Корковые пульсации во время медленного сна и бодрствования у человека. Часть 1.

Рябь гиппокампа указывает на реконструкцию пространственно-временных паттернов возбуждения нейронов, необходимых для консолидации воспоминаний в коре головного мозга во время сна с медленными движениями глаз (NREM). Недавно было показано, что корковые пульсации у людей вызывают повторение паттернов возбуждения нейронов во время воспроизведения сигналов. Здесь, используя внутричерепные записи 18 пациентов (12 женщин), мы показываем, что корковые пульсации также возникают во время медленного сна у людей с такой же плотностью, частотой колебаний (90 Гц), продолжительностью и амплитудой, что и при бодрствовании.

Пульсации гиппокампа являются важной активностью нейронов в человеческом мозге и оказывают очень важное влияние на функцию памяти мозга. Исследования показывают, что стабильность и регулярность пульсаций гиппокампа тесно связаны с силой памяти.

Положительные эмоции и эмоции могут способствовать стабильности и регулярности пульсаций гиппокампа человека, тем самым улучшая уровень памяти человеческого мозга. Это означает, что пока мы позитивно смотрим на жизнь и сохраняем счастливый настрой, пульсации гиппокампа могут работать более эффективно, тем самым помогая нам лучше запоминать, думать, учиться и творить.

Плохие эмоции и негативное отношение будут влиять на нормальную работу пульсаций гиппокампа и снижать функцию памяти. Поэтому мы должны всегда сохранять хорошее настроение и оптимистический настрой, чтобы лучше стимулировать потенциал памяти.

Кроме того, хороший образ жизни также является важным фактором обеспечения стабильности и регулярности пульсаций гиппокампа. Нам следует высыпаться, слушать музыку, заниматься спортом и т. д., чтобы поддерживать физическое и психическое здоровье с разных сторон, а также постепенно налаживать качественный распорядок жизни. Только так мы сможем лучше использовать память человеческого мозга, усилить собственные обучающие и творческие способности и сделать жизнь более красочной.

Короче говоря, связь между пульсациями гиппокампа и памятью неразрывна. Только посредством позитива, хороших жизненных привычек и позитивного эмоционального настроя можно стимулировать потенциал памяти человеческого мозга, что позволит нам лучше использовать функции человеческого мозга и наслаждаться лучшей жизнью. Видно, что нам необходимо улучшить память, а цистанхе пустынный может значительно улучшить память, потому что цистанхе пустынный — это традиционное китайское лекарственное средство, обладающее множеством уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффективность мясного фарша обусловлена ​​различными содержащимися в нем активными ингредиентами, включая кислоты, полисахариды, флавоноиды и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга различными способами.

Нажмите «Знать кратковременную память», как ее улучшить.

Пульсации возникали во всех областях коры со схожими характеристиками, не связанные с предполагаемой связью гиппокампа, и были менее плотными и устойчивыми в областях с более высокими ассоциациями. Предполагаемые всплески пирамидных и интернейронов синхронизированы по фазе с кортикальными пульсациями во время медленного сна, с фазовыми задержками, соответствующими генерации пульсаций посредством обратной связи между пирамидой и интернейронами. Корковые пульсации были меньше по амплитуде, чем пульсации гиппокампа, но были аналогичны по плотности, частоте и продолжительности.

Корковые пульсации во время медленного сна обычно возникают непосредственно перед пиком на севере штата, часто во время веретен. Веретена и веретена ранее были связаны с консолидацией памяти, и мы обнаружили, что корковые пульсации группируются, совпадая между единицами в пределах окна пластичности, зависящей от времени спайков. Таким образом, NREM-корковые пульсации у человека следующие: повсеместные и стереотипные с четко сфокусированной частотой колебаний; похоже на пульсацию гиппокампа; связан с северными штатами и веретенами; и связан с ко-обжигом агрегатов. Эти свойства согласуются с корковыми пульсациями, которые, возможно, способствуют консолидации памяти и другим функциям во время медленного сна у людей.

