortikālās viļņošanās cilvēkiem traucē neironu aizdegšanās modeļu atkārtošanos atsauces atsaukšanas laikā. Šeit, izmantojot intrakraniālos ierakstus no 18 pacientiem (12 sievietes), mēs parādām, ka garozas viļņošanās notiek arī NREM laikā cilvēkiem ar līdzīgu blīvumu, svārstību frekvenci (; 90 Hz), ilgumu un amplitūdu līdz pamošanās brīdim.

Hipokampu viļņi ir svarīga neironu darbība cilvēka smadzenēs, un tiem ir ļoti liela ietekme uz smadzeņu atmiņas funkciju. Pētījumi liecina, ka hipokampu viļņošanās stabilitāte un regularitāte ir cieši saistīta ar atmiņas stiprumu.

Pozitīvas emocijas un emocijas var veicināt cilvēka hipokampu viļņošanās stabilitāti un regularitāti, tādējādi uzlabojot cilvēka smadzeņu atmiņas līmeni. Tas nozīmē, ka tik ilgi, kamēr mēs uztveram dzīvi pozitīvi un saglabājam laimīgu attieksmi, hipokampa viļņi var darboties efektīvāk, tādējādi palīdzot mums atcerēties, domāt, mācīties un radīt labāk.

Sliktas emocijas un negatīva attieksme ietekmēs normālu hipokampu viļņošanās darbību un samazinās atmiņas funkciju. Tāpēc mums vienmēr ir jāuztur labs garastāvoklis un optimistiska attieksme, lai labāk stimulētu atmiņas potenciālu.

Turklāt labi dzīves paradumi ir arī svarīgs faktors, lai nodrošinātu hipokampu viļņošanās stabilitāti un regularitāti. Mums vajadzētu pietiekami gulēt, klausīties mūziku, nodarboties ar sportu utt., lai saglabātu fizisko un garīgo veselību no dažādiem aspektiem, un pakāpeniski jāievieš kvalitatīva dzīves rutīna. Tikai tā mēs varam labāk izmantot cilvēka smadzeņu atmiņu, stiprināt savas mācīšanās un radošās spējas un padarīt dzīvi krāsaināku.

Īsāk sakot, attiecības starp hipokampu viļņiem un atmiņu ir nedalāmas. Tikai ar pozitīvismu, labiem dzīves paradumiem un pozitīvu emocionālu attieksmi var stimulēt cilvēka smadzeņu atmiņas potenciālu, ļaujot mums labāk izmantot cilvēka smadzeņu funkcijas un baudīt labāku dzīvi. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola ir tradicionāls ķīniešu ārstniecības materiāls, kam ir daudz unikālu efektu, no kuriem viens ir atmiņas uzlabošana. Maltās gaļas efektivitāti nodrošina dažādas tajā esošās aktīvās sastāvdaļas, tostarp skābe, polisaharīdi, flavonoīdi utt. Šīs sastāvdaļas var veicināt smadzeņu veselību dažādos veidos.

Noklikšķiniet uz Zināt īstermiņa atmiņu, kā uzlabot

Ripples radās visos garozas reģionos ar līdzīgām īpašībām, kas nebija saistīti ar iespējamo hipokampu savienojumu, un bija mazāk blīvi un spēcīgi augstākas asociācijas apgabalos. Iespējamā piramīdveida un starpneurona fāze ir bloķēta garozas viļņiem NREM laikā, ar fāzes aizkavi, kas atbilst pulsācijas ģenerēšanai, izmantojot piramīdveida un starpneuronu atgriezenisko saiti. Kortikālajiem viļņiem bija mazāka amplitūda nekā hipokampu viļņiem, taču tie bija līdzīgi pēc blīvuma, biežuma un ilguma.

