Az alvás közbeni központi és autonóm tevékenység szerepének megértése a munkamemória és az epizodikus memória fejlesztésében 2. rész

Az alvás modulálja az ANS tevékenységet

Az ébrenlétből az alvásba való átmenet hozza létre az autonóm tevékenység legnagyobb elmozdulását, amelyet nap mint nap tapasztalunk. Az alvás nem egy egységes esemény, és szervezett szakaszokra való jellemzése sajátos profilokat mutat a központi és autonóm tevékenységben minden szakaszban. Egy éjszakai alvás során az emberi agy két elsődleges fázison megy keresztül: a NREM-en és a gyors szemmozgásos (REM) alváson.

Az elmúlt években az alvás és a memória kapcsolata nagy figyelmet szentelt a kutatóknak. A kutatások azt mutatják, hogy az alvás fontos szerepet játszik az emberek memóriaműködésében.

Az emberi alvás két állapotra oszlik: REM (gyors szemmozgásos alvás) és NREM (nem gyors szemmozgásos alvás). Közülük az NREM alvás nagyon fontos szakasz, amely négy szakaszból áll: egy, kettő és három.

A NREM alvás során az emberi agy ismételt stimulációval erősíti a memóriát, és információt továbbít a hosszú távú memóriába. Ezért nagyon fontos, hogy azok az emberek, akik fejleszteni szeretnék a memóriájukat, elegendő mennyiségű NREM alvást kapjanak.

Ugyanakkor az NREM alvás elősegítheti a szervezet anyagcseréjét, elősegítheti a szervezet funkcióinak helyreállítását és fokozhatja a szervezet immunitását. Ezért a megfelelő NREM alvás biztosítása nemcsak a memória javítása szempontjából előnyös, hanem az egészség megőrzésének szükséges feltétele is.

A megfelelő NREM alvás biztosításához jó alvási szokásokat kell kialakítanunk, mint például a vacsoraidő szabályozása, valamint a megerőltető testmozgás és a megerőltető esti tevékenységek csökkentése. Ezenkívül az elalvás előtti pihenés segíthet gyorsabban belépni az NREM-alvásba.

Mindent összevetve, az NREM alvás nélkülözhetetlen és fontos szerepet játszik az emberi memóriában és a fizikai egészségben. Az alvás minőségének javítása és a megfelelő NREM alvás biztosítása pozitív hatással lesz életünkre és munkánkra. Kezdjük el most az egészséges alvási szokások kialakítását, és üdvözöljük a szebb holnapot! Látható, hogy javítanunk kell a memóriánkat. A Cistanche deserticola jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola egy hagyományos kínai gyógyászati ​​anyag, számos egyedi hatással, amelyek közül az egyik a memória javítása. A darált hús hatékonyságát a benne található különféle hatóanyagok jelentik, beleértve a savakat, poliszacharidokat, flavonoidokat stb. Ezek az összetevők különféle módon elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a Tudjon meg 10 módszerre a memória javítására

Az NREM alvás tovább oszlik 1., 2. és 3. szakaszra (vagy lassú hullámú alvásra) (53). Az 1. stádiumú alvás az ébrenléttől az alvásig tartó átmeneti állapot, amely a felnőttek éjszakai alvásának 3%-át teszi ki. A felnőttek alvásának körülbelül 60%-a a 2. stádiumú alvás, amelyet különböző elektrofiziológiai események, úgynevezett alvási orsók és K-komplexek jellemeznek. A 3. szakasz vagy a lassú hullámú alvás (SWS) az alvás körülbelül 20%-át teszi ki, és lassú, nagy amplitúdójú oszcillációkkal, úgynevezett lassú oszcillációkkal (SO-k,<1 Hz) and slow-wave activity (SWA, 0.5 to 2 Hz). In NREM sleep, cholinergic systems in the brainstem and forebrain become markedly less active; firing rates of LC–NE and serotonergic Raphe neurons are also reduced, compared to waking levels
(54). 

Az LC–NE neuronok NREM alvás alatti relatív nyugalmával kapcsolatos hagyományos dogmát azonban megkérdőjelezték az LC–NE aktivitás átmeneti növekedésének bizonyítékai az NREM alvás során (55). Embereken végzett szimultán elektroencefalogramos (EEG) funkcionális MRI (fMRI) vizsgálat azt is feltárta, hogy az LC mag megnövekedett fázisaktivitása időlegesen összefügg a SO le-fel átmenetekkel (55, 56), ami összetettebb neuromodulátor dinamikára utal NREM alvás. Az LC–NE neuronok aktivitása az NREM alvás alatt potenciálisan fontos annak megértésében, hogy az alvási periódus alatti autonóm aktivitás hogyan járulhat hozzá a kognitív fejlődéshez.

