Η σύζευξη άτρακτου-αργή ταλάντωσης συσχετίζεται με την απόδοση της μνήμης και τις αλλαγές συνδεσιμότητας σε ένα δίκτυο ιππόκαμπου μετά τον ύπνο

Αφηρημένη

Αφού κωδικοποιηθούν οι εμπειρίες, έχουν προταθεί επαναενεργοποιήσεις μετά την κωδικοποίηση κατά τη διάρκεια του ύπνου για να μεσολαβήσουν στη μακροπρόθεσμη εδραίωση της μνήμης. Η σύζευξη ατράκτου-αργής ταλάντωσης κατά τη διάρκεια του ύπνου NREM είναι ένας υποψήφιος μηχανισμός μέσω του οποίου ένας φλοιώδης διάλογος του ιππόκαμπου μπορεί να ενισχύσει ένα νεοσχηματισμένο εγγράμμα μνήμης. Εδώ, διερευνήσαμε τον ρόλο της σύζευξης γρήγορης ατράκτου και αργής ατράκτου-αργής ταλάντωσης στην εδραίωση της χωρικής μνήμης στους ανθρώπους με μια εργασία εικονικού υδατολαβήθρου που περιλαμβάνει αλοκεντρικές και εγωκεντρικές στρατηγικές μάθησης. Επιπλέον, αναλύσαμε τον τρόπο με τον οποίο η λειτουργική συνδεσιμότητα κατάστασης ηρεμίας εξελίχθηκε σε όλη τη μάθηση, την ενοποίηση και την ανάκτηση αυτής της εργασίας χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση που βασίζεται σε δεδομένα. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν αλλαγές συνδεσιμότητας που σχετίζονται με εργασίες στο δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου, στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας και στο δίκτυο του ιππόκαμπου κατά την ανάπαυση μετά την εργασία. Το δίκτυο του ιππόκαμπου θα μπορούσε περαιτέρω να διαιρεθεί σε δύο υποδίκτυα από τα οποία μόνο το ένα παρουσίαζε διαμόρφωση από τον ύπνο. Η μειωμένη λειτουργική συνδεσιμότητα σε αυτό το υποδίκτυο συσχετίστηκε με υψηλότερη ισχύ σύζευξης άξονα-αργής ταλάντωσης, η οποία συσχετίστηκε επίσης με καλύτερη απόδοση μνήμης στη δοκιμή. Συνολικά, αυτή η μελέτη συμβάλλει σε μια πιο ολιστική κατανόηση των λειτουργικών δικτύων ηρεμίας και των μηχανισμών κατά τη διάρκεια του ύπνου που σχετίζονται με την εδραίωση της χωρικής μνήμης.