Kortikālie viļņi NREM laikā parasti rodas tieši pirms augstākā līmeņa maksimuma, bieži vien vārpstu laikā. Augšējie stāvokļi un vārpstas iepriekš ir bijuši saistīti ar atmiņas konsolidāciju, un mēs noskaidrojām, ka garozas viļņi grupēja savienojumu starp vienībām no smailes laika atkarīgās plastiskuma logā. Tādējādi cilvēka NREM garozas viļņi ir šādi: visuresoši un stereotipiski ar stingri fokusētu svārstību frekvenci; līdzīgi kā hipokampu viļņi; saistīta ar upstates un vārpstām; un saistīta ar vienību kopdedzināšanu. Šīs īpašības atbilst kortikālajiem viļņiem, kas, iespējams, veicina atmiņas konsolidāciju un citas funkcijas NREM laikā cilvēkiem.

Atslēgvārdi:

garoza; hipokamps; cilvēkiem; viļņi; Gulēt; pamošanās.

Paziņojums par nozīmīgumu

Grauzējiem hipokampu viļņi organizē atkārtošanos miega laikā, lai veicinātu atmiņas nostiprināšanos garozā, kur arī notiek viļņi. Tomēr pierādījumi par kortikālo viļņošanos cilvēka miegā ir ierobežoti, un to anatomiskais sadalījums un fizioloģiskās īpašības nav izpētītas. Šeit, izmantojot cilvēka intrakraniālos ierakstus, mēs parādām, ka pamošanās un miega laikā visā garozā notiek viļņi ar ļoti stereotipiskām īpašībām.

Miega laikā garozas viļņošanās mēdz rasties vārpstiņu laikā pārejā no lejupvērstā stāvoklī un tādējādi piedalās miega viļņu secībā, kas ir svarīga konsolidācijai. Turklāt garozas viļņi organizē vienas vienības palielinājumu ar optimālu laiku, lai veicinātu plastiskumu. Tāpēc kortikālajiem viļņiem cilvēkiem piemīt būtiskas fizioloģiskas īpašības, lai atbalstītu atmiņu un citas kognitīvās funkcijas.

Ievads

Hipokampu viļņošanās ir plaši pētīta grauzējiem miega laikā bez ātrām acu kustībām (NREM), kad tie iezīmē notikumu atkārtošanos no iepriekšējā nomoda perioda un ir ļoti svarīgi atmiņas konsolidācijai garozā (Wilsonand McNaughton, 1994; Girardeau et al., 2009; Ego -Stengeland Wilson, 2010; Buzsáki, 2015; Maigret et al., 2016).

Tie ir saistīti ar garozas atkārtošanos (Ji un Wilson, 2007; Peyrache et al., 2009; LA Johnson et al., 2010) un ar garozas miega viļņiem (vārpstas, zemākie stāvokļi, augšējie stāvokļi) (Siapasand Wilson, 1998), kas ir būtiskas attiecības konsolidācija (Latchoumane et al., 2017). Žurku hipokampu viļņi ietver 140 Hz svārstības, kas virzās uz 70 ms ilguma asa viļņa maksimumu, kam seko lēnāks lokālais potenciāls (Buzsáki, 2015).

Cilvēka hipokampu asu viļņu viļņi notiek arī NREM laikā ar līdzīgām laika attiecībām ar garozas vārpstām un augšupējiem stāvokļiem, kā arī līdzīgu hipokampu topogrāfiju, bet ar vidējo frekvenci 80-90 Hz (Staresina et al., 2015; Jiang et al. al., 2019a,b,c).

Nesen viļņojumi tika konstatēti žurku asociācijas garozā, bet ne primārajā sensorajā vai motoriskajā garozā miega laikā, un pēc mācīšanās tika pastiprināta saistība ar hipokampu viļņiem miegā (Khodagholy et al., 2017). Iepriekšējā pētījumā ziņots par viļņošanos nomoda un guļoša kaķa garozā, īpaši NREM laikā (Grenier et al., 2001). Cilvēkiem garozas viļņojumi nomoda laikā biežāk tika konstatēti sānu temporālajā thanrolandiskajā garozā, un tie biežāk tika saistīti ar parahipokampu žirusa viļņiem, pirms tika atsaukti pareizi pāri (Vazet al., 2019).