Ключевые слова:

кора головного мозга; гиппокамп; люди; рябь; спать; пробуждение.

Заявление о значении

У грызунов пульсации гиппокампа организуют воспроизведение во время сна, способствуя консолидации памяти в коре головного мозга, где также возникают пульсации. Однако данные о корковых пульсациях во сне у человека ограничены, а их анатомическое распределение и физиологические свойства не изучены. Здесь, используя внутричерепные записи человека, мы демонстрируем, что пульсации возникают по всей коре во время бодрствования и сна с весьма стереотипными характеристиками.

Во время сна корковые пульсации имеют тенденцию возникать во время веретен при переходе из нижнего состояния в верхнее и, таким образом, участвуют в последовательности волн сна, что важно для консолидации. Более того, корковые пульсации организуют единичные всплески с оптимальным временем для облегчения пластичности. Следовательно, корковые пульсации у людей обладают важными физиологическими свойствами для поддержки памяти и других когнитивных функций.

Введение

Пульсации гиппокампа тщательно изучались у грызунов во время сна с медленными движениями глаз (NREM), когда они отмечают повторение событий предыдущего периода бодрствования и имеют решающее значение для консолидации памяти в коре головного мозга (Wilsonand McNaughton, 1994; Girardeau et al., 2009; Ego). - Стенгеланд Уилсон, 2010; Бужаки, 2015; Мегре и др., 2016).

Они связаны с корковыми повторами (Ji and Wilson, 2007; Peyrache et al., 2009; LA Johnson et al., 2010) и с корковыми волнами сна (веретена, нижние и верхние штаты) (Siapasand Wilson, 1998), взаимоотношениями, имеющими решающее значение для консолидация (Latchoumane et al., 2017). Пульсации в гиппокампе крысы представляют собой колебания частотой 140 Гц, возникающие на пике острой волны длительностью 70 мс, за которыми следует более медленный локальный потенциал (Buzsáki, 2015).

Острая волна-рябь в гиппокампе человека также возникает во время медленного сна с аналогичными временными соотношениями с корковыми веретенами и верхними и нижними состояниями, а также с аналогичной топографией гиппокампа, но со средней частотой 80-90 Гц (Staresina et al., 2015; Jiang et др., 2019а,б,в).

Недавно пульсации были обнаружены в ассоциативной коре головного мозга крыс, но не в первичной сенсорной или моторной коре во время сна, с усилением связи с пульсациями гиппокампа во сне после обучения (Khodagholy et al., 2017). В более раннем исследовании сообщалось о пульсациях в коре головного мозга бодрствующих и спящих кошек, особенно во время медленного сна (Grenier et al., 2001). У людей корковые пульсации во время бодрствования чаще обнаруживались в латеральной височной коре, чем в роландической коре, и чаще сочетались с пульсациями парагиппокампальной извилины, прежде чем правильно вспомнить парные ассоциаты (Vazet al., 2019).

Латеральные височные единицы срабатывают синхронно с локальными пульсациями бодрствования по шаблонам, ранее наблюдавшимся во время обучения (Vaz et al., 2020). Пульсации в гиппокампе при бодрствовании также были связаны с паттернами кортикальной активности, избирательными для лиц и зданий во время свободного вспоминания (Norman et al., 2019). Доказательства существования корковых пульсаций во время медленного сна у людей ограничены, но предыдущее исследование показало, что они могут подавляться во время и усиливаться после , состояние коры (vonEllenrieder et al., 2016).

Таким образом, появляется понимание того, что у людей и грызунов пульсации гиппокампа и коры играют важную роль в памяти как во время сна, так и во время бодрствования. Однако многие принципиальные вопросы остаются нерешенными. Основные характеристики ряби не сравнивались между корой и гиппокампом, а также между сном и бодрствованием, поэтому неясно, как рябь может различаться между своей предполагаемой ролью поддержки консолидации и воспоминания, или действительно представляют ли они один и тот же феномен.