Εμπειρία Cistanche-Βελτίωση της μνήμης

ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ

ενοποίηση μνήμης, δίκτυα ηρεμίας, ύπνος, αργές ταλαντώσεις, άτρακτοι

1|ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η θεωρία ενοποίησης συστημάτων είναι ένα από τα πιο ευρέως μελετημένα πλαίσια σχηματισμού μακροπρόθεσμης μνήμης. Η θεωρία υποστηρίζει ότι τα ασταθή εγγράμματα στον εγκέφαλο, που κωδικοποιούνται κατά τη διάρκεια της μάθησης, ενισχύονται μέσω επαναλαμβανόμενης επανενεργοποίησης. Με την πάροδο του χρόνου, αυτή η διαδικασία μπορεί να οδηγήσει σε μια πιο σταθερή μακροπρόθεσμη αναπαράσταση - ένα ενοποιημένο ίχνος μνήμης (Squire et al., 2015). Οι επανενεργοποιήσεις του εγγράμματος πιστεύεται ότι συμβαίνουν κυρίως κατά τη διάρκεια του ύπνου, αλλά μπορούν επίσης να παρατηρηθούν κατά την ήρεμη ανάπαυση. Ένας πιθανός βασικός μηχανισμός που υποβόσκει την ενοποίηση συστημάτων αποτελεί τον ιεραρχικό συντονισμό τριών τύπων συμβάντων κατά τη διάρκεια του ύπνου με μη γρήγορη κίνηση των ματιών (NREM): (1) αργές ταλαντώσεις του φλοιού υψηλού πλάτους, (2) ατράκτους που οδηγούνται από τον θαλαμικό σύμμαχο και (3) ιππόκαμποι απότομοι κυματισμοί. Η ενορχήστρωση αυτών των ταλαντώσεων που οδηγείται από την αποτρίχωση και την εξασθένηση των αργών ταλαντώσεων στον προμετωπιαίο φλοιό (Helfrich et al., 2019) πιστεύεται ότι θέτει ιδανικά χρονικά παράθυρα για τη μεταφορά πληροφοριών του ιππόκαμπου στον φλοιό (Sirota et al., 2003) και στον εγκέφαλο - ευρείες διαδικασίες συναπτικής ενοποίησης στις οποίες βασίζεται η ενοποίηση συστημάτων (Genzel, 2020; Genzel, Kroes, et al., 2014; Navarro-Lobato & Genzel, 2020). Στους ανθρώπους, έχουν αναγνωριστεί σταθερά δύο είδη ατράκτων: αργοί άξονες (~ 9-12,5 Hz) και γρήγοροι άτρακτοι (~ 12,5-16 Hz), οι οποίοι είναι πιο εμφανείς στις μετωπιαίες και κεντρο-βρεγματικές περιοχές, αντίστοιχα (Adamczyk et al. , 2015· Anderer et al., 2001). Και οι δύο τύποι ατράκτου συνδέονται με αργές ταλαντώσεις. Ενώ οι γρήγορες άξονες είναι συχνά φωλιασμένες στη διεγέρσιμη ανοδική κατάσταση της αργής ταλάντωσης, οι αργές άξονες εμφανίζονται συνήθως κατά τη μεταβατική περίοδο στην ανασταλτική καθοδική κατάσταση της αργής ταλάντωσης (Molle et al., 2011). Οι γρήγορες άξονες έχουν εμπλακεί ως διευκολυντής της μεταφοράς πληροφοριών μεταξύ του ιππόκαμπου και του νεοφλοιού, καθώς συμπίπτουν με τους κυματισμούς του ιππόκαμπου αιχμηρού κύματος (Staresina et al., 2015). Οι αργές άξονες, οι οποίες προηγούνται κυρίως από κυματισμούς, μπορεί να σχετίζονται με μια φλοιώδη διασύνδεση μεταφερόμενων πληροφοριών και τη διαμόρφωση του προμετωπιαίου κυκλώματος για να σχηματίσουν μια αναπαράσταση νεοφλοιώδους μνήμης (Molle et al., 2011). Ωστόσο, μόνο σε ανθρώπινες μελέτες, υπάρχει μια σταθερή διαίρεση μεταξύ αργών και γρήγορων αξόνων. Δεδομένου ότι αυτή η υποδιαίρεση γίνεται σπάνια στην έρευνα σε ζώα, λείπουν συγκεκριμένα στοιχεία για διαφορετική λειτουργία κάθε τύπου ατράκτου. Η επίδραση αυτών των δύο τύπων ατράκτου στη συμπεριφορά είναι ακόμη λιγότερο πειστική. Πρόσφατα ευρήματα ΗΕΓ έδειξαν ότι η μεγαλύτερη ποσότητα και η αυξημένη συνέπεια στη σύζευξη γρήγορων ατράκτων και αργών ταλαντώσεων σχετίζονται με αυξημένη απόδοση δηλωτικής μνήμης (Hahn et al., 2020; Muehlroth et al., 2019; Niknazar et al., 2015) . Η πειραματική ενίσχυση του συντονισμού μεταξύ κυματισμών αιχμηρού κύματος ιππόκαμπου, αργών ταλαντώσεων και μετωπιαίων ατράκτων σε τρωκτικά - πιθανώς το ανάλογο των ανθρώπινων αργών ατράκτων - οδήγησε επίσης σε αυξημένη απόδοση μνήμης (Maigret et al., 2016). Αντίθετα, τα προκαταρκτικά ευρήματα σχετικά με τη σύζευξη αργής ταλάντωσης ατράκτου στους ανθρώπους υποδεικνύουν μειωμένη απόδοση δηλωτικής μνήμης με αυξημένη σύζευξη αργής ταλάντωσης ατράκτου ή καθόλου επίδραση (Barakat et al., 2011; Muehlroth et al., 2019). Επομένως, είναι σημαντικό να ξεμπερδέψουμε τη συμπεριφορική συνάφεια και των δύο τύπων ατράκτου στην ενοποίηση μνήμης. Δεδομένης της σημασίας του ύπνου και του ιππόκαμπου στην ενοποίηση εκτός σύνδεσης, έχει υποτεθεί ότι ο ύπνος παίζει ξεχωριστό ρόλο στην εδραίωση των εξαρτώμενων από τον ιππόκαμπο σε αντίθεση με τις «μη εξαρτώμενες από τον ιππόκαμπο» μνήμες. Αυτοί οι δύο τύποι αναμνήσεων μπορούν να διερευνηθούν χρησιμοποιώντας παραδείγματα χωρικής πλοήγησης. Η πλοήγηση σε ένα περιβάλλον περιλαμβάνει τη χρήση διαφορετικών στρατηγικών πλοήγησης, δηλαδή αλλοκεντρικών και εγωκεντρικών στρατηγικών (για μια ανασκόπηση Ekstrom et al., 2017). Σε ένα αλλοκεντρικό πλαίσιο αναφοράς, ο πλοηγός μπορεί να συμπεράνει τη θέση του με βάση τις σχετικές θέσεις των σταθερών ορόσημων. Η αλλοκεντρική χωρική μάθηση προτείνεται να βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στον ιππόκαμπο καθώς απαιτεί έναν χωρικό γνωστικό χάρτη των θέσεων ορόσημων (O'Keefe & Nadel, 1978). Αντίθετα, το εγωκεντρικό πλαίσιο αναφοράς αλλάζει συνεχώς με την κίνηση του πλοηγού. Κατά τη διάρκεια της εγωκεντρικής χωρικής μάθησης, ο πλοηγός πρέπει να παρακολουθεί την απόσταση που μετακινείται και την κατεύθυνση για την οποία το ραχιαίο ραβδωτό σώμα έχει αναγνωριστεί ως κρίσιμη δομή (McDonald & White, 1994). Μπορεί επομένως να προταθεί ότι, σε ένα χωρικό πλαίσιο, οι μηχανισμοί ενοποίησης διαφέρουν μεταξύ αλλοκεντρικών και εγωκεντρικών συνθηκών προπόνησης και επηρεάζουν ανάλογα την απόδοση της μνήμης. Ωστόσο, πρόσφατα στοιχεία υποδεικνύουν τη συμμετοχή του ιππόκαμπου στην ενοποίηση κατά τη διάρκεια του ύπνου, ακόμη και για τις προηγουμένως θεωρούμενες μη εξαρτώμενες από τον ιππόκαμπο μνήμες (Sawangjit et al., 2018· Schapiro et al., 2019) και παρόμοιες αλλαγές λειτουργικού δικτύου μετά τον ύπνο σε αλλοκεντρικές και εγωκεντρικές εκπαίδευση με κόλπα (Samanta et al., 2021). Επομένως, παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα για το πώς ενοποιούνται οι χωρικές πληροφορίες των δύο πλαισίων αναφοράς κατά τη διάρκεια του ύπνου και πώς αυτοί οι μηχανισμοί επηρεάζουν την απόδοση της μνήμης. Αν και πολλή δουλειά έχει επικεντρωθεί στον ρόλο του ύπνου στην παγίωση της μνήμης των συστημάτων, μελέτες τόσο σε τρωκτικά (Davidson et al., 2009; Diba & Buzsáki, 2007) όσο και σε ανθρώπους (Schuck & Niv, 2019; Tambini & Davachi, 2013) έχουν δείξει διεργασίες ενοποίησης σε όλο το σύστημα κατά τις περιόδους εγρήγορσης ανάπαυσης αμέσως μετά τη μάθηση. Παρόμοια με την ενοποίηση που εξαρτάται από τον ύπνο, οι αναπαραστάσεις συμβάντων ενεργοποιούνται ξανά αυθόρμητα στο δίκτυο ιππόκαμπου-θαλαμοκορτικοειδούς κατά τη διάρκεια της ανάπαυσης μετά την κωδικοποίηση (για μια λεπτομερή ανασκόπηση, βλέπε Tambini & Davachi, 2019). Σημαντικοί κόμβοι αυτών των επανενεργοποιήσεων πιστεύεται ότι ενσωματώνουν το δίκτυο του ιππόκαμπου με επίκεντρο τον έσω κροταφικό φλοιό και τον οπισθοσπληνικό φλοιό (van Buuren et al., 2019), καθώς και αλληλεπιδράσεις μεταξύ κόμβων του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας (Lin et al., 2017) και δίκτυα που σχετίζονται με εργασίες (π.χ. το δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου· Sneve et al., 2017). Μεγαλύτερα επίπεδα λειτουργικής συνδεσιμότητας σε κατάσταση ηρεμίας μεταξύ περιοχών ειδικών για τα ερεθίσματα και του ιππόκαμπου φάνηκε να προβλέπει τη μελλοντική ικανότητα ανάκτησης μιας μνήμης (Tambini et al., 2010). Επιπλέον, η λειτουργική συνδεσιμότητα αμέσως μετά την εκμάθηση καθώς και η ποσότητα της επανενεργοποίησης του ιππόκαμπου προέβλεπαν την επακόλουθη διατήρηση της μνήμης κατά τη διάρκεια της νύχτας, υποδηλώνοντας μια συμπληρωματική σχέση μεταξύ της επανενεργοποίησης της εγρήγορσης ηρεμίας και της μετέπειτα ενοποίησης κατά τη διάρκεια του ύπνου (Schapiro et al., 2018). Ενώ οι περισσότερες προηγούμενες μελέτες εξετάζουν χωριστά έναν τύπο μετα-κωδικοποιητικής περιόδου (δηλαδή, ανάπαυση ή ύπνο), οι μελέτες που διερευνούν τις διαδικασίες ενοποίησης και στις δύο περιόδους είναι απαραίτητες για να αποκτηθεί μια ολιστική κατανόηση των παραλληλισμών μεταξύ των μηχανισμών ενοποίησης κατά τη διάρκεια αυτών των διακριτών εγκεφαλικών καταστάσεων. Έτσι, η παρούσα μελέτη στοχεύει να παρέχει μέτρα εντός της μελέτης σε διαφορετικές καταστάσεις εγκεφάλου μετά την κωδικοποίηση και να δείξει τη σχέση τους με την απόδοση της μνήμης σε μια εργασία χωρικής πλοήγησης. Η μελέτη μας ακολουθεί τις έρευνές μας σχετικά με την επίδραση του ύπνου στις αναπαραστάσεις αλλοκεντρικής και εγωκεντρικής μνήμης σε ανθρώπους και αρουραίους (Samanta et al., 2021). Οι συμμετέχοντες πραγματοποίησαν ένα ανθρώπινο ανάλογο του υδατολαβήθρου (Morris, 1981), ένα επικυρωμένο παράδειγμα για τη μελέτη διαφορετικών πτυχών της χωρικής πλοήγησης (Müller et al., 2018; Schoenfeld et al., 2017). Ενώ οι Samanta et al. (2021) επικεντρώθηκε σε δεδομένα εργασίας-fMRI κατά τη διάρκεια της εκμάθησης και της ανάκτησης, εδώ εστιάσαμε σε δεδομένα fMRI σε κατάσταση ηρεμίας και σε δεδομένα EEG ύπνου. Έτσι, η λειτουργική συνδεσιμότητα κατάστασης ηρεμίας σε σχετικά δίκτυα αξιολογήθηκε πριν και μετά την εκμάθηση και την ανάκτηση της εργασίας μνήμης στην οποία οι συμμετέχοντες είτε συμμετείχαν σε αλλοκεντρική είτε εγωκεντρική χωρική πλοήγηση. Το EEG χρησιμοποιήθηκε μεταξύ των δύο συνεδριών εργασιών για τη μέτρηση των διαδικασιών ενοποίησης που σχετίζονται με τον ύπνο NREM (δηλαδή, ιδιότητες ατράκτου και αργής ταλάντωσης και η σύζευξή τους). Υιοθετήσαμε μια προσέγγιση που βασίζεται σε δεδομένα (Ribeiro de Paula et al., 2017) για να διερευνήσουμε την εξέλιξη της λειτουργικής συνδεσιμότητας σε κατάσταση ηρεμίας κατά τη χωρική μάθηση, την ενοποίηση και την ανάκτηση μνήμης. Τα δίκτυα σε κατάσταση ηρεμίας επιλέχθηκαν με βάση τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από τους Samanta et al. (2021), συμπεριλαμβανομένου του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας, του δικτύου ιππόκαμπου και του σωστού δικτύου εκτελεστικού ελέγχου. Για να δημιουργήσουμε μια τριαδική σχέση μεταξύ ύπνου, κατάστασης ηρεμίας και συμπεριφοράς, συσχετίσαμε παραμέτρους ατράκτου και αργής ταλάντωσης, αλλαγές στη λειτουργική συνδεσιμότητα κατάστασης ηρεμίας και μέτρα απόδοσης της εργασίας χωρικής μνήμης. Οι Samanta et al. (2021) βρήκε παρόμοιες αλλαγές που σχετίζονται με τον ύπνο σε όλο τον εγκέφαλο στην ανάκτηση μνήμης, για αλλοκεντρική και εγωκεντρική προπόνηση. Συγκεκριμένα, οι ενεργοποιήσεις αυξήθηκαν στο δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου και μειώθηκαν στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας από την εκμάθηση έως την ανάκτηση, εάν τα άτομα κοιμόντουσαν μετά τη μάθηση. Ως εκ τούτου, αναμέναμε να παρατηρήσουμε παρόμοιες αλλαγές σε αυτά τα δύο δίκτυα σε κατάσταση ηρεμίας. Οι διεργασίες παγίωσης σε επίπεδο εγκεφάλου θα πρέπει επίσης να είναι παρατηρήσιμες για το δίκτυο του ιππόκαμπου που συντονίζει τη σταθεροποίηση κατά τη διάρκεια του ύπνου και της ηρεμίας. Υποθέσαμε ότι η σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης σχετίζεται θετικά με αλλαγές στο δίκτυο του ιππόκαμπου και την απόδοση της μνήμης. Αυτά τα ευρήματα δεν πρέπει να διαφέρουν μεταξύ των συνθηκών μνήμης αφού οι Samanta et al. (2021) δεν παρατήρησε διαφορά μεταξύ αλλοκεντρικής και εγωκεντρικής προπόνησης. Πράγματι, τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ο εκτελεστικός έλεγχος και τα δίκτυα προεπιλεγμένης λειτουργίας αλλάζουν στις υποτιθέμενες αντίθετες κατευθύνσεις πριν από την απόδοση μετά την εργασία. Επιπλέον, εντοπίσαμε δύο υποδίκτυα εντός του δικτύου του ιππόκαμπου. Το πρωτεύον υποδίκτυο ήταν ανεξάρτητο από την κατάσταση ύπνου και αυξήθηκε σε λειτουργική συνδεσιμότητα πριν από την εργασία μετά την εργασία και μετά το διάλειμμα. Η συνδεσιμότητα στο δεύτερο υποδίκτυο μειώθηκε κατά τη διάρκεια του διαλείμματος μόνο για τους συμμετέχοντες που πήραν έναν υπνάκο. Τέλος, η ισχύς σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης συσχετίστηκε θετικά με την απόδοση της μνήμης και τη μειωμένη συνδεσιμότητα στο δεύτερο, εξαρτώμενο από τον ύπνο υποδίκτυο ιππόκαμπου. Όλα τα αποτελέσματα ήταν τα ίδια για την αλλοκεντρική και την εγωκεντρική προπόνηση. Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν ότι οι ενεργοποιήσεις σε κατάσταση ηρεμίας μπορούν να χωριστούν σε αλλαγές που σχετίζονται με την εργασία και σε αλλαγές που σχετίζονται με την ενοποίηση που είναι είτε ανεξάρτητες από τον ύπνο είτε εξαρτώμενοι από τον ύπνο. Μόνο οι αλλαγές που εξαρτώνται από τον ύπνο σχετίζονται με τη σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης που συμβάλλει εξίσου στην απόδοση της μνήμης για αλλοκεντρική και εγωκεντρική μάθηση.

Οφέλη από το cistanche για τους άνδρες-Κατά της νόσου του Αλτσχάιμερ

Κάντε κλικ εδώ για να δείτε τα προϊόντα Cistanche που βελτιώνει τη μνήμη και την πρόληψη της νόσου του Αλτσχάιμερ

【Ζητήστε περισσότερα】 Email:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

2|ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ

2.1|Συμμετέχοντες

Εβδομήντα επτά νευρολογικά υγιείς, δεξιόχειρες άρρενες συμμετέχοντες (εύρος ηλικίας: 18–30 ετών, μέσος όρος=24) επιστρατεύτηκαν για τη μελέτη. Επιλέχθηκαν μόνο άνδρες συμμετέχοντες επειδή το δείγμα περιλαμβάνει έναν υποπληθυσμό ενός μεγαλύτερου μεταφραστικού σώματος έρευνας που χρησιμοποιεί μόνο αρσενικά τρωκτικά (Samanta et al., 2021). Η μελέτη εγκρίθηκε από την τοπική επιτροπή δεοντολογίας (CMO Arnhem-Nijmegen, Radboud University Medical Center) υπό τη γενική έγκριση δεοντολογίας ("Imaging Human Cognition", CMO 2014/288) και το πείραμα διεξήχθη σύμφωνα με αυτές τις οδηγίες. Η πρόσληψη πραγματοποιήθηκε μέσω του Συστήματος Συμμετοχικής Έρευνας Radboud. Οι συμμετέχοντες εξετάστηκαν και αποκλείστηκαν με βάση (1) τη λήψη φαρμάκων για τον ύπνο, (2) τους τακτικούς υπνάκους και (3) τη συμμετοχή τους σε επαγγελματικές δραστηριότητες παιχνιδιού. Πριν από την έναρξη του πειράματος, όλοι οι συμμετέχοντες έδωσαν γραπτή συγκατάθεση και έλαβαν οικονομική αποζημίωση για τη συμμετοχή τους. Συνολικά, δεκατέσσερις συμμετέχοντες αποκλείστηκαν από την ανάλυση μετά την απόκτηση δεδομένων. Οκτώ άτομα αποκλείστηκαν από το πείραμα λόγω τεχνικών ζητημάτων κατά τη διάρκεια της εκμάθησης ή της ανάκτησης: Για πέντε συμμετέχοντες, το joystick ήταν εσφαλμένα βαθμονομημένο και για τους υπόλοιπους τρεις, υπήρχαν τεχνικά προβλήματα, συμπεριλαμβανομένης της απότομης διακοπής λειτουργίας του προγράμματος περιβάλλοντος εργασίας κατά τη σάρωση. Τρία άτομα κοιμήθηκαν λιγότερο από 30 λεπτά είτε στο τεστ ύπνου είτε στη συνεδρία ελέγχου. Το z-score τους απείχε περισσότερο από 2,5*σ από τον μέσο όρο του δείγματος του πραγματικού χρόνου ύπνου. Ο πραγματικός χρόνος ύπνου υπολογίστηκε για κάθε άτομο ως ο συνολικός χρόνος ύπνου (TST) εξαιρουμένης της εγρήγορσης μετά την έναρξη του ύπνου (WASO). Για άλλα τρία άτομα εντοπίστηκε μεγάλη μετατόπιση εικόνας λόγω της κίνησης του κεφαλιού κατά τη διάρκεια των σαρώσεων fMRI. Το μέγεθος της μετατόπισης στη σειρά εικόνων αξιολογήθηκε με δείκτη ποιότητας (QI) χρησιμοποιώντας την Εξίσωση (1):

where max. abs. is the maximum absolute displacement of a given volume with respect to a reference time point (i.e. middle volume in the time series) and max. rel. represents the maximum relative displacement at a given volume with respect to the subsequent time point. The two measures account for gradual as well as abrupt changes in head position. The cut-off for the exclusion of participants was set to a QI >16.4 (Ribeiro de Paula et al., 2017). Συνολικά, 63 άτομα θεωρήθηκαν ως το τελικό δείγμα (εύρος ηλικίας: 18–30 έτη, μέση τιμή=23.3).

