Laajat väreilyt synkronoivat ihmisen aivokuoren toiminnan unen, valveilla ja muistin palauttamisen aikana, osa 1

Deklaratiivisen muistin koodaus, konsolidointi ja haku edellyttävät laajalle levinneisiin aivokuoren kohteisiin koodattujen elementtien integrointia. Mekanismia, jolla tällainen mentaalitapahtumien eri komponenttien "sitoutuminen" yhtenäisiksi esityksiksi tapahtuu, ei tunneta. "Sidonta-by-synchrony" -teoria ehdottaa, että hajautettuja koodausalueita rajoittavat synkroniset värähtelyt, mikä mahdollistaa tehostetun viestinnän.

Deklaratiivisella muistikoodauksella tarkoitetaan tiedon muuntamista muotoon, jonka voimme tallentaa, kääntää ja hakea. Tämä koodaus voidaan tehdä erilaisilla menetelmillä, kuten linkittämällä tiedot olemassa olevaan tietoomme (assosiatiivinen muisti), jakamalla tiedot järjestäytyneisiin osiin (strukturoitu muisti) jne. Deklaratiivinen muistikoodaus on erittäin tärkeä muistillemme.

Tehokkaan deklaratiivisen muistikoodauksen avulla voimme muistaa ja hakea tietoa helpommin. Deklaratiivista muistikoodausta tarvitaan uuden tiedon oppimiseen ja tärkeän tiedon muistamiseen. Ilman deklaratiivista muistikoodausta saatamme unohtaa tai sekoittaa erilaisia ​​tietoja, jotka voivat vaikuttaa jokapäiväiseen elämäämme ja oppimiseen.

Ei vain sitä, vaan deklaratiivinen muistikoodaus edistää myös yhteyksiä ja yhteyksiä aivojen hermosolujen välillä, mikä parantaa muistikykyämme. Aivoissamme neuronit muodostavat monimutkaisia ​​verkostoja, ja stimulaation ja muistikoodauksen avulla voimme parantaa hermosolujen välisiä yhteyksiä ja yhteyksiä, mikä on tärkeää pitkäaikaismuistin kannalta.

Siksi hyvä deklaratiivinen muistin koodaus ei vain auta meitä oppimaan ja harjoittelemaan uutta tietoa, vaan myös parantaa muistikykyämme ja pitää aivot aktiivisina. Siksi jokapäiväisessä elämässämme erilaisten muistin koodausmenetelmien aktiivinen käyttö deklaratiivisen muistin koodauksen vahvistamiseksi edistää muistiamme erittäin positiivisesti. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistiamme. Cistanche deserticola voi parantaa muistia merkittävästi, koska Cistanche deserticola on perinteinen kiinalainen lääkeaine, jolla on monia ainutlaatuisia vaikutuksia, joista yksi on muistin parantaminen. Jauhetun lihan teho perustuu sen sisältämiin erilaisiin vaikuttaviin ainesosiin, mukaan lukien happo, polysakkaridit, flavonoidit jne. Nämä ainesosat voivat edistää aivojen terveyttä monin tavoin.

Napsauta Tiedä lyhytaikaista muistia, kuinka voit parantaa

Tällaisista värähtelyistä on kuitenkin vähän todisteita. Lyhyitä korkeataajuisia värähtelyjä ("värähtelyjä") esiintyy hippokampuksessa ja aivokuoressa ja ne auttavat järjestämään muistin palauttamista ja lujittamista. Tässä, käyttämällä ihmisillä tehtyjä kallonsisäisiä tallenteita, raportoimme, että nämä ∼70-ms-kesto, 90-Hz:n väreilyt usein pariutuvat (±500 ms:n sisällä), esiintyvät samanaikaisesti (suurempi tai yhtä suuri kuin {{6} }ms päällekkäisyys) ja, mikä on ratkaisevan tärkeää, vaihelukitus (yhdenmukaiset vaiheviiveet) laajalti hajaantuneiden aivokuoren sijaintien välillä sekä unen että valveilla, jopa aivopuoliskojen välillä.

