A széles körben elterjedt hullámzás szinkronizálja az emberi agykérgi tevékenységet alvás közben, ébrenlét és a memória felidézése 3. rész

Vita

Itt emberi intrakortikális felvételek segítségével megmutatjuk, hogy a hullámok párosulnak, együtt fordulnak elő, és fázisszinkronizálódnak az összes lebenyben és a két félteke között, csekély csökkenéssel, még nagy távolságokon is. A véletlen feletti hullámzás mértéke exponenciálisan nőtt a hullámzó helyek arányával, ami összefüggést mutatott az erősebb fáziszárással. Az agykérgi neuronok fokozott tüzelést okoznak hullámzás közben, és ezekhez fázisreteszelve vannak, ami a hullámosság feltétele az interakció fokozása érdekében az erősítési moduláció és a véletlenek észlelése révén.

Különféle kihívásokkal találkozunk az életben. Néhány dolog boldogságot és sikert hoz nekünk, míg mások zavarttá és frusztrálttá tesznek bennünket. De nem számít, milyen helyzetbe kerülünk, mindannyiunkban van egy közös kérdés: Hogyan őrizzük meg és fejlesztjük emlékezetünket?

A memóriával kapcsolatos fontos tényező a pusztulási sebesség. A bomlási ráta arra utal, hogy az emberek milyen gyorsan felejtenek el egy tudást vagy készséget idővel, miután megtanulták. Jellemzően ez a sebesség idővel növekszik, mert a memóriában lévő információ egyre jobban ki van téve más információk interferenciájának.

A kutatások azt mutatják, hogy a bomlási sebesség szorosan összefügg a memóriával. Egyes tudósok úgy vélik, hogy agyunk javíthatja a memóriát, ha különböző módszerekkel lassítja a bomlás ütemét. Például bizonyos ismeretek vagy készségek ismételt elsajátítása lelassíthatja a hanyatlási sebességet és javíthatja a memória megtartási idejét. Ezenkívül a tanulás és a memorizálás során különféle memóriatechnikák használhatók a memória-megtartási idő és a memória erősségének javítására, ami szintén fontos módja a romlási sebesség lassításának.

A bomlás ütemének lassítása nagyon fontos tényező, ha meg akarjuk őrizni és javítani akarjuk a memóriát. Bár a bomlás mértéke nagymértékben függhet az egyéni különbségektől, sok ember jelentősen javítja a memóriáját tanulási és emlékezési szokásaik megváltoztatásával. Ezért érdemes aktívan elsajátítanunk és elsajátítanunk a különféle memóriakészségeket, amelyek segítségével jobban megőrizhetjük és javíthatjuk memóriánkat a mindennapi életünkben. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, és a Cistanche deserticola jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola egy hagyományos kínai gyógyászati ​​anyag, amelynek számos egyedi hatása van, 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 az Ismerje meg a memória javításának módjait

Különféle kihívásokkal találkozunk az életben. Néhány dolog boldogságot és sikert hoz nekünk, míg mások zavarttá és frusztrálttá tesznek bennünket. De nem számít, milyen helyzetbe kerülünk, mindannyiunkban van egy közös kérdés: Hogyan őrizzük meg és fejlesztjük emlékezetünket?

A memóriával kapcsolatos fontos tényező a pusztulási sebesség. A bomlási ráta arra utal, hogy az emberek milyen gyorsan felejtenek el egy tudást vagy készséget idővel, miután megtanulták. Jellemzően ez a sebesség idővel növekszik, mert a memóriában lévő információ egyre jobban ki van téve más információk interferenciájának.

A kutatások azt mutatják, hogy a bomlási sebesség szorosan összefügg a memóriával. Egyes tudósok úgy vélik, hogy agyunk javíthatja a memóriát, ha különböző módszerekkel lassítja a bomlás ütemét. Például bizonyos ismeretek vagy készségek ismételt elsajátítása lelassíthatja a hanyatlási sebességet és javíthatja a memória megtartási idejét. Ezenkívül a tanulás és a memorizálás során különféle memóriatechnikák használhatók a memória-megtartási idő és a memória erősségének javítására, ami szintén fontos módja a romlási sebesség lassításának.

A bomlás ütemének lassítása nagyon fontos tényező, ha meg akarjuk őrizni és javítani akarjuk a memóriát. Bár a bomlás mértéke nagymértékben függhet az egyéni különbségektől, sok ember jelentősen javítja a memóriáját tanulási és emlékezési szokásaik megváltoztatásával. Ezért érdemes aktívan elsajátítanunk és elsajátítanunk a különféle memóriakészségeket, amelyek segítségével jobban megőrizhetjük és javíthatjuk memóriánkat a mindennapi életünkben. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, és a Cistanche deserticola jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola egy hagyományos kínai gyógyászati ​​anyag, amelynek számos egyedi hatása van, 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.

