Корковые пульсации во время медленного сна и бодрствования у человека. Часть 2.

Обнаружение пульсаций. Медианная центральная частота пульсаций гиппокампа в девяти исследованиях у людей составляла 85 Гц (Bragin et al., 1999; Staba et al., 2004; Clemens et al., 2007; Axmacher et al., 2008; Le Van Quyen et al., 2008; Старесина и др., 2015; Цзян и др., 2019б; Норман и др., 2019; Ваз и др., 2019), тогда как у грызунов частота острой волны–пульсации составляет;120-140 Гц ( Бужаки, 2015).

Обнаружение пульсаций — это технология, которая измеряет активность мозга человека. Он фиксирует электрическую активность нейронов головного мозга, помещая электроды на кожу головы, и преобразует сигнал в электроэнцефалограмму, записываемую на компьютере. В последние годы, благодаря углубленному изучению человеческого мозга, обнаружение пульсаций стало артефактом для изучения познания, обучения, эмоций и т. д. и постепенно вошло в нашу повседневную жизнь.

Что касается памяти, исследования показывают, что пульсирующая активность человеческого мозга играет ключевую роль в формировании и поддержании воспоминаний. Когда человеческий мозг выполняет задачи обучения и запоминания, он может создавать пульсации определенных частот между корой головного мозга, такие как тета-волны и гамма-волны. Эти волны могут улучшить кодирование и хранение памяти, а также помочь в последующем извлечении и воспроизведении прошлого. хранимая информация. Таким образом, обнаружение пульсаций может быть использовано для изучения механизма памяти человеческого мозга и имеет потенциал для клинического лечения когнитивных расстройств и нарушений памяти.

Кроме того, обнаружение пульсаций также помогает нам расширить наши методы обучения. Когда учащиеся участвуют в преподавании в классе, они могут узнать об индивидуальных особенностях обучения и предпочтениях в предметах, записывая пульсирующую активность мозга во время процесса обучения, чтобы учиться и совершенствоваться более целенаправленно. Кроме того, при обучении большое влияние на обучающий эффект также оказывают соответствующая музыка и звуки. Благодаря обнаружению пульсации можно определить реакцию разных групп людей на разные тона и громкость, чтобы учителя или учащиеся сами могли выбирать наиболее подходящую музыку и звуки для улучшения эффекта обучения.

Подводя итог, можно сказать, что обнаружение пульсаций играет огромную роль в нашей жизни и учебе. Измеряя пульсирующую активность на определенных частотах человеческого мозга, мы можем лучше понять наши характеристики познания, обучения и памяти, а также помочь нам улучшить эффективность обучения и качество жизни. По мере повышения уровня технологий компания RippleDetection продолжит углублять свои исследования в области когнитивной нейробиологии и неврологических заболеваний, открывая нам больше перспектив и возможностей. Видно, что нам необходимо улучшить память, а Cistanche Deserticola может значительно улучшить память, поскольку Cistanche Deserticola также может регулировать баланс нейротрансмиттеров, например, повышая уровень ацетилхолина и факторов роста. Эти вещества очень важны для памяти и обучения. Кроме того, мясо также может улучшить кровоток и способствовать доставке кислорода, что может гарантировать, что мозг получает достаточное количество питательных веществ и энергии, тем самым повышая жизнеспособность и выносливость мозга.

Нажмите «Узнай 10 способов улучшить память»

У людей предполагаемая пульсация гиппокампа частотой 90 Гц имеет такое же характерное отношение к острым волнам, внутригиппокампальной локализации, модуляции стадией сна и связи с корковыми волнами сна, что и у грызунов, и возникает в гиппокампе, не имеющем признаков эпилептического поражения. Более того, в гиппокампе грызунов различие между более высокочастотными всплесками g и пульсациями не всегда четкое, что приводит к предположению, что для простоты их обоих следует называть «рябью» (Stark et al., 2014), чему мы и следуем здесь. .

Обнаружение пульсации выполнялось одинаково для всех структур и состояний и было основано на ранее описанном методе обнаружения пульсации в гиппокампе (Jiang et al., 2019a,b). Требования для включения и критерии отклонения определялись с использованием итеративного процесса среди пациентов, структур и штатов. Данные сначала пропускались через полосу пропускания на частоте 60-120 Гц (фильтр Баттерворта шестого порядка с нулевым фазовым сдвигом), и были обнаружены верхние 20% скользящих среднеквадратических пиков длительностью 20 мс.

