Кортикални таласи током НРЕМ спавања и буђења код људи, део 1

Хипокампални таласи индексирају реконструкцију просторно-темпоралних неуронских образаца који су неопходни за консолидацију сећања у кортексу током спавања без брзих покрета очију (НРЕМ). Недавно се показало да кортикални таласи код људи обухватају понављање образаца покретања неурона током опозива сигнала. Овде, користећи интракранијалне снимке од 18 пацијената (12 жена), показујемо да се кортикални таласи такође јављају током НРЕМ код људи, са сличном густином, фреквенцијом осциловања (;90 Хз), трајањем и амплитудом до буђења.

Хипокампални таласи су важна неуронска активност у људском мозгу и имају веома важан утицај на меморијску функцију мозга. Истраживања показују да су стабилност и правилност таласања хипокампуса уско повезане са снагом памћења.

Позитивне емоције и емоције могу да унапреде стабилност и правилност таласа људског хипокампуса, чиме се побољшава ниво памћења људског мозга. То значи да све док се позитивно суочавамо са животом и одржавамо срећан став, таласи хипокампуса могу да раде ефикасније, помажући нам да боље памтимо, размишљамо, учимо и стварамо.

Лоше емоције и негативни ставови ће утицати на нормалан рад таласа хипокампуса и смањити функцију памћења. Због тога морамо увек одржавати добро расположење и оптимистичан став, како бисмо боље стимулисали потенцијал памћења.

Поред тога, добре животне навике су такође важан фактор у обезбеђивању стабилности и правилности таласања хипокампуса. Требало би да се довољно спавамо, слушамо музику, бавимо се спортом итд. да бисмо одржали физичко и ментално здравље са различитих аспеката и постепено успоставили квалитетну животну рутину. Само тако можемо боље искористити памћење људског мозга, ојачати сопствене способности учења и стваралаштва и живот учинити шаренијим.

Укратко, веза између таласања хипокампуса и памћења је неодвојива. Само кроз позитивност, добре животне навике и позитиван емоционални став може се стимулисати меморијски потенцијал људског мозга, омогућавајући нам да боље искористимо функције људског мозга и уживамо у бољем животу. Види се да морамо побољшати памћење, а цистанцхе десертицола може значајно побољшати памћење јер је цистанцхе десертицола традиционални кинески медицински материјал који има много јединствених ефеката, од којих је једно побољшање памћења. Ефикасност млевеног меса потиче од различитих активних састојака које садржи, укључујући киселину, полисахариде, флавоноиде, итд. Ови састојци могу да унапреде здравље мозга на различите начине.

Кликните на Знај краткорочну меморију како да побољшате

Таласање се појавило у свим кортикалним регионима са сличним карактеристикама, неповезано са претпостављеном везом хипокампуса, и било је мање густо и робусно у подручјима са вишим асоцијацијама. Претпостављени пирамидални и интернеуронски скокови фазно закључани у кортикалне таласе током НРЕМ-а, са фазним кашњењима у складу са генерисањем таласа путем пирамидално-интернеуронске повратне спреге. Кортикални таласи су били мање амплитуде од таласа хипокампуса, али су били слични по густини, учесталости и трајању.

Кортикални таласи током НРЕМ-а се обично јављају непосредно пре врха у горњем делу државе, често током вретена. Упстате и вретена су раније били повезани са консолидацијом меморије, и открили смо да су кортикалне таласе груписане заједно између јединица унутар прозора пластичности зависне од шиљка. Дакле, људски НРЕМ кортикални таласи су следећи: свеприсутни и стереотипни са чврсто фокусираном фреквенцијом осциловања; слично хипокампалним таласима; повезане са горњацима и вретенима; и повезано са кофирмисањем јединица. Ова својства су у складу са кортикалним таласима који можда доприносе консолидацији меморије и другим функцијама током НРЕМ-а код људи.

Кључне речи:

кортекс; хипокампус; људи; рипплес; спавање; буђење.