Az SWS rohama után az agy REM-alvásba vált, amely az emberi alvás körülbelül 20%-át teszi ki, és ezt a hirtelen szemmozgások, valamint a gyorsabb, alacsony amplitúdójú alfa (8–12 Hz) és théta (4–4) jellemzik. 8 Hz) rezgések. A REM alvás során mindkét aminerg populáció erősen gátolt, míg a kolinerg rendszerek aktívabbá válnak az ébrenléti szintekhez képest (57). Az átmenet a 2. szakaszon, az SWS-en és a REM-en 90- - 100-perces ciklusokban megy végbe az éjszaka folyamán, az éjszaka első felét az SWS, az éjszaka második felét pedig a REM alvás uralja. (58).

A perifériás helyeken az ébrenlétből az SWS-be való átmenet a szívfrekvencia és a vérnyomás jelentős csökkenésével, valamint a HF-HRV dominanciájának növekedésével jár (59, 60). A NREM-alvás alatti vérnyomásesés az ébrenléthez képest jótékony hatással van a szív- és érrendszeri egészségre, ezért egyes szakértők az alvást „szív- és érrendszeri ünnepként” írják le (61). Az SWS különösen a szív- és érrendszeri nyugalom időszaka, és lehetőséget jelenthet a kardiovaszkuláris rendszer számára, hogy felépüljön a nappali sértésekből, például a stressz által kiváltott vérnyomás-emelkedésekből. Valójában egy tanulmány, amely az SWS mennyiségét és a szív- és érrendszeri betegségek szubklinikai markereit hasonlította össze, azt találta, hogy azok a résztvevők, akiknél nagyobb volt az SWS, alacsonyabb kardiovaszkuláris betegség markereket mutattak a kardiovaszkuláris stressz után (62), ami arra utal, hogy az SWS pufferelheti a nappali stresszre adott autonóm válaszokat, ami módosíthatja a betegség kockázatát.

Ezenkívül úgy tűnik, hogy a cirkadián hatások helyett az alvás befolyásolja az ANS-aktivitást, mivel hasonló HRV-profilokat mutattak ki nappali és éjszakai alvásban (63), ami azt is jelezheti, hogy a nappali szunyókálás mini kardiovaszkuláris nyaralásként szolgál. Ezen túlmenően egy tanulmány, amely a 50-perces szunyókálás és az ébrenléti pihenés során a HRV-profilokat hasonlította össze hanyatt fekvő helyzetben, paraszimpatikus dominanciáról számolt be, csak alvás közben, csendes pihenés közben nem, ami azt jelzi, hogy a szív- és érrendszeri előnyök az alvásra jellemzőek (64).

A tanulmányok következetes kölcsönös függőséget tártak fel a szív és az agy tevékenysége között, az EEG delta (0,5–4 Hz) teljesítményében és az ANS-aktivitásban (65–70) időlegesen egybeeső változásokkal. A HRV modulációi olyan szorosan kapcsolódnak az SWS kialakulásához, hogy paraméterként használhatók az SWS automatikus észlelésére (71). Ezenkívül a delta sáv teljesítménye, a homeosztatikus alvási késztetés markere, amely az egymást követő NREM periódusok során disszipál, fordított kapcsolódást mutat az LF/(LF+HF) aránnyal az éjszakai alvás során. Általában az LF/(LF+HF) arány növekszik REM alvás közben, és csökken SWS alatt (1A ábra) (66), ami nagyobb szimpatikus aktivitást jelez REM alvás alatt, a pulzusszám és a vérnyomás szintje pedig az ébrenléthez hasonló értékeket ér el (72). ).

A NREM alvás alatti paraszimpatikus/vagális aktivitás és a REM alvás alatti szimpatikus aktivitás meghaladhatja a csendes ébrenlét átlagos szintjét (72). Az 1B. ábra az RR-intervallumok teljesítményspektrumát mutatja csendes ébrenlét, 2. szakasz, SWS és REM alvás közben (1B. ábra) (73). A közelmúltban az akusztikus SO-stimuláció révén ok-okozatilag megnövekedett SWA megnövekedett vagusaktivitást eredményezett (HF-HRV-vel és SDNN-nel mérve) az SWS során, összehasonlítva az ál-stimulációval (74), ami arra utal, hogy erős összefüggés van a vagus aktivitás és a lassú EEG-oszcillációs események között az SWS során.

Az elemzés időbeli pontosabb szintjeit figyelembe véve összefüggést mutattak ki az egyes ANS és a központi idegrendszeri események, például a szívverések és az EEG SO-k között mélyalvásban (75). Keresztkorrelációs megközelítést alkalmazva Thomas et al. (69) időbeli összefüggést mutatott ki az SWA és a magas frekvenciájú kardiopulmonális (0,1–0,4 Hz) kapcsolat, amely a stabil alvás EKG-eredetű biomarkere, NREM alvás közben. Számos tanulmány beszámolt az autonóm és a központi események közötti összefüggésről is, amely szerint a rövid pulzusszámok időlegesen egybeesnek a NREM alvás alatti SO-k átmeneti növekedésével (73, 76). Rembado et al. vagális által kiváltott potenciálokat rögzítettek, amelyek az agykéreg vagális afferenseiként manifesztálódnak a VNS-re adott válaszokban, makákómajom agyában különböző tudatállapotok során (77). A jelentések szerint a vagus által kiváltott potenciálok 300-500%-kal nagyobbak NREM alvás közben, mint a REM alvás és ébrenlét (1C. ábra) (77), és kritikus szempontból a vagus által kiváltott potenciálok a NREM során nagyobbak voltak a depolarizált alvásnál leadott ingereknél. A folyamatban lévő delta oszcillációk fázisa, ami az ANS és a CNS események közötti szoros időbeli kapcsolatra utal. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a CNS–ANS dinamika támogatja a kérgi és a szívműködés közötti kölcsönös függőséget alvás közben. Ezen túlmenően, az ébrenléti HRV-vizsgálatok eredményeivel együtt, a paraszimpatikus aktivitás természetes megugrása az SWS során arra utal, hogy az alvás alatti HRV-profilok bizonyos fokú kognitív fejlődést eredményezhetnek.