Кроме того, требовалось, чтобы максимальный показатель z аналитической амплитуды полосы пропускания 70-100 Гц составлял 0,3 и чтобы в сигнале нижних частот 120 Гц присутствовало как минимум три отдельных цикла колебаний, определяемых путем смещения окна a40 мс с шагом 5 мс на протяжении 650 мс относительно средней точки пульсации и требует, чтобы хотя бы одно окно имело как минимум три пика. Соседние пульсации в пределах 25 мс были объединены. Центры пульсаций определялись как время максимального положительного пика в полосе пропускания 70-100 Гц.

Начало и смещение пульсаций были идентифицированы на каждой стороне центрального пика, когда аналитическая амплитуда {{0}} Гц падала ниже оценки 0,75z. Чтобы исключить эпилептиформную активность или артефакты, пульсации исключались, если абсолютное значение z-показателя высоких частот 100 Гц превышало 7 или если они возникали в течение 2 с при изменении широкополосного LFP на 3 мВ/мс. Пульсации также исключались, если они находились в пределах 6500 мс от предполагаемого IIS, обнаруженного, как описано ниже.

Чтобы исключить события, которые могли быть связаны между каналами из-за эпилептиформной активности, мы исключили события, которые совпадали с предполагаемым IIS на любом канале SEEG коры или гиппокампа, включенном в анализ. События в записях SEEG, которые имели только один заметный цикл или отклонение в широкополосном LFP, которое проявлялось как несколько циклов выше порога обнаружения в полосе пропускания 70-100 Гц, были исключены, если наибольшая абсолютная амплитуда между впадинами и пиками или между пиками и впадинами. в сфере широкополосного доступа LFP был в 2,5 раза больше, чем в третьем по величине регионе.

Для каждого канала среднее значение LFP с блокировкой пульсаций и средняя полоса пульсаций были визуально проверены, чтобы подтвердить наличие нескольких заметных циклов на частоте пульсаций (70-100 Гц), а также был исследован график средней частоты и времени, чтобы подтвердить наличие отчетливого увеличения мощности. в диапазоне 70-100 Гц. Кроме того, были визуально исследованы множественные отдельные пульсации в широкополосном LFP и полосе пропускания 70-100 Гц для каждого канала, чтобы подтвердить наличие нескольких циклов на частоте пульсаций без загрязнения артефактами или эпилептиформной активностью. Каналы, не содержащие пульсаций, отвечающих этим критериям, были исключены из исследования.

Следует отметить, что недавнее исследование выявило рябь на основе этих критериев у пациента без эпилепсии (Рубин и др., 2022). Частота колебаний каждой пульсации вычислялась путем сначала подсчета количества пересечений нуля полосы пропускания 70-100 Гц (каждое представляет половину цикла) во время пульсации и добавления любых оставшихся частичных полупериодов (т. е. оставшегося фазового угла по p). Число полупериодов пульсаций делили на 2, чтобы вычислить общее количество циклов пульсаций. Наконец, частота колебаний в герцах была рассчитана как количество циклов, разделенное на длительность пульсаций в секундах.

Вычитание единичных шипов из LFP. Одна из проблем при обнаружении высокочастотных колебаний, таких как пульсация в LFP, регистрируемая микроэлектродом, заключается в том, что единичные всплески могут «просачиваться» в микроLFP (Ray, 2015), что приводит к обнаружению ложных связей между пульсациями и единичными всплесками. Хотя единичные всплески являются быстрыми событиями, простое понижение дискретизации (которое требует предварительного прохождения низких частот для предотвращения наложений) не может полностью устранить влияние потенциала действия на микро-LFP.

Чтобы решить эту проблему, мы использовали модифицированную технику вычитания единичных пиковых сигналов (Pesaran et al., 2002). В частности, средняя форма пикового сигнала (от 500 до 1600 мс вокруг минимума) каждого устройства была вычтена из нефильтрованного микро-LFP Utah Array 30 кГц того же канала, сосредоточенного на каждом пике. Затем данные были преобразованы в частоту 1 кГц и обнаружение пульсаций было выполнено, как описано выше. Мы подтвердили, что этот метод привел к обнаружению истинных колебаний посредством обширного визуального подтверждения событий в микро-LFP 30 кГц.