Sānu temporālās vienības tiek izšautas fāzē ar lokāliem pamošanās viļņiem iepriekš mācību laikā novērotajos modeļos (Vaz et al., 2020). Nomoda hipokampu viļņošanās bija saistīta arī ar kortikālo aktivitāšu modeļu selektīviem veidojumiem un ēkām brīvas atsaukšanas laikā (Norman et al., 2019). Pierādījumi par kortikālo viļņošanos NREM laikā cilvēkiem ir ierobežoti, taču iepriekšējais pētījums norādīja, ka tie var tikt nomākti un palielināti pēc tam. , garozas lejasstāvoklis (vonEllenrieder et al., 2016).

Tādējādi arvien vairāk tiek uzskatīts, ka cilvēkiem un grauzējiem hipokampu un garozas viļņiem ir svarīga loma atmiņā gan miega, gan nomoda laikā. Tomēr daudzi fundamentāli jautājumi paliek neatrisināti. Pulsāciju būtiskās īpašības nav salīdzinātas starp garozu un hipokampu vai starp miegu un nomoda, tāpēc nav skaidrs, kā viļņošanās var atšķirties starp to domājamo lomu konsolidācijas atbalstīšanā un atsaukšanā, vai arī, ja tie atspoguļo vienu un to pašu parādību.

Zināšanas par viļņojuma izplatību dažādās garozas zonās nomoda laikā ir ierobežotas, un miega laikā tās praktiski nav. Attiecības starp garozas viļņiem un lokālajiem miega vārpstām, zemākajiem un augšējiem stāvokļiem nav noteiktas. Šādas attiecības varētu atbalstīt kortikālo viļņu lomu konsolidācijā, kā arī palielinātu neironu savienošanu no smailes laika atkarīgās plastiskuma (STDP) logā.

Turklāt nav noteiktas cilvēka garozas piramīdas un inhibējošo šūnu aizdegšanās attiecības ar viļņiem un viena otru, kas ir svarīgas, lai izprastu pulsācijas veidošanos.

Šeit, izmantojot intrakraniālās stereoelektroencefalogrāfijas (SEEG) ierakstus, mēs parādām, ka NREM laikā cilvēkiem tiek radīti kortikālie viļņojumi, un mēs sniedzam pirmo visaptverošo garozas viļņojuma raksturojumu.

Viļņi ar stereotipisku, ciešu fokusa svārstību frekvenci; 90 Hz un ilgumu; 70 ms bija visuresoši visā garozā nomoda un NREM laikā, lai gan nedaudz mazāk blīvi un spēcīgi asociācijas apgabalos, un tiem nebija nekādas saistības ar iespējamo hipokampu savienojumu. Mēs noskaidrojām, ka kortikālās viļņošanās ir līdzīgas hipokampālam svārstību frekvences, blīvuma un ilguma ziņā. Kortikālie viļņi NREM ir cieši saistīti ar lejupejošiem stāvokļiem un retāk ar vārpstām, kas atbilst iespējamai lomai atmiņas atkārtošanā.

Izmantojot vienas vienības ierakstus no garozas mikromasīva, mēs identificējam iespējamās kortikālo viļņu ģenerēšanas ķēdes un parādām, ka vienības uzliesmo pulsācijas laikā ar īsu aizkavi, kas ir optimāla STDP. Tādējādi cilvēka garozas viļņiem NREM laikā ir nepieciešamās fizioloģiskās īpašības, lai atvieglotu atskaņošanas vadītu plastiskumu. Tomēr cilvēka viļņošanās visuresamība un stereotipi starp struktūrām un stāvokļiem atbilst arī vispārīgākai funkcionālajai lomai.