Изјава о значају

Код глодара, таласи хипокампуса организују понављање током спавања како би промовисали консолидацију памћења у кортексу, где се такође јављају таласи. Међутим, докази о кортикалним таласима у људском сну су ограничени, а њихова анатомска дистрибуција и физиолошка својства су неистражени. Овде, користећи људске интракранијалне снимке, показујемо да се таласи јављају у целом кортексу током буђења и спавања са веома стереотипним карактеристикама.

Током спавања, кортикални таласи имају тенденцију да се јављају током вретена на прелазу од ниже ка горе и на тај начин учествују у низу таласа спавања који је важан за консолидацију. Даље, кортикални таласи организују скокове у једној јединици са оптималним временом да би се олакшала пластичност. Стога, кортикални таласи код људи поседују суштинска физиолошка својства за подршку памћењу и другим когнитивним функцијама.

Увод

Хипокампални таласи су опсежно проучавани код глодара током сна без брзог покрета очију (НРЕМ) када означавају понављање догађаја из претходног периода буђења и критични су за консолидацију памћења у кортексу (Вилсонанд МцНаугхтон, 1994; Гирардеау ет ал., 2009; Его -Стенгеланд Вилсон, 2010; Бузсаки, 2015; Маигрет ет ал., 2016).

Они су повезани са кортикалним понављањем (Ји и Вилсон, 2007; Пеирацхе ет ал., 2009; ЛА Јохнсон ет ал., 2010) и са кортикалним таласима спавања (вретена, ниже, горње државе) (Сиапасанд Вилсон, 1998), однос кључан за консолидација (Латцхоумане ет ал., 2017). Хипокампални таласи пацова обухватају осцилацију од 140 Хз која се креће на врхунцу оштрог таласа трајања од 70 мс, праћена споријим локалним потенцијалом (Бузсаки, 2015).

Хипокампални таласи оштрих таласа се такође јављају током НРЕМ-а са сличним временским односима према кортикалним вретенима и одоздо према горе, и сличном топографијом хипокампуса, али са средњом фреквенцијом од 80-90 Хз (Старесина ет ал., 2015; Јианг ет ал. ал., 2019а,б,ц).

Недавно су пронађени таласи у кортексу асоцијације пацова, али не и примарним сензорним или моторним кортексима током спавања, са повећаним спајањем са таласима хипокампуса у сну након учења (Кходагхоли ет ал., 2017). Ранија студија је известила о таласима у кортексу будне и спавајуће мачке, посебно током НРЕМ (Грениер ет ал., 2001). Код људи, кортикални таласи током буђења су се чешће налазили у латералном темпоралном негороландском кортексу, а упарени са таласима парахипокампалног гируса чешће пре него што се присете тачни упарени сарадници (Вазет ал., 2019).

Латералне временске јединице испаљене у фази са локалним таласима у буђењу у обрасцима који су претходно уочени током учења (Ваз ет ал., 2020). Буђење хипокампалних таласа такође је било повезано са обрасцима кортикалне активности селективних лица и зграда током слободног повлачења (Норман ет ал., 2019). Докази о кортикалним таласима током НРЕМ-а код људи су ограничени, али претходна студија је показала да они могу бити потиснути током, а да се повећају након , доње стање коре (вонЕлленриедер ет ал., 2016).

Стога се све више схвата да код људи и глодара хипокампални и кортикални таласи играју важну улогу у памћењу током спавања и буђења. Међутим, многа фундаментална питања остају нерешена. Суштинске карактеристике таласа нису упоређене између кортекса и хипокампуса, или између сна и будности, тако да је нејасно како се таласи могу разликовати између њихових наводних улога подршке консолидацији у односу на присећање, или заиста да ли представљају исти феномен.

Знање о дистрибуцији таласа у различитим кортикалним областима током буђења је ограничено, а током спавања је у суштини одсутно. Односи између кортикалних таласа и локалних вретена спавања, нижих и горњих стања нису утврђени. Такви односи би могли да подрже улогу кортикалних таласа у консолидацији, као што би повећали кофирмацију између неурона унутар прозора пластичности зависне од шиљка (СТДП).