Знания о распределении пульсаций по различным участкам коры во время бодрствования ограничены, а во время сна практически отсутствуют. Взаимосвязь между кортикальными пульсациями и локальными веретенами сна, нижними и верхними состояниями не определена. Такие отношения могут поддерживать роль корковых пульсаций в консолидации, поскольку увеличивают совместную активацию между нейронами в пределах окна пластичности, зависящей от времени спайка (STDP).

Более того, отношения активности кортикальных пирамидных и тормозных клеток человека с пульсациями и друг с другом, важные для понимания генерации пульсаций, не были определены.

Здесь, используя записи внутричерепной стереоэлектроэнцефалографии (SEEG), мы показываем, что корковые пульсации генерируются во время медленного сна у людей, и мы даем первую всестороннюю характеристику кортикальных пульсаций.

Пульсации со стереотипной, четко фокальной частотой колебаний 90 Гц и длительностью 70 мс были повсеместными по всей коре во время бодрствования и медленного сна, хотя были немного менее плотными и устойчивыми в ассоциативных областях и не имели никакого отношения к предполагаемой связности гиппокампа. Мы обнаружили, что корковые пульсации аналогичны гиппокампальным по частоте, плотности и продолжительности колебаний. Кортикальные пульсации при медленной фазе сна сильно связаны с нижними и верхними состояниями и реже с веретенами, что согласуется с возможной ролью в воспроизведении воспоминаний.

Используя записи отдельных единиц кортикального микрочипа, мы идентифицируем вероятные схемы генерации корковых пульсаций и показываем, что единицы срабатывают во время пульсаций с короткими задержками, которые оптимальны для STDP. Таким образом, корковые пульсации человека во время медленного сна обладают физиологическими свойствами, необходимыми для облегчения пластичности, управляемой воспроизведением. Однако повсеместность и стереотипность человеческого воздействия на структуры и состояния также согласуются с более общей функциональной ролью.

Материалы и методы

Выбор пациента. В это исследование были включены данные в общей сложности 18 пациентов (12 женщин в возрасте 30,0 6 12,2 лет) с фармакорезистентной эпилепсией, которым проводилась внутричерепная регистрация локализации начала приступов перед хирургическим лечением (таблица 1). Пациенты, чьи записи SEEG были проанализированы, были включены в исследование только в том случае, если у них ранее не было хирургического вмешательства на головном мозге; фоновая ЭЭГ (кроме эпилептиформных транзиентов) в пределах нормы; и электроды, имплантированные в то, что в конечном итоге оказалось неповрежденной, неэпилептогенной корой головного мозга, а также неповрежденным, неэпилептогенным гиппокампом (до имплантации предполагалось, что такие области были частью очага или их необходимо было пройти, чтобы достичь предполагаемых эпилептогенных областей).

Кроме того, одной из этих пациенток (51-летняя женщина-правша) также был имплантирован внутричерепной микроэлектрод (Utah Array) в ткань, которая, как предполагалось на основании дооперационной оценки, была включена в область терапевтического воздействия. резекция. Имплантация массива не повлияла на клинический мониторинг. Позднее он был удален, чтобы получить доступ к хирургическому очагу под ним, было установлено, что электрод не имплантирован в эпилептогенную зону, и никаких приступов в области установки не возникло.

Пациенты были исключены из исследования, если они ранее перенесли операцию на головном мозге или не имели неповрежденных гиппокампа и корковых каналов, которые не были вовлечены в раннюю стадию разрядки приступа и не имели частой межприступной активности или аномальных локальных потенциалов поля (LFP). Пациенты из штата Юта были включены в исследование. включались в исследование только в том случае, если у них было не менее 20 пирамидных клеток (PY) и 20 интернейронов (IN). На основании этих критериев в это исследование были включены 18 пациентов из 84. Все пациенты дали полностью информированное письменное согласие на использование их данных в исследованиях под контролем местных наблюдательных советов в Кливлендской клинике и компании Partners HealthCare (включая Массачусетскую больницу общего профиля).