Обнаружение и отклонение IIS. Пульсации и другие волны сна исключались, если они находились в пределах 6500 мс от предполагаемого IIS, обнаруженного следующим образом: высокочастотный показатель рассчитывался путем сглаживания аналитической амплитуды 70-190 Гц с помощью квадратичной функции 20 мс и генерировался показатель пикового шаблона. путем вычисления перекрестной ковариации с помощью шаблона IIS. Оценка высокой частоты имела вес 13, оценка спайков - 25, а IIS обнаруживался, когда эти взвешенные суммы превышали 130. У каждого пациента обнаруженный IIS и промежуточные эпохи были визуально исследованы из гиппокампа и корковых каналов (если они присутствовали) для подтверждения. высокая чувствительность и специфичность обнаружения.

Обнаружение нижних и верхних состояний, а также спящих шпинделей. Пониженные и повышенные состояния были обнаружены, как описано ранее (Цзян и др., 2019a,b), где широкополосный LFP каждого канала пропускался от 0.1-4 Гц (шестой порядок). Фильтр Баттерворта с нулевым фазовым сдвигом) и последовательные переходы через нуль, разделенные интервалом 0,25-3 с. Были выбраны верхние 10% пиков амплитуды, и полярность каждого сигнала была инвертирована, если это необходимо, так, чтобы нисходящие состояния были отрицательными, а верхние состояния были положительными, гарантируя, что средняя аналитическая амплитуда полосы пропускания 70-190 Гц в пределах 6100 мс вокруг пиков была больше для северных штатов, чем для нижних штатов. Всего было обнаружено 2 649 563 пониженных состояния со средней плотностью (частотой возникновения) SD (по каналам) 12,9 6 4,7 мин1 и амплитудой 237,3 6 169,8 мВ. Всего было обнаружено 2 922 211 северных штатов с плотностью 14,6 6 4,7 мин1 и амплитудой 163,8 6 84,9 мВ.

Шпиндели были обнаружены, как описано ранее (Hagler et al., 2018), где данные пропускались с частотой 10-16 Гц, затем абсолютные значения были сглажены посредством свертки с суженным окном Тьюки на 300 мс и медианными значениями. были вычтены из каждого канала. Данные нормализовались по медианному абсолютному отклонению, а веретена обнаруживались, когда пики превышали 1 в течение как минимум 400 мс. Начало и смещение отмечались, когда эти амплитуды падали ниже 1. Предполагаемые веретена, которые совпадали с большим увеличением мощности в нижнем (4-8 Гц) или более высоком (18-25 Гц) диапазоне мощности, были отвергнуты, чтобы исключить широкополосные события, а также тета-всплески. который может простираться до нижнего конца диапазона веретена (Gonzalez et al., 2018). Всего было обнаружено 694 168 веретен со средней и SD (поканальной) плотностью 3.0 6 3.0 мин1, амплитудой 29.1 6 13.5 мВ, частотой колебаний 12.{{19} }.7 Гц и длительность 633.5 6 67.2 мс.

Пульсация временных отношений. Были рассчитаны временные гистограммы перикортикальных пульсаций корковых волн сна на том же канале. Количество событий было найдено в интервалах 50 мс для волн сна в пределах 61500 мс вокруг центров кортикальных пульсаций в момент t=0. Нулевое распределение было получено путем перетасовки времен событий относительно пульсаций в момент t=0 в пределах этого 3-секундного окна по 200 раз каждое. Значения p до FDR были рассчитаны путем сравнения наблюдаемого и нулевого распределений в каждом интервале за 61000 мс для корковых волн сна. Эти значения p затем были скорректированы с помощью FDR с учетом количества каналов у пациентов, умноженного на количество ячеек на канал (Benjamini and Hochberg, 1995). Считалось, что канал имеет значительную модуляцию, если было три или более последовательных элементов разрешения со скорректированными по FDR значениями p меньше=0,05. Были ли события опережающими или отстающими от корковых пульсаций в момент t=0, вычислялось для каждого канала с помощью двустороннего биномиального теста с ожидаемым значением 0,5, используя количество событий за 1000 мс до и за 1000 мс после t=0 для волны сна. Графики имели счетчик событий, сглаженный по Гауссу, по 50 мс с интервалами по 50 мс.