2.2|Πειραματική διαδικασία

Με ένα 2  2 μικτό σχεδιασμό πλήρους παραγόντων, δοκιμάσαμε διαδικασίες ενοποίησης σε όλο το σύστημα ενός παραδείγματος χωρικής μνήμης. Κατά τη διάρκεια των σαρώσεων fMRI, οι συμμετέχοντες ασχολήθηκαν με αλλο- ή εγωκεντρική χωρική μάθηση και ανάκτηση μνήμης σε ένα προηγουμένως επικυρωμένο ανθρώπινο ανάλογο του υδάτινου λαβύρινθου (Müller et al., 2018; Schoenfeld et al., 2017). Αμέσως πριν και μετά τις συνεδρίες εκμάθησης και ανάκτησης, η λειτουργική συνδεσιμότητα αξιολογήθηκε με fMRI σε κατάσταση ηρεμίας. Αυτό αντιστοιχεί σε συνολικά τέσσερις συνεδρίες fMRI σε κατάσταση ηρεμίας των 9 λεπτών η καθεμία. Μεταξύ της χωρικής μάθησης και της ανάκτησης μνήμης, χρησιμοποιήθηκε ΗΕΓ ύπνου για τη μέτρηση του ύπνου. Στην πειραματική συνθήκη, οι συμμετέχοντες έλαβαν οδηγίες να κοιμηθούν για 90 λεπτά, ενώ η ομάδα ελέγχου παρακολούθησε μια ταινία για το ίδιο χρονικό διάστημα. Περίπου 2 εβδομάδες μετά το πείραμα, οι συμμετέχοντες στην κατάσταση ύπνου ολοκλήρωσαν μια συνεδρία ελέγχου ύπνου για 90 λεπτά, η οποία δεν ακολούθησε μαθησιακή εμπειρία.

Συμπλήρωμα Cistanche κοντά μου-Βελτίωση της μνήμης

2.3|Το έργο του εικονικού λαβύρινθου νερού

Η εργασία του εικονικού λαβύρινθου νερού είναι μια προσαρμογή του λαβύρινθου του νερού των αρουραίων, μια καθιερωμένη μέθοδος για τον έλεγχο των χωρικών ικανοτήτων σε τρωκτικά (Morris, 1981).

Αυτό το ανάλογο παράδειγμα για τον άνθρωπο είναι συμβατό με το περιβάλλον του σαρωτή μαγνητικής τομογραφίας (Schoenfeld et al., 2017). Οι συμμετέχοντες έλαβαν οδηγίες να περιηγηθούν σε ένα εικονικό νησί με στόχο να βρουν ένα κουτί θησαυρού. Χρησιμοποιήσαμε δύο διαφορετικές ρυθμίσεις σε αυτό το παράδειγμα: ένα "κρυφό νησί" και ένα "νησί με ίχνος". Το κρυμμένο νησί περιβαλλόταν από τέσσερα ορόσημα (δηλαδή, μια γέφυρα, ένα ιστιοφόρο, μια ανεμογεννήτρια και έναν φάρο, βλέπε Εικόνα S1). Ένα κρυμμένο κουτί θησαυρού στο νησί σημάδεψε την τοποθεσία-στόχο. Το κουτί βρισκόταν σε μια μικρή εσοχή στην επιφάνεια του εικονικού νησιού και, επομένως, ήταν ορατό μόνο σε κοντινή απόσταση. Αντίθετα, το νησί δεν είχε ορόσημα για προσανατολισμό εκτός από μια σημαία δίπλα σε ένα κουτί θησαυρού που ήταν ορατό από απόσταση. Η θέση αυτής της σημαίας μαζί με το κουτί του θησαυρού άλλαζαν κάθε δοκιμή. Η αλληλουχία εργασιών αποτελούνταν από οκτώ εναλλασσόμενα μπλοκ από ενδιάμεσες και κρυφές νησίδες με αποτέλεσμα συνολικά 16 δοκιμές. Σε κάθε δοκιμή, οι συμμετέχοντες ήταν ελεύθεροι να μετακινούνται στο νησί με τον δικό τους ρυθμό χρησιμοποιώντας ένα joystick. Όταν επιτευχθεί η θέση-στόχος σε κοντινή απόσταση από το κουτί του θησαυρού, οι συμμετέχοντες μπορούσαν να τερματίσουν τη δοκιμή με ένα πάτημα κουμπιού στο joystick. Υπήρχε ένα διάστημα 15-s μεταξύ του τέλους μιας δοκιμής και της έναρξης της επόμενης, κατά τη διάρκεια του οποίου οι συμμετέχοντες μπορούσαν να γυρίσουν στο νησί και να προσανατολιστούν. Οι συμμετέχοντες αρχικά αντιμετώπισαν το νησί με το υπόμνημα στο οποίο έπρεπε να βρουν την ορατή σημαία. Αυτό το νησί χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της αντιληπτικής και κινητικής επεξεργασίας για την απομόνωση των επιδράσεων της μνήμης σε μεταγενέστερη ανάλυση. Για τη συνάντηση με το κρυμμένο νησί, οι συμμετέχοντες κατανεμήθηκαν τυχαία σε οποιαδήποτε από τις συνθήκες μάθησης - αλλοκεντρική ή εγωκεντρική. Η αλλοκεντρική ομάδα ξεκίνησε από διαφορετική τοποθεσία στο νησί σε κάθε δοκιμή και θα έπρεπε να αναπροσανατολίζεται κάθε φορά για να βρει την τοποθεσία-στόχο, προωθώντας έτσι τη χρήση της πλοήγησης σε μέρη. Στην εγωκεντρική ομάδα, θα είχαν την ίδια θέση εκκίνησης σε κάθε δοκιμή και ως εκ τούτου θα μπορούσαν να βασίζονται σε μια επαναλαμβανόμενη σταθερή κίνηση για να φτάσουν στην τοποθεσία στόχο εκτός από τα ορατά σημάδια, επιτρέποντάς τους να χρησιμοποιούν και τις δύο στρατηγικές πλοήγησης. Γενικά, οι συμμετέχοντες ήταν τυφλοί σε αυτές τις δύο συνθήκες. Για τις δοκιμές μάθησης, ο κύριος στόχος των συμμετεχόντων και στις δύο συνθήκες ήταν να μάθουν τη θέση του πλαισίου στόχου στις οκτώ δοκιμές κρυφών νησιών. Για τις δοκιμές ανάκτησης, η διάταξη του νησιού παρέμεινε η ίδια με μια τροποποίηση - το κουτί του θησαυρού αφαιρέθηκε από το κρυμμένο νησί και οι συμμετέχοντες έλαβαν οδηγίες να επισημάνουν την τοποθεσία όσο καλύτερα γνώριζαν, όπου ανακαλούσαν το κουτί που έπρεπε να εντοπιστεί.

2.4|Απόκτηση δεδομένων

2.4.1|Πολυυπνογραφικές καταγραφές

Ελήφθησαν πολυυπνογραφικές εγγραφές με ρυθμό δειγματοληψίας 500 Hz (BrainAmp, Brain Products, Gilching, Γερμανία) κατά τη διάρκεια των 90 λεπτών μεσημεριανού ύπνου. Τοποθετήθηκαν 32 ηλεκτρόδια του τριχωτού της κεφαλής (διεθνές σύστημα EEG 10–20) συμπεριλαμβανομένων των Fz, F3, F4, Cz, C3, C4, Pz, P3, P4, Oz, O1, O2 και αναφέρθηκαν στο αριστερό μαστοειδές. Επιπρόσθετα, καταγράφηκαν οριζόντιες και κάθετες οφθαλμικές κινήσεις (EOG), ηλεκτρομυογράφημα (EMG) στο πηγούνι και ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ). Οι ηχογραφήσεις ξεκίνησαν λίγο μετά το σβήσιμο του φωτός. Μετά το πείραμα, η βαθμολόγηση του ύπνου πραγματοποιήθηκε από έναν πειραματιστή τυφλωμένο στις συνθήκες χρησιμοποιώντας την εργαλειοθήκη SpiSOP (www.spisop.org; RRID: SCR_015673). Σύμφωνα με τους κανόνες βαθμολόγησης της Αμερικανικής Ακαδημίας Ιατρικής Ύπνου (AASM), τα στάδια ύπνου 1 και 2, ο ύπνος αργών κυμάτων, ο ύπνος REM, οι αφυπνίσεις και οι κινήσεις του σώματος βαθμολογήθηκαν οπτικά σε εποχές 30 δευτερολέπτων με βάση EOG, EMG και τα ακόλουθα κανάλια —F3, F4, C3, C4, O1, O2.

2.4.2|Απόκτηση FMRI

Οι χρονικές σειρές FMRI αποκτήθηκαν με χρήση σαρωτή κεφαλής 3Τ (Prisma 3T, Siemens, Erlangen, Γερμανία). Ελήφθησαν επτακόσιες εικόνες με στάθμιση T2* με μια αλληλουχία απεικόνισης ηχούς-επίπεδης διαβάθμισης πολλαπλών ζωνών (παράγοντας πολλαπλών ζωνών=8, 64 αξονικές φέτες, χρόνος επανάληψης όγκου [TR]=1000 ms, χρόνος ηχούς [TE ]=39 ms, 52 γωνίες αναστροφής, πάχος τομής=2,4 mm, οπτικό πεδίο (FOV) 210 mm, μέγεθος voxel 2 mm ισότροπο). Οι ανατομικές εικόνες λήφθηκαν χρησιμοποιώντας μια ακολουθία Τ1-ζυγισμένης MP-RAGE (192 οβελιαίες φέτες, όγκος TR {= 2300 ms, TE=3.03 ms, 8 γωνία αναστροφής, πάχος τομής, 1 mm FOV, 256 mm, μέγεθος voxel 1  1  1 mm). Όλα τα δεδομένα είναι διαθέσιμα στο Donders Repository di. μπορώ. DSC_3013066.01_875.

