Αλλαγές συνδεσιμότητας εγκεφάλου κατά τη διάρκεια του ύπνου με διακρανιακή νευροδιέγερση κλειστού βρόχου Πρόβλεψη ευαισθησίας μεταμνήμης Μέρος 4

Σε όλες τις μελέτες, υπάρχει μεγάλη μεταβλητότητα στις ζώνες συχνοτήτων που επιλέγονται για την οριοθέτηση αργών και γρήγορων αξόνων (Ayoub et al., 2013; Holz et al., 2012; Schabus et al., 2007) και πρόσφατα στοιχεία δείχνουν ότι αυτές οι οριοθετήσεις μπορεί να διαφέρουν σε κάθε άτομο. (Cox et al., 2017).

Ο γρήγορος άξονας είναι μια περιοχή του εγκεφάλου μας που σχετίζεται στενά με τη μνήμη μας. Η έρευνα δείχνει ότι όταν εμπλεκόμαστε στη διαδικασία της μάθησης και της μνήμης, οι γρήγορες άξονες γίνονται πιο ενεργές, βελτιώνοντας έτσι τη μνήμη μας.

Η λειτουργία των γρήγορων ατράκτων είναι να ενισχύουν και να εδραιώνουν τις αναμνήσεις μας. Όταν λαμβάνουμε νέες πληροφορίες, οι γρήγοροι άξονες συλλέγουν πληροφορίες από άλλες περιοχές του εγκεφάλου και τις μετατρέπουν σε θραύσματα μνήμης που μπορούμε να αποθηκεύσουμε και να ανακαλέσουμε. Επομένως, οι γρήγορες άξονες είναι ζωτικής σημασίας για τις διαδικασίες μάθησης και μνήμης.

Πώς λοιπόν να βελτιώσουμε τη γρήγορη λειτουργία του άξονα μας; Πρώτα από όλα, πρέπει να διατηρήσουμε καλές συνήθειες ζωής. Ο επαρκής ύπνος, η υγιεινή διατροφή και η τακτική άσκηση παίζουν σημαντικό ρόλο στην υγεία και τη λειτουργία του γρήγορου άξονα σας. Επιπλέον, η εστίαση στη μάθηση και τη σκέψη μπορεί να τονώσει τη δραστηριότητα των γρήγορων ατράκτων και να βελτιώσει τη μνήμη μας.

Με λίγα λόγια, οι γρήγοροι άξονες είναι άρρηκτα συνδεδεμένοι με τη μνήμη μας. Διατηρώντας μια υγιή ζωή και δίνοντας προσοχή στη μάθηση, μπορούμε να βελτιώσουμε τη γρήγορη λειτουργία του άξονα και να βελτιώσουμε τη μνήμη μας, για να αντιμετωπίσουμε καλύτερα τις προκλήσεις στη ζωή και τη μάθηση. Ας είμαστε αισιόδοξοι και ας δουλέψουμε σκληρά για ένα καλύτερο μέλλον. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola είναι ένα παραδοσιακό κινέζικο φαρμακευτικό υλικό που έχει πολλά μοναδικά αποτελέσματα, ένα από τα οποία είναι η βελτίωση της μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του Cistanche deserticola προέρχεται από τα πολλά ενεργά συστατικά που περιέχει, όπως ταννικό οξύ, πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή γλυκοσίδες κ.λπ. Αυτά τα συστατικά μπορούν να προάγουν την υγεία του εγκεφάλου με διάφορους τρόπους.

Κάντε κλικ στο Μάθετε 10 τρόπους για να βελτιώσετε τη μνήμη

Επιλέξαμε ως ζώνες 8–12 Hz και 12–15 Hz για να διερευνήσουμε ξεχωριστά τις αργές έναντι των γρήγορων αξόνων και τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι η συνδεσιμότητα στη ζώνη γρήγορης ατράκτου διαμορφώθηκε ειδικά από STAMP.

Ωστόσο, μπορεί να υπάρχει μεταβλητότητα στις οριοθετήσεις της ζώνης ατράκτου μεταξύ των συμμετεχόντων στο πείραμα, οδηγώντας στην επικάλυψη αργής και γρήγορης δραστηριότητας ατράκτου σε αυτές τις ζώνες.Στα δεδομένα μας, τα μήκη διαδρομής στις ζώνες 8-12 Hz και 12-15 Hz είχαν υψηλή συσχέτιση (r=0.88), υποδηλώνοντας υψηλό βαθμό επικάλυψης μεταξύ αυτών των ζωνών συχνοτήτων.