Materiāli un metodes

Pacientu atlase. Šajā pētījumā tika iekļauti dati no kopumā 18 pacientiem (12 sievietes, 30.0 6 12.2 gadus veci) ar farmakorezistentu epilepsiju, kam pirms ķirurģiskas ārstēšanas tika veikta intrakraniāla reģistrēšana krampju sākuma lokalizācijai (1. tabula). Pacienti, kuru SEEG ieraksti tika analizēti, tika iekļauti pētījumā tikai tad, ja viņiem nebija iepriekšēja smadzeņu operācija; fona EEG (izņemot epilepsijas formas pārejas) normālā diapazonā; un elektrodi, kas implantēti tajā, kas galu galā tika konstatēta kā nebojātā, neepileptogēnā garozā, kā arī nebojātā, neepileptogēnā hipokampā (bija aizdomas, ka šādi apgabali ir daļa no fokusa pirms implantācijas, vai arī tie bija nepieciešami, lai sasniegtu iespējamās epileptogēnās zonas).

Turklāt vienam no šiem pacientiem (51-gadus veca labroča sieviete) audos tika implantēts intrakraniāls mikroelektrods (Jūtas masīvs), par kuriem, pamatojoties uz pirmsķirurģisko novērtējumu, bija aizdomas, ka tas ir jāiekļauj terapeitiskās darbības reģionā. rezekcija. Masīva implantācija neietekmēja klīnisko uzraudzību. Vēlāk tas tika resektēts, lai piekļūtu zemāk esošajam ķirurģiskajam fokusam, tika noteikts, ka elektrods nav implantēts epileptogēnā zonā, un masīva apgabalā nav radušies krampji.

Pacienti tika izslēgti no pētījuma, ja viņiem iepriekš bija smadzeņu operācija vai nebija bojātu hipokampu un kortikālo kanālu, kas nebija iesaistīti krampju izdalīšanās sākumposmā un kuriem nebija biežas interiktālās aktivitātes vai patoloģiska lokālā lauka potenciāla (LFP). Jūtas masīva pacienti bija tika iekļauti pētījumā tikai tad, ja tiem bija vismaz 20 piramīdveida šūnas (PY) un 20 interneuroni (IN). Pamatojoties uz šiem kritērijiem, šajā pētījumā, kurā bija 84 pacienti, tika iekļauti 18 pacienti. Visi pacienti sniedza pilnībā informētu rakstisku piekrišanu viņu datu izmantošanai pētniecībā, ko uzrauga vietējās institucionālās pārskatīšanas padomes Klīvlendas klīnikā un Partners HealthCare (tostarp Masačūsetsas vispārējā slimnīcā).

Intrakraniālie ieraksti. Pacientiem uz 7 dienām tika implantēti intrakraniālie elektrodi ar nepārtrauktiem ierakstiem krampju sākuma lokalizācijai. SEEG elektrodu implantācija un mērķēšana tika veikta tīri klīniskiem nolūkiem. SEEG ieraksti tika savākti ar Nihon KohdenJE-120 pastiprinātāju ar 1000 Hz iztveršanu (pacienti S1-S17). Standarta klīniskie elektrodi bija 0,8 mm diametrā, ar 10-16 kontaktiem, kuru garums bija 2 mm pie 3.{10}} mm (150 kontakti uz pacientu).

Tika analizēti arī mikroelektrodu ieraksti no 1 pacienta, kuram implantēts UtahArray (200 min NREM). Jūtas masīvs ir 10 10 mikroelektrodu bloks ar izlaistiem stūriem un 400 mm kontaktsoli (Waziri et al., 2009; Keller et al., 2010; Fernández et al., 2014). Katra silīcija zonde ir 1 mm gara, un tās pamatne ir 35-75 mm, kas sašaurinās līdz 3-5 mm. Zondes ir izolētas, izņemot ar platīnu pārklāto galu. Dati tika iegūti 30 kHz (Blackrock Microsystems) ar 0.{14}}.5 kHz joslas caurlaidi. Tika reģistrēti dati par attālu atsauces vadu.