Mind az SWS, mind a Vagal Tone Benefit WM

Az ébrenléthez képest a WM edzések közötti alvás kritikus lehet a WM-teljesítmény fokozása szempontjából (78–82), potenciálisan az SO-k (83–85) hatása miatt (SI függelék, S2A ábra). Ezen túlmenően egy nemrégiben, éjszakai alvás közbeni akusztikus SO-stimulációt alkalmazó tanulmány arról számolt be, hogy a stimuláció javította a WM-t a fokozott SWA eredményeként, összehasonlítva azokkal az egyénekkel, akiknél az SWA nem fokozódott (86). Nem minden tanulmány talál azonban pozitív összefüggést az SWS EEG-jellemzői és a WM javulása között (78, 81). A következetes megállapítások hiányának egyik lehetséges oka részben azzal magyarázható, hogy kevés tanulmány méri az ANS-aktivitást alvás közben, és ezért figyelmen kívül hagyja az ANS hozzájárulását a teljesítményváltozáshoz. Egy nemrégiben végzett tanulmány az autonóm és a központi aktivitást egyaránt figyelembe vette az alvási periódus során, amelyben az alanyok WM-ét tesztelték alvási időszak előtt és után (78) (SI Függelék, S2B ábra). Ebben a vizsgálatban a résztvevők reggel és este hajtották végre a műveleti span feladatot. Az érdeklődési időszak alatt az alanyok szunyókálást vagy csendes ébredést tapasztaltak, és EEG-t és EKG-t rögzítettek (78). Az eredmények azt mutatták, hogy az SWS alatti HF-HRV nagyobb mértékben jelezte előre a WM javulását egészséges fiatal felnőtteknél, mint az ébrenlét alatti HF-HRV, vagy mint más SWS jellemzők, beleértve az SO-kat vagy az SWA-t. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az SWS EEG eseményei mellett az SWS során természetesen megnövekedett vagus aktivitás is támogatja a WM javulását fiatal felnőtteknél.

Bár a WM javulásának alvásfüggő mechanizmusai továbbra is megfoghatatlanok, a jelenlegi kép alapján az SO-k és a vagus aktivitás elősegítheti a WM javulását a prefrontális hatékonyság és automatizmus növelésével a prefrontális-subkortikális gátló hálózatokban. Pontosabban, a vagális bemenetek növelik a prefrontális fázis-NE aktivitást, míg az SO-k felfelé szabályozzák a kortikális szinapszis potencírozását. Még érdekesebb, hogy Eschenko et al. kimutatta, hogy az LC neuronok a down-to-up átmenet során tüzelnek, míg a mediális prefrontális neuronok az SO-k csúcsán tüzelnek (87), ami megfelel a maximális kérgi ingerlékenység idejének felfelé állapotok alatt, ami arra utal, hogy a prefrontális-LC interakciókban az LC vezeti a prefrontális tevékenységet. Feltételezték, hogy az SO-k potencírozzák azokat a szinapszisokat, amelyek az előző napi tartós aktivitás miatt depressziósak voltak, és a potencírozás fiziológiai alapot biztosít az alvásfüggő memóriajavításhoz (88). Összességében az alvás közbeni NE optimális szintje támogathatja a következő napi WM-teljesítményt azáltal, hogy fokozza a WM prefrontális aktivitását, és ezáltal javítja a prefrontális-sztriatális WM hatékonyságát.

Egy másik lehetőség az, hogy az SO-k és a vagus aktivitás elősegíti a WM-et a tau / béta-amiloid plakkok eltávolításával a prefrontális-szubkortikális végrehajtó funkcióhálózatokban, amelyet a fázisos LC-NE aktivitás (vagális afferensek) és SO-k hajtanak végre (35). Még azoknál az egyéneknél is, akik a kognitív működés normál tartományán belül teljesítenek, a meziális temporális tau-felhalmozódás rosszabb kognitív teljesítménnyel jár (89). Ez a tanulmány egy szabványos tesztet használt a kognitív teljesítmény mérésére, amely nem teszi lehetővé számunkra, hogy elkülönítsük a tau WM-re gyakorolt ​​hatását önmagában. További kutatásokra van szükség annak megértéséhez, hogy a glimphatic clearance valóban köze van-e az egészséges agy napi alvásfüggő WM javulásához, vagy más mechanizmusok is szerepet játszhatnak, beleértve a szinaptikus homeosztázis SO által közvetített helyreállítását (90) vagy a növekedést. maximális szinaptikus hatékonyság (91).