Aivokuoren aaltoilun samanaikainen esiintyminen helpottuu aktivoimalla useissa kohdissa, ja vaiheen lukitus lisääntyy aivokuoren kortikaalisen korippauksen lisääntyessä. Aaltoilut kaikilla aivokuoren alueilla esiintyvät samanaikaisesti hippokampuksen aaltoilun kanssa, mutta ne eivät liity vaihelukitukseen niiden kanssa, mikä viittaa edelleen siihen, että aivokuoren synkronia välittyy aivokuoren yhteyksien kautta. Aaltoiluvaiheen viiveet vaihtelevat uniöistä riippuen eri verkkoihin osallistumisen kanssa. Herätyksen aikana osoitamme, että hippokampo-kortikaali- ja kortiko-kortikaaliset aaltoilut lisääntyvät ennen onnistunutta viivästettyä muistin palauttamista, kun vihjeen ja vasteen välinen sitoutuminen on välttämätöntä.

Aaltoilu lisää ja vaihemoduloi yksikön laukaisua ja aaltoilu lisää korkeataajuisia korrelaatioita alueiden välillä, mikä viittaa synkronoituihin yksiköiden piikityksiin, mikä helpottaa tiedonvaihtoa. samanaikainen esiintyminen, vaihesynkronisuus ja korkeataajuinen korrelaatio säilyvät pienellä laskulla erittäin pitkillä etäisyyksillä (25 cm). Hippokampo-kortikokortikaalisilla väreillä näyttää olevan oleellisia ominaisuuksia, jotka ovat välttämättömiä tukemaan sitoutumista synkronoinnin kautta muistin palautuksen aikana ja ehkä yleensä kognitiossa.

Ripples ovat lyhyitä korkeataajuisia värähtelyjä, joita on tutkittu hyvin jyrsijätipokampuksessa ei-nopean silmän liikkeen unen (NREM) aikana, kun ne merkitsevät edellisen valvejakson tapahtumien toistoa ja ovat kriittisiä muistin vahvistamiselle aivokuoressa (1–4). ). Äskettäin aaltoilua löydettiin rotan assosioituneesta aivokuoresta, mutta ei primaarisesta sensorisesta tai motorisesta aivokuoresta unen aikana, ja lisääntynyt kytkentä hippokampuksen aallotuksiin unessa oppimisen jälkeen (5). Aiempi tutkimus raportoi aaltoilusta valveilla olevan ja nukkuvan kissan aivokuoressa, erityisesti NREM:ssä (6). Ihmisillä on äskettäin tunnistettu aivokuoren aaltoilua heräämisen aikana, ja niitä havaittiin useammin lateraalisessa ajallisessa kuin rolandi-korteksissa.

Hippokampuksen terävä aalto-ripple esiintyminen ja ripplecoupling välillä parahippokampus gyrus ja ajallinen yhdistys aivokuoren lisääntyminen ennen muistin palauttamista ihmisillä (7, 8), mahdollisesti helpottaa toistaa aivokuoren neuronfiring sekvenssit perustettu koodauksen aikana (9). Rotilla aaltoilua esiintyy samanaikaisesti hippokampuksen ja noin 1 mm2:n parietaalikuoren välillä unessa oppimisen jälkeen (5), hiirillä aaltoilu leviää hippokampuksesta retrospleniaaliseen aivokuoreen (10), ja kissoilla aaltoilu on rajoittuneen lyhyisiin matkoihin (6).

Raportoimme äskettäin käyttämällä ihmisen kallonsisäisiä tallenteita, että ∼70-ms pitkiä, ∼90-Hz-väreitä on kaikkialla aivokuoren kaikilla alueilla NREM:n aikana sekä heräämisen aikana (11). Heräämisen aikana aivokuoren väreilyä on esiintyy paikallisissa korkeataajuisissa aktiivisuushuipuissa. Unen aikana aivokuoren väreilyä esiintyy tyypillisesti aivokuoren alas-ylätilaan siirtymisessä, usein 10- - 16-Hz aivokuoren unikaran kanssa, ja paikallisten yksiköiden laukaisukuviot ovat yhdenmukaisia ​​pyramidaalisen ja interneuronipalautteen synnyttämisen kanssa. Havaitsimme, että aivokuoren aaltoilu ryhmittelee yhteissytytyksen piikin ajoituksesta riippuvan plastisuuden ikkunassa. Nämä havainnot ovat yhdenmukaisia ​​aivokuoren aaltoilun kanssa, jotka edistävät muistin lujittamista NREM:n aikana ihmisillä.