Elektrofizioloģiskā priekšapstrāde. Bezsaistes datu priekšapstrāde tika veikta programmā MATLAB 2019b, un LFP tika vizuāli pārbaudīti, izmantojot FieldTrip rīku komplektu (Oostenveld et al., 2011). SEEG dati tika samazināti līdz 1000 Hz ar antialiasing un 60 Hz iecirtumu filtrēšanu (nulles fāze) ar 60 Hz harmonikām līdz 480 Hz. Transkortikālie kontaktu pāri tika identificēti, izmantojot gan anatomisko atrašanās vietu (izmantojot pirmsoperācijas MRI, kas saskaņots ar pēcoperācijas CT), gan fizioloģiskās īpašības (liela amplitūda, saskaņotība un spontānās aktivitātes inversija starp kontaktiem), un tika atlasīti tā, lai 2 pāri nesadalītu kontaktu. Visas SEEG analīzes tika veiktas, izmantojot bipolārus atvasinājumus starp blakus esošajām atsaucēm garozas vai hipokampu pelēkajā vielā, lai nodrošinātu, ka aktivitāte tiek ģenerēta lokāli (Mak-McCully et al., 2015).

Kanāla izvēle. Kanāli tika izslēgti no analīzes, ja tie atradās bojātos audos, bija iesaistīti krampju izdalīšanās sākuma stadijā, vai tiem bija bieža interiktāla aktivitāte vai patoloģiski LFP. No 2129 bipolāriem kanāliem (1202 kreisā puslode) no 17 SEEG pacientiem (S1-S17), analīzēm tika atlasīti 28 hipokampu (16 kreisā puslode) un 273 transkortikālie (133 kreisā puslode) bipolāri kanāli (1. .Lielākā daļa kanālu tika noraidīti, jo tie neveidoja transkortikālo pāri, kā aprakstīts iepriekš.

Pirmkārt, lielākā daļa bipolāru pāru atradās baltajā matērijā un tādējādi nereģistrēja fokālās garozas aktivitāti. Turklāt daudzi kanāli tika noraidīti saistībā ar saistīto kritēriju, ka viens no kontaktiem bija kopīgs ar citu jau atlasītu bipolāru pāri. Tas tika darīts, jo kopīgs kontakts nozīmē, ka abi bipolārie pāri nenodrošinātu neatkarīgus mērījumus. Polaritāte tika koriģēta atsevišķiem bipolāriem kanāliem tā, ka zemākie stāvokļi bija negatīvi, bet augšējie - pozitīvi. Tas tika panākts, nodrošinot, ka negatīvie maksimumi NREM laikā ir saistīti ar samazinātu, bet pozitīvie maksimumi bija saistīti ar palielinātu vidējo 6100 ms 70-190 Hz analītisko amplitūdu, kas ir šūnu aktivizēšanās indekss, ko spēcīgi modulē zemākie un augšējie stāvokļi (Csercsa et al., 2010).

Elektrodu lokalizācija. Kortikālās virsmas tika rekonstruētas no pirmsoperācijas visas galvas T1-svērtā strukturālā MR tilpuma, izmantojot standarta FreeSurfer recon-all cauruļvadu (Fischl, 2012). Uz atlantu balstīta automatizēta parcelācija (Fischl et al., 2004) tika izmantota, lai piešķirtu anatomiskas etiķetes kortikālās virsmas reģioniem Destrieux atlantā (Destrieux et al., 2010).

Turklāt tika izmantota automatizēta segmentācija, lai katram MR tilpuma vokselim piešķirtu anatomiskās etiķetes, tostarp identificētu vokseļus, kas satur hipokampu apakšlaukus (Iglesias et al., 2015). Lai lokalizētu SEEG kontaktus, pēcimplantācijas CT apjoms tika reģistrēts MR tilpumā, standartizētā 1 mm izotropā FreeSurfer telpā, izmantojot vispārīgo reģistrācijas moduli (H. Johnson et al., 2007) 3D Slicer (Fedorov et al., 2012). Pēc tam katra SEEG kontakta pozīcija FreeSurfer koordinātēs tika noteikta, manuāli anotējot elektrodu kontakta centroīdus, kas vizualizēti reģistrētajā CT tilpumā.
Katram transkortikālajam kontaktu pārim tika piešķirts anatomiskais gabals no atlanta augšpusē, noskaidrojot kontaktu pāra viduspunktam vistuvāk esošās virsmas virsotnes zemes gabalu identitātes. Subkortikālajiem kontaktiem tika piešķirta anatomiska etiķete, kas atbilst daudzām vokseļu segmentācijas iezīmēm 2-vokseļa rādiusā. Transkortikālo kontaktu pāru atrašanās vietas tika reģistrētas vidējā veidnes smadzenēs vizualizācijai ar sfērisku morfēšanu (Fischl et al., 1999).