Most rátérünk az LTM kérdésére, amelyre számos bizonyíték támasztja alá az SWS szerepét kifejezetten a hippocampális függő epizodikus emlékek megszilárdításában. Ennek ellenére kevés bizonyíték áll rendelkezésre az alvás közbeni ANS-aktivitás potenciális szerepére ebben a folyamatban, ez a hiányosság magyarázó értékű lehet.

A CNS és az ANS hozzájárulása a hosszú távú memóriához

A hippocampális függő, epizodikus memória a megszerzés idejére és helyére jellemző információk tudatos felidézésére utal (92). Egyre több irodalom támogatja az alvás szerepét az epizodikus emlékek megszilárdításában, és azonosítja az NREM alvás során bekövetkező specifikus elektrofiziológiai események kritikus szerepét (93). Bár sok vita folyik arról, hogy a legújabb tapasztalatok hogyan jelennek meg és hogyan alakulnak át a kortikális és szubkortikális hosszú távú raktárakban (94–96), egyetértés van abban, hogy a hippokampusz egy gyorsan tanuló rendszer, amely a közelmúltban szerzett tapasztalatokat reprezentációkba köti a különböző kortikális területeken. struktúrák a kódolás során (93).

A konszolidáció során az ismételt újraaktiválás stabilizálja és erősíti a memórianyomokat, az alvás pedig a konszolidáció optimális offline időszaka, mivel elősegíti a dialógust a hippocampus és a neokortex között (93). Pontosabban, NREM alvás közben a memórianyomot a hippokampusz éles hullámú hullámai aktiválják, amelyek a talamusz orsóiba vannak beágyazva, amelyek viszont az SO le-fel átmenetébe vannak beágyazva, így biztosítva az idegi kommunikációt a neokortikális és a hippocampális sejt között. szerelvények. A közelmúltban felismerték, hogy az orsók ok-okozati szerepet játszanak a hippocampális függő memória-konszolidációban a farmakológia (97) és a célzott memória-reaktiválás (98) révén. Mednick et al. (97) összehasonlították a zolpidemet, egy rövid hatású GABA-A agonistát egy placebóval és egy pozitív kontroll altatóval (nátrium-oxibát) az éjszakai alvás során. A kontrollokhoz képest a zolpidem növelte az alvási orsókat, és javította a hippokampusz-függő, epizodikus verbális memóriát, és az orsó fokozta a memória közvetített javulását. Más farmakológiai tanulmányok megerősítették ezeket az eredményeket (99), ami azt feltételezi, hogy a talamokortikális hálózat GABAerg modulációi fontosak az LTM kialakulásához.

Annak ellenére, hogy egyre több tanulmány bizonyítja, hogy az ANS-aktivitás szerepet játszik a végrehajtó funkciókban és a WM-ben, az LTM-hez való kapcsolódásról ritkán számolnak be, és egyetlen tanulmány sem erősítette meg az ANS-nek az alvás közbeni szerepét kifejezetten hippocampális függő epizodikus LTM-ben. Egy tanulmány kimutatta, hogy a nem hippocampális függő procedurális memória éjszakai javulása összefüggésben volt az LF-HRV-vel és az SDNN-nel alvás közben (100). Ezenkívül a REM alvás alatti paraszimpatikus aktivitás (HF-HRV) erősen előrevetítette az implicit beindítás javulását egy kreativitási feladatban (101). Az ébrenlét alatti HRV-nek az epizodikus LTM-re gyakorolt ​​hatását vizsgáló tanulmányok szintén vegyes eredményeket mutatnak. Egy tanulmány kimutatta, hogy a rossz vagus autonóm funkciójú (alacsony nyugalmi HRV) betegek nagyobb hamis memóriahibát mutatnak (102). Ezenkívül kimutatták, hogy a szív vagus tónusa pozitívan korrelál az érzelmileg feltöltött ingerek jobb memóriájával (103, 104), bár nincs összefüggésben a semleges ingerek memóriájával. Ezzel szemben számos tanulmány kimutatta, hogy az ébrenlét alatti HRV nem jelzi előre az epizodikus memóriateljesítményt (105–107). Összességében a központi idegrendszer és az ANS bemenetek kognitív fejlesztésben betöltött szerepéről kialakuló kép az, hogy az SWS optimális agyi állapot az epizodikus, hosszú távú, nem érzelmi emlékek stabilizálására, valamint a végrehajtó funkciók javítására, de nem. szükségszerűen ugyanazon mechanizmusokon keresztül.

