Ændringer i hjerneforbindelsen under søvn ved transkraniel neurostimulering med lukket sløjfe Forudsig metamehukommelsesfølsomhed, del 4

På tværs af undersøgelser er der høj variabilitet i de frekvensbånd, der er valgt til at afgrænse langsomme og hurtige spindler (Ayoub et al., 2013; Holz et al., 2012; Schabus et al., 2007), og nyere beviser tyder på, at disse afgrænsninger kan variere i hvert individ (Cox et al., 2017).

Den hurtige spindel er et område af vores hjerne, der er tæt forbundet med vores hukommelse. Forskning viser, at når vi er involveret i processen med indlæring og hukommelse, bliver hurtige spindler mere aktive og forbedrer dermed vores hukommelse.

Funktionen af ​​hurtige spindler er at styrke og konsolidere vores minder. Når vi modtager ny information, samler hurtige spindler information fra andre områder af hjernen og transformerer den til hukommelsesfragmenter, som vi kan gemme og genkalde. Hurtige spindler er derfor afgørende for vores indlærings- og hukommelsesprocesser.

Så hvordan forbedrer vi vores hurtige spindelfunktion? Først og fremmest skal vi opretholde gode levevaner. Tilstrækkelig søvn, en sund kost og regelmæssig motion spiller alle en vigtig rolle for sundheden og funktionen af ​​din hurtige spindel. Derudover kan fokus på læring og tænkning stimulere aktiviteten af ​​hurtige spindler og forbedre vores hukommelse.

Kort sagt, hurtige spindler er uløseligt forbundet med vores hukommelse. Ved at opretholde et sundt liv og være opmærksom på læring, kan vi forbedre vores hurtige spindelfunktion og forbedre vores hukommelse, for bedre at kunne klare udfordringerne i livet og læringen. Lad os være optimistiske og arbejde hårdt mod en bedre fremtid. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale, der har mange unikke effekter, hvoraf en er at forbedre hukommelsen. Virkningen af ​​Cistanche deserticola kommer fra de mange aktive ingredienser, den indeholder, herunder garvesyre, polysaccharider, flavonoidglykosider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed på en række forskellige måder.

Klik på kend 10 måder at forbedre hukommelsen på

Vi valgte 8-12 Hz og 12-15 Hz som bånd for separat at undersøge langsomme versus hurtige spindler, og vores resultater tyder på, at forbindelsen i det hurtige spindelbånd blev specifikt moduleret af STAMPs.

Der kan dog være variation i spindelbåndsafgrænsninger på tværs af deltagerne i eksperimentet, hvilket fører til overlapning af langsom og hurtig spindelaktivitet i disse bånd. I vores data er vejlængder i 8-12 Hz og 12-15 Hz båndene var stærkt korrelerede (r=0.88), hvilket tyder på en høj grad af overlap mellem disse frekvensbånd.

Således hævder vi her, at spindelaktivitet blev moduleret af STAMPs, men yderligere analyse vil være påkrævet for specifikt at afgrænse mellem hurtige og langsomme spindler. Derudover brugte vi en frekvensbåndsbaseret tilgang til at imødekomme den forbindelses- og maskinlæringsanalyse, vi implementerede; dog er spindler forbigående hændelser, der forekommer kort i tid.

Mens tilgangen her sandsynligvis fangede aktivitet relateret til spindler, kan en mere fokuseret begivenhedsbaseret tilgang, hvor specifikke spindelhændelser identificeres, yderligere belyse deres rolle i metakognition.

Resultaterne af regressionsanalysen viste, at ændringer i vejlængde i beta-båndet var relateret til ændringer i hukommelsesfølsomhed fra før-søvn til efter-søvn i den aktive tilstand. Det rapporterede forhold var i en fornuftig retning med lavere vejlængde (større effektivitet) relateret til forbedringer i metakognitiv ydeevne.

Bemærk, at beta-sti-længden dog ikke adskilte sig væsentligt mellem Active og Sham-betingelserne, hvilket tyder på, at effekten fanger mere finkornede individuelle forskelle, hvor individer, der udviser netværksreorganisering mod større effektivitet efter STAMP-stimulering, viser større metahukommelsesforbedring natten over end dem, der ikke gør.

Dette diskuteres yderligere i støtteoplysningerne. Denne konstatering er ret ny, da ingen tidligere undersøgelse efter vores viden har undersøgt ændringer i funktionel forbindelse efter stimulation under søvn, der relaterer til adfærdsændringer.

 Undersøgelser, der undersøger visuomotorisk læring og ydeevne, såsom med spejlsporingsopgaver, har rapporteret ændringer i beta-båndsynkronisering og forbindelse under og efter opgaven (Classen et al., 1998; Kilner et al., 2004; Piantoni et al., 2015) Undersøgelser, der undersøger grafteoretiske forbindelsesforhold til episodisk hukommelsesydelse, som blev testet i det aktuelle eksperiment, har dog generelt ikke undersøgt eller rapporteret ændringer i beta-båndsforbindelse (Burke et al., 2013).