2,5|Επεξεργασία δεδομένων

2.5.1|Προεπεξεργασία ΗΕΓ ύπνου

Τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε προεπεξεργασία στο Matlab R2020b (Mathworks Inc., Sherborn, Massachusetts) χρησιμοποιώντας την εργαλειοθήκη Sleeptrip (www.sleeptrip. org; RRID: SCR_017318). Όλα τα κανάλια EEG αναφέρθηκαν εκ νέου στο μέσο όρο των μαστοειδών (Α1 και Α2) και τα δεδομένα φιλτραρίστηκαν με διέλευση ζώνης μεταξύ 0,3 και 35 Hz (φίλτρο μηδενικής φάσης Butterworth 4ης τάξης). Γενικά, εφαρμόστηκαν μόνο φίλτρα μηδενικής φάσης (δηλαδή, κατεύθυνση προς τα εμπρός και προς τα πίσω). Τα κακά κανάλια EEG απορρίφθηκαν οπτικά με βάση τα φάσματα ισχύος τους. Για τα υπόλοιπα κανάλια, εντοπίστηκαν τεχνουργήματα στα μεγάλα παράθυρα του 30-. Τα τμήματα που προσδιορίστηκαν οπτικά ως κίνηση του σώματος επισημάνθηκαν για μετέπειτα αποκλεισμό. Για να εντοπιστούν περαιτέρω τμήματα που παρέκκλιναν έντονα από την παρατηρούμενη συνολική κατανομή πλάτους, οι μέσες διαφορές πλάτους για κάθε τμήμα τυποποιήθηκαν με z σε κάθε κανάλι. Τα τμήματα με az > 5 σε οποιοδήποτε από τα κανάλια εξαιρέθηκαν (Muehlroth et al., 2019). Το TST υπολογίστηκε ως ο χρόνος που αφιερώθηκε στα στάδια 1, 2, SWS και ύπνου REM. Το WASO ορίστηκε ως ο χρόνος που οι συμμετέχοντες ήταν ξύπνιοι μεταξύ της έναρξης του ύπνου και της τελικής αφύπνισης.

Επιδράσεις του βοτάνου cistanche-Κατά της νόσου του Alzheimer

2.5.2|Ανίχνευση ατράκτου

Οι άξονες εντοπίστηκαν χρησιμοποιώντας έναν αυτοματοποιημένο αλγόριθμο που εφαρμόστηκε στο Sleeptrip με βάση προηγούμενες δημοσιεύσεις (Weber et al., 2020) και τον αλγόριθμο "off" που εφαρμόστηκε στην Python, έκδοση 3.8 (Donoghue et al. , 2020). Οι υποτιθέμενες κορυφές ισχύος στις ζώνες συχνοτήτων του αργού άξονα (9-12,5 Hz) και του γρήγορου άξονα (12,5-16 Hz) εντοπίστηκαν οπτικά από τις εποχές NREM (δηλαδή, N2 και N3). Πριν από την επιθεώρηση των φασμάτων ισχύος, η μη περιοδική συνιστώσα 1/f αφαιρέθηκε από το σήμα τοποθετώντας μια Lorentzian συνάρτηση. Για κάθε συμμετέχοντα, οι αιχμές αργής ατράκτου προσδιορίστηκαν χειροκίνητα στο μέσο όρο των τριών μετωπικών καναλιών (Fz, F3, F4; Συνεδρία δοκιμής ύπνου: 10.25 Hz ± 0.1, μέσος όρος ± SEM ; Συνεδρία ελέγχου ύπνου: 10,07 Hz ± 0,14, μέσος όρος ± SEM) και γρήγορες ατράκτους κορυφώνονται στο μέσο όρο των τριών κεντρικών καναλιών (Cz, C3, C4, Συνεδρία δοκιμής ύπνου: 13,44 Hz ± 0,09, μέση ± SEM, περίοδος ελέγχου ύπνου 13,44 Hz ± 0,06, μέση ± SEM). Για να επαληθεύσουμε τις οπτικά καθορισμένες κορυφές συχνότητας, προσαρμόσαμε επαναληπτικά τα Gaussians στις περιοδικές συνιστώσες ισχύος με fooof (βλ. Εικόνα S2, π.χ. φάσματα). Σε περίπτωση διαφοράς στις χειροκίνητες ετικέτες και στις τοποθετημένες κορυφές Gaussian, τα φάσματα ισχύος επανεξετάστηκαν. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για να αποφευχθεί η εισαγωγή ψευδών γεγονότων ατράκτου (Ujma et al., 2015). Στη συνέχεια, το σήμα κάθε καναλιού φιλτραρίστηκε με διέλευση ζώνης (±1,5 Hz, αποκοπή 3 dB, φίλτρο μηδενικής φάσης Butterworth 4ης τάξης) γύρω από τις αναγνωρισμένες μεμονωμένες κορυφές συχνότητας. Η αναπαράσταση ριζικού μέσου τετραγώνου (RMS) του σήματος υπολογίστηκε σε κάθε σημείο δείγματος και εξομαλύνθηκε χρησιμοποιώντας ένα φίλτρο κινητού μέσου όρου σε ένα συρόμενο παράθυρο 200 ms. Επισημάνθηκε ένας δυναμικός άξονας εάν το πλάτος του εξομαλυνθέντος σήματος RMS υπερέβαινε τον μέσο όρο του κατά 1,5 SD του φιλτραρισμένου σήματος για 0,5–3 δευτερόλεπτα. Τα τοπικά ελάχιστα και μέγιστα στο φιλτραρισμένο σήμα ατράκτου επισημάνθηκαν ως κορυφές και κατώφλια. Η μεγαλύτερη κοιλότητα ορίστηκε ως ο χρόνος αιχμής του άξονα. Το πλάτος της ατράκτου ορίστηκε από τη διαφορά δυναμικού μεταξύ του μεγαλύτερου κατώτατου σημείου και της μεγαλύτερης κορυφής. Η μεμονωμένη συχνότητα ενός άξονα από σκυρόδεμα προσδιορίστηκε προσθέτοντας τον αριθμό όλων των κοιλοτήτων και κορυφών και διαιρώντας με το διπλάσιο της διάρκειας της αντίστοιχης ατράκτου. Οι άξονες με όρια πιο κοντά από 0,25 δευτερόλεπτα συγχωνεύτηκαν τελικά.

2.5.3|Ανίχνευση αργής ταλάντωσης

Η ανίχνευση αργών ταλαντώσεων στα μετωπικά ηλεκτρόδια βασίστηκε επίσης σε έναν αυτοματοποιημένο αλγόριθμο που εφαρμόστηκε στο Sleeptrip και επικυρώθηκε αλλού (Ngo et al., 2013). Για όλες τις εποχές NREM, τα προεπεξεργασμένα δεδομένα EEG φιλτράρονταν χαμηλοπερατά στα 4 Hz (φίλτρο μηδενικής φάσης Butterworth 6ης τάξης). Στη συνέχεια, ολόκληρο το σήμα χωρίστηκε σε αρνητικά και θετικά μισά κύματα που χωρίστηκαν με μηδενικές διασταυρώσεις. Μια δυνητική αργή ταλάντωση ορίστηκε ως ένα αρνητικό μισό κύμα ακολουθούμενο από ένα θετικό μισό κύμα σε ένα εύρος συχνοτήτων μεταξύ 0,5 και 1 Hz. Το πλάτος και η συχνότητα αργής ταλάντωσης υπολογίστηκαν με την ίδια προσέγγιση που χρησιμοποιήθηκε για τις ατράκτους. Υποθετικές αργές ταλαντώσεις που υπερβαίνουν ένα κατώτατο σημείο 1,25 φορές το μέσο κατώτατο όριο όλων των υποτιθέμενων αργών ταλαντώσεων καθώς και ένα πλάτος 1,25 φορές το μέσο πλάτος όλων των πιθανών αργών ταλαντώσεων έγιναν δεκτές για περαιτέρω ανάλυση.

2.5.4|Προεπεξεργασία fMRI σε κατάσταση ηρεμίας

Τα αρχεία MRI DICOM εισήχθησαν σε μια αυτόματη διοχέτευση στο GraphICA (BraiNet—Brain Imaging Solution Inc.—Sarnia, Οντάριο, Καναδάς). Οι ανατομικές και λειτουργικές εικόνες υποβλήθηκαν σε προεπεξεργασία χρησιμοποιώντας FSL 6.03. Τα βήματα προεπεξεργασίας των σταθμισμένων ανατομικών εικόνων Τ1-περιλάμβαναν διόρθωση μεροληψίας πεδίου (RF/B1-διόρθωση ανομοιογένειας), εξαγωγή εγκεφάλου, κατάτμηση τύπου ιστού (CSF, GM, WM) και υποφλοιώδη δομή κατάτμηση. Στα λειτουργικά δεδομένα, πραγματοποιήσαμε απογύμνωση κρανίου, διόρθωση κίνησης, διόρθωση χρονισμού τομής, εξομάλυνση του χώρου, η οποία υπολογίζεται με βάση το μέγεθος voxel, οροφή (μέγεθος voxel 1,5), συνεγγραφή, αυτόματη αφαίρεση αντικειμένων κίνησης βάσει ICA, highpass φιλτράρισμα και παλινδρόμηση όχλησης (WM και CSF). Τα δεδομένα δεν κανονικοποιήθηκαν σε χώρο αναφοράς, καθώς τα χαρακτηριστικά του φυσικού εγκεφάλου θα πρέπει να διατηρηθούν στην ακόλουθη ανάλυση.

2.5.5|Ανάλυση διπλής παλινδρόμησης

Η διπλή παλινδρόμηση χρησιμοποιήθηκε για τον εντοπισμό χωρικών χαρτών με συγκεκριμένο θέμα χρησιμοποιώντας 11 μάσκες δικτύου σε κατάσταση ηρεμίας: Auditory, Default Mode Network, Executive Control Left, Executive Control Right, Hippocampal, Language, Salience, Sensorimotor, Visual Lateral, Visual Media και Visual Ινιακός. Η ένταση των συστατικών χωρικών χαρτών εκφράστηκε σε μονάδες ποσοστιαίας μεταβολής σήματος από τη μέση τιμή.

2.5.6|Περιφερειακό αγροτεμάχιο

Η σταθμισμένη εικόνα T{{0}} κάθε θέματος τμηματοποιήθηκε αυτόματα με μια διοχέτευση που υλοποιήθηκε στο Freesurfer 7 (v7.1.0, http://surfer.nmr.mgh. harvard.edu/). Περαιτέρω κατανομή πραγματοποιήθηκε με το GraphICA χρησιμοποιώντας μια διαδικασία μοντέλου Markov Random Field με στάθμιση κλίσης που περιγράφεται στο (Schaefer et al., 2018). Αυτό το μοντέλο διαχωρισμού περιέχει τρεις ανταγωνιστικούς όρους που αντισταθμίζουν τις βέλτιστες ιδιότητες της τελικής τμηματοποίησης: έναν όρο γενικής ομοιότητας για την ομαδοποίηση τοποθεσιών του εγκεφάλου με παρόμοιες εντάσεις εικόνας, έναν όρο τοπικής κλίσης για την ανίχνευση απότομων αλλαγών λειτουργικής συνδεσιμότητας μεταξύ γειτονικών τοποθεσιών του εγκεφάλου και έναν όρο χωρικής σύνδεσης σε εξασφάλιση χωρικής σύνδεσης εντός των αγροτεμαχίων. Η διαδικασία έδωσε 832 διαχωρισμένες περιοχές του εγκεφάλου που συμπεριλήφθηκαν ως κόμβοι δικτύου για περαιτέρω αναλύσεις.