Штавише, нису утврђени односи између људског кортикалног пирамидалног и инхибиторног покретања ћелија према таласима и међусобно, што је важно за разумевање генерисања таласа.

Овде, користећи снимке интракранијалне стереоелектроенцефалографије (СЕЕГ), показујемо да се кортикални таласи генеришу током НРЕМ-а код људи, и пружамо прву свеобухватну карактеризацију кортикалних таласа.

Таласање са стереотипном, чврсто жаришном фреквенцијом осциловања од; 90 Хз и трајањем од; 70 мс, било је свеприсутно по целом кортексу током буђења и НРЕМ-а, иако нешто мање густо и робусно у областима повезивања, и без везе са претпостављеном хипокампалном везом. Открили смо да су кортикални таласи слични хипокампу у фреквенцији осциловања, густини и трајању. Кортикални таласи у НРЕМ-у су снажно повезани са стањем од ниже до горњег и мање омекшавају са вретенима, што је у складу са могућом улогом у репродукцији меморије.

Користећи снимке једне јединице из кортикалног микрониза, идентификујемо вероватна кола за генерисање кортикалних таласа и показујемо да се јединице копају током таласа са кратким кашњењима која су оптимална за СТДП. Дакле, људски кортикални таласи током НРЕМ-а имају неопходна физиолошка својства да олакшају пластичност вођену игром. Међутим, свеприсутност и стереотипност људских таласа кроз структуре и стања такође су у складу са општијом функционалном улогом.

Материјали и методе

Избор пацијената. У ову студију су укључени подаци од укупно 18 пацијената (12 жена, 30.0 6 12.2 године) са фармакорезистентном епилепсијом који су подвргнути интракранијалном снимању за локализацију нападаја који је претходио хируршком лечењу (Табела 1). Пацијенти чији су СЕЕГ снимци анализирани били су укључени у студију само ако нису имали претходну операцију мозга; позадински ЕЕГ (осим епилептиформних пролазних) у нормалном опсегу; и електроде имплантиране у оно што је на крају откривено да није лезија, непилептогени кортекс, као и нелезијски, неепилептогени хипокампус (сумњало се да су таква подручја део фокуса пре имплантације, или су била неопходна да се прођу да би се дошло до сумњивих епилептогених подручја).

Штавише, 1 од ових пацијената (51--годишња дешњака) је такође имплантирана интракранијалном микроелектродом (Утах Арраи) у ткиво за које се на основу прехируршке процене сумњало да је укључено у регион терапијског ресекција. Имплантација низа није утицала на клиничко праћење. Касније је ресецирана да би се добио приступ хируршком фокусу испод, утврђено је да електрода није имплантирана у епилептогену зону и није дошло до нападаја из региона низа.

Пацијенти су искључени из студије ако су имали рану операцију мозга или нису имали неоштећене хипокампалне и кортикалне канале који нису били укључени у рану фазу испуштања напада и нису имали честу интерикталну активност или абнормалне потенцијале локалног поља (ЛФП). укључени у студију само ако су имали најмање 20 пирамидалних ћелија (ПИ) и 20 интернеурона (ИН). На основу ових критеријума, 18 пацијената је укључено у ову студију од 84. Сви пацијенти су дали писмени пристанак да се њихови подаци користе за истраживање које су надгледали локални институционални одбори за ревизију у Кливлендској клиници и Партнерс ХеалтхЦаре (укључујући Општу болницу Масачусетса).

Интракранијални снимци. Пацијентима су имплантиране интракранијалне електроде током 7 дана са континуираним снимцима за локализацију напада. Имплантација СЕЕГ електрода и циљање су направљени у чисто клиничке сврхе. СЕЕГ снимци су прикупљени помоћу Нихон КохденЈЕ-120 појачала при узорковању од 1000 Хз (Пацијенти С1-С17). Стандардне клиничке електроде су биле пречника 0,8 мм, са 10-16 контактима дужине 2 мм на 3.5-5 мм корак (;150 контаката по пацијенту).