Были рассчитаны условные вероятности пульсаций для следующих волн сна или их последовательностей: пониженное состояние, шпиндель, повышенное состояние, пониженное состояние-веретено и веретено-высокое состояние. Пульсацию, заданную шпинделем (R|SS), определяли, если центр пульсации возникал во время вращения шпинделя (средняя длительность шпинделя составляла 634 мс). Считалось, что пульсация предшествует подъему (R|US) или следует за понижением (R|DS), если центр пульсации возникал в течение 634 мс до или после пика повышенного или пониженного состояния соответственно.

Обнаружение единиц, классификация, качество и изоляция. Обнаружение и классификация единиц были выполнены в соответствии с нашими опубликованными процедурами (Peyrache et al., 2012; Chan et al., 2014; Dehghaniet al., 2016; Le Van Quyen et al., 2016; Telenczuk et al. , 2017; Eichenlaub et al., 2020; Dickey et al., 2021). Данные обрабатывались полосой пропускания на частоте 300-3000 Гц, и предполагаемые единичные выбросы обнаруживались, когда отфильтрованный сигнал превышал в 5 раз расчетное стандартное отклонение фонового шума. Единицы были сгруппированы по k-средним с использованием первых трех основных компонентов каждого пика. Наложенные спайки исследовались визуально, а волны с аномальной формой исключались. На основании форм сигналов, скорости срабатывания и автокоррелограмм потенциалы действия были сгруппированы как возникающие из предполагаемых PY или IN. PY имели частоту всплесков 0,1-0,8 Гц, длинные интервалы между пиками и полуширинами, резкую автокорреляцию и бимодальное распределение интервалов между всплесками (ISI), отражающее склонность к стрельбе очередями.

Напротив, IN имели частоту всплесков; {{0}} Гц, короткие интервалы от впадины до пика и полуширины, широкие автокорреляции и преимущественно унимодальное распределение ISI. У пациента Utah Array, включенного в исследование, было 69 PY с общим количеством 231 922 спайков, а также 23 IN с общим количеством 462 246 спайков. Средняя и SD амплитуда от впадины до пика PY составляла 44,8 6 12,9 мВ, частота пиков составляла {{20}}.28 6 0,17 Гц, от впадины до пика. ширина составляла 0.49 6 0.5 мс, ширина полупика составляла {{40}}.62 6 0.04 мс, а индекс разрыва составлял 0.03 6 0.02. Средняя и SD IN амплитуда между пиками составляла 28,9 6 11,9 мВ, частота пиков составляла 1,67 6 1,63 Гц, ширина между пиками составляла 0,29 60. 05 мс, ширина полупика составляла 0,34 6 0,05 мс, а индекс разрыва составлял 0,01 6 0,01. Амплитуда от долины до пика, частота пиков, ширина от впадины до пика, ширина полупика и индекс всплеска значительно различались между PY и IN (p, 0,0001, двусторонний двухвыборочный t-критерий).

Качество отдельных единиц и изоляция были подтверждены в соответствии с ранее установленными рекомендациями (Камински и др., 2020). Было подтверждено, что выбросы устройства значительно превышают минимальный уровень шума, основанный на больших пиковых отношениях сигнал/шум (PY: 10.1 6 3.4; IN: 5.9 6 3.1). Поскольку период рефрактерности к спайкам нейронов составляет 3 мс, процент ISI, 3 мс оценивает степень загрязнения отдельных единиц спайками из разных единиц, которая была очень низкой среди единиц, включенных в это исследование (PY: 0.{{14) }}.15 %; IN: 0.31 6 0.50%). {21}}.8 SD; IN: 50.9 6 28.6 SD). Наконец, временная стабильность пиковых значений единиц во времени была подтверждена на основе постоянства формы средней формы волны и амплитуды каждой единицы во всех квартилях записи.