Vaikka näin ollen on nousemassa käsitys siitä, että hippokampuksen ja aivokuoren väreilyillä on tärkeä rooli ihmisen ja jyrsijän muistissa, aivokuoren aaltoilun verkkoominaisuuksista ei tiedetä mitään. Tarkemmin sanottuna ei tiedetä, esiintyykö aaltoilua rinnakkain tai vaihesynkronoituuko aivokuoren paikkojen välillä, ja jos on, vaikuttaako tähän etäisyys vai korreloiko se deklaratiivisten muistojen rekonstruktion kanssa. Nämä olisivat kriittisiä ominaisuuksia aivokuoren väreilyille, jotta ne voisivat osallistua erilaisten aivokuoren alueiden muistojen eri elementtien sitomiseen, mikä on hippokampuksesta riippuvaisen muistin ydin (12).

Muistin erilaisten elementtien sitominen on spesifinen tapaus yleisemmälle ongelmalle, kuinka mielentapahtuman eri sisällöt yhdistyvät yhdeksi kokemukseksi. Useimmiten käsitellään sitä, kuinka esineen erilaiset visuaaliset ominaisuudet (esim. väri, muoto, sijainti ja tekstuuri) liittyvät toisiinsa (13), mutta "sitoutumisongelma" yleistyy siihen, kuinka tietoisuuden sisältö yhdistyy yhdeksi tietoisuusvirraksi. (14).

Nykyaikaiset tilit luottavat usein hierarkkiseen ja multimodaaliseen lähentymiseen. Aivokuoren prosessointi on kuitenkin hajautunut, ja olisi vaikeaa edustaa kaikkiin mahdollisiin kokemuksiin sisältyviä kombinatorisia mahdollisuuksia konvergenssin kanssa, mikä johtaa oletukseen, että ajallinen synkronointi sitoo aivokuoren alueita (15). Tätä hypoteesia tuki ensin vaihelukitun yksikön laukaisu ja paikalliset kenttäpotentiaalit (LFP) taajuudella 40–60 Hz, jotka herättivät yksinkertaiset visuaaliset ärsykkeet nukutetun kissan ensisijaisessa näkökuoressa etäisyyksillä.<7 mm (16). 

Vaikka jotkin lisätutkimukset löysivät samanlaisia ​​tuloksia muissa aivokuoren alueilla, käyttäytymisessä ja lajeissa, kuten voidaan odottaa synkronisoitumishypoteesissa (17, 18), toiset eivät ole olleet onnistuneita (19). Synkronisia korkean gammavärähtelyjä on myös kritisoitu, koska ne eivät tarjoa mekanismia hermosolujen vuorovaikutukselle yleisen aktivaation lisäksi (19, 20).

Tässä käyttämällä ihmisen intrakraniaalista stereoelektroenkefalografiaa (SEEG) havaitsemme, että aaltoiluja esiintyy samanaikaisesti ja, mikä on huomattavaa, vaihesynkronoitua kaikissa lohkoissa ja molempien pallonpuoliskojen välillä pienellä vähenemisellä jopa pitkillä etäisyyksillä. Lisäksi aaltoilu lisääntyy aivokuoren välillä sekä aivokuoren ja hippokampuksen välillä, mikä edeltää onnistunutta viivästynyttä palautumista.

Korippointi oli vähitellen odotettua suurempi, koska se koski suuremman osan kohteista, ja tämä johti asteittain vahvempaan vaihelukitukseen. Yksittäisen yksikön laukaisu lisääntyi aivokuoren aaltoilun aikana ja on vaihelukittu, mikä tarjoaa perusedellytyksen aaltoilulle tiedonsiirron tehostamiseksi modulaation ja sattuman havaitsemisen kautta. Tehostettua kommunikaatiota tuki havaintomme lisääntyneestä korkeataajuisesta korrelaatiosta jopa kaukaisten aaltoilevien alueiden välillä.

Nämä ominaisuudet viittaavat siihen, että hajautetuilla, vaihelukituilla aivokuoren väreilyillä on ominaisuuksia, jotka voivat mahdollistaa niiden integroimisen muistin eri osiin. Yleisemmin aaltoilu voi auttaa "sitomaan" laajalle levinneille aivokuoren alueille koodatun henkisen tapahtuman eri näkökohdat yhtenäiseksi esitykseksi.

Tulos

Aaltoilun tunnistus NREM:n ja heräämisen aikana. Ripples havaittiin käyttämällä kallonsisäisiä aivokuoren ja hippokampuksen tallenteita 17 potilaalla (SI-liite, taulukko 1), joita seurattiin kohtauspesäkkeiden paikallistamiseksi NREM:n ja heräämisen aikana. Bipolaarisia kontaktijohdannaisia ​​käytettiin LFP:iden mittaamiseen. Ripples havaittiin vain ei-leesionaalisilla, epileptogeenisilla alueilla olevilla kanavilla.