Hogyan működhet együtt a munka és a hosszú távú memória alvás közben?
Míg a vizsgálatok kimutatták, hogy mind az SWS (beleértve az SWA-t és az SO-kat), mind a vagus aktivitás az SWS során hozzájárulnak a WM-hez, és hogy az SO-orsó-hullám-komplexek hozzájárulnak az epizodikus LTM-hez, a WM és az epizodikus LTM közötti kapcsolat továbbra is tisztázatlan. Egyrészt a tanulmányok pozitív összefüggést mutattak ki a WM és az LTM között, így a WM növeli az LTM felismerést, és a WM kapacitás korlátozza az LTM kódolást (108). Másrészt Hoskin et al. kimutatták, hogy az ébrenlét alatti epizodikus memória-újraaktiválás behatol a WM karbantartásába (109). Pontosabban, a résztvevők megtanulták a szólistákat, és vagy közvetlenül a kódolás után tesztelték őket (rövid távú WM), vagy végrehajtottak egy disztraktor feladatot, amelynek során az epizodikus memória visszaállt (LTM újraaktiválás). Megmutatták, hogy a késleltetési időszak további információkat tartalmazott, amelyek negatívan befolyásolták a WM karbantartását. Ez azt sugallja, hogy a kortikális régiók széles sávjában, köztük a prefrontális kéregben koordinált tevékenységi minták, amelyeket a memória újraaktiválása vált ki, ellophatják a WM karbantartásának erőforrásait. Így a WM-et és az epizodikus memóriát különálló és potenciálisan kompetitív neurális mechanizmusok támogathatják, nevezetesen az LC–NE prefrontális–szubkortikális hálózat, illetve a GABAerg thalamocorticalis hippocampalis hálózat.

A neuromodulációs szinten, a WM LC–NE fokozásával (VNS vizsgálatok) az állatkísérletek bevonták ezt a rendszert az új tapasztalatok kódolása során és közvetlenül azt követően (110, 111), valamint az ébrenléttől függő génexpresszióban, amely szabályozza a tanulást támogató szinaptikus potencírozást. 112). Míg azonban az LC reverzibilis inaktiválása a Morris vízi labirintus feladat során jelentős károsodást mutatott a térbeli memória kódolásában és a WM-ben, a térbeli memória konszolidációja és megtartása nem volt hatással (113). Ezek az eredmények együttesen arra utalnak, hogy az LC–NE rendszer fontos szerepet játszhat az új tapasztalatok korai megszerzésében és a kognitív kontroll hatékonyságában, de nem az LTM megszilárdításában és visszanyerésében.

Embereknél a tVNS-irodalom legújabb eredményei megerősítették az LC–NE rendszer szelektív funkcionális szerepét a kognitív kontrollban, de nem az LTM-ben. 19 tVNS-vizsgálat (114) metaanalízise kimutatta, hogy az akut tVNS jelentős hatást gyakorol a kognitív gátló kontrollra, különösen a feladat nehézségeinek növekedésével, de nincs bizonyíték a tVNS hatékonyságára az LTM-teljesítményre, a figyelemre vagy más kognitív területekre. Pontosabban Mertens et al. (115) azt találták, hogy a tVNS nem befolyásolta sem az azonnali, sem a késleltetett szófelismerési memóriát fiatal és középkorú felnőtteknél. Továbbá a farmakológia felhasználásával Lozano-Soldevilla et al. (116) GABAerg benzodiazepint (lorazepám) adtak be egészséges felnőtteknek, és dózisfüggő WM-csökkenést jelentettek, amelyet a csökkent gamma- és alfa-teljesítmény okoz, ami antagonista kapcsolatra utal a GABA és az LC–NE prefrontális–szubkortikális hálózatok között.

Az e hálózatok közötti verseny különösen elterjedt lehet offline alvás közben (117, 118). A hippocampális hullámzás, az LTM újrajátszás aláírása és a konszolidáció során Logothetis et al. (117) deaktivációt mutattak ki az ANS-t szabályozó agytörzs régiókban. Ezek a lenyűgöző eredmények azt jelenthetik, hogy az alvásfüggő memóriakonszolidáció során a hullámosság/orsó komplexek kiváltságos interakciós állapotot alakíthatnak ki a hippocampus és a kéreg között azáltal, hogy elhallgatják a diencephalicus, a középagy és az agytörzsi régiók kimenetét (SI Függelék, S3. ábra). Érdekes módon a bazális ganglionok, a pontin régió és a kisagykéreg deaktiválása összhangban van az epizodikus és procedurális memóriarendszerek közötti versengés korábbi bizonyítékaival (119). A fordított irányban Novitskaya et al. (118) kísérletesen növelték az NE-t fázis-LC stimulációval, és blokkolták a hullámossághoz kapcsolódó kérgi orsók képződését, így megzavarva a térbeli LTM konszolidációt. Ezenkívül Marzo és mtsai. (120) kimutatták, hogy az LC fázisos stimulációja érzéstelenített patkányokban átmenetileg elnyomta az orsókat, miközben tartós tüskéket idézett elő a mediális prefrontális kéregben, amely az NE-függő prefrontális aktivitáshoz hasonlított a WM-feladatok késleltetési időszakában. Az is jól dokumentált, hogy az NE bemenet a talamokortikális hálózatot az SO-kkal és orsókkal kapcsolatos szinkronizált állapotból egy deszinkronizált állapotba tolja, amelyet a szinaptikus bemenetekre adott fokozott neuronválasz jellemez, ami optimálisabb a kódolás és a szenzoros feldolgozás szempontjából (121).