Внутричерепные записи. Пациентам имплантировали внутричерепные электроды на протяжении 7 дней с непрерывной записью локализации начала приступов. Имплантация и нацеливание SEEG-электрода проводилась в чисто клинических целях. Записи SEEG были собраны с помощью усилителя Nihon KohdenJE-120 при частоте дискретизации 1000 Гц (Пациенты S1-S17). Стандартные клинические электроды имели диаметр 0,8 мм, с контактами 10-16 длиной 2 мм и шагом 3,5-5 мм (;150 контактов на пациента).

Также были проанализированы записи микроэлектродов 1 пациента, которому имплантировали UtahArray (200 мин NREM). Utah Array представляет собой матрицу микроэлектродов размером 10 10 без углов и с шагом контакта 400 мм (Waziri et al., 2009; Keller et al., 2010; Fernández et al., 2014). Каждый кремниевый зонд имеет длину 1 мм с основанием 35-75 мм, которое сужается до 3-5 мм. Зонды изолированы, за исключением наконечника с платиновым покрытием. Данные были получены на частоте 30 кГц (Blackrock Microsystems) с полосой пропускания 0,3-7,5 кГц. Данные записывались относительно удаленного опорного провода.

Электрофизиологическая предварительная обработка. Предварительная обработка данных в автономном режиме выполнялась в MATLAB 2019b, а LFP проверялись визуально с использованием набора инструментов FieldTrip (Oostenveld et al., 2011). Данные SEEG были субдискретизированы до 1000 Гц со сглаживанием и режекторным фильтром 60 Гц (нулевая фаза) с гармониками 60 Гц до 480 Гц. Пары транскортикальных контактов были идентифицированы с использованием как анатомического местоположения (с использованием предоперационной МРТ, согласованной с послеоперационной КТ), так и физиологических свойств (высокая амплитуда, когерентность и инверсия спонтанной активности между контактами) и выбраны таким образом, чтобы ни одна пара не имела общего контакта. Все анализы SEEG проводились с использованием биполярных отклонений между соседними эталонами в сером веществе коры или гиппокампа, чтобы гарантировать, что активность генерируется локально (Mak-McCully et al., 2015).

Выбор канала. Каналы исключались из анализа, если они находились в поврежденной ткани, участвовали в ранних стадиях приступа, имели частую межприступную активность или аномальные LFP. Из общего числа 2129 биполярных каналов (1202 левого полушария) 17 пациентов СЭЭГ (S1-S17) для анализа были выбраны 28 гиппокампальных (16 левых) и 273 транскортикальных (133 левых) биполярных канала (табл. 1). ...Большинство каналов было отклонено, поскольку они не составляли транскортикальную пару, как описано выше.

Во-первых, большинство биполярных пар находились в белом веществе и поэтому не регистрировали фокальную корковую активность. Кроме того, многие каналы были отклонены по тому критерию, что один из контактов был общим с другой уже выбранной биполярной парой. Это было сделано потому, что общий контакт означает, что две биполярные пары не смогут обеспечить независимые измерения. Полярность была скорректирована для отдельных биполярных каналов, так что нижние состояния были отрицательными, а верхние состояния - положительными. Это было достигнуто путем обеспечения того, чтобы отрицательные пики во время медленного сна были связаны с уменьшением, а положительные пики были связаны с увеличением средней аналитической амплитуды 6100 мс 70-190 Гц, индекса активации клеток, который сильно модулируется пониженными и повышенными состояниями (Csercsa et al., 2010).

Локализация электродов. Кортикальные поверхности были реконструированы по предоперационным T1-взвешенным структурным МР-томам всей головы с использованием стандартного конвейера FreeSurfer recon-all (Fischl, 2012). Автоматическая парцелляция на основе атласа (Fischl et al., 2004) использовалась для присвоения анатомических меток областям кортикальной поверхности в атласе Дестри (Destrieux et al., 2010).