Rippleillä vaadittiin kolme tai useampia jaksoja, joissa analyyttisen amplitudin huippuarvot olivat 70–100 Hz ja jotka eivät sisältäneet epileptimuotoista aktiivisuutta tai artefakteja. Aaltoilua vaadittiin myös, ettei sitä tapahdu, kun oletetut interiktaaliset piikit havaittiin missä tahansa muussa kanavassa sellaisten tapahtumien poissulkemiseksi, jotka voisivat liittyä harhaan epileptiformisen aktiivisuuden vuoksi.

Aivokuoren väreilyä havaittiin molempien puolipallojen kaikissa lohkoissa NREM:n ja valveilla (SI-liite, kuva S1A ja B;n=273 kanavaa). Aivokuoren ja hippokampuksen värähtelyt olivat tasaisesti ∼70- - 85-ms pitkiä, ~90-Hz värähtelyjä. Tarkemmin sanottuna aivokuoren aaltoilun NREM:n aikana keskimääräinen ja SD-taajuus (kanavan poikki keskiarvot) oli 89,1 ± 0,8 Hz, tiheys 8,4 ± 2,7 min1, amplitudi 5,1 ± 2,4 μV ja kesto 76,5 ± 2,4 μV. 10,1 ms.

Heräämisen aikana aivokuoren väreilyn taajuus oli 89,5 ± 0,7 Hz, tiheys 5,8 ± 3,4 min1, amplitudi 7,2 ± 3,9 μV ja kesto 66,6 ± 7,2 ms (kuvat 1A ja B ;n=273 kanavaa). Hippokampuksen väreilyjen keskimääräinen ja SD-taajuus NREM:n aikana oli 85,7 ± 2.0 Hz, tiheys 7.0 ±4,8 min1, amplitudi 17,4 ± 7,8 μV ja kesto 87,5 ±9.{{ 35}} ms ja heräämisen aikana sen taajuus oli 88,2 ± 1,4 Hz, tiheys 7,4 ± 5,5 min1, amplitudi 18.0 ± 9,6 μV ja kesto 69,7 ± 7,9 ms (n=28 kanavaa ). SD, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 2 Hz:n aaltoilutaajuus kaikissa olosuhteissa, viittaa mahdollisuuteen, että paikallisen kanavan ja verkon ominaisuudet ovat johdonmukaisen resonanssitaajuuden taustalla.

Aivokuoren väreitä esiintyy pari- ja yhteiskäytössä laajalti levinneillä alueilla.

Oletimme, että aaltoilut pariutuvat (esiintyy ±500 ms:n sisällä toisistaan) ja erityisesti esiintyvät samanaikaisesti aivokuoren kohtien välillä, mikä olisi ratkaisevan tärkeää laajalle levinneelle tiedon integroinnille. Havaitsimme, että aivokuoren värähtelyt pariutuvat usein ja voimakkaasti sekä NREM:n (n=4,487/4550 merkitsevää kanavaparia, satunnaistetusti, post-false Discovery rate[FDR] P < 0,05) että heräämisen (n=4) aikana. ,478/4,550), kaikkien aivokuoren alueiden välillä, joista näyte on otettu (kuva 2A ja taulukko 1), mukaan lukien pallonpuoliskot.

NREM:n aikana merkitsevästi kytkeytyneiden aivokuoren kanavaparien osuus (98,6 %) ei eronnut merkittävästi valveillaolosta (98,4 %; P=0.44, χ2=0.61, vapausasteet [ df]=1). Katso SIAliite, kuva S2A ja B yksittäisten potilaiden osalta.

Kriittisesti havaitsimme, että lyhyt latenssikytkentä johti näiden ∼70- ms:n pituisten aaltoilujen esiintymiseen (suurempi tai yhtä suuri kuin 25- ms päällekkäisyys) hieman mutta merkittävästi suuremmalla todennäköisyydellä heräämisen aikana kuin NREM (kuva 1). 2C). Niiden kortiko-kortikaalikanavaparien prosenttiosuus, joilla esiintyi merkittävää aaltoilua, oli erittäin korkea ja lähes yhtä suuri NREM:n aikana (n=2,218/2275, 97,5 %) vs. herääminen (n=2, 225/2 275, 97,8 %).