Így az NREM során a thalamus-hippocampus-corticalis és a prefrontális-szubkortikális-autonóm rendszerek közötti kétirányú, kölcsönös antagonizmus az epizodikus LTM és a WM közötti viselkedésbeli kompromisszum hátterében. Ennek a lehetőségnek a tesztelésére Chen et al. egy GABA-A agonistát, a zolpidemet használta a vagus és az orsórendszer közötti kölcsönhatás irányultságának vizsgálatára éjszakai alvás közben, valamint ezek hatását a WM javulására és az epizodikus memória konszolidációjára (122). Az orsó aktivitásának fokozása és az LTM epizodikus konszolidációja mellett a zolpidem vagusszuppressziót és kevésbé WM javulást is mutatott a placebóhoz képest (SI függelék, S4A ábra). A vagus aktivitás az SWS során pozitívan korrelált a WM javulásával (SI Függelék, S4B ábra), de negatívan korrelált az LTM-retencióval (SI Függelék, S4C ábra). A hatékony konnektivitás becslése (123, 124) kimutatta, hogy az orsó tartományában az agykérgi oszcillációk ok-okozati szuppressziót mutattak a vagus autonóm aktivitás felett mind zolpidem, mind placebo körülmények között, aminek mértéke a megnövekedett epizodikus LTM közötti kompromisszumhoz kapcsolódik csökkent WM javulás. Ezenkívül az orsó-SO csatolás hasonló viselkedési kompromisszumhoz kapcsolódik, a nagyobb orsó-SO csatolás pedig kevesebb WM-javulással járt. Ezek az eredmények összhangban vannak azzal az elképzeléssel, hogy a GABAerg hippocampális-talamokortikális kommunikáció és az LC-NE frontális-szubkortikális-autonóm kommunikáció verseng az erőforrásokért az SWS alvás során, és hogy ez a kölcsönhatás az orsók/szigma növelésével, ebben az esetben farmakológiailag, az LTM konszolidációja felé torzítható. és feltehetően más módszereknek is megjósolható hatásai lennének. Például azt feltételezzük, hogy a VNS az ellenkező irányba torzítaná az interakciót azáltal, hogy fokozza a vagus aktivitást és a WM javulását az orsók rovására, valamint az SO-k és az LTM teljesítménye.

A lassú oszcillációs kapcsoló modell

A Slow Oscillation Switch Model (2. ábra) azt javasolja, hogy az agy váltson a különálló és a nem átfedő között. LTM állapotban a konszolidáció az orsóhoz kapcsolt SO-kon keresztül megy végbe, ami fokozott hippocampális-thalamokortikális kommunikációhoz, megnövekedett hullámosság-orsó komplexekhez vezet, miközben csökkenti a prefrontális-autonóm gátló hálózatok. A WM állapotban az orsók nélküli SO-k nagyobb neurális hatékonyságot biztosítanak a prefrontális-szubkortikális-autonóm hálózaton belül. Az e hálózatok közötti versengés dinamikáját elméletileg állatkísérletek vezérlik, amelyek antagonista kapcsolatokat mutatnak ki az autonóm aktivitást szabályozó agyi régiók és a memória-visszajátszás között (117, 118), valamint bizonyítékok az orsók és az autonóm aktivitás közötti időszakos váltásra (126).

Feltételezzük továbbá, hogy az orsók kapuzó mechanizmusként működhetnek, amely szabályozza az SO erőforrásokat más folyamatok számára. Tekintettel arra, hogy az NREM során a SO-k ~20%-a orsócsatolású (127), ez rengeteg erőforrást hagy felosztani más folyamatok között. A közelmúltban a SO-k térbeli és időbeli jellemzőit elemző munka megállapította, hogy három típusba sorolhatók, globális, frontális és lokális SO-kba, és a globális SO-k gyakrabban fordulnak elő orsókkal (127). Kimutatták, hogy a globális SO-k támogatják a nagy hatótávolságú kommunikációt, növelik az orsó csatolását és előrejelzik az LTM konszolidációját (128), míg a frontális SO-k amplitúdója kisebb, mint a globális SO-k, csak a frontális kéregben terjednek, és ígéretes jelöltek lehetnek a prefrontális – szubkortikális-autonóm hálózatok, amelyek támogatják a WM-et. Feltételezzük, hogy a frontális SO-k a prefrontális glimphatica clearance-t elősegítő helyreállító folyamatok hordozóhullámai is lehetnek, mivel a tanulmányok arról számoltak be, hogy a SO-k időlegesen párosulnak a cerebrospinális glimphaticus clearance-szel, és megelőzik azt (129, 130), de ezek a tanulmányok nem tettek különbséget a SO kategóriák között. . A frontális SO-k szabályozhatják a vagus aktivitását, elősegítve ezzel a fázisos LC neuronok tüzelését és a tau kiürülését (35). Egy közelmúltbeli tanulmány kimutatta, hogy a hallási stimuláció nem csak növeli a frontális SO-t, hanem növeli a vagus HRV-t is (131). A vagális aktivitás együttesen növelheti a prefrontális hatékonyságot és a WM funkcionális hálózatok automatizmusát a glimphatic clearance révén, amely előnyösen a frontális SO-k során fordul elő. Ezek a spekulációk kísérletileg tesztelhetők, és további kutatásokra van szükség az alvás összetett és potenciálisan versengő dinamikájának további tisztázásához, amely a kognitív tartományok széles skáláját támogatja.