A megnövekedett nagyfrekvenciás korreláció támogatta a megnövelt távolsági interakciót a helyek közötti hullámzás során. Hullámzások fordultak elő a kortikális helyek között, valamint a kéreg és a hippocampus között mind a spontán ébredés, mind a NREM során, és több egyidejű előfordulás előzte meg a sikeres késleltetett visszahívást.

Eredményeink összességében azt sugallják, hogy az elosztott, fáziszárt kortikális hullámzások rendelkeznek azokkal a tulajdonságokkal, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy megkönnyítsék az adott deklaratív memóriát alkotó különböző elemek integrálását, vagy általánosabban, hogy segítsenek "megkötni" egy mentális esemény különböző aspektusait, amelyeket széles körben kódolnak. kortikális területek koherens reprezentációvá.

Korábbi munkák kimutatták, hogy az anterolaterális temporális és parahippocampális hullámzások összekapcsolódása emberben fokozódik a helyes felidézés előtt a páros társas tanulásban (8). Megmutatjuk, hogy ilyen kapcsolódás a hippocampális és a kortikális hullámok között is előfordul. Megmutatjuk továbbá, hogy az azonnali felidézés közbeavatkozó disztraktor nélkül, amely feladat azonos szenzoros és motoros stimulációval, de nem igényel hippocampust (12), nem jár fokozott hippocampo-kéreg hullámos kapcsolattal. Kritikus, tekintettel a helyek közötti transzkortikális kapcsolatok fontosságára. A deklaratív memóriában korábban nem rokon elemeket kódolva megmutatjuk, hogy a kortiko-kortikális ripple csatolás is erősen megnövekszik, mielőtt a késleltetést követően helyes visszahívás történik.

Az átmeneti mediális időbeli inaktiváció megzavarja mind az emlékezet kialakulását, mind a visszakeresést, ami mindkettőhöz hozzájárul (33), a hippocampális NREM alatti konszolidációban betöltött szerepe mellett (1–4). Azt találtuk, hogy a hippocampo-kortikális hullámos csatolás spontán módon ébrenlétben és NREM-ben is megtörtént, de eltérő sorrendi preferenciákkal – a kéreg vezető ébrenlét alatt és a hippocampus a NREM során, ami valószínűleg az emlékezetképzés és a konszolidáció során tapasztalt eltérő általános információáramlást tükrözi.

Az NREM alatti sorrendi hatást csak a hippocampalis éles hullámú hullámokra (21), az orsó hullámaira (22) nem tapasztaltuk. Az éles hullámhullámok erősebb asszociációkat mutatnak a prefrontális területekkel, amelyek támogatják az epizodikus memória kontextuális aspektusait, és az orsó hullámzása a parietális területekkel, amelyek támogatják a részletes önéletrajzi emlékezést. Ezek az eredmények tehát megerősítik azt a korábbi felvetést, hogy a hullámzások egymás után járulnak hozzá a konszolidációhoz (22).

Ennek a tanulmánynak az a megállapítása, hogy a spontán kérgi hullámzás (±500 ms-on belül) együtt fordul elő (nagyobb vagy egyenlő, mint 25- ms átfedés), és gyakran fáziszár (szinkronizálódik) mindkét félteke nagy területein alvás és alvás közben. ébredés. Az együttes előfordulás vagy a fáziszárás minimális csökkenési távolsága vagy központi hajtóoszcillátorra, vagy populáció eredetére utal, például csatolt oszcillátorok hálózatára (6A. ábra).

A hippocampus nem valószínű, hogy központi mozgató oszcillátorként működik, mivel a hippocampo-kortikális csatolás és hullámzás ritkább, mint a cortico-corticalis, és a hippocampo-kortikális fázisrögzítés lényegében hiányzik. A kérgi-kérgi hatások túlsúlya várható, mivel minden egyes kérgi piramissejt több ezer másik piramistól kap bemenetet, míg a hippocampusból (CA1 plusz szubikulum) a kéreg felé körülbelül 1:500, tehát minden kérgi piramis bejut. átlagosan kevesebb, mint 10 hippocampális szinapszis (34, 35).

A thalamus egy másik lehetséges forrása több kérgi hely szinkronizálásának. Azonban a thalamocorticalis kapcsolatok is nagyon ritkák a cortico-corticalishoz képest (36). Tekintettel a kortikális hullámok erős kapcsolatára a felső államokhoz, és kevésbé erős az alvási orsókkal (11), valamint a talamokortikális kölcsönhatások szerepe a felső állapotok és orsók létrehozásában (37) ), lehetséges, hogy az alváshullámokon keresztüli thalamocorticalis moduláció hozzájárulhat a cortico-corticalis hullámosság szinkronizálásához.