Анализ скачков напряжения во время пульсаций. Всплески напряжения анализировались на предмет локальной ряби, обнаруженной на одном и том же контакте. Пульсации фаз единичных всплесков определялись путем нахождения угла преобразования Гильберта сигнала с полосой пропускания 70-100 Гц (нулевой фазовый сдвиг) во время всплесков. Средняя круговая фаза пульсаций определялась для каждого подразделения в соответствии с Беренсом (2009). Фазовый анализ проводился только на тех устройствах, которые имели не менее 30 всплесков во время локальных пульсаций. Тест Рэлея использовался для оценки унимодального отклонения от однородности средних круговых фаз по блокам. Совместное срабатывание пар единиц PY-PY и PY-IN в течение 5 мс оценивалось на основе Dickey et al. (2021). Чтобы оценить совместное возгорание, когда присутствовала пульсация в одном или обоих местах, по сравнению с исходным уровнем, когда пульсации не возникали, мы случайным образом выбрали эпохи без пульсаций, соответствующие по количеству и продолжительности пульсациям, но в течение которых не было обнаружено пульсаций ни на одном из каналов. Совместное срабатывание во время пульсаций с наблюдаемыми и случайными временами всплесков рассчитывалось путем перетасовки времени всплесков каждой единицы в пределах интервалов пульсаций.

Экспериментальный дизайн и статистический анализ. Все статистические тесты были оценены с помощью=0,05. Все значения p, включающие множественные сравнения, были скорректированы с помощью FDR согласно Бенджамини и Хохбергу (1995). Коррекция FDR по парам каналов была выполнена для всех пар каналов у всех пациентов, включенных в анализ. На диаграммах «ящик с усами» показаны медиана, среднее значение и интерквартильный размах, при этом «усы» указывают на межквартильный размах 1,5, а выбросы опущены. Графики плотности ядра были построены с использованием методов Бехтольда (2016). Значимость и статистику перетасовки временных гистограмм пери-пульсаций рассчитывали, как описано выше. Статистику всплеска количества единиц рассчитывали, как описано выше.

Статистические сравнения характеристик пульсаций проводились с использованием двусторонних парных или двусторонних двухвыборочных t-тестов между канальными средними. Различия в характеристиках пульсации между состояниями (медленная фаза сна или бодрствование) или областями (кора или гиппокамп) определялись с использованием линейных моделей смешанных эффектов, где состояние и регион были фиксированными эффектами, а пациент — случайным эффектом, согласно следующей модели:

Доступность данных. Обезличенные необработанные данные, подтверждающие результаты этого исследования, можно получить у соответствующих авторов по обоснованному запросу при условии, что соглашение о совместном использовании данных и согласие пациента разрешают такой обмен.

Наличие кода. Код, подтверждающий результаты этого исследования, можно получить у соответствующих авторов по обоснованному запросу.

Полученные результаты

Пульсации повсеместно распространены в состояниях и структурах с характерной и фокальной частотой (;90 Гц) и продолжительностью (;70 мс).

Пульсации были обнаружены на интракраниальных кортикальных и гиппокампальных ЭЭГ-записях у 17 пациентов, проходивших мониторинг локализации очага приступа (табл. 1). Биполярные транскортикальные отведения обеспечивали измерение локально генерируемых LFP. Пульсации обнаруживались исключительно из неочаговых, неэпилептогенных областей и должны были иметь по крайней мере три цикла повышенной амплитуды 70-100 Гц без контаминации эпилептиформной активностью или артефактами (рис. 1А). Запись эпох и каналов с возможным загрязнением эпилептиформной активностью категорически отвергалась. Пульсации были обнаружены как во время бодрствования, так и во время медленного сна во всех исследованных областях коры (рис. 2A, B, E-J; таблица 3), а также в гиппокампе (рис. 2C, D, K, L; таблица 3).

В разных состояниях и областях коры частота пульсаций была удивительно постоянной и составляла 90 Гц. В частности, средняя частота корковых пульсаций в этой области колебалась от 88,8-90,0 Гц во время медленного сна и 89,2-89,8 Гц во время бодрствования (таблица 3; рис. 3). Средняя частота пульсаций 6 SD по всем корковым каналам во время медленного сна составляла 89,1 6 0,8 Гц, а во время бодрствования - 89,5 6 0,7 Гц. Эти данные также представлены в виде гистограмм индивидуальных характеристик пульсаций (амплитуда, частота, продолжительность, связанные с ними изменения амплитуды 0,200 Гц) на рисунке 4, а также отдельных пациентов на рисунке 5. Основные характеристики корковых пульсаций были очень схожи в дополнительном анализе, который проводился только включали корковые каналы, свободные от ИИС (рис. 6А).