Ændringer i betapat-længde er imidlertid blevet relateret til progressionen af ​​Alzheimers sygdom, nemlig patienter med Alzheimers sygdom udviser højere beta-vejlængder end raske kontroller, og betapat-længde er negativt korreleret til score for mini-mental tilstandsundersøgelse (MMSE) (Stam et al. ., 2006). Derudover har forskning i søvnens oscillerende neurofysiologi vist, at hurtigere rytmisk aktivitet (dvs. i beta/gamma-området) er til stede og opretholdes under depolariseringsfasen af ​​den langsomme bølge og stort set fraværende under hyperpolariseringsfasen (Compte et al., 2008; Steriade , 2006; Steriade et al., 1996).

Denne øgede aktivitet kan være specifikt forbundet med noradrenerge neuroner i locus coeruleus-systemet (Eschenko et al., 2012), som kan fremme kortikal plasticitet, en vigtig komponent i hukommelseskonsolidering.

Det er således en mulighed, at beta-bånds netværksorganisation og -aktivitet under SWO'er generelt kan være et vigtigt aspekt af episodiske hukommelsesfunktioner og konsolideringsprocesser, som kan målrettes og forbedres gennem specifik STAMP-stimulering. En potentiel begrænsning ved den nuværende undersøgelse er manglen på en kontrolbetingelse for at udelukke den overordnede effekt af stimulering på tilslutning.

Nemlig, STAMPs kunne være blevet anvendt under dvale, der ikke var bundet til nogen episode under kodning for at sammenligne forbindelsesændringer efter mærkede STAMPs med ændringer efter utaggede STAMPs.

I betragtning af det begrænsede antal STAMP'er og kompleksiteten af ​​det eksperimentelle design, valgte vi at maksimere vores statistiske kraft ved at bruge alle STAMP'erne til at signalere hukommelse under søvn.

Denne betingelse ville dog have været særlig nyttig til at forstå vores klassificeringsresultater. I øjeblikket kan vi sige, at de valgte funktioner kan afgrænse Active- og Sham-betingelserne, og dette kan skyldes konsolideringsprocesser i Active-tilstanden sammenlignet med Sham-tilstanden; disse kan dog også være generelle ændringer efter stimulering.

I modsætning hertil er vi overbeviste om, at forholdet mellem beta-vejlængden og metahukommelsesfølsomhedsændringer er relateret til søvnafhængige konsolideringsprocesser.

Vores adfærdsresultater viser, at STAMP-stimulering førte til fordele for Tag & Cue-tilstanden sammenlignet med de andre tilstande, hvilket viser en specifik fordel i modsætning til en mere generisk stimulations-induceret fordel for metahukommelse. I overensstemmelse med dette forudsagde ændringer i beta-vejlængde specifikt ændringer i Tag & Cue AUC-ændringer og var ikke forudsigelige for følsomhed i Sham-tilstanden.

Tidligere arbejde med at undersøge hjerneforbindelser med grafteoretiske mål har ofte taget en mere begrænset tilgang ved at undersøge specifikke mål eller specifikke frekvensbånd af interesse (Sadaghiani et al., 2015; Song et al., 2014).

Vi valgte at bruge en maskinlæringsmetode til at søge gennem en stor samling af mål i forskellige frekvensbånd for at identificere væsentlige ændringer efter stimulering og at bruge krydsvalidering og sammenligning med basismodeller til at validere vores resultater. Denne metode er dog ikke uden sine begrænsninger.

De valgte funktioner kan variere baseret på algoritmen eller det valgte udvalg af behandlingstrin. For at forbedre ydeevnen væsentligt fjernede vi desuden meget kollineære funktioner, men disse fjernede funktioner kan potentielt stadig være af teoretisk interesse.

Vi udførte opfølgende statistiske test for at sikre, at vores endelige sæt af udvalgte funktioner var statistisk forskellige mellem stimuleringsbetingelserne og/eller forudsagde ydeevne; ikke desto mindre kan der være andre tilslutningsfunktioner i visse bånd, som også er signifikant moduleret af STAMPs og/eller er forudsigelige for adfærd, men som simpelthen ikke blev valgt af algoritmen.

Vi mener dog, at beta-vejlængdeforholdet til adfærd er robust, da det konsekvent blev betragtet som meget signifikant af Boruta-algoritmen og signifikant forudsagde adfærdsdataene, og denne effekt ville sandsynligvis ikke være blevet fundet, hvis vi kun havde undersøgt flere standardmål og frekvensbånd. Fremtidige undersøgelser kan identificere den specifikke rolle beta netværksforbindelse spiller i episodisk hukommelse og beslutningsprocesser.