2.5.7|Κατασκευή λειτουργικού δικτύου και οριοθέτηση

Χρησιμοποιώντας το GraphICA κάθε κομβική χρονική πορεία fMRI συσχετίστηκε με τη χρονική πορεία IC για τα τρία δίκτυα σε κατάσταση ηρεμίας ξεχωριστά. Μετά τη συνκαταχώριση καθενός από τα λειτουργικά δίκτυα κατάστασης ηρεμίας στο θέμα στον εγγενή χώρο, υπολογίστηκε μια μέση τιμή z υπολογίζοντας τον μέσο όρο των τιμών βαθμωτών χάρτη του voxel που ανήκει σε καθένα από τα 832 ROI. Οι προκύπτοντες τυποποιημένοι συντελεστές συσχέτισης z περιγράφουν τη φόρτωση κάθε διαδρομής κομβικού χρόνου στο αντίστοιχο δίκτυο κατάστασης ηρεμίας. Για να αφαιρεθούν οι ψευδείς ή αδύναμες τιμές z, για παράδειγμα, λόγω θορύβου, οι φορτίσεις ορίστηκαν με μια προσέγγιση μοντελοποίησης μείγματος βάσει δεδομένων σε επίπεδο ενός υποκειμένου (Bielczyk et al., 2018). Επιπλέον, τα δίκτυα κατωφλίου αντιστοιχίστηκαν με πρότυπα δικτύου που παρέχονται από το GraphICA που προέρχονται από 200 υγιείς ελέγχους. Μόνο αυτοί οι κόμβοι που βρέθηκαν στα πρότυπα ελήφθησαν υπόψη για περαιτέρω ανάλυση (δηλαδή, κόμβοι δικτύου ιππόκαμπου=74, κόμβοι δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας=171 κόμβοι, κόμβοι δεξιού δικτύου εκτελεστικού ελέγχου=164).

2.6|Στατιστική ανάλυση

2.6.1|Ανάλυση ΗΕΓ ύπνου

Οι στατιστικές αναλύσεις των δεδομένων EEG ύπνου διεξήχθησαν χρησιμοποιώντας Matlab R2020b (Mathworks Inc., Sherborn, Massachusetts) με την εργαλειοθήκη ανοιχτού κώδικα Fieldtrip (Oostenveld et al., 2011) και την εργαλειοθήκη CircStats (Berens, 2009). Η ανάλυση περιορίζεται στα κανάλια Fz για αργές ταλαντώσεις και αργούς άξονες και Cz για γρήγορες άξονες. Δεν ακολούθησαν κανονική κατανομή όλες οι μεταβλητές ύπνου που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυσή μας. Όλες οι συγκρίσεις εντός της ομάδας των περιγραφικών στοιχείων ύπνου και των ιδιοτήτων ταλάντωσης μεταξύ της συνεδρίας ύπνου μετά την εκμάθηση και της συνεδρίας ελέγχου ύπνου δοκιμάστηκαν χρησιμοποιώντας μη παραμετρικές δοκιμές Wilcoxon Signed-Rank Tests για εξαρτημένα δείγματα. Οι συγκρίσεις μεταξύ ομάδων των μεταβλητών ύπνου στην αλλοκεντρική έναντι της εγωκεντρικής κατάστασης υπολογίστηκαν με μη παραμετρικές δοκιμές Mann-Whitney U για ανεξάρτητα δείγματα. Για αυτές τις δοκιμές αναφέρθηκαν οι μέσες τιμές και οι τιμές τεταρτημορίου των μεταβλητών. Μια τιμή p<.05 was viewed as statistically significant.

2.6.2|Χρονική σχέση μεταξύ ανιχνευόμενων αργών ταλαντώσεων και ατράκτων

Ο συντονισμός αργών ταλαντώσεων και ατράκτων αξιολογήθηκε για τον ύπνο NREM καθώς η σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης έχει αποδειχθεί ότι είναι σταθερή κατά τη διάρκεια του σταδίου 2 και του ύπνου βραδέων κυμάτων (Cox et al., 20}17) ακόμη και αν ο τύπος της αργής ταλάντωσης είναι διαφορετική (συμπλέγματα Κ έναντι κυμάτων Δέλτα). Η γενική χρονική σχέση μεταξύ αργής ταλάντωσης και γεγονότων ατράκτου υπολογίστηκε με τον προσδιορισμό της αναλογίας των ατράκτων των οποίων το κέντρο (δηλαδή, το μέγιστο κατώτατο σημείο) εμφανίστηκε σε ένα διάστημα ±1,2 s γύρω από το κατώτατο σημείο των εντοπισμένων αργών ταλαντώσεων και το ποσό των αργών ταλαντώσεων με άξονες των οποίων το κέντρο εμφανίστηκε εντός ±1,2 s γύρω από το αντίστοιχο κατώτατο σημείο της ταλάντωσης. Το χρονικό παράθυρο των ±1,2 s επιλέχθηκε για να καλύψει έναν ολόκληρο κύκλο αργής ταλάντωσης (0,5–1 Hz, δηλαδή 1–2 s). Κάθε φορά που επικαλύπτονταν δύο παράθυρα χρόνου αργής ταλάντωσης, αυτό που ήταν πιο μακριά από το κέντρο της ατράκτου αφαιρούνταν. Ο ακριβής χρονισμός των γεγονότων αργής ταλάντωσης και ατράκτου απεικονίστηκε με ιστογράμματα χρόνου περιστατικού (PETHs) (Εικόνα 2β) των κέντρων γρήγορης και αργής ατράκτου (συμβάντα δοκιμής) που συμβαίνουν μέσα σε ένα χρονικό διάστημα ±1,2 s γύρω από κάθε κατώτατο σημείο αργής ταλάντωσης (στόχος Εκδήλωση). Οι πιθανότητες εμφάνισης γεγονότος σπόρου αθροίστηκαν σε κάδους των 100 ms και μετατράπηκαν σε ποσοστά. Για να ελέγξουμε το χρονικό μοτίβο των PETH, εφαρμόσαμε μια διαδικασία τυχαιοποίησης ανακατεύοντας τυχαία τη σειρά των δοχείων PETH 1000 φορές. Τα προκύπτοντα υποκατάστατα υπολογίστηκαν κατά μέσο όρο για κάθε άτομο και δοκιμάστηκαν έναντι των αρχικών PETH χρησιμοποιώντας εξαρτώμενα δείγματα t-test. Ο έλεγχος για πολλαπλές συγκρίσεις επιτεύχθηκε μέσω δοκιμής μετάθεσης βάσει συστάδων με 5000 μεταθέσεις (Maris & Oostenveld, 2007).

2.6.3|Σύζευξη φάσης με ασφάλιση συμβάντων

Για αναλύσεις διασταυρούμενης συχνότητας κλειδωμένων συμβάντων (Helfrich et al., 2018), επιλέχθηκαν δοκιμές συμβάντων αργής ταλάντωσης χωρίς τεχνουργήματα στο κανάλι Fz (±3 s γύρω από το κατώτατο σημείο της μέγιστης αργής ταλάντωσης) και η ζώνη -πέρασμα φιλτραρισμένο στο εύρος συχνοτήτων αργής ταλάντωσης (0.3–1,25 Hz). Μετά την εφαρμογή ενός μετασχηματισμού Hilbert, εξάγαμε τη γωνία στιγμιαίας φάσης από το αναλυτικό σήμα. Οι ίδιες δοκιμές φιλτραρίστηκαν επίσης με διέλευση ζώνης μεταξύ 9 και 12,5 Hz (συνιστώσα αργών ατράκτων) και μεταξύ 12,5 και 16 Hz (συνιστώσα γρήγορης ατράκτου) για τον υπολογισμό του περιβλήματος πλάτους από το αναλυτικό σήμα. Εξετάσαμε μόνο το χρονικό εύρος από 2 έως 2 δευτερόλεπτα για να αποφύγουμε τεχνουργήματα στην άκρη του φίλτρου. Για κάθε θέμα, κανάλι και εποχή, τώρα εντοπίσαμε το μέγιστο πλάτος της ατράκτου και την αντίστοιχη γωνία φάσης αργής ταλάντωσης. Οι δοκιμές Rayleigh υπολογίστηκαν για να ελεγχθεί η κατανομή φάσης ανά άτομο έναντι της ομοιομορφίας. Προσδιορίστηκε η μέση κυκλική κατεύθυνση και το προκύπτον μήκος διανύσματος σε όλα τα συμβάντα NREM. Η PPC χρησιμοποιήθηκε ως αμερόληπτος εκτιμητής της σχέσης συνέπειας στη φάση μεταξύ ατράκτων και αργών ταλαντώσεων (Vinck et al., 2012) με βάση τα φάσματα Fourier που ενεργοποιήθηκαν από τον άξονα σε ένα χρονικό παράθυρο από 3,5 έως +3,5 δευτερόλεπτα (βήματα 100 ms) και εύρος συχνότητας αργής ταλάντωσης από 0,3 έως 3 Hz.

Κινεζικό βότανο cistanche

2.6.4|Ανάλυση χρόνου-συχνότητας

Για να περιγράψουμε περαιτέρω τη χρονική σχέση μεταξύ ατράκτων και αργών ταλαντώσεων, χρησιμοποιήσαμε ξανά τις προηγουμένως υπολογισμένες δοκιμές αργής ταλάντωσης-γεγονότος (6- τμήματα). Αυτές οι δοκιμές αντιστοιχίστηκαν με ένα τυχαία επιλεγμένο χρονικό τμήμα χωρίς τεχνήματα των 6 δευτερολέπτων κατά τη διάρκεια του ίδιου σταδίου ύπνου με την αντίστοιχη αργή ταλάντωση που χρησιμοποιήθηκε ως βασικές δοκιμές. Για την ανάλυση χρόνου-συχνότητας δοκιμών με και χωρίς αργές ταλαντώσεις, χρησιμοποιήσαμε υπερσύνολα (Moca et al., 2021). Τα Superlets αποτελούνται από μια σειρά κυμάτων Morlet με την ίδια κεντρική συχνότητα αλλά όλο και πιο περιορισμένο εύρος ζώνης που έχει υψηλότερη ανάλυση χρόνου-συχνότητας από τις καθιερωμένες προσεγγίσεις. Συγκεκριμένα, εφαρμόσαμε έναν κλασματικό προσαρμοστικό μετασχηματισμό superlet (FASLT) στα προεπεξεργασμένα δεδομένα αργής ταλάντωσης και δοκιμών βασικής γραμμής μεταξύ 5 Hz και 20 Hz σε βήματα των 0,25 Hz, με αρχική τάξη κυμάτων 3 και διάστημα τάξεων μεταξύ 5 και 15 ( Barzan et al., 2021). Οι αναπαραστάσεις χρόνου-συχνότητας των δοκιμών αργής ταλάντωσης-γεγονότος και των δοκιμών ελέγχου συγκρίθηκαν στη συνέχεια για κάθε άτομο χρησιμοποιώντας τεστ t ανεξάρτητου δείγματος. Οι χάρτες t που προκύπτουν αντικατοπτρίζουν την αύξηση/μείωση τόσο στη γρήγορη όσο και στην αργή περιοχή συχνοτήτων του άξονα για δοκιμές με αργές ταλαντώσεις, σε σύγκριση με δοκιμές χωρίς. Για να υπολογίσουμε τις αντιθέσεις εντός του θέματος, σχεδιάσαμε 100 τυχαία σετ δοκιμών βασικής γραμμής και αργής ταλάντωσης, διατηρώντας παράλληλα την αναλογία δοκιμών ύπνου σταδίου 2 προς αργούς κυματισμούς. Οι χάρτες Τ για όλα αυτά τα σύνολα τυχαίων δοκιμών υπολογίστηκαν κατά μέσο όρο για κάθε υποκείμενο. ξεχωριστά για κάθε συνθήκη μνήμης, οι t-χάρτες δοκιμάστηκαν έναντι του μηδενός χρησιμοποιώντας μια δοκιμή μετάθεσης που βασίζεται σε συστάδες με 5000 μεταθέσεις σε ένα χρονικό παράθυρο 1,2 έως 1,2 δευτερολέπτων.