Частота колебаний не только была очень стабильной на уровне 90 Гц во всех пульсациях, но и повышенная амплитуда была сильно сконцентрирована во время пульсаций на частоте 90 Гц в широкополосных записях с резким спадом амплитуды на более высоких и низких частотах. Это увеличение фокусной мощности, которое особенно заметно во время медленной фазы сна, можно увидеть на примерах каналов (рис. 2A, E–H), а также на графиках общей средней частоты и времени, которые являются средними по всем средним значениям канала для всех пульсаций (рис. 2I–L). .

Мы провели дополнительный анализ, чтобы выяснить, может ли эта регулярность и очаговая частота пульсаций быть следствием нашего метода их обнаружения. Сначала мы провели полный повторный анализ всех каналов и эпох SEEG, используя два разных диапазона частот для обнаружения и выбора пульсаций. В одном использовалась полоса пропускания обнаружения от 70 до 100 Гц, как в нашем первичном анализе, а в другом расширена полоса пропускания обнаружения до 65-120 Гц. Средняя частота пульсаций 6 SD NREM по каналам (N=273) из всех SEEG пациентов (S1-S17) очень схож при использовании либо полосы пропускания 70-100 Гц (в среднем 6 SD=89.1 60,8 Гц), либо 65-120 Полоса пропускания Гц (92,7 62,2 Гц) (рис. 1Б). Кроме того, мы убедились, что режекторные фильтры 60 и 120 Гц (для удаления линейного шума), а также полоса пропускания 70-100 Гц не создают искусственно пика мощности на частоте 90 Гц (рис. 1C). Таким образом, частота пульсационных колебаний 90 Гц представляется скорее физиологической, чем обусловленной конкретными методами обнаружения.

Средняя продолжительность пульсации также была удивительно постоянной (<70 мс) в разных состояниях и областях коры (Таблица 3). физиологическая характеристика. Другие характеристики, включая плотность (медленная фаза сна: 8.36 6 2.69 мин1, бодрствование: 5.77 6 3.42 мин1), пиковая амплитуда (медленная фаза сна: 5.10 6 2.25 мВ, бодрствование: 7.38 64.17 мВ) и изменение амплитуды 0,200 Гц (NREM: 3.096 2.75%, бодрствование: 33,02636,90%) также были очень похожими по всем каналам (рис. 2, 3). Характеристики пульсации также были одинаковыми у всех пациентов (рис. 5). Однако были отмечены небольшие, но значимые различия между областями коры и гиппокампа и медленной фазой сна и бодрствованием, которые описаны ниже.

Рябь демонстрирует небольшие, но существенные различия между корой головного мозга и гиппокампом.

Раньше пульсации гиппокампа человека выделялись с использованием различных методов (обзор см. Jiang et al., 2019c). В наших предыдущих исследованиях мы требовали, чтобы рябь накладывалась на острые волны (характерные для переднего гиппокампа) (Jiang et al., 2019a) или веретена (характерные для заднего гиппокампа) (Jiang et al., 2019b). В текущем исследовании мы повторно проанализировали эти данные, используя те же критерии и процедуры, которые мы использовали для обнаружения и отбора корковых пульсаций, чтобы избежать каких-либо методологических двусмысленностей; то есть мы не требовали присутствия или отсутствия какой-либо связанной низкочастотной сигнатуры LFP.

Используя те же критерии обнаружения, мы обнаружили, что пульсации коры и гиппокампа имеют одни и те же основные характеристики с относительно небольшими различиями. Основные характеристики пульсации гиппокампа были очень похожи в дополнительном анализе, который включал только каналы гиппокампа, свободные от IIS (рис. 6B). Во время медленного сна пульсация гиппокампа имела средние частотно-временные графики (рис. 2C, K), которые напоминали соответствующие корковые графики (рис. 2A, E-I), демонстрируя концентрированную колебательную активность на частоте 90 Гц, но отличавшиеся тем, что они накладывались на пик локальная острая волна-рябь, а не возникает непосредственно перед локальным верхним состоянием, как это наблюдается в коре. Во время пробуждения средние частотно-временные графики пульсаций гиппокампа (рис. 2D, L) и коры головного мозга (рис. 2B, J) снова демонстрируют концентрированную колебательную активность с частотой 90 Гц, но также с активностью, которая простирается до более высоких частот, как отмечалось выше.