Záró megjegyzések és jövőbeli irányok

A WM az a képesség, hogy egy kis mennyiségű információt aktívan és rövid ideig relevánsnak tartsunk, míg az epizodikus memória az önéletrajzi élmények látszólag korlátlan tárháza, amelyek mindegyike kifejezetten előhívható. Az alvás, különösen az SWS alatti agyi aktivitás mindkét típusú memóriafolyamatot befolyásolja. Ezenkívül a HF-HRV-vel mért vagus aktivitás a WM-hez kapcsolódik, míg az ANS epizodikus emlékezetre gyakorolt ​​hatását vizsgáló vizsgálatok ellentmondásos eredményeket adnak. Nem ismert az a mechanizmus, amely mögött a központi idegrendszer és az ANS alvás közbeni aktivitása koordinálja a kognitív folyamatok mindkét típusát. Ennek a szakadéknak az áthidalására bemutatjuk a Slow Oscillation Switch Model-t, amely szerint az alvás olyan versenytér, ahol az epizodikus LTM és a WM verseng a korlátozott erőforrásokért. Noha ez a modell feltehetően a természetben fordul elő, a rendszer belső működését kísérletileg tárják fel olyan vizsgálatokban, amelyek a kompromisszum egyik oldalát (pl. az LC farmakológiailag növekvő orsóit vagy hullámzás által kiváltott stimulációit) a vagus aktivitás előre látható csökkenésével és elalvás utáni WM teljesítmény vagy hullámos/orsó csatolás és LTM.

Ha az alvás úgy működik, mint egy kapcsoló, amely az LC–NE prefrontális–szubkortikális autonóm folyamatok és a GABAerg thalamocortical–hippocampus replay között vált, az egyik kérdés, hogy mi határozza meg a kapcsolómechanizmus prioritását. Két lehetőséget mérlegelünk – egy természetes periodikus váltást a tapasztalattól függő torzítással szemben. Lecci et al. (126) periodikusan váltakozó mintázatot mutatott ki az orsókitörések és a pulzusgyorsulások között, amely 50 másodpercenként fordul elő, alátámasztva annak lehetőségét, hogy a lassú oszcilláció kapcsoló mechanizmusai periodikusan váltakoznak tónusos körülmények között. Alternatív megoldásként a tanulás, az érzelmi tapasztalatok, az újdonság vagy a kognitív terhelés meghatározhatja a prioritást. Ezzel az elképzeléssel összhangban az igényesebb memóriafeladatok nagyobb számú orsót mutatnak a következő alvás során (132). Hasonlóképpen, az intenzív WM edzés nagyobb mértékben növelheti a frontális SO-kat és a vagus aktivitást, mint a kevésbé intenzív WM edzés (22, 84). A jövőbeni tanulmányok, amelyek azt vizsgálják, hogy agyunk és testünk hogyan koordinálja ezt a kapcsolót, lehetővé tennék a különböző memóriatartományok közötti versengés dinamikájának további megértését.

A WM-et hagyományosan nem módosítható tulajdonságnak tekintik, de a WM edzési tanulmányok kimutatták, hogy a végrehajtó funkciók általában, és kifejezetten a WM javul (20), és a legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy az alvás támogatja ezt a javulást (78, 82). Ennek az előnynek a mögöttes mechanizmusai azonban nem világosak. Továbbá keveset tudunk arról, hogy a prefrontális-szubkortikális autonóm hálózatok hogyan koordinálhatják a SO-kat és a vagális tevékenységet a WM elősegítése érdekében. Egy tanulmány összefüggést javasolt a kognitív kontroll, a vagus aktivitás és a prefrontális-szubkortikális autonóm hálózatok automatizmusa között. Lin és mtsai. kimutatta, hogy a kognitív tréning csökkentette a funkcionális összeköttetést a bilaterális striatum-prefrontális hálózatokban, miközben növelte a vagus aktivitást, ezáltal megkönnyítve a teljesítményt a képzett és nem képzett feladatokban, kevesebb erőforrás szükséges a sikeres kognitív gátló kontrollhoz (22). Az azonban, hogy az ilyen dinamikát hogyan modulálják az alvás vagy az SO-k során, továbbra is feltáratlan. Az egyidejű EEG-fMRI-vel végzett jövőbeli neurális képalkotó vizsgálatok elengedhetetlenek ahhoz, hogy megértsük a WM plaszticitásának hátterében álló idegi mechanizmusokat bizonyos alvási események során.