Кроме того, использовалась автоматическая сегментация для присвоения анатомических меток каждому вокселу МР-объема, включая идентификацию вокселей, содержащих подполя гиппокампа (Iglesias et al., 2015). Для локализации контактов SEEG постимплантационный КТ-объем регистрировали в МР-объеме в стандартизированном изотропном пространстве FreeSurfer размером 1 мм с использованием модуля общей регистрации (H. Johnson et al., 2007) в 3D Slicer (Fedorov et al., 2012). Положение каждого контакта SEEG в координатах FreeSurfer затем определялось путем ручной аннотации центроидов контакта электрода, визуализируемых в зарегистрированном объеме КТ.
Каждой паре транскортикальных контактов был назначен анатомический участок из приведенного выше атласа путем определения идентичности участков вершины поверхности, ближайшей к средней точке контактной пары. Подкорковым контактам была присвоена анатомическая метка, соответствующая множеству меток сегментации вокселей в пределах 2-радиуса воксела. Транскортикальные контактные пары регистрировались в среднем шаблонном мозге для визуализации посредством сферической морфии (Fischl et al., 1999).

Чтобы отобразить значения на шаблоне мозга, средние значения каналов были усреднены для каждой области коры, используя объединение участков из Desikan et al. (2006) (Таблица 2) с объединением двух полушарий, а затем преобразованием в средний шаблон ico5 левого полушария. Расстояния между линиями белого вещества между каналами были рассчитаны с использованием 360 участков атласа HCP-MMP1.0 (Glasser etal., 2016), как определено с помощью вероятностной диффузионной МРТ-трактографии (Behrens et al., 2007), и являются средними популяционными значениями по Розену. и Халгрен (2021). Когда два канала находились в одном пакете HCP, расстояние считалось равным 0.

Частотно-временной анализ. Графики средней частотно-временной зависимости спектральной мощности, связанной с пульсацией, были получены на основе широкополосного LFP с использованием EEGLAB (Delorme and Makeig, 2004). Спектральная мощность, связанная с событием, рассчитывалась от 1 Гц до частоты Найквиста (500 Гц) с разрешением 1 Гц с центрами пульсаций при t=0 путем вычисления и усреднения быстрых преобразований Фурье с сужением окна Хэннинга.

Каждый бин 1 Гц частотно-временной матрицы был нормализован относительно средней мощности в интервале от 2000 до 1500 мс и замаскирован двусторонней начальной значимостью (N=200) с коррекцией частоты ложного обнаружения (FDR) и =0. 05 с использованием от 2000 до 1500 мс в качестве базовой линии. Графики «большое среднее время-частота» были созданы путем усреднения средних графиков «время-частота» всех каналов для данной области (т. е. неокортекса или гиппокампа) и состояния (т. е. медленного сна или бодрствования).

Выбор эпохи сна и бодрствования.

Эпохи, включенные в исследование, не попадали в течение как минимум 1 часа после приступа и не были загрязнены частыми межприступными спайками (IIS) или артефактами. Периоды медленного сна были выбраны из непрерывных ночных записей, где аналитическая амплитуда d(0.5-2 Гц) из корковых каналов постоянно увеличивалась (таблица 1). Эпохи сна были подтверждены визуальным осмотром и имели нормально выглядящие нижние, верхние и веретенообразные состояния.

Также автоматически обнаруживались пониженные, повышенные и веретена состояния, и количественная оценка этих событий показала, что они имели плотность, амплитуду и частоту, характерные для NREM (подробности см. в разделе «Обнаружение пониженных, повышенных состояний и веретен сна»). Периоды бодрствования выбирались из непрерывные дневные записи, которые имели постоянно низкую кортикальную d, а также высокую кортикальную a ({{0}} Гц), b (20-40 Гц) и высокую g (70-190 Гц) аналитические амплитуды . Когда данные включали ЭОГ (N=15/17 пациентов SEEG), периоды бодрствования также требовали увеличения аналитической амплитуды записи ЭОГ 0,5-40 Гц. Эпохи бодрствования должны были отделяться от периодов повышенной аналитической амплитуды d не менее чем на 30 мин.

For more information:1950477648nn@gmail.com