Статистический анализ (рис. 3) выявил несколько различий, хотя и небольших, но, тем не менее, значимых, обусловленных большим количеством каналов. В частности, по сравнению с кортикальными пульсациями, пульсации гиппокампа были в среднем: немного менее плотными во время медленного сна и более плотными во время бодрствования; немного более низкая частота, особенно во время медленного сна (но все же разница в 3 Гц); более длительная продолжительность, особенно во время медленного сна (но разница в 10 мс); большая амплитуда (на 2,5 ); и сопровождалось меньшим, но все же значительным увеличением амплитуды 0,200 Гц во время бодрствования по сравнению с медленной фазой сна. Кроме того, характеристики корковой пульсации существенно не коррелировали с плотностью связи гиппокампа с его локальным участком (рис. 7). В целом кортикальная и гиппокампальная рябь очень похожи, за исключением, в частности, их амплитуд и связанных с ними более медленных волн во время медленного сна (рис. 2; рис. 8A–F).

Пульсацию можно отличить от высокочастотных лимбических колебаний.

Колебательная активность на частоте 0,60 Гц у людей изучалась ранее, в основном в гиппокампе при эпилепсии. Le Van Quyen et al. (2010) сообщили о вероятной непатологической активности, в основном в участках парагиппокампальной извилины. Они установили минимальную продолжительность в 100 мс, что позволило бы исключить подавляющее большинство изученных нами событий (рис. 3D, 4), и это больше, чем ранее сообщалось для пульсации гиппокампа человека (Jiang et al., 2019c), человека кортикальная рябь (Vaz et al., 2019) и рябь грызунов (Buzsáki, 2015).

Кроме того, события, описанные Ле Ван Куйеном и др., в среднем7 длились дольше, чем описываемые нами здесь события. (2010) также отличаются тем, что содержат несколько колебательных частот (в то время как описанные здесь сильно центрированы на уровне 90 Гц) и имеют большие амплитуды. Однако их события схожи в том, что они связаны с северными штатами и модулируют работу единиц (см. ниже). Поэтому мы были заинтересованы в определении взаимосвязи между главным образом парагиппокампальными событиями, описанными LeVan Quyen et al. (2010) и широко распространенные корковые события, описанные здесь.

Мы выбрали наши парагиппокампальные каналы (N {{0}} каналов от 5 пациентов) и применили критерии отбора, описанные Le Van Quyen et al. (2010): данные проходили в полосе пропускания на частоте 40-120 Гц, минимальная продолжительность события составляла 100 мс, в остальном события обнаруживались, как описано в разделе «Материалы и методы». Используя эти критерии отбора, мы обнаружили очень низкую плотность событий. Средняя плотность пульсации парагиппокампальных каналов во время медленного сна с использованием наших критериев составила 9,08 мин1 (диапазон: 7,23-10,77 мин1), тогда как с использованием Le Van Quyen et al. (2010) критерий обнаружения составлял всего 0,40 мин1 (диапазон: 0-1,53 мин1). Таким образом, описанные здесь события не соответствуют событиям, о которых ранее сообщали Ле Ван Куен и др. (2010).

Пульсации демонстрируют небольшие, но существенные различия между первичной сенсомоторной и ассоциативной корой.

Предыдущие исследования на спящих крысах (Khodagholy et al., 2017) и бодрствующих людях (Vaz et al., 2019) показали, что корковые пульсации чаще встречаются в ассоциативных областях, чем в ранних сенсорных и моторных областях, где они отсутствовали или были нечастыми. Напротив, мы обнаружили, что плотность пульсации, амплитуда и сопровождающая ее амплитуда 0,200 Гц (показатель для стрельбы единиц) (Mukamel et al., 2005) в первичной коре были значительно выше, чем в ассоциативных областях, о чем свидетельствует положительная корреляция. с индексом миелинизации (рис. 8G–I) (Rosen, Halgren, 2021). Частота и длительность колебаний не коррелировали с индексом миелинизации (рис. 9). В некоторых случаях этот эффект был небольшим, например, объясняя только 1,7% дисперсии плотности во время бодрствования и 4,4% во время медленного сна. В других случаях эффект был существенным, например, объясняя 19,4% дисперсии амплитуды во время медленного сна. Сравнивая медленный сон и бодрствование, при медленном медленном движении наблюдалась достоверно более сильная корреляция между индексом миелинизации и плотностью (p=0.02, t=2.1), амплитудой (p=8 104,t {{19 }}.2) и модуляция 0,200 Гц (p=2 106, t=4.7; односторонний парный r-тест; MATLAB: r_test_ парные) (Штайгер, 1980). Таким образом, корковые пульсации человека, по-видимому, несколько более многочисленны и выражены в сенсорных и моторных областях, чем в ассоциативных областях.