Lai attēlotu vērtības veidnes smadzenēs, kanālu vidējie rādītāji tika aprēķināti katram garozas reģionam, izmantojot Desikan et al. paku apvienojumus. (2006) (2. tabula), apvienojot abas puslodes un pēc tam pārveidojot par kreisās puslodes ico5 vidējo veidni. Baltās vielas plūdlīnijas attālumi starp kanāliem tika aprēķināti, izmantojot HCP-MMP1.0 atlanta 360 gabalus (Glasser etal., 2016), kā noteikts ar varbūtības difūzijas MRI traktogrāfiju (Behrens et al., 2007), un tie ir Rozena populācijas vidējie rādītāji. un Halgrēns (2021). Ja divi kanāli atradās vienā HCP pakā, attālums tika uzskatīts par 0.

Laika un biežuma analīzes. Ar pulsāciju saistītās spektrālās jaudas vidējās laika un frekvences diagrammas tika ģenerētas no platjoslas LFP, izmantojot EEGLAB (Delorme un Makeig, 2004). Ar notikumiem saistītā spektrālā jauda tika aprēķināta no 1 Hz līdz Nyquist frekvencei (500 Hz) ar 1 Hz izšķirtspēju ar pulsācijas centriem pie t=0, aprēķinot un vidēji aprēķinot ātrās Furjē transformācijas ar Haninga loga sašaurināšanos.

Katrs laika-frekvences matricas 1 Hz diapazons tika normalizēts attiecībā uz vidējo jaudu 2000–1500 ms un maskēts ar divpusēju sāknēšanas nozīmību (N=200) ar viltus atklāšanas ātruma (FDR) korekciju un =0. 05, izmantojot 2000 līdz 1500 ms kā bāzes līniju. Lielās vidējās laika frekvences diagrammas tika ģenerētas, aprēķinot vidējos laika un frekvences diagrammas visos kanālos konkrētajam reģionam (ti, neokorteksam vai hipokampam) un stāvoklim (ti, NREM vai nomoda).

Miega un nomoda laikmeta izvēle.

Pētījumā iekļautie periodi neietilpa vismaz 1 stunda pēc lēkmes, un tie nebija piesārņoti ar biežiem interiktāliem smailēm (IIS) vai artefaktiem. NREM periodi tika atlasīti no nepārtrauktiem nakts ierakstiem, kur d(0.5-2 Hz) analītiskā amplitūda no kortikālajiem kanāliem tika pastāvīgi palielināta (1. tabula). Vizuāli pārbaudot tika apstiprināts, ka miega laikmetiem ir normāli redzami zemākie stāvokļi, augšējie stāvokļi un vārpstas.

Automātiski tika noteikti arī zemākie stāvokļi, augšējie stāvokļi un vārpstas, un šo notikumu kvantitatīvā noteikšana parādīja, ka tiem ir NREM raksturīgie blīvumi, amplitūdas un frekvences (sīkāku informāciju skatiet sadaļā Zemo stāvokļu, augšējo stāvokļu un miega vārpstu noteikšana). Nomoda periodi tika atlasīti no nepārtraukti dienas ieraksti, kuriem bija pastāvīgi zemas kortikālās d, kā arī augstas kortikālās a ({0}} Hz), b (20-40 Hz) un augstas g (70-190 Hz) analītiskās amplitūdas . Kad dati ietvēra EOG (N=15/17 SEEG pacienti), nomoda periodiem bija jāpalielina arī EOG izsekošanas analītiskā amplitūda 05-40 Hz. Nomoda laikmeti bija jāatdala no periodiem, kad analītiskā amplitūda palielināta vismaz par 30 minūtēm.

For more information:1950477648nn@gmail.com