2.6.5|Ανάλυση fMRI σε κατάσταση ηρεμίας

Τα δεδομένα fMRI των τριών δικτύων σε κατάσταση ηρεμίας αναλύθηκαν στο RStudio 1.4.1103 (RStudio, Inc., Boston, Massachusetts). Όλες οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν για τα τρία προεπιλεγμένα δίκτυα κατάστασης ηρεμίας χωριστά (δηλαδή, δίκτυο ιππόκαμπου, δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας, δίκτυο δεξιού εκτελεστικού ελέγχου) και βασίστηκαν στις κομβικές τιμές z που ελήφθησαν ανά IC που περιγράφουν το μοτίβο συνδεσιμότητας στο λειτουργικό δίκτυα κατάστασης ηρεμίας. Εξερευνήσαμε τρεις διαφορετικές προσεγγίσεις για την ανάλυση των δεδομένων, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης της θεωρίας γραφημάτων, των πινάκων Ευκλείδειας απόστασης και μιας αποσύνθεσης μονής τιμής (SVD), από τις οποίες το SVD ήταν πιο κατάλληλο για το τρέχον σύνολο δεδομένων. Το SVD πραγματοποιήθηκε στις ακατέργαστες τιμές z για να αποτυπωθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια η αρχική οργάνωση των δικτύων σε κατάσταση ηρεμίας. Οι τιμές κατωφλίου z σχημάτισαν έναν m n πίνακα δεδομένων (m=αριθμός συμμετεχόντων 4 συνεδρίες· n=αριθμός κόμβων). Συγκεκριμένα, επιλέχθηκε ένα SVD για αραιούς πίνακες για μείωση διαστάσεων, καθώς ο πίνακας δεδομένων κατωφλίου περιείχε κυρίως μηδενικές τιμές. Εξήχθησαν δύο κύριοι τρόποι λειτουργίας ανά δίκτυο, οι οποίοι μαζί εξηγούσαν το 15%-20% της διακύμανσης των δεδομένων. Κάθε λειτουργία μπορεί να γίνει κατανοητή ως ένα λειτουργικό υποδίκτυο κατάστασης ηρεμίας που βασίζεται σε διακύμανση (βλ. Ταινίες S1– S4). Ως αποτέλεσμα του SVD, λάβαμε μια μέση ανακατασκευή χαμηλής κατάταξης των δικτύων ως προσέγγιση κατάταξης-r που περιγράφει τη χωρική κατανομή του αντίστοιχου υποδικτύου, χρησιμοποιώντας την Εξίσωση (2):

όπου A είναι ο αρχικός πίνακας δεδομένων που προσεγγίζεται από το U που περιέχει r αριστερά ενικά διανύσματα, το S που περιέχει r μοναδικές τιμές και το V που περιέχει r δεξιά ενικά διανύσματα. Κατά την προετοιμασία για στατιστική δοκιμή, το αντίστοιχο αριστερό ενικό διάνυσμα (um, i ) κλιμακώθηκε με την μοναδική του τιμή (si, i), όπου i είναι η i η σειρά/στήλη του πίνακα. Το αποτέλεσμα (um, I si, i ) είναι ένα διάνυσμα στήλης που αντιπροσωπεύει τις βαθμολογίες των συμμετεχόντων για όλες τις συνεδρίες στο iο υποδίκτυο. Αυτές οι τιμές μπορούν να ερμηνευθούν ως η ισχύς συνδεσιμότητας του επιλεγμένου λειτουργικού υποδικτύου για όλους τους συμμετέχοντες, σε συνεδρίες και συνθήκες. Για καθένα από τα δύο υποδίκτυα, οι βαθμολογίες των συμμετεχόντων που ελήφθησαν αναλύθηκαν ως εξαρτημένες μεταβλητές χρησιμοποιώντας ένα γραμμικό μοντέλο μικτών επιδράσεων. Τα μοντέλα πρόβλεψης περιλάμβαναν την κατάσταση ύπνου (ύπνος, εγρήγορση), τη συνεδρία (1–4 ή πριν/μετά το διάλειμμα, πριν/μετά την εργασία) και την κατάσταση της μνήμης (αλοκεντρική, εγωκεντρική) ως σταθερά αποτελέσματα. Οι συμμετέχοντες μοντελοποιήθηκαν ως τυχαία αποτελέσματα για τις τέσσερις συνεδρίες σε κατάσταση ηρεμίας. Το Akaike Information Criterion (Akaike, 1973), το Bayesian Information Criterion (Schwarz, 1978) και η log-likelihood χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της προσαρμογής του μοντέλου.

3|ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

3.1|Σχεδιασμός μελέτης και απόδοση μνήμης

Η παρούσα μελέτη χρησιμοποίησε ένα 1-παράδειγμα ημερών για να δοκιμάσει την ενοποίηση μιας εργασίας χωρικής μνήμης (Εικόνα 1α). Κατά τη διάρκεια σαρώσεων fMRI, οι συμμετέχοντες πραγματοποίησαν αλλο- ή εγωκεντρική χωρική μάθηση και ανάκτηση μνήμης σε ένα προηγουμένως επικυρωμένο εικονικό ανάλογο του υδατολαβήθρου για ανθρώπους (Müller et al., 2018; Schoenfeld et al., 2017). Μια λεπτομερής περιγραφή εργασίας μπορεί να βρεθεί στην πρώτη δημοσίευση αυτού του συνόλου δεδομένων (Samanta et al., 2021). Εν συντομία, οι συμμετέχοντες περιηγήθηκαν ελεύθερα σε ένα εικονικό νησί χρησιμοποιώντας ένα joystick για να φτάσουν σε μια σταθερή θέση στόχο. Στη συνεδρία εκμάθησης, η τοποθεσία υποδεικνύεται από ένα κρυμμένο κουτί θησαυρού. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της ανάκτησης, οι συμμετέχοντες έλαβαν οδηγίες να επισημάνουν τη θέση του κουτιού θησαυρού όσο καλύτερα γνωρίζουν χωρίς να υπάρχει το κουτί. Οι αλλοκεντρικές και οι εγωκεντρικές συνθήκες διέφεραν έτσι ώστε οι τυχαία ανατεθειμένοι συμμετέχοντες ξεκίνησαν κάθε δοκιμή είτε στην ίδια είτε σε μια μεταβαλλόμενη αρχική θέση (Εικόνα 1β). Η απόδοση της μνήμης μετρήθηκε ως καθυστέρηση για την επίτευξη της θέσης στόχου από το σημείο εκκίνησης. Κατά την ανάκτηση, οι συμμετέχοντες είχαν γενικά καλύτερες επιδόσεις στην εγωκεντρική κατάσταση παρά στην αλλοκεντρική κατάσταση και η κύρια επίδραση του ύπνου στην απόδοση της μνήμης ήταν σημαντική (Εικόνα 1γ, Πίνακας 1, αμφίδρομη ANOVA με αλλο/εγώ F1,62=16 .78, p < .001 και sleep/wake F1,62=3.84, p=.05). Αμέσως πριν και μετά τις συνεδρίες εκμάθησης και ανάκτησης, η λειτουργική συνδεσιμότητα αξιολογήθηκε με fMRI σε κατάσταση ηρεμίας. Αυτό αντιστοιχεί σε συνολικά τέσσερις συνεδρίες fMRI σε κατάσταση ηρεμίας των 9 λεπτών η καθεμία. Μεταξύ της χωρικής μάθησης και της ανάκτησης μνήμης, χρησιμοποιήθηκε πολυυπνογραφία για τη μέτρηση της αρχιτεκτονικής του ύπνου (Πίνακας S1). Στην πειραματική συνθήκη, οι συμμετέχοντες κοιμήθηκαν περίπου 90 λεπτά (93,48 ± 1,77, μέσος όρος ± SEM), ενώ η ομάδα ελέγχου παρακολούθησε μια ουδέτερη ταινία για το ίδιο χρονικό διάστημα. Περίπου 2 εβδομάδες μετά το πείραμα, οι συμμετέχοντες στην κατάσταση ύπνου ολοκλήρωσαν μια συνεδρία ελέγχου ύπνου για περίπου 90 λεπτά (103,30 ± 2,66, μέση τιμή ± SEM), η οποία δεν ακολούθησε αμέσως μια εμπειρία χωρικής μάθησης. Η αλληλουχία των δύο συνεδριών ύπνου δεν αντισταθμίστηκε για να κρατήσει τα άτομα τυφλά στις πειραματικές συνθήκες στη συνεδρία δοκιμής. Χρησιμοποιώντας ένα παρόμοιο σχέδιο εργασίας, οι Genzel, Bäurle, et al. (2014) και οι Genzel et al., (2012) έλαβαν συγκρίσιμες διάρκειες ύπνου. Ωστόσο, εδώ, οι συμμετέχοντες κοιμήθηκαν σημαντικά περισσότερο στη συνεδρία ελέγχου ύπνου από ό,τι στη συνεδρία δοκιμής ύπνου (Wilcoxon Sign-Rank Test, z =  2.68, p=.01). Αυτό το αποτέλεσμα συνεδρίας υποδηλώνει εξοικείωση με το εργαστήριο ύπνου. Η διαφορά από προηγούμενες μελέτες μπορεί να οφείλεται στη χρήση διαφορετικού εργαστηριακού περιβάλλοντος, για τους Genzel, Bäurle, et al. (2014); Genzel et al., 2012) το εργαστήριο ύπνου (Max Planck Institute of Psychiatry) χαρακτηρίστηκε ως τέτοιο, ενώ το εργαστήριο ύπνου στο Ινστιτούτο Donders στο εργαστήριο EEG (και επομένως λιγότερο «οικιακό»).