Ezzel szemben az összekapcsolt oszcillátorok cortico-corticalis hálózata összhangban van a macskáknál tapasztalt megállapításokkal, miszerint a corpuscallosum egy része megzavarja a V1 közötti gamma-szinkront a két féltekén (17). Ezen túlmenően a helyeken, kérgi régiókban és egyéni hullámzásokban megfigyelt rendkívül egyenletes hullámzási frekvencia arra utal, hogy a helyi celluláris és hálózati mechanizmusok minden egyes kortikális modul rezonancia oszcillációs frekvenciáját ugyanarra a 90-Hz-es frekvenciára állítják be, amely így hajlamos együttoszcillációra, amikor izgatott és összekapcsolódott.

A cortico-corticalis kölcsönhatások jelentős szerepét a hullámosodási együttes előfordulásban és a fáziszáródásban az erős pozitív visszacsatolás is sugallja, amelyet a cortico-corticalis együttes előfordulás terjedésében és a cortico-corticalis fáziszáródás intenzitásában tapasztaltunk. Pontosabban, a cortico-corticalis egyidejű előfordulásának valószínűsége ébredés közben a két egyidejűleg előforduló hely valószínűségi szintjének körülbelül kétszereséről körülbelül 20-re,000szerese az egyidejű előfordulás esélyének a helyek 25%-ánál. Hasonlóképpen, az NREM során a PLV csúcs kérgi hullámzása a helyek között lineárisan növekszik a további helyek számának hullámzásával, ~0,2-ről további helyek nélkül ~0,9-re 12-vel. Vegye figyelembe, hogy az aPLV 1,0 a helyek közötti fázis tökéletes konzisztenciáját jelzi az összes együtt előforduló hullámzáson keresztül.

Nem világos, hogy a kortiko-kortikális kölcsönhatások milyen mechanizmussal támogathatják a nulla késleltetésű fázisreteszelést nagy távolságokon, minimális, 250 mm-ig terjedő csökkenéssel. A gyors corticocorticalis rostok ~10 m/s sebességgel vezetnek, 111 mm-t haladva a 90-Hz hullámzás egymást követő csúcsai között (38). A vetítések szinkronizálása azonban a ciklusidő többszöröse esetén is hatékony lehet, különösen ismétlődő kapcsolat esetén (6B. ábra). Mivel a nagy hatótávolságú rostok meglehetősen ritkák az emberi kéregben, míg a helyi kapcsolat és az U-szálak sűrűek, csillagászati ​​​​számú lehetséges multiszinaptikus útvonal létezik bármely két kérgi hely között (36).

Valójában a modellezési tanulmányok azt mutatják, hogy a ∼ 90 Hz-es fáziszárt rezgések előfordulhatnak kiterjesztett kérgi hálózatokban, még nulla lemaradás esetén is, feltéve, hogy a neuronok többutas visszatérő kapcsolattal rendelkeznek (39, 40). Az ilyen „polikron” modellek (41) spontán módon választanak ki több közvetítőt magában foglaló útvonalakat konzisztens összegekkel, és ugyanaz a helypár több fáziskésést is megjeleníthet attól függően, hogy melyik hálózatban vesznek részt, amint azt több éjszakai alvás során megfigyeljük. Így, bár a közvetlen bizonyítékok hiányoznak, a legvalószínűbb lehetőség az eredményeink alapján az, hogy a hullámok egyidejűleg fordulnak elő, és a fáziszáródás a fellépő kortiko-kérgi kölcsönhatások miatt.

We found that cortico-cortical rippling and phase locking show consistent differences between states. Although spontaneous cortical ripple occurrence density is higher in NREM, co-occurrence density is higher in waking. Accordingly, the likelihood of multiple sites corippling relative to chance grows more rapidly with number of sites during waking than NREM, the increase being about 25 times larger when 25% of sites are corippling. Overall, the proportion of ripple peaks that occur within 25 ms of each other is about five times greater in waking than in NREM. Furthermore, when ripples phase-lock they are more likely to have near 0 phase lag in waking than NREM. Higher activation is indicated by the 10 times higher increase in >200-Hz amplitude during waking vs. NREM ripples. In contrast, NREM ripples tend to recruit sequentially across the cortex (as indicated by nonzero phase-lags), with a smaller but significant increase in >200-Hz amplitude. These properties may be consistent with a rapid highly synchronous recruitment of multiple cortical sites by a high activation during waking ripples and, by contrast, more sparsely activated NREM ripples. Conversely, zero-lag recruitment could be the cause rather than the effect of the greater >200-Hzaktiválás ébredés közben.