Έτσι, ισχυριζόμαστε εδώ ότι η δραστηριότητα της ατράκτου τροποποιήθηκε από τα STAMP, αλλά θα απαιτηθεί περαιτέρω ανάλυση για να διαχωριστεί συγκεκριμένα μεταξύ των γρήγορων και των αργών αξόνων. Επιπλέον, χρησιμοποιήσαμε μια προσέγγιση που βασίζεται στη ζώνη συχνοτήτων για να προσαρμόσουμε τη συνδεσιμότητα και την ανάλυση μηχανικής μάθησης που εφαρμόσαμε. Ωστόσο, οι άξονες είναι παροδικά γεγονότα που συμβαίνουν για λίγο στο χρόνο.

Ενώ η προσέγγιση πιθανότατα κατέγραψε δραστηριότητα που σχετίζεται με ατράκτους, μια πιο εστιασμένη προσέγγιση βασισμένη σε γεγονότα στην οποία προσδιορίζονται συγκεκριμένα γεγονότα ατράκτου μπορεί να διευκρινίσει περαιτέρω τον ρόλο τους στη μεταγνώση.

Τα αποτελέσματα της ανάλυσης παλινδρόμησης έδειξαν ότι οι αλλαγές στο μήκος της διαδρομής στη ζώνη βήτα σχετίζονταν με αλλαγές στην ευαισθησία της μνήμης από την προϋπνία στην κατάσταση μετά τον ύπνο στην κατάσταση Ενεργό. Η αναφερόμενη σχέση ήταν σε λογική κατεύθυνση, με χαμηλότερο μήκος διαδρομής (μεγαλύτερη αποδοτικότητα) που σχετίζεται με βελτιώσεις στη μεταγνωστική απόδοση.

Λάβετε υπόψη ότι το μήκος της διαδρομής βήτα δεν διέφερε σημαντικά μεταξύ των συνθηκών Active και Sham, υποδηλώνοντας ότι το αποτέλεσμα καταγράφει πιο λεπτομερείς ατομικές διαφορές, στις οποίες τα άτομα που παρουσιάζουν αναδιοργάνωση δικτύου προς μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα μετά από διέγερση STAMP παρουσιάζουν μεγαλύτερη βελτίωση της μεταμνήμης κατά τη διάρκεια της νύχτας από εκείνα που δεν το κάνουν.

Αυτό συζητείται περαιτέρω στις Υποστηρικτικές Πληροφορίες. Αυτό το εύρημα είναι αρκετά νέο, καθώς καμία προηγούμενη μελέτη από τις γνώσεις μας δεν έχει εξετάσει αλλαγές στη λειτουργική συνδεσιμότητα μετά από διέγερση κατά τη διάρκεια του ύπνου που σχετίζονται με αλλαγές συμπεριφοράς.

 Μελέτες που διερευνούν την οπτικοκινητική μάθηση και απόδοση, όπως με εργασίες ανίχνευσης καθρέφτη, έχουν αναφέρει αλλαγές στον συγχρονισμό και τη συνδεσιμότητα της ζώνης βήτα κατά τη διάρκεια και μετά την εργασία (Classen et al., 1998; Kilner et al., 2004; Piantoni et al., 2015) Ωστόσο, μελέτες που εξετάζουν τις σχέσεις συνδεσιμότητας-θεωρίας γραφημάτων με την απόδοση της επεισοδιακής μνήμης, που δοκιμάστηκε στο τρέχον πείραμα, γενικά δεν έχουν εξετάσει ούτε έχουν αναφερθεί αλλαγές στη συνδεσιμότητα της ζώνης βήτα (Burke et al., 2013).

Ωστόσο, οι αλλαγές στο μήκος του βήτα μονοπατιού έχουν συσχετιστεί με την εξέλιξη της νόσου του Alzheimer-δηλαδή, οι ασθενείς με νόσο του Alzheimer εμφανίζουν υψηλότερα μήκη διαδρομής βήτα από τους υγιείς μάρτυρες και το μήκος βήτα μονοπατιού συσχετίζεται αρνητικά με τη βαθμολογία της εξέτασης ελάχιστης νοητικής κατάστασης (MMSE) (Stam et al. ., 2006). Επιπλέον, έρευνα στην ταλαντωτική νευροφυσιολογία του ύπνου έχει δείξει ότι ταχύτερη ρυθμική δραστηριότητα (δηλαδή στο εύρος βήτα/γάμα) υπάρχει και διατηρείται κατά τη φάση αποπόλωσης του αργού κύματος και απουσιάζει σε μεγάλο βαθμό κατά τη φάση υπερπόλωσης (Compte et al., 2008; Steriade , 2006, Steriade et al., 1996).