3.2|Ιδιότητες ύπνου στη συνεδρία δοκιμής και ελέγχου

Οι χωροχρονικοί μηχανισμοί κατά τη διάρκεια του ύπνου NREM έχουν αποδειχθεί ότι ενοποιούν εμπειρίες που κωδικοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της προηγούμενης εγρήγορσης (Maigret et al., 2016). Σε επίπεδο συστημάτων, οι εμπειρίες πιστεύεται ότι επανενεργοποιούνται στο δίκτυο του ιππόκαμπου-θαλαμο-φλοιού κατά τη διάρκεια του ύπνου για να σχηματίσουν μακροπρόθεσμες αναπαραστάσεις αυτών των εμπειριών. Διάφορες ταλαντώσεις που εμπλέκονται στην εδραίωση της μνήμης μπορεί να συντονίζουν την επικοινωνία μεταξύ αυτών των εγκεφαλικών δομών (Genzel, 2020; Genzel, Bäurle, et al., 2014). Μας ενδιέφεραν οι αργές ταλαντώσεις, καθώς και οι αργοί άξονες (9–12,5 Hz) και οι γρήγοροι άξονες (12,5–16 Hz) κατά τη διάρκεια του ύπνου NREM, που μπορεί να διαδραματίσουν ξεχωριστό ρόλο στη διαδικασία ενοποίησης της μνήμης (Genzel & Robertson, 2015) . Σύμφωνα με την προηγουμένως αναφερθείσα τοπογραφία αυτών των ταλαντώσεων ύπνου στο ανθρώπινο ΗΕΓ (Adamczyk et al., 2015), εστιάσαμε τις αναλύσεις μας σε μετωπικές αργές ταλαντώσεις και αργούς άξονες (δηλαδή, κανάλι Fz) και κεντρικές γρήγορες ατράκτους (δηλ. κανάλι Cz; βλέπε Εικόνα S3 για τοπογραφία σύζευξης). Για να καταγράψουμε συγκεκριμένες επιρροές της εμπειρίας χωρικής μάθησης στην αρχιτεκτονική ύπνου της συνεδρίας δοκιμής ύπνου, συγκρίναμε τις περιγραφές ύπνου καθώς και τις ιδιότητες ατράκτου και αργής ταλάντωσης (βλ. Πίνακα S1) μεταξύ της δοκιμής ύπνου και των συνεδριών ελέγχου. Διαπιστώσαμε ότι οι συμμετέχοντες κοιμόντουσαν σημαντικά περισσότερο στη συνεδρία ελέγχου σε σύγκριση με τη συνεδρία δοκιμής. Σε σύγκριση με τη δοκιμαστική συνεδρία, επίσης, η διάρκεια της γρήγορης ατράκτου ήταν σημαντικά μεγαλύτερη στην περίοδο ελέγχου (Wilcoxon Sign-Rank Test, z =  2.91, p < .01). Αξιολογήσαμε περαιτέρω εάν η σημαντική διαφορά στο TST μεταξύ των συνεδριών δοκιμής και ελέγχου θα μπορούσε να προβλέψει αυτή τη διαφορά στη διάρκεια της γρήγορης ατράκτου, ελέγχοντας το WASO. Ωστόσο, δεν υπήρχε σημαντική επίδραση του TST στις διαφορές πλάτους ταχείας ατράκτου μεταξύ των συνεδριών ύπνου (πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση, TST:=0.53, p=.61). Η αύξηση του πλάτους της γρήγορης ατράκτου, παρόμοια με την αύξηση της TST, θα μπορούσε να οφείλεται σε μια ανεξέλεγκτη επίδραση εξοικείωσης του εργαστηρίου ύπνου. Παρόλα αυτά, υποθέσαμε ότι η χρονική σχέση των ταλαντώσεων του ύπνου είναι κρίσιμη για την εδραίωση της μνήμης. Από αυτή την άποψη, δεν παρατηρήσαμε διαφορές μεταξύ των συνεδριών, όπως θα παρουσιαστεί στη συνέχεια.

ΦΙΓΟΥΡΑ 1

3.3|Σύζευξη ατράκτου-αργής ταλάντωσης στη συνεδρία δοκιμής και ελέγχου

Η σύζευξη μεταξύ αιχμηρών κυματισμών, ατράκτων και αργών ταλαντώσεων μπορεί να θέσει ένα κρίσιμο χρονικό παράθυρο για την εδραίωση μιας μαθησιακής εμπειρίας (Genzel, Kroes, et al., 2014). Ως εκ τούτου, εστιάσαμε στη χρονική σχέση μεταξύ των ατράκτων και των αργών ταλαντώσεων για να διερευνήσουμε περαιτέρω τη διαφορά στη μικροαρχιτεκτονική του ύπνου μεταξύ των δοκιμών ύπνου και των συνεδριών ελέγχου. Αρχικά, υπολογίσαμε τον αριθμό των μέγιστων κατωφλίων των αξόνων (σε %) που εμφανίζονται σε έναν κύκλο (διάστημα ±1,2 s) γύρω από το κέντρο των εντοπισμένων αργών ταλαντώσεων (Εικόνα 2α). Και στις δύο συνεδρίες, εντοπίσαμε παρόμοιο αριθμό γρήγορων αξόνων συζευγμένων με αργές ταλαντώσεις (Wilcoxon Sign-Rank Test, z =  1.14, p=0.26) και αργών αξόνων συζευγμένων με αργές ταλαντώσεις (Wilcoxon Sign-Rank Test, z {{1{0}}.75, p=.45). Αντίστροφα, περίπου ίσος αριθμός αργών ταλαντώσεων συζεύχθηκε με γρήγορες ατράκτους (Wilcoxon Sign-Rank Test, z=1.02, p=.31) και αργούς άξονες (Wilcoxon Sign- Δοκιμή κατάταξης, z {{20}}.10, p=.27) μετά τη μάθηση και τον έλεγχο του ύπνου. Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι οι άξονες και οι αργές ταλαντώσεις συνδέονται εξίσου μεταξύ τους. Γενικά, εντοπίσαμε μια σταθερή σύζευξη ατράκτου-αργής ταλάντωσης και στις δύο συνεδρίες ύπνου, ανεξάρτητα από τη χωρική εμπειρία εκμάθησης που πραγματοποιήθηκε αμέσως πριν από τη συνεδρία δοκιμής ύπνου. Η επιτυχής ενοποίηση μνήμης μπορεί να εξαρτάται από μια ακρίβεια σύζευξης δεκάδων ή και εκατοντάδων ms (Maigret et al., 2016; Muehlroth et al., 2019). Έτσι, αναλύσαμε τον ακριβή συντονισμό ατράκτου-αργή ταλάντωσης χρησιμοποιώντας PETHs (Εικόνα 2β). Τα PETH δείχνουν την πιθανότητα να εμφανιστούν μέγιστες κοιλότητες ατράκτου στο χρονικό παράθυρο ±1,2 δευτερολέπτων γύρω από τα γεγονότα αργής ταλάντωσης μέσα σε χρονικά δοχεία 100-ms. Οι γρήγορες άξονες συνυπήρξαν αμέσως πριν και στην αιχμή αργής ταλάντωσης μετά την κατώτατη γραμμή αργής ταλάντωσης (μεταθέσεις με βάση το σύμπλεγμα: σύμπλεγμα: 400–700 ms στη δοκιμή, p < 0,001, 500–800 ms στον έλεγχο, p < .001). Από την άλλη πλευρά, οι αργοί άξονες συνέπεσαν κατά τη μετάβαση προς και με το κατώτατο σημείο της αργής ταλάντωσης (μεταθέσεις με βάση το σύμπλεγμα: αμφότερες συστάδες πρόσημου στα 300 έως 100 ms, p < 0,001). Η στιβαρότητα αυτού του αποτελέσματος δοκιμάστηκε σε σχέση με μια κατανομή αναφοράς που λήφθηκε με τυχαία ανακάτεμα των χρονικών σφραγίδων των κοιλοτήτων της ατράκτου. Η χρονική εξειδίκευση της σύζευξης άξονα-αργής ταλάντωσης δεν διέφερε στις δύο συνεδρίες ύπνου, υποδηλώνοντας και πάλι την παρουσία ενός γενικού μηχανισμού σύζευξης ανεξάρτητου από μια εμπειρία χωρικής μάθησης. Προηγούμενα ευρήματα έδειξαν υψηλότερη δύναμη σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης για τους νέους σε σύγκριση με τους ηλικιωμένους ενήλικες και μετά από αδρή κινητική μάθηση (Cross et al., 2020 [preprint]; Helfrich et al., 2018). Μας ενδιέφερε να αποσαφηνίσουμε αυτή τη συνέπεια στις σχέσεις φάσεων στο πλαίσιο της χωρικής μάθησης. Τα πολικά διαγράμματα στο Σχήμα 2β δείχνουν τη φάση σύζευξης για ένα παράδειγμα θέμα και ολόκληρο το δείγμα, που υπολογίζεται ως η στιγμιαία φάση αργής ταλάντωσης (0,3–1,25 Hz) τη στιγμή του μέγιστου πλάτους της ατράκτου πάνω από το κανάλι Fz για αργούς άξονες (9–12,5 Hz ) και κανάλι Cz για γρήγορες άξονες (12,5–16 Hz). Ήδη στο επίπεδο ενός υποκειμένου, μπορεί να φανεί μια ακριβής σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης, η οποία είναι διαφορετική για γρήγορες ατράκτους και αργές ατράκτους, αλλά σχετικά συνεπής στις συνεδρίες ύπνου (βλ. πολικά ιστογράμματα, Εικόνα 2β). Σε επίπεδο ομάδας, οι περισσότερες γρήγορες άξονες εμφανίστηκαν μεταξύ 5,76 και 6,28 ακτίνων της αργής ταλάντωσης (Δοκιμή: 6,03 ± 0,56, Έλεγχος: 6,07 ± 0,33, κυκλικός μέσος όρος ± SD), ενώ οι αργές άξονες εμφανίστηκαν μεταξύ 1,57 και 2,62 ακτινοβολίες αργής ταλάντωσης (Δοκιμή: 1,89 ± 0,79, Έλεγχος: 1,87 ± 0,71, κυκλικός μέσος όρος ± SD· Εικόνα 2e). Αυτά τα ευρήματα ταιριάζουν με τον χρονικό συντονισμό μεταξύ των ατράκτων και των αργών ταλαντώσεων που παρουσιάζονται στα PETH. Για να εκτιμήσουμε τη συνοχή αυτών των σχέσεων φάσης, υπολογίσαμε τη συνοχή φάσης κατά ζεύγη (PPC, βλ. "Μέθοδοι και Υλικά"). Οι μέγιστες τιμές PPC δεν διέφεραν ούτε για γρήγορους άξονες ούτε για αργούς άξονες μεταξύ των δύο συνεδριών ύπνου (Wilcoxon SignRank Tests, fast spindle max PPC: z=0.451, p=.65, slow spindle: max PPC: z=0.067, p=.95). Επιπρόσθετα, παρατηρήσαμε αξιοσημείωτες επιμέρους διαφορές στη ΔΕΗ (Εικόνα 2γ). Μας ενδιέφερε αν αυτή η μεταβλητότητα στη ΔΕΗ σχετίζεται με τη γενική ποιότητα ύπνου του συμμετέχοντα (μετρούμενη με PSQI), η οποία δεν ήταν σημαντική (γραμμική συσχέτιση, γρήγορες άξονες: ρ=0.30, p=. 14, αργοί άξονες: ρ=0.15, p=.46). Εν ολίγοις, οι άξονες συζεύχθηκαν σταθερά με αργές ταλαντώσεις με μια συγκεκριμένη σχέση φάσης που υποστηρίζει προηγούμενα ευρήματα στον τομέα του χρόνου. Τα συνολικά αποτελέσματα σύζευξης που παρουσιάστηκαν μέχρι στιγμής δεν διέφεραν στις δύο συνεδρίες ύπνου. Όπως περιγράφηκε προηγουμένως, παρατηρήσαμε μεγαλύτερο συνολικό χρόνο ύπνου στον έλεγχο ύπνου από τη συνεδρία δοκιμής ύπνου, κάτι που μπορεί να είχε αντισταθμιστικά αποτελέσματα στην αρχιτεκτονική ύπνου πίσω από την οποία κρυβόταν μια διαφορά στη σύζευξη. Έτσι, παρουσιάζουμε τα ακόλουθα αποτελέσματα μόνο για τη συνεδρία δοκιμής ύπνου.