Átlagosan körülbelül 16 széles körben elterjedt kérgi helyről vettek mintát páciensenként. Feltételezve, hogy egy hullámzást generáló modul ~1 mm2-en átnyúlik a kérgi felületen (5), akkor a hullámosság modulok ~1/10,000-ad részétől vettük fel a felvételt. Mivel a hullámzás nem növekszik rövid elektródák közötti távolságoknál, a rögzített helyek aránya felhasználható a hullámzó kéreg arányának becslésére. Ha igen, akkor időnként a kéreg 25%-a korripel. Hasonlóképpen, a kéreg hullámzásának szokásos aránya hozzávetőlegesen megbecsülhető abból a valószínűségből, hogy egy hullámzás mellett egy másik hely hullámzik, kb. 8% (feltételezve, hogy a hullámosság vezérmezője összehasonlítható a modul méretével).

Tekintettel a sejttüzelés erős hullámos fázisú modulációjára, a hullámosság várhatóan erősen módosítja az érkező szinaptikus bemenet hatékonyságát, a depolarizált fázisra érkező tüskék pedig sokkal valószínűbb, hogy posztszinaptikus tüzelést váltanak ki (18). Így erős szelekció lehet azokra a cellákra vonatkozóan, amelyek (akár több szinaptikusan is) a hullámzó helyek között vetítenek, a fáziskéséssel megegyező késleltetéssel (esetleg plusz a ciklusidő többszöröse; 6B, i. ábra). Ezen túlmenően, ha több hely hullámzik, a tüskék, amelyek egy harmadik helyre érkeznek, jelentősen megnövelhetik a hatékonyságot (azaz a posztszinaptikus hely koincidencia-detektorként működik; 6B, ii. ábra) (42). A szinaptikus fázis kiválasztása és a koincidencia-detektálás szinergikus, és további pozitív visszacsatolást jelentene a kiújulás miatt (6B., iii. ábra). Az in-fázisú kölcsönhatásokat támogató hullámzó helyek közötti kapcsolat progresszív lenne, mivel a pre- és posztszinaptikus aktiválás ezek a mechanizmusok megerősítenék a fázisban lévő kapcsolatokat a tüskeidőzítéstől függő plaszticitás révén (6B, iv. ábra).

Vegye figyelembe, hogy az in-fázisú kapcsolatok fokozatos megerősítésének előfeltétele, hogy a fáziskésések konzisztensek legyenek egy helypár ébrenléti vagy NREM hullámai között, ez az, amit a fáziszárás kritériuma megkövetelt. A hullámokon belüli konzisztens fáziszárás mellett azonban a fáziszárolás gyakorlatilag univerzális a hullámzásokon belül, mivel a hullámzások gyakorisága nagyon hasonló a hullámzásokon és a helyeken, ami lehetővé tenné a fáziskiválasztást, a koincidencia-észlelést és a visszatérési mechanizmusokat a hálózatot összekötő neurális hálózatok kiválasztásához. hullámzó helyek, feltéve, hogy a két hely mono- vagy poliszinaptikusan kapcsolódik.

Ezeken a mechanizmusokon keresztül a kortikális hullámok aktiválódhatnak, és összekapcsolódhatnak távoli, de kapcsolódó kódoló területekkel a kortiko-kérgi pozitív visszacsatolási kapcsolatok hálójának progresszív aktiválásával. A koaktiváció és a fáziszáródás erősen megnövekedett valószínűsége a már koaktiváló helyek növekvő számával arra utal, hogy a leginkább összekapcsolt és koaktivált sejtek pozitív visszacsatolást kapnak egy rövid szinkron hullámzásba. Amikor a helyek csatlakoznak a hullámzó hálózathoz, és rezonálnak a többi taggal, aktivitásuk szintje nő. A hullámosság funkciója tehát a rezonancián keresztüli felerősítés lehet, ami egy esemény különféle aspektusait kódoló hálózat gyors összeállításához vezet, vagy visszahívás vagy konszolidáció esetén a memória különböző aspektusait kódoló hálózathoz.

A potential role of ripples in facilitating the communication and integration of information between distant cortical sites requires synchronized oscillations in transmembrane currents generating the ripples per se and coordinated neuronal action potentials. We show here that single putative pyramidal cells and interneurons in the lateral temporal cortex increase their firing during ripples in a manner that is strongly modulated by the phase of the individual ripple cycles. Therefore, the cell firing patterns necessary to support the selection of activated neurons within the rippling locations using gain modulation and coincidence detection are in place. While we did not simultaneously record single units in multiple distant locations to directly confirm that they are cofiring, we obtained some indication that this may be the case by examining the amplitude envelope of >200-Hz-es LFP-k. Megállapítottuk, hogy a távoli helyeken lévő borítékok közötti korreláció nagyobb, ha korrippálnak, és ez a korrelációnövekedés nem csökken a távolsággal, még akkor sem, ha a helyek közömbös lebenyek vagy féltekék.