Αυτή η αυξημένη δραστηριότητα μπορεί να συνδέεται ειδικά με νοραδρενεργικούς νευρώνες στο σύστημα locus coeruleus (Eschenko et al., 2012), που μπορεί να προάγει την πλαστικότητα του φλοιού, ένα σημαντικό συστατικό της εδραίωσης της μνήμης.

Έτσι, υπάρχει πιθανότητα η οργάνωση και δραστηριότητα δικτύου βήτα ζώνης κατά τη διάρκεια SWO να είναι γενικά μια σημαντική πτυχή της λειτουργίας επεισοδιακής μνήμης και των διαδικασιών ενοποίησης, η οποία μπορεί να στοχευτεί και να ενισχυθεί μέσω συγκεκριμένης διέγερσης STAMP. Ένας πιθανός περιορισμός της τρέχουσας μελέτης είναι η έλλειψη συνθήκη ελέγχου για τον αποκλεισμό της συνολικής επίδρασης της διέγερσης στη συνδεσιμότητα.

Συγκεκριμένα, θα μπορούσαν να είχαν εφαρμοστεί STAMP κατά τη διάρκεια του ύπνου που δεν ήταν συνδεδεμένα με κανένα επεισόδιο κατά τη διάρκεια της κωδικοποίησης για να συγκριθούν οι αλλαγές συνδεσιμότητας μετά από STAMP με ετικέτα με αλλαγές μετά από STAMP χωρίς ετικέτα.

Δεδομένου του περιορισμένου αριθμού STAMP και της πολυπλοκότητας του πειραματικού σχεδιασμού, επιλέξαμε να μεγιστοποιήσουμε τη στατιστική μας ισχύ χρησιμοποιώντας όλα τα STAMP για να υποκινήσουμε τη μνήμη κατά τη διάρκεια του ύπνου.

Ωστόσο, αυτή η συνθήκη θα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμη για την κατανόηση των αποτελεσμάτων ταξινόμησης μας. Επί του παρόντος, μπορούμε να πούμε ότι τα επιλεγμένα χαρακτηριστικά μπορούν να οριοθετήσουν τις συνθήκες Active και Sham, και αυτό μπορεί να οφείλεται σε διαδικασίες ενοποίησης στη συνθήκη Active σε σύγκριση με τη συνθήκη Sham. Ωστόσο, αυτές μπορεί επίσης να είναι γενικές αλλαγές μετά από διέγερση.

Αντίθετα, είμαστε βέβαιοι ότι η σχέση του μήκους της διαδρομής βήτα με τις αλλαγές ευαισθησίας στη μεταμνήμη σχετίζεται με τις διαδικασίες ενοποίησης που εξαρτώνται από τον ύπνο.

Τα αποτελέσματα συμπεριφοράς μας δείχνουν ότι η διέγερση STAMP οδήγησε σε οφέλη για την κατάσταση Tag & Cue σε σύγκριση με τις άλλες συνθήκες, επιδεικνύοντας ένα συγκεκριμένο όφελος σε αντίθεση με ένα πιο γενικό όφελος που προκαλείται από τη διέγερση στη μεταμνήμη. Σύμφωνα με αυτό, οι αλλαγές στο μήκος της διαδρομής βήτα προέβλεπαν ειδικά αλλαγές στις αλλαγές AUC Tag & Cue και δεν ήταν προγνωστικές της ευαισθησίας στη συνθήκη Sham.

Προηγούμενη εργασία που εξέταζε τη συνδεσιμότητα του εγκεφάλου με μέτρα θεωρίας γραφημάτων είχε συχνά μια πιο περιορισμένη προσέγγιση εξετάζοντας συγκεκριμένα μέτρα ή συγκεκριμένες ζώνες ενδιαφέροντος συχνοτήτων (Sadaghiani et al., 2015; Song et al., 2014).

Επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε μια προσέγγιση μηχανικής μάθησης αναζήτησης μέσω μιας μεγάλης συλλογής μέτρων σε διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων για να εντοπίσουμε σημαντικές αλλαγές μετά από διέγερση και να χρησιμοποιήσουμε διασταυρούμενη επικύρωση και σύγκριση με βασικά μοντέλα για να επικυρώσουμε τα ευρήματά μας. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν είναι χωρίς περιορισμούς.

Τα επιλεγμένα χαρακτηριστικά ενδέχεται να διαφέρουν ανάλογα με τον αλγόριθμο ή το σύνολο των βημάτων επεξεργασίας που έχουν επιλεγεί. Επιπλέον, για να βελτιώσουμε σημαντικά την απόδοση, καταργήσαμε ιδιαίτερα συγγραμμικά χαρακτηριστικά - ωστόσο, αυτά τα χαρακτηριστικά που αφαιρέθηκαν θα μπορούσαν ενδεχομένως να εξακολουθούν να έχουν θεωρητικό ενδιαφέρον.

Πραγματοποιήσαμε στατιστικές δοκιμές παρακολούθησης για να διασφαλίσουμε ότι το τελικό μας σύνολο επιλεγμένων χαρακτηριστικών διέφερε στατιστικά μεταξύ των συνθηκών διέγερσης ή/και πρόβλεψης απόδοσης. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν άλλα χαρακτηριστικά συνδεσιμότητας σε ορισμένες ζώνες που επίσης διαμορφώνονται σημαντικά από STAMP ή/και είναι προγνωστικά της συμπεριφοράς, αλλά απλώς δεν επιλέχθηκαν από τον αλγόριθμο.

Ωστόσο, πιστεύουμε ότι η σχέση μήκους διαδρομής βήτα με τη συμπεριφορά είναι ισχυρή, καθώς θεωρούνταν σταθερά πολύ σημαντική από τον αλγόριθμο Boruta και προέβλεπε σημαντικά τα δεδομένα συμπεριφοράς και αυτό το αποτέλεσμα πιθανότατα δεν θα είχε βρεθεί αν είχαμε εξετάσει μόνο περισσότερα τυπικά μέτρα και ζώνες συχνοτήτων. Μελλοντικές μελέτες ενδέχεται να προσδιορίσουν τον συγκεκριμένο ρόλο που παίζει η συνδεσιμότητα δικτύου βήτα στην επεισοδιακή μνήμη και στις διαδικασίες λήψης αποφάσεων.

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από την DARPA και το Γραφείο Ερευνών Στρατού. Οι απόψεις, οι απόψεις ή/και τα ευρήματα που εκφράζονται ανήκουν στον συγγραφέα και δεν θα πρέπει να ερμηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσημες απόψεις ή πολιτικές του Υπουργείου Άμυνας ή της Κυβέρνησης των Ηνωμένων Πολιτειών.

ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ

Οι δυνατότητες συνδεσιμότητας, καθώς και οι τιμές ευαισθησίας μεταμνήμης, περιλαμβάνονται στις διαθέσιμες πληροφορίες υποστήριξης για αυτό το άρθρο.

ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΕΣ ΣΥΓΓΡΑΦΕΩΝ

Ryan Hubbard: Conceptualization; Επίσημη ανάλυση; Μεθοδολογία; Συγγραφή – πρωτότυπο προσχέδιο; Συγγραφή – κριτική & επιμέλεια. Iman Zadeh: Conceptualization; Επίσημη ανάλυση; Μεθοδολογία;Πόροι; Λογισμικό; Γραφή – πρωτότυπο προσχέδιο. Aaron Jones: Επιμέλεια δεδομένων. Πόροι. BradleyRobert: Επιμέλεια δεδομένων. Πόροι. Natalie Bryant: Επιμέλεια δεδομένων. Πόροι; Software.Vincent Clark: Επιμέλεια δεδομένων; Πόροι. Praveen Pilly: Conceptualization; Επίσημη Ανάλυση; Απόκτηση χρηματοδότησης; Ερευνα; Διαχείριση έργου; Εποπτεία; Συγγραφή – πρωτότυπο προσχέδιο; Συγγραφή – κριτική & επιμέλεια.

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗΣ

Praveen Pilly, Defense Advanced Research Projects Agency (https://dx.doi.org/10.13039/100000185), Αναγνωριστικό βραβείου: W911NF-16-C-0018.