ANKENDELSER

Dette arbejde blev støttet af DARPA og Army Research Office. De udtrykte synspunkter, meninger og/eller resultater er forfatterens og bør ikke fortolkes som repræsenterende de officielle synspunkter eller politikker fra forsvarsministeriet eller den amerikanske regering.

STØTTENDE INFORMATION

Tilslutningsfunktionerne såvel som metahukommelsesfølsomhedsværdier er inkluderet i den tilgængelige understøttende information til denne artikel.

FORFATTERS BIDRAG

Ryan Hubbard: Konceptualisering; Formel analyse; Metode; Skrivning – originalt udkast;Skrivning – gennemgang og redigering. Iman Zadeh: Konceptualisering; Formel analyse; Metode;Ressourcer; Software; Skrivning – originalt udkast. Aaron Jones: Datakuration; Ressourcer. BradleyRobert: Datakurering; Ressourcer. Natalie Bryant: Datakuration; Ressourcer; Software.Vincent Clark: Datakuration; Ressourcer. Praveen Pilly: Konceptualisering; Formel Analyse; Finansieringserhvervelse; Efterforskning; Projektadministration; Overvågning; Skrivning – originalt udkast;Skrivning – gennemgang og redigering.

FINANSIERINGSOPLYSNINGER

Praveen Pilly, Defense Advanced Research Projects Agency (https://dx.doi.org/10.13039/100000185), Award ID: W911NF-16-C-0018.

ERKLÆRING AF INTERESSEKONFLIKTER

Den sidste forfatter, Praveen K. Pilly, har patent på at bruge transkraniel elektrisk stimulation til målrettet hukommelsesreaktivering (US patent nr. 10.307.592). Vincent P. Clark er videnskabelig rådgiver hos NeuroGeneces, LLC. Alle forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i fravær af andre konkurrerende finansielle eller ikke-finansielle interesser.

REFERENCER

1.Anderson, KL, Rajagovindan, R., Ghacibeh, GA, Meador, KJ, & Ding, M. (2009). Theta-oscillationer medierer interaktionen mellem den præfrontale cortex og den mediale temporallap i menneskets hukommelse. Cerebral Cortex, 20(7), 1604–1612. https://doi.org/10.1093/cursor/bhp223, PubMed: 19861635

2. Antony, JW, Gobel, EW, O'Hare, JK, Reber, PJ & Paller, KA (2012). Cued hukommelsesreaktivering under søvn påvirker færdighedsindlæring. Nature Neuroscience, 15, 1114-1116. https://doi.org/10.1038/nn.3152, PubMed: 22751035

3.Ayoub, A., Aumann, D., Hörschelmann, A., Kouchekmanesch, A., Paul, P., Born, J., & Marshall, L. (2013). Differentielle virkninger på hurtig og langsom spindelaktivitet og den langsomme søvnsvingning hos mennesker med carbamazepin og flunarizin for at modvirke spændingsafhængig Na+- og Ca2+-kanalaktivitet. Sleep, 36(6),905–911. https://doi.org/10.5665/sleep.2722, PubMed: 23729934

4. Backus, AR, Schoffelen, JM, Szebényi, S., Hanslmayr, S., & Doeller, CF (2016). Hippocampus-præfrontale theta-oscillationer understøtter hukommelsesintegration. Current Biology, 26(4), 450–457.https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.12.048, PubMed: 26832442

5. Baird, B., Smallwood, J., Gorgolewski, KJ, & Margulies, DS(2013). Mediale og laterale netværk i den forreste præfrontale cortex understøtter den metakognitive evne til hukommelse og perception.Journal of Neuroscience, 33(42), 16657-16665. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0786-13.2013, PubMed: 24133268

6. Barahona, M., & Pecora, LM (2002). Synkronisering i små systemer. Physical Review Letters, 89(5), 054101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.054101, PubMed: 12144443

7. Bassett, DS, & Bullmore, ED (2006). Små-verdens hjernenetværk. The Neuroscientist, 12(6), 512–523. https://doi.org/10.1177/1073858406293182, PubMed: 17079517

8. Benchenane, K., Peyrache, A., Khamassi, M., Tierney, PL, Gioanni, Y., Battaglia, FP, & Wiener, SI (2010). Kohærente theta-oscillationer og omorganisering af spike-timing i hippocampus-præfrontalnetværket efter læring. Neuron, 66(6), 921-936. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2010.05.013, PubMed: 20620877

9. Benjamini, Y., & Hochberg, Y. (1995). Kontrol af den falske opdagelsesrate: En praktisk og kraftfuld tilgang til flere tests. Journal of the Royal Statistical Society, 57, 289-300.

10.Berens, P. (2009). CircStat: En MATLAB værktøjskasse til cirkulær statistik. Journal of Statistical Software, 31(10), 1–21.

For more information:1950477648nn@gmail.com