A fő alternatíva javasolt mechanizmus kötelező támaszkodik hierarchikus konvergencia többattribútum, multiszenzoros területeken (19, 20). Ez a mechanizmus összeegyeztethetetlennek tűnik a kérgi feldolgozás erősen elosztott természetével, és azt a nehézséget veti fel, hogy hogyan lehet egy kis kérgi modulban reprezentálni az összes lehetséges tapasztalatban rejlő összes elem kombinatorikus lehetőségét. Úgy tűnik azonban, hogy a hippocampus ezt, bár átmenetileg, olyan befogadó mezőkkel teszi, amelyek több módozatból származó pozícióindikátorokat, valamint vegyértéket, történelmet és kontextust kombinálnak (43). Az esemény különböző elemeinek hippocampális összeállításához nincs szükség a hippocampuson keresztüli integrációra, mivel ezek az elemek lokálisan elérhetők, mivel az entorhinalis kéreg és a gyrus fogfoga összekeverik őket. Így a hippokampusz hullámai inkább a kéreggel való kommunikációt szolgálják, mintsem más hippokampusz helyekkel, és valóban jellemzően lokálisak a hippocampuson belül (22, 44); döntő jelentőségű együttes előfordulásaik inkább kiterjedt agykérgi hullámzásokkal járhatnak. Ebben a nézetben a kortikális elemek kötődése megtörténhet hippocampalinput hiányában, ha azokat előzőleg konszolidálták, mivel a corticalis rippling és a fáziszáródás az intrakortikális folyamatoktól függ.

In summary, the characteristics of co-occurring and phase-locked cortical ripples found in the current study appear to fulfill the central requirements for a neurophysiological process that could facilitate binding by synchrony. First, ripples occur in all regions of the cortex in both hemispheres (required by binding because the elements of experience are encoded throughout the cortex). Second, ripples occur spontaneously throughout waking and NREM (required since binding is a ubiquitous process) and are elevated during task periods when binding may be useful (such as reassembling the components of a memory). Third, ripples last ∼70 ms, a duration considered in the range of the "psychological moment" (45). Fourth, ripples strongly increase local firing and firing-proxy >200-Hz amplitúdó (szükséges forinterareal kommunikáció).

Fifth, ripples strongly phase-modulate local putative pyramidal and interneuron firing in a manner consistent with input modulation (a primary hypothesized mechanism whereby oscillations selectively amplify particular neural assemblies). Sixth, ripples strongly co-occur and phase-lock between cortical sites indicating active cortico-cortical communication (required because without communication there cannot be integration). This strong phase locking occurs between cortical sites but not between cortex and hippocampus, indicating that transcortical synchrony is probably intrinsic, i.e., not projected from elsewhere. Furthermore, co-occurrence and phase locking are minimally affected by distance (required for integration of diverse elements). Finally, >200-A Hz amplitúdója jobban korrelál a helyek között, amikor korrigálódnak, ami tovább utal az egységgyújtás interareális integrációjára. További bizonyítékokra lesz szükség az egyidejűleg elosztott sejtszintű felvételekből, valamint a modellrendszerekbe történő közvetlen beavatkozásokból annak igazolására, hogy a kérgi hullámzás biztosítja a kötődés idegi szubsztrátját.

Mód

Beteg kiválasztása. Összesen 25, farmakorezisztens epilepsziában szenvedő beteg (13 nő, 31 ± 11 éves) adatait vették fel ebbe a vizsgálatba, akiknél intrakraniálisan rögzítették a rohamok lokalizációját a sebészeti kezelést megelőzően (SImelléklet, 1. és 7. táblázat). Azokat a betegeket, akiknek SEEG-felvételeit elemezték, csak akkor vonták be a vizsgálatba, ha nem végeztek előzetes agyműtétet; háttér EEG (az epileptiform tranziensek kivételével) a normál tartományban; és olyan elektródák, amelyeket végül nem léziós, nem epileptogén kéregnek, valamint nem léziós, nem epileptogén hippocampusnak ültettek be (az ilyen területekről azt gyanították, hogy a fókusz részét képezik a beültetés előtt, vagy át kellett őket haladni a feltételezett epileptogén területek eléréséhez). E kritériumok alapján az összesen 83 betegből 25 beteget vontak be ebbe a vizsgálatba. Valamennyi beteg teljes körűen tájékozottan írásban hozzájárult ahhoz, hogy adatait kutatási célokra használják fel. Ezt a tanulmányt a Cleveland Clinic, a University of California San Diego, az Oregon Health & Science University és a Partners HealthCare (beleértve a Massachusetts General Hospital) helyi intézményi felülvizsgálati testületei hagyták jóvá.