Такође су анализирани снимци микроелектрода од 1 пацијента имплантираног са УтахАрраи (200 мин НРЕМ). Низ Утах је низ микроелектрода од 10 10 са изостављеним угловима и контактним кораком од 400 мм (Вазири ет ал., 2009; Келлер ет ал., 2010; Фернандез ет ал., 2014). Свака силиконска сонда је дуга 1 мм са основом од 35-75 мм која се сужава на 3-5 мм. Сонде су изоловане, осим врха обложеног платином. Подаци су добијени на 30 кХз (Блацкроцк Мицросистемс) са пропусним опсегом од 0.3-7.5 кХз. Подаци су снимљени у вези са удаљеном референтном жицом.

Електрофизиолошка предобрада. Офлајн предобрада података обављена је у МАТЛАБ-у 2019б, а ЛФП-ови су визуелно прегледани коришћењем ФиелдТрип алата (Оостенвелд ет ал., 2011). СЕЕГ подаци су смањени на 1000 Хз са анти-алиасингом и 60 Хз зарезним филтрирањем (нулта фаза) са хармоницима од 60 Хз до 480 Хз. Транскортикални контактни парови су идентификовани коришћењем и анатомске локације (користећи преоперативни МРИ усклађен са постоперативним ЦТ-ом), и физиолошких својстава (висока амплитуда, кохерентност и инверзија спонтане активности између контаката), и одабрани тако да ниједна 2 пара не деле контакт. АллСЕЕГ анализе су изведене коришћењем биполарних деривација између суседних референци у сивој материји кортекса или хипокампуса како би се осигурало да је активност локално генерисана (Мак-МцЦулли ет ал., 2015).

Избор канала. Канали су искључени из анализе ако су били у оштећеном ткиву, укључени у раним стадијумима нападаја, или су имали честу интерикталну активност или абнормалне ЛФП. Од укупно 2129 биполарних канала (1202 лева хемисфера) од 17 СЕЕГ пацијената (С1-С17), 28 хипокампалних (16 лева хемисфера) и 273 транскортикална (133 лева хемисфера) биполарних канала одабрано је за анализе (Табела 1) .Већина канала је одбијена јер нису чинили транскортикални пар као што је горе описано.

Прво, већина биполарних парова била је у белој материји и стога није забележила фокалну кортикалну активност. Поред тога, многи канали су одбијени због сродног критеријума да је један од контаката био заједнички са другим биполарним паром који је већ изабран. Ово је урађено зато што заједнички контакт значи да два биполарна пара не би дала независна мерења. Поларитет је коригован за појединачне биполарне канале тако да су доњи нивои били негативни, а горњи позитивни. Ово је постигнуто тако што је осигурано да негативни пикови током НРЕМ-а буду повезани са смањеним, а позитивни пикови повезани са повећаном средњом аналитичком амплитудом од 6100 мс 70-190 Хз, индексом активирања ћелија који је снажно модулиран нижим и горњим стањима (Цсерцса ет ал., 2010).

Локализација електроде. Кортикалне површине су реконструисане из преоперативне Т1-пондерисане структурне МР запремине целе главе коришћењем стандардног ФрееСурфер рецон-алл цевовода (Фисцхл, 2012). Аутоматска парцелација заснована на Атласу (Фисцхл ет ал., 2004) коришћена је за додељивање анатомских ознака регионима кортикалне површине у атласу Дестриеук (Дестриеук ет ал., 2010).