Пульсации демонстрируют небольшие, но существенные различия между медленной фазой сна и бодрствованием.

Большинство характеристик пульсации коры и гиппокампа были сходными между медленной фазой сна и бодрствованием (рис. 3; таблица 3), но из-за большого количества событий даже небольшие различия были значимыми. Учитывая разницу всего в 0,10%, плотность корковых пульсаций была на 31% выше, а амплитуда была на 43% ниже во время медленного сна, чем при бодрствовании. Продолжительность пульсации была на 13% выше в коре головного мозга и на 20% выше в гиппокампе во время медленного сна, чем при бодрствовании. Наиболее поразительными различиями было процентное изменение средней амплитуды 200 Гц во время пульсации по сравнению с исходным уровнем от 2 до 1 с (рис. 3E), которое увеличивалось на 969% от медленного сна до бодрствования в коре головного мозга и на 304% в гиппокампе.

Эта разница выглядит широкополосной на частотно-временных графиках коры головного мозга (рис. 2Bii, J) и гиппокампа (рис. 2Dii, L), вызванных пульсацией бодрствования, и, таким образом, обычно интерпретируется не как колебание, а как признак повышенной мультиединичной активности. Таким образом, по сравнению с бодрствованием корковые пульсации несколько плотнее, длиннее и меньше при медленной фазе сна; пульсации гиппокампа также длиннее. Единственное существенное различие состоит в том, что пульсации как в коре, так и в гиппокампе, по-видимому, связаны с гораздо большим увеличением предполагаемой мультиединичной активности во время бодрствования, чем NREM.

Корковые пульсации фиксируют волны сна, необходимые для консолидации памяти

Связи колебаний важны для консолидации памяти (Latchoumane et al., 2017). Предыдущие исследования показали, что кортикальная рябь возникает на вершинах севера штата и веретена у кошек (Grenier et al., 2001) и крыс (Khodagholy et al., 2017), но эти взаимосвязи не были оценены у людей. Мы обнаружили пониженные и повышенные состояния, полярность которых определялась на основе связанной с ними высокочастотной активности (подробнее см. «Материалы и методы»), а также веретена, и обнаружили, что корковые пульсации точно связаны с последовательностью волн сна, описанной выше (рис. 10; таблица 4). ). В частности, в 95% корковых каналов пульсации были в значительной степени связаны с понижением и повышением состояний (рис. 10B, D, E), обычно при переходе от нижнего к верхнему состоянию, как видно в отдельных исследованиях (рис. 2Aiii, 10A), и в средние значения широкополосного LFP, вызванные пульсацией (рис. 2Ai, E – H).

Гистограммы пери-пульсации показывают, что в среднем центры кортикальной пульсации возникали через 450 мс после минимумов нижнего состояния и за 100 мс до максимумов верхнего состояния (рис. 10B, D-G). Реже пульсации возникали во время веретен (значимая связь в 29% каналов; рис. 10C, E), как видно в отдельных испытаниях (рис. 10A) и на частотно-временных графиках пери-пульсов (рис. 2Aii, E). Пери-пульсационные гистограммы показывают, что веретена начинаются в среднем за 225 мс до центра кортикальной пульсации, что указывает на то, что пульсации имеют тенденцию возникать во время веретен (рис. 10C, E-G). Вероятность возникновения пульсаций во время веретен, предшествующих верхним состояниям, была выше, чем вероятность возникновения пульсаций во время шпинделей или перед подъемом (рис. 10H). Эти результаты позволяют предположить, что время корковых пульсаций во время медленного сна подходит для облегчения консолидации, управляемой последовательной активацией волн сна.

For more information:1950477648nn@gmail.com