Ripple Detection. A hullámosság-detektálást minden struktúrára és állapotra ugyanúgy elvégeztük, egy korábban leírt hippocampális hullámzás-detektálási módszer alapján (21, 22). A felvételre vonatkozó követelményeket és az elutasítás kritériumait iteratív eljárással határozták meg a betegek, struktúrák és állapotok között. Az adatokat Butterworth-szűrővel 60 és 120 Hz között (előre és hátrafelé a nulla fáziseltolódáshoz, hatodik sorrendben) és a 20-ms mozgó négyzetgyökös csúcsok felső 20%-át észleltük. Ezenkívül megkövetelték, hogy a 70-–100-Hz sávút (hatodrendű nulla fáziseltolódás, Butterworth) analitikai amplitúdójának maximális z-pontszáma 3-nál nagyobb legyen, és legalább három különálló oszcillációs ciklus legyen a 120-Hz-es aluláteresztő jelben, amelyet egy 40-ms-os ablak 5 ms-os lépésekben történő eltolása határoz meg ±50 ms-on keresztül a hullámosság felezőpontjához képest, és megköveteli, hogy legalább egy ablaknak legalább három csúcsa legyen . A 25 ms-on belüli szomszédos centrumokat egyesítettük. A hullámzási központokat a maximális pozitív csúcsként határoztuk meg a 70-–100-Hz sávszélességben. A hullámosság kezdetét és eltolódását akkor jelöltük meg, amikor a 70-–100-Hz amplitúdó burkológörbe 0,75-ös z-pontszám alá esett.

Az epileptiform tevékenységek vagy műtermékek elutasítása érdekében a hullámosságokat kizártuk, ha a 100-Hz-es felüláteresztő z-pont abszolút értéke meghaladta a 7-et, vagy 3 mV/ms-nál nagyobb vagy azzal egyenlő LFP változás 2 másodpercen belül következett be. A hullámosságokat szintén kizártuk, ha azok ±500 ms-on belül esnek a feltételezett interiktális tüskékhez, amelyeket az SI függelékben leírtak szerint észleltünk. Annak érdekében, hogy kizárjuk azokat az eseményeket, amelyek az epileptiform aktivitás miatt a csatornák között összekapcsolódhatnak, kizártuk azokat a hullámzásokat, amelyek egybeestek egy feltételezett interictalspike-vel bármely kérgi vagy hippocampális csatornán. Azokat az eseményeket, amelyeknek csak egy kiemelkedő ciklusa vagy elhajlása volt, kizártuk, ha a szélessávú LFP legnagyobb völgytől csúcsig amplitúdója 2,5-szer nagyobb volt, mint a harmadik legnagyobbé. Minden csatornánál vizuálisan megvizsgáltuk az átlagos hullámosság-zárt LFP-t, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy több kiemelkedő ciklus volt a hullámzási frekvencián (70-100 Hz), és megvizsgáltuk az átlagos idő-frekvencia görbét, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a teljesítmény határozottan növekedett a {{ 16}} – 100-Hz sáv. Ezenkívül vizuálisan megvizsgálták a szélessávú LFP-n belüli több egyedi hullámot és az egyes csatornák 70-–100-Hz-es sávát annak igazolására, hogy a hullámzási frekvencián több ciklus zajlik, műtermékek vagy epilepsziaszerű tevékenység általi szennyeződés nélkül. Azokat a csatornákat, amelyek nem tartalmaztak ezeknek a kritériumoknak megfelelő hullámokat, kizárták a vizsgálatból.

Ripple Temporal Relations. Ripple cross-korrelogramokat (a kortikális vagy hippocampális hullámok perikortikális hullámzási idejű hisztogramja egy másik csatornán) számítottunk a helyek közötti hullámos csatolás értékelésére. A B csatornában a Gauss-féle simított (ablak=250 ms, σ=50 ms) hullámosodási központok számát 25- ms-os sávokban számítottuk ki ±1,500- ms-on belül a t hullámosodási középpontokhoz képest A=0 az AA csatorna nulleloszlásában úgy jött létre, hogy a B csatornán lévő hullámzási központok idejét megkeverték (n=200-szer) az A csatornán (t=0) lévő hullámzási központokhoz képest ±1,500 ablak. Az FDR előtti P értékeket úgy számítottuk ki, hogy összehasonlítottuk a megfigyelt és a nulla eloszlásokat minden egyes bin ±500 ms-on keresztül. A P-értékeket ezután FDR-korrigáltuk a betegek közötti csatornapárok számának és a csatornapáronkénti rekeszek számának szorzatához (46). Megállapítottuk, hogy egy csatornapár szignifikáns modulációval rendelkezik, ha legalább három egymást követő bin volt FDR-korrigált P < 0,05, hogy minimalizáljuk a hamis pozitív szignifikancia lehetőségét. Azt, hogy az agykérgi hullámzások vezetnek-e vagy késtek, kétoldalas binomiális teszttel határoztuk meg, 0,5-ös várható értékkel, az eseményszámlálást a t előtti 500 ms és a t=0 utáni 500 ms között. A diagramokhoz 50-ms Gauss-simított (σ=10 ms) eseményszámlálást használtunk 50- ms binekkel.