Поред тога, коришћена је аутоматска сегментација за додељивање анатомских ознака сваком вокселу МР запремине, укључујући идентификацију воксела који садрже хипокампална подпоља (Иглесиас ет ал., 2015). Да би се локализовали СЕЕГ контакти, постимплантациона ЦТ запремина је регистрована на МР запремину, у стандардизованом 1 мм изотропном ФрееСурфер простору, коришћењем општег модула за регистрацију (Х. Јохнсон ет ал., 2007) у 3Д Слицер-у (Федоров ет ал., 2012). Положај сваког СЕЕГ контакта, у ФрееСурфер координатама, је затим одређен ручним означавањем центара контакта електроде који је визуелизован у корегистрованој ЦТ запремини.
Сваком транскортикалном контактном пару додељена је анатомска парцела из атласа изнад утврђивањем идентитета парцела врха површине најближег средишњој тачки контактног пара. Субкортикалним контактима је додељена анатомска ознака која одговара мноштву ознака за сегментацију воксела унутар 2- радијуса воксела. Локације транскортикалних контактних парова регистроване су у просечном мозгу шаблона за визуелизацију сферичним преобликовањем (Фисцхл ет ал., 1999).

Да би се исцртале вредности на мозгу шаблона, средње вредности канала су усредњене за сваки кортикални регион, коришћењем амалгамација парцела из Десикан ет ал. (2006) (Табела 2), са комбинованим двема хемисферама, а затим претвореним у просечан шаблон леве хемисфере ицо5. Растојања тока беле материје између канала израчунате су коришћењем 360 парцела атласа ХЦП-ММП1.0 (Глассер ет ал., 2016), као што је утврђено пробабилистичком дифузионом МРИ трактографијом (Бехренс ет ал., 2007), и представљају просеке популације из Росена и Халгрен (2021). Када су два канала била у истој ХЦП парцели, сматрало се да је удаљеност 0.

Временско-фреквентне анализе. Графикони просечне временске фреквенције спектралне снаге повезане са таласима и догађајима генерисани су из широкопојасног ЛФП-а коришћењем ЕЕГЛАБ-а (Делорме и Макеиг, 2004). Спектрална снага повезана са догађајем израчуната је од 1 Хз до Најквистове фреквенције (500 Хз) са резолуцијом од 1 Хз са центрима таласања на т=0 израчунавањем и усредњавањем брзих Фуријеових трансформација са Ханнинговим сужавањем прозора.

Сваки бино од 1 Хз матрице време-фреквенција је нормализован у односу на средњу снагу на 2000 до 1500 мс и маскиран са двостраним значајком покретања (Н=200) са корекцијом стопе лажног откривања (ФДР) и =0. 05 користећи 2000 до 1500 мс као основну линију. Графике велике просечне временске фреквенције су генерисане усредњавањем дијаграма просечне временске фреквенције свих канала за дати регион (тј. неокортекс или хипокампус) и стање (тј. НРЕМ или буђење).

Избор епохе спавања и будности.

Епохе укључене у студију нису биле унутар најмање 1 сата од напада и нису биле контаминиране честим интерикталним шиљцима (ИИС) или артефактима. НРЕМ периоди су одабрани из непрекидних снимака преко ноћи где је аналитичка амплитуда д(0.5-2 Хз) из кортикалних канала била упорно повећана (Табела 1). Визуелном инспекцијом је потврђено да епохе спавања имају нормална доња стања, горња стања и вретена.

Доња стања, горња стања и вретена су такође аутоматски откривени, а квантификација ових догађаја је показала да имају густине, амплитуде и фреквенције које су карактеристичне за НРЕМ (погледајте детаље у Детекција доњих стања, горњих стања и вретена спавања). Периоди буђења су изабрани из континуирани дневни снимци који су имали упорно ниске кортикалне д, као и високе кортикалне а ({{0}} Хз), б (20-40 Хз) и високе г (70-190 Хз) аналитичке амплитуде . Када су подаци укључивали ЕОГ (Н=15/17 СЕЕГ пацијената), периоди буђења су такође захтевали да се повећа аналитичка амплитуда ЕОГ трага од 0.5-40 Хз. Епохе буђења су морале бити одвојене од периода повећане аналитичке амплитуде д за најмање 30 мин.

For more information:1950477648nn@gmail.com