Annak ellenére, hogy az elmúlt évtizedben jelentős előrelépés történt, még mindig sok mindent meg kell érteni az alvás szerepével kapcsolatban a különböző kognitív területeken. Itt bemutatunk egy olyan forgatókönyvet, amelyben az epizodikus LTM-et és a WM-et külön áramkör támogatja, amelyek az alvás közben korlátozott erőforrásokért küzdenek. Fontos kiemelni annak lehetőségét, hogy az SO-kat tovább lehetne osztani alkategóriákra, amelyek különböző funkciókat töltenek be, mivel az azonos gyakoriságú elektrofiziológiai eseményeknek külön funkciója lehet, ezt a lehetőséget Ngo és munkatársai nemrégiben vizsgálták, ami funkcionális disszociációt mutat a delta és az SO-k között. a delta hullámok elősegítik a felejtést, míg az SO-k nagyobb valószínűséggel párosulnak orsókkal és elősegítik az epizodikus LTM konszolidációt (133, 134). Azt javasoljuk, hogy az autonóm-centrális biomarkerek alvás közbeni azonosítása a különböző kognitív folyamatokhoz és azok versengő dinamikájának megértése elősegítheti a memóriamodellek újszerű betekintését, és új célpontokat kínálhat a neurodegeneratív betegségek leküzdésére.

Adatok, anyagok és szoftverek elérhetősége.

A munka alapjául nincsenek adatok.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS.

Ezt a munkát az NIH Grant R{0}}AG062288 támogatásával támogatta az SCM-nek

Referencia

1. MA Hagenaars, M. Oitzl, K. Roelofs, Frissítés fagyasztás: Aligning animal and human research. Neurosci. Biobehav. Rev. 47, 165–176 (2014).

2. K. Miki, M. Yoshimoto, Role of differential changes in sympathic nerve activity in the Preparative Regulations of cardiovascular functions during fagyasztási viselkedés patkányokban. Exp. Physiol. 95, 56–60 (2010).

3. SE Taylor et al., Biobehavioral responses to stress in females: Tend-and-Friendly, not fight-or-flight. Psychol. Rev. 107, 411–429 (2000).

4. LN Whitehurst, A. Subramoniam, A. Krystal, AA Prather, Az agy és a test közötti kapcsolatok alvás közben: A memóriafeldolgozás következményei. Trends Neurosci. 45, 212–223 (2022).

5. S. Breit, A. Kupferberg, G. Rogler, G. Hasler, Vagus nerve as a modulator of the brain-gut tengely pszichiátriai és gyulladásos betegségekben. Elülső. Psychiatry 9, 44 (2018).

6. M. Kalia, JM Sullivan: A vagus ideg szenzoros és motoros komponenseinek agytörzsi vetületei patkányban. J. Comp. Neurol. 211, 248–265 (1982).

7. KK Sumal, WW Blessing, TH Joh, DJ Reis, VM Pickel, Vagális afferensek és katecholaminerg neuronok szinaptikus kölcsönhatása a patkány nucleus tractus solitariusban. Brain Res. 277, 31–40 (1983).

8. F. Shaffer, R. McCraty, CL Zerr, Az egészséges szív nem metronóm: A szív anatómiájának és a pulzusszám változékonyságának integrált áttekintése. Elülső. Psychol. 5, 1040 (2014).

9. JF Thayer, RD Lane, Claude Bernard és a szív-agy kapcsolat: A neuroviscerális integráció modelljének további kidolgozása. Neurosci. Biobehav. Rev. 33, 81–88 (2009).

10. RE Kleiger, PK Stein, JT Bigger, Jr., Szívritmus-variabilitás: Mérés és klinikai hasznosság. Ann. Noninvazív elektrokardiol. 10, 88–101 (2005).

11. S. Laborde, E. Mosley, JF Thayer, Szívritmus-variabilitás és szív vagustónusa a pszichofiziológiai kutatásban – ajánlások a kísérlettervezéshez, adatelemzéshez és adatszolgáltatáshoz. Elülső. Psychol. 8, 213 (2017).

12. M. Malik, Szívritmus-variabilitás. Ann. Noninvazív elektrokardiol. 1, 151–181 (1996).

13. V. Menon, M. D'Esposito, A PFC hálózatok szerepe a kognitív kontrollban és a végrehajtó funkcióban. Neuropsychopharmacology 47, 90–103 (2021).

14. A. Baddeley, Munkamemória. Science 255, 556–559 (1992).

15. TS Braver, JR Gray, GC Burgess, "Explaining the many varies of working memory variation: Dual mechanizmuss of kognitív kontroll" in Variation in Working Memory, A. Conway, C. Jarrold, M. Kane, A. Miyake, J Towse, szerk. (Oxford University Press, 2007), 76–106.

For more information:1950477648nn@gmail.com