Cortical Ripple együttes előfordulások. A csatornapárok közötti hullámosság együttes előfordulását úgy azonosították, hogy olyan hullámokat találtak, amelyek legalább 25 ms-ig átfedték egymást. Az egyidejűleg előforduló hullámosodás középpontját a hullámos átfedés időbeli középpontjának megtalálásával határoztuk meg. A hullámosodás egyidejű előfordulásának feltételes valószínűségét úgy számítottuk ki, hogy megtaláltuk az együttes előfordulás valószínűségét (minimum 25- ms átfedés) két csatorna között, tekintettel arra, hogy az egyik csatornában hullámzás volt, minden csatornához külön. Ez történt P(NCjNC) (mindkét sorrend), P(NCjHC) és P(HCjNC) esetében. A kéregben történő hullámzás mértékének bármely pillanatban becsléséhez minden egyes páciens esetében kiszámították annak valószínűségét, hogy a csatornák adott hányada hullámzik bármely időpontban.

A véletlenszerűen megfigyelt kortikális hullámosság együttes előfordulását a korrigáló helyek számának függvényében számítottuk ki. Adott számú webhely hullámzásának egyidejű előfordulásához az összes webhelyen legalább 25- ms hullámos átfedésnek kellett lennie. Az esélyt minden egyes páciensre úgy számították ki, hogy véletlenszerűen keverték össze az összes hely hullámzási korszakait és hullámzási korszakait, és kiszámították az együttes előfordulások átlagos számát a hullámzási helyek minden hányadához (azaz a csatornák hullámzásának számát elosztva a csatornák teljes számával két vagy több csatorna hullámzásának minimális értéke).

Az egyes csatornapárok kérgi hullámosságának egyidejű előfordulásának szignifikanciáját úgy számítottuk ki, hogy összehasonlítottuk a megfigyelt együttes előfordulások számát (25- ms-os minimális átfedés) minden csatornapárnál a keveredési hullámzásokból és a hullámok közötti intervallumokból származó null együttes előfordulási eloszlással. 200-szor egy mozgó, nem átfedő5-perc ablakban, és számolja az együtt előfordulásokat.

Ripple fáziszárás elemzések. Annak meghatározására, hogy a különböző helyeken párhuzamosan előforduló hullámok szinkronizálva vannak-e, a PLV-t, a fáziszárás pillanatnyi mérését (28) használtuk. A PLV időpályáit a Hilbert által 70--re transzformált 100-Hz-es sáváteresztő (nulla fáziseltolás) jelek analitikai szögének felhasználásával számítottuk ki minden csatornapárnál, ha legalább 40 hullámzás volt. legalább 25-ms átfedés mindegyiknél. A PLV-ket 1- ms időpontokban számolták ki az összes ilyen hullámzásban minden csatornapár esetében a hullámzási időközökhöz képest ±500- ms-os ablakon belül. Null eloszlást generáltunk úgy, hogy 200 véletlenszerű időpontot választottunk ki 10-2 másodpercen belül minden hullámzási központhoz képest. Az FDR előtti P értékeket úgy határoztuk meg, hogy összehasonlították a megfigyelt és a nulla eloszlást az 5-msduration binekben (öt 1- ms-os időpont átlaga) ±50 ms-on belül a hullámzási központok körül. Ezek az eloszlások az egyes csatornapárok esetében a hullámzások között ateach 5-ms bin között voltak a hullámosság központjához képest, nem pedig a korippeleken belül. Ezeket a P értékeket azután FDR-korrigáltuk az összes beteg tárolóedényeiben és csatornapárjaiban. Egy csatornapár akkor tekinthető jelentős fáziszárásúnak, ha két egymást követő 5-ms binje volt, amelyeknek az FDR utáni P értéke < 0,05, hogy minimálisra csökkentsék a hamis pozitív eredmények lehetőségét. A fáziszárás modulációt minden csatornapárra kiszámítottuk a átlagos kiindulási PLV ​​500-250 ms-on belül a PLV csúcsig a hullámosság központja körüli ±50 ms-on belül. Külön számításokat végeztünk az NREM-re és az ébrenlétre. A diagramoknál a PLV-nyomokat egy 10-ms Gauss-ablak segítségével simították ki.