ΔΗΛΩΣΗ ΣΥΓΚΡΟΥΣΗΣ ΣΥΜΦΕΡΟΝΤΩΝ

Ο τελευταίος συγγραφέας, ο Praveen K. Pilly, έχει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σχετικά με τη χρήση διακρανιακής ηλεκτρικής διέγερσης στοχευμένης επανενεργοποίησης μνήμης (Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ Νο. 10,307,592). Ο Vincent P. Clark είναι επιστημονικός σύμβουλος της NeuroGeneces, LLC. Όλοι οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη χωρίς να υπάρχουν άλλα ανταγωνιστικά οικονομικά ή μη συμφέροντα.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ

1.Anderson, KL, Rajagovindan, R., Ghacibeh, GA, Meador, KJ, & Ding, M. (2009). Οι ταλαντώσεις θήτα μεσολαβούν στην αλληλεπίδραση μεταξύ του προμετωπιαίου φλοιού και του έσω κροταφικού λοβού στην ανθρώπινη μνήμη. Cerebral Cortex, 20(7), 1604–1612. https://doi.org/10.1093/cursor/bhp223, PubMed: 19861635

2. Antony, JW, Gobel, EW, O'Hare, JK, Reber, PJ & Paller,KA (2012). Η επανενεργοποίηση της μνήμης κατά τη διάρκεια του ύπνου επηρεάζει τη μάθηση δεξιοτήτων. Nature Neuroscience, 15, 1114–1116. https://doi.org/10.1038/nn.3152, PubMed: 22751035

3.Ayoub, A., Aumann, D., Hörschelmann, A., Kouchekmanesch, A.,Paul, P., Born, J., & Marshall, L. (2013). Διαφορικές επιδράσεις στη δραστηριότητα της ταχείας και αργής ατράκτου και στην αργή ταλάντωση του ύπνου στους ανθρώπους με καρβαμαζεπίνη και φλουναριζίνη για να ανταγωνίζεται τη δραστηριότητα των καναλιών Na+ και Ca{4}} που εξαρτάται από την τάση. Sleep, 36(6),905–911. https://doi.org/10.5665/sleep.2722, PubMed: 23729934

4.Backus, AR, Schoffelen, JM, Szebényi, S., Hanslmayr, S., &Doeller, CF (2016). Οι ταλαντώσεις ιππόκαμπου-προμετωπιαίου θήτα υποστηρίζουν την ενσωμάτωση της μνήμης. Current Biology, 26(4), 450–457.https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.12.048, PubMed: 26832442

5. Baird, B., Smallwood, J., Gorgolewski, KJ, & Margulies, DS(2013). Τα έσω και τα πλάγια δίκτυα στον πρόσθιο προμετωπιαίο φλοιό υποστηρίζουν τη μεταγνωστική ικανότητα για μνήμη και αντίληψη.Journal of Neuroscience, 33(42), 16657-16665. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0786-13.2013, PubMed: 24133268

6. Barahona, M., & Pecora, LM (2002). Συγχρονισμός σε συστήματα μικρού κόσμου. Physical Review Letters, 89(5), 054101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.054101, PubMed: 12144443

7. Bassett, DS, & Bullmore, ED (2006). Δίκτυα εγκεφάλου του μικρού κόσμου. The Neuroscientist, 12(6), 512–523. https://doi.org/10.1177/1073858406293182, PubMed: 17079517

8.Benchenane, K., Peyrache, A., Khamassi, M., Tierney, PL, Gioanni,Y., Battaglia, FP, &Wiener, SI (2010). Συνεκτικές ταλαντώσεις θήτα και αναδιοργάνωση του χρονισμού της ακίδας στο ιππόκαμπο-προμετωπιαίο δίκτυο κατά τη μάθηση. Neuron, 66(6), 921–936. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2010.05.013, PubMed: 20620877

9. Benjamini, Υ., & Hochberg, Υ. (1995). Έλεγχος της ψευδούς ανακάλυψης: Μια πρακτική και ισχυρή προσέγγιση για πολλαπλές δοκιμές. Journalof the Royal Statistical Society, 57, 289–300.

10.Berens, P. (2009). CircStat: Μια εργαλειοθήκη MATLAB για κυκλικά στατιστικά. Journal of Statistical Software, 31(10), 1–21.

For more information:1950477648nn@gmail.com