Havaitsimme myös, että aivokuoren aaltoilun samanaikaiset esiintymistodennäköisyydet kanavien välillä korreloivat NREM:n ja heräämisen välillä (SI-liitteen kuva S3A; r=0.41, P=7 × 10180, r:n merkitys) . Yhteenvetona voidaan todeta, että lähes kaikki aivokuoren ja aivokuoren kanavaparit pariutuvat ja esiintyvät samanaikaisesti yli sattumanvaraisuuden sekä NREM:n että heräämisen aikana).

Hippokampuksen ja aivokuoren väreilyä esiintyy yhdessä ja esiintyy erityisesti heräämisen aikana, mutta alhaisemmalla taajuudella kuin CorticoCortical.

Kuten aiemmin havaittiin (8), aaltoilu monissa aivokuoren kanavapareissa myös liittyi merkittävästi (kuva 2B ja taulukko 1) sekä NREM:n (n=133/461) että heräämisen (n =401/461) aikana. mutta huomattavasti pienemmällä taajuudella kuin kortiko-kortikaaliparit molemmissa tiloissa (NREM: P < 0.00001, χ2=2,832.0, df=1; herääminen: P < 0,00001, χ2=213.3, df=1). Toisin kuin aivokuoren aivokuoren parien, merkittävien hippokampo-kortikaaliparien osuus oli suurempi valveilla (87,0 %) kuin NREM (28,9 % P)< 0.00001, χ2 = 319.6, df = 1). See SI Appendix, Fig. S2C, and D for individual patients. These findings of cortico-cortical and hippocampo-cortical couplings were maintained when only cortical and hippocampal channels that were free of interictal spikes at any time were analyzed (SI Appendix, Table 2).

Ihmisen aaltoilun päällekkäistä esiintymistä aivokuoren ja hippokampuksen välillä ei näytä olevan tutkittu per se, mutta sen odotetaan esiintyvän myös niiden kytkeytymisen vuoksi. Havaitsimme todellakin merkittävän aaltoilun samanaikaisen esiintymisen 81,1 %:lla (n=374 /461) hippokampon ja aivokuoren pareista valveilla ja 34,7 % (n=160/461) NREM:n aikana. Korkeampi hippokampon ja aivokuoren samanaikainen esiintyminen valveilla NREM:ään verrattuna oli merkitsevä (P < 0.00001, χ2=203.8, df=1). Lisäksi nämä prosenttiosuudet hippokampon ja aivokuoren yhteisesiintymissä (81,1 % valveilla; 34,7 % NREM) ovat merkittävästi alhaisemmat kuin aivokuoren ja aivokuoren parien (97,5 % valveilla; 97,8 % NREM) (NREM: P < 0,00001, 31}χ{31}χ) },328,8, df=1; herääminen:P < 0,00001, χ2=1,250,1, df=1). Siten aaltoilu aivokuoren ja aivokuoren kohdissa pariutuu ja esiintyy samanaikaisesti, mutta huomattavasti hitaammin kuin aivokuoren paikoissa.

Kortikaaliset väreet johtavat hippokampuksen väreilyyn heräämisen aikana.

Jotkut muistimallit olettavat, että tiedot siirtyvät heräämisen aikana aivokuoresta hippokampukseen muistikoodausta varten. Herätyksen aikana 22,4 %:lla (90/401) kanavapareista oli merkittävä järjestystoivomus (taulukko 1; FDR:n jälkeen). P < 0,05, kaksipuolinen binomiaalinen testi, odotusarvo=0,05). Näistä merkittävistä pareista aivokuoren aaltoilu johti hippokampuksen väreilyyn 84,4 %:ssa (76/90). NREM:n aikana 31,6 %:lla (42/133) merkittävästi kytkeytyneistä hippokampo-kortikaalipareista oli merkittävä sivusuuntaisuus, jossa yhden kanavan aaltoilu johti toisen kanavan värähtelyyn. .

Vaikka aivokuoren väreilyt johtivat aivokuoren väreilyyn 66,7 %:ssa (28/42) näistä merkittävistä pareista NREM:n aikana, tämä vaikutus johtui suurelta osin yhdestä potilaasta (SI-liite, taulukko 3), toisin kuin aivokuoren aaltoilu, joka johti aivokuoren väreilyyn heräämisen aikana, mikä oli johdonmukainen kaikkialla Suurin osa potilaista (SI-liite, taulukko 3). Yleinen mieltymys aivokuoren väreilyyn johtaville hippokampaalin väreilyille heräämisen aikana oli erittäin merkittävä (P=4 × 109, χ2=34.5, df=1).

For more information:1950477648nn@gmail.com