A fáziszárolást a további hullámzó helyek arányának függvényében úgy számították ki, hogy azonosították a hullámosságokat a két érdeklődésre számot tartó kérgi csatornán, majd ezeket az eseményeket csoportokba rendezték az alapján, hogy a további helyek hány százalékában volt olyan hullámzás, amely tetszőleges időn keresztül átfedésben volt a hullámzással. a PLV és a ΔPLV csúcs a hullámzási centrumok körül. A csatornapárok PLV-csúcsának diagramja az egyidejűleg előforduló további helyek számának függvényében (pl. 3 az x tengelyen azt jelenti, hogy 2 + 3=5 az összes helyek hullámzása) jelentős PLV-modulációval rendelkező forcsatornapárok.

Az intraripple fáziszárást úgy teszteltük, hogy először nulleloszlást generáltunk öt véletlenszerű fáziskésés PLV-jének kiszámításával 1,000-szer. Ezután a megfigyelt PLV-t a két hullámosság öt csúcsa közötti fáziskésések segítségével számítottuk ki egy olyan hullámban, amely a legközelebb volt a nyomorék időközéppontjához. Ezután minden hullámzáshoz egy egyoldali P értéket számítottunk ki a megfigyelt PLV-vel egyenlő vagy azt meghaladó nulla PLV-k arányaként. Az adatokat azután FDR-korrigáltuk az összes kortiko-kortikális csatornapár összes hullámában, minden betegnél.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS. Köszönjük Adam Niese-nek, Christine Smith-nek, ChristopherGonzaleznek, Daniel Clearynek, Eran Mukamelnek, Erik Kaestnernek, Jacob Garrettnek, Maxim Bazhenovnak, Terrence Sejnowskinak és Zarek Siegelnek a támogatást. Ezt a munkát az Országos Mentális Egészségügyi Intézet (1RF1MH117155-01 és T32MH020002) és az Office of Naval Research Multidiszciplináris Egyetemi Kutatási Kezdeményezés (N00014-16-1-2829) támogatta. Ennek a cikknek egy része a CWD eredeti doktori disszertációjából készült

Referencia

1.MA Wilson, BL McNaughton, Hippocampus ensemble memory újraaktiválása alvás közben.Science 265, 676–679 (1994).

2. G. Buzsaki, Hippocampalis éles hullám-hullámhullám: Egy kognitív biomarker az epizodikus memóriához és a tervezéshez. Hippocampus 25, 1073–1188 (2015).

3. N. Maingret, G. Girardeau, R. Todorova, M. Gutierrez, M. Zugaro, Hippocampo-cortical couplingmediates memória konszolidáció alvás közben. Nat. Neurosci. 19, 959–964 (2016).

4. V. Ego-Stengel, MA Wilson, A hullámzáshoz kapcsolódó hippocampális aktivitás zavara a patkány térbeli tanulásában. Hippocampus 20, 1–10 (2010).

5. D. Khodagholy, JN Gelinas, G. Buzsaki, Learning-enhanced coupling between ripple oscillationsin Association cortices and hippocampus. Science 358, 369–372 (2017).

6. F. Grenier, I. Timofeev, M. Steriade, Focal synchronization of ripples (80-200 Hz) in neocortex andtheir neuron correlates. J. Neurophysiol. 86, 1884–1898 (2001).

7. Y. Norman és munkatársai, Hippocampus éles hullámú hullámzása a vizuális epizodikus emlékezéshez köthető embereknél.Science 365, eaax1030 (2019).

8. AP Vaz, SK Inati, N. Brunel, KA Zaghloul, Coupled ripple oscillations between the medialtemporalis lobe and neocortex retrieve human memory. Science 363, 975–978 (2019).

9. AP Vaz, JH Wittig, Jr, SK Inati, KA Zaghloul, Replay of cortical spiking sequences duringhuman memory retrieval. Science 367, 1131–1134 (2020).

10. N. Nitzan et al., Propagation of hippocampus ripples to a neocortex by way a subiculum retrosplenialis pathway. Nat. Commun. 11, 1947 (2020).

11. CW Dickey et al., Cortical ripples NREM alvás és ébrenlét során emberekben. bioRxiv [Preprint] (2022). https://doi.org/10.1101/2021.05.11.443637 (Hozzáférés: 2022. február 28.).

12. LR Squire, Memory and the hippocampus: Szintézis patkányokkal, majmokkal és emberekkel végzett leletekből. Psychol. Rev. 99, 195–231 (1992).

13. A. Treisman: A kötési probléma megoldásai: Haladás a vitán és a konvergencián keresztül. Neuron 24, 105–110, 111–125 (1999).

14. A. Revonsuo, J. Newman, Binding and consciousness. Tudatos. Cogn. 8, 123–127 (1999).

15. C. von der Malsburg, A kötés mit és miértje: A modellező perspektívája. Neuron 24, 95–104, 111–125 (1999).

For more information:1950477648nn@gmail.com