3.4|Η ισχύς της αργής ταλάντωσης του άξονα σχετίζεται με την απόδοση της μνήμης

Έχοντας καθιερώσει τη γενική δυναμική χρόνου και φάσης της σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης στις συνεδρίες ύπνου, προχωρήσαμε στην ανάλυσή μας εστιάζοντας στις δύο καταστάσεις μνήμης (allo vs. ego) κατά τη διάρκεια της συνεδρίας δοκιμής ύπνου, καθώς ο ύπνος μπορεί να έχει ξεχωριστή επίδραση στην αλλοκεντρική έναντι των εγωκεντρικών χωρικών αναμνήσεων. Οι πιθανές διαφορές μεταξύ των ομάδων δοκιμάστηκαν για %σύζευξη και PPC (Εικόνα 2a,f). Ούτε η ποσότητα σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης ούτε η συνέπεια στη φάση ατράκτου-αργή ταλάντωσης διέφεραν σημαντικά μεταξύ των ομάδων (Mann-Whitney U Test, % fast spindle: z =  1.12, p=. 27, % αργοί άξονες: z=0.09, p=.93, μέγ. PPC γρήγοροι άξονες: z=1.742, p=.08, μέγ. PPC αργοί άξονες: z=0.083, p=.94). Εξετάσαμε περαιτέρω αυτό το μοτίβο συγκρίνοντας την ταλαντωτική ισχύ στο εύρος συχνοτήτων της ατράκτου για χρονικά τμήματα με και χωρίς αργές ταλαντώσεις (βλ. "Υλικά και Μέθοδοι"). Οι δοκιμές αργής ταλάντωσης κατασκευάστηκαν με εποχοποίηση ±1,2 s γύρω από τυχαία επιλεγμένες αργές ταλαντώσεις. Σε αυτές τις δοκιμές, η ισχύς στην περιοχή συχνοτήτων της ατράκτου διέφερε πράγματι σημαντικά από τυχαία επιλεγμένα διαστήματα χωρίς αργές ταλαντώσεις (για όλες τις ομάδες τιμών t: p < 0,001, Εικόνα 3a). Αυτό το φαινόμενο ήταν εξίσου παρόν και στις δύο συνθήκες μνήμης καθώς ο χάρτης διαφοράς δεν περιείχε σημαντικές ομάδες διαμόρφωσης (Εικόνα 3α). Συμπερασματικά, καμία από τις μετρήσεις της σύζευξης άξονα-αργής ταλάντωσης δεν διέφερε μεταξύ των συνθηκών μνήμης. Τα αποτελέσματα ήταν επίσης σύμφωνα με τη μη σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ του τύπου προπόνησης και του ύπνου για την ανάλυση συμπεριφοράς (βλ. Εικόνα 1γ). Έτσι, αποφασίσαμε να συμπτύξουμε τις δύο συνθήκες μνήμης για να αυξήσουμε τη στατιστική ισχύ για περαιτέρω δοκιμές. Λαμβάνοντας υπόψη ολόκληρο το δείγμα στη συνεδρία δοκιμής, πρώτα ελέγξαμε εάν η ποσότητα της σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης ήταν απλώς ένα τυχαίο υποπροϊόν της εμφάνισης γεγονότων ατράκτου και αργής ταλάντωσης. Η ληφθείσα ποσότητα σύζευξης διέφερε σημαντικά από μια τυχαία κατανομή δειγματοληψίας στο 60% του δείγματος (Εικόνα 3β, δοκιμές μετάθεσης: p < 0,05, 1000 επαναλήψεις ανά συμμετέχοντα). Ωστόσο, για να αποφευχθεί η απώλεια στατιστικής ισχύος και η παλινδρόμηση προς το μέσο όρο, υπολογίσαμε τις διαμορφώσεις φασματικής ισχύος κατά τη διάρκεια δοκιμών αργής ταλάντωσης για ολόκληρο το δείγμα (Εικόνα 3γ). Βρήκαμε ότι οι διαμορφώσεις ισχύος κατά τη διάρκεια των δοκιμών αργής ταλάντωσης διέφεραν σημαντικά από τις αντίστοιχες δοκιμές ελέγχου στις περιοχές συχνοτήτων της ατράκτου και στα προηγούμενα καθορισμένα χρονικά διαστήματα (βλ. PETHs, Εικόνα 2β). Στη συνέχεια, πραγματοποιήσαμε αναλύσεις συσχέτισης μεταξύ διαφορών ισχύος αργής ταλάντωσης-ελέγχου (εκφρασμένες σε τιμές t) και απόδοσης μνήμης ξεχωριστά για κάθε σημείο χρόνου-συχνότητας στο αντίστοιχο σύμπλεγμα ατράκτων που εξάγεται από τον χάρτη t (Εικόνα 3γ). Βρήκαμε σημαντικές συσχετίσεις δοκιμάζοντας έναντι μιας κατανομής αναφοράς εκκίνησης των συσχετισμών EEG-συμπεριφοράς. Με αυτόν τον τρόπο, θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε σημαντικές συστάδες συσχέτισης που αντιπροσωπεύουν τη σχέση μεταξύ της απόδοσης της μνήμης και ενός συγκεκριμένου μοτίβου διαμορφώσεως της δραστηριότητας EEG κατά τη διάρκεια της ανοδικής κατάστασης αργής ταλάντωσης (βλ. "Υλικά και Μέθοδοι"). Εντοπίστηκε μια σημαντική ομάδα αρνητικής συσχέτισης για γρήγορες άξονες (συστάδα p < 0,01, max r=0,41, p < 0,01, Εικόνα 3γ επάνω). Ομοίως, εντοπίσαμε ένα άλλο σημαντικό σύμπλεγμα αρνητικής συσχέτισης για αργούς άξονες (συστάδα p=.02, max r=.38, p=.02, Εικόνα 3γ κάτω): πιο γρήγορα- Η ισχύς του άξονα και η ισχύς του αργού άξονα κατά τη διάρκεια της περιόδου αργής ταλάντωσης συσχετίστηκαν με καλύτερη απόδοση μνήμης (δηλ. χαμηλότερη καθυστέρηση απόκρισης). Αυτά τα αποτελέσματα ήταν ειδικά για τη συνεδρία δοκιμής ύπνου, καθώς δεν μπορούσαν να παρατηρηθούν για το σύμπλεγμα ταχείας ατράκτου ή αργής ατράκτου στην συνεδρία ελέγχου ύπνου (Εικόνα S4). Πραγματοποιήσαμε επίσης αυτήν την ανάλυση συσχέτισης για τις εγωκεντρικές και αλλοκεντρικές ομάδες ξεχωριστά (Εικόνα S6). Στην αλλοκεντρική ομάδα, ούτε οι διαμορφώσεις ισχύος ταχείας ατράκτου ούτε αργής ατράκτου συσχετίστηκαν σημαντικά με την απόδοση της μνήμης. Τα ευρήματα για την εγωκεντρική ομάδα έμοιαζαν πολύ με αυτά που παρατηρήθηκαν για ολόκληρο το δείγμα. Είναι ενδιαφέρον ότι οι διαμορφώσεις ισχύος αργού άξονα έδειξαν αντίθετες τάσεις στις δύο ομάδες. Η καλύτερη απόδοση μνήμης υπαινίσσεται αρνητική συσχέτιση με διαμορφώσεις ισχύος αργής ατράκτου για την αλλοκεντρική ομάδα (ομάδα=0.07, μέγ. r=.50, p=.06, Εικόνα S6 κάτω αριστερά). Αυτή η συσχέτιση ήταν σημαντικά θετική για την εγωκεντρική ομάδα (ομάδα p=.03, μέγ. r=.61, p=.02, Εικόνα S6 κάτω δεξιά). Ωστόσο, δεν ερευνήσαμε περαιτέρω αυτήν την τάση καθώς δεν μπόρεσαν να ληφθούν σημαντικά αποτελέσματα για την αλλοκεντρική ομάδα. Συμπερασματικά, βρήκαμε στοιχεία για μια συσχέτιση μεταξύ του συντονισμού των αργών ταλαντώσεων και των ατράκτων με την απόδοση της μνήμης που ήταν ειδικά για τον ύπνο μετά τη μάθηση σε αντίθεση με μια συνεδρία ύπνου ελέγχου. Οι διαμορφώσεις ισχύος με αργή άτρακτο μπορεί να οδηγούνταν κυρίως από την εγωκεντρική ομάδα.

ΣΧΗΜΑ 2

3,5|Τα λειτουργικά δίκτυα σε κατάσταση ηρεμίας αλλάζουν μεταξύ των περιόδων σύνδεσης

Μετά την ανάλυση ύπνου-EEG, εστιάσαμε στη συνέχεια στη λειτουργική συνδεσιμότητα σε κατάσταση ηρεμίας πριν και μετά την εκμάθηση, την ενοποίηση και την ανάκτηση της εργασίας μνήμης για τη διερεύνηση της ενοποίησης μνήμης σε επίπεδο δικτύου σε καταστάσεις ηρεμίας. Για αυτό, συμπεριλάβαμε δεδομένα fMRI των τεσσάρων συνεδριών σε κατάσταση ηρεμίας (δηλαδή, 1=βασική γραμμή, 2=μετά τη μάθηση, 3=μετά το διάλειμμα, 4=μετά την ανάκτηση ) στην ανάλυση. Μας ενδιέφερε συγκεκριμένα το σωστό δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου, το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας και το δίκτυο ιππόκαμπου. Το Task-fMRI αναλύει αυτό το σύνολο δεδομένων από τους Samanta et al. (2021) αποκάλυψε ότι οι περιοχές αυτών των δικτύων άλλαξαν την ενεργοποίηση κατά τη διάρκεια της περιόδου ενοποίησης όταν οι συμμετέχοντες έπαιρναν έναν υπνάκο αλλά όχι όταν έμεναν ξύπνιοι. Έτσι, αποκτήσαμε τα τρία δίκτυα σε κατάσταση ηρεμίας με το GraphICA (Ribeiro de Paula et al., 2017), ένα εργαλείο για την ανάλυση δικτύου σε κατάσταση ηρεμίας. Για τον σκοπό της μείωσης των διαστάσεων, υπολογίσαμε τους κύριους τρόπους διακύμανσης για κάθε δίκτυο χρησιμοποιώντας ένα SVD (βλ. "Μέθοδοι και υλικά"). Τέλος, δοκιμάσαμε τα αποτελέσματα της συνεδρίας, των συνθηκών ύπνου και των συνθηκών μνήμης στη βαθμολογία κάθε συμμετέχοντα στη λειτουργία που προσδιορίστηκε προηγουμένως. Με αυτήν την προσέγγιση θα μπορούσαμε να προσδιορίσουμε (1) πόσα λειτουργικά υποδίκτυα περιέχονταν σε κάθε δίκτυο και (2) πώς άλλαξε η λειτουργική συνδεσιμότητα των δικτύων για οποιαδήποτε από τις πειραματικές μας μεταβλητές. Για το σωστό δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου, εξάγαμε ένα πρωτεύον υποδίκτυο που επικεντρωνόταν στη δεξιά κάτω βρεγματική αύλακα, στον δεξιό κάτω βρεγματικό λοβό και στον δεξιό ραχιαίο πλάγιο προμετωπιαίο φλοιό. Σε αυτό το υποδίκτυο, βρήκαμε μια αύξηση στη λειτουργική συνδεσιμότητα μεταξύ της απόδοσης των εργασιών στις περιόδους εκμάθησης και ανάκτησης (Εικόνα 4a, γραμμικό μοντέλο μικτών επιδράσεων, ύπνος/αφύπνιση: t62 =  0.747, p=. 46 allo/ego: t62 =  0.477, p=.64, pre-break/ post-break: t193=1.676, p=.10, pre -task/post-task: t193=2.808, p=.01). Αυτή η αύξηση προήλθε από την αλλαγή από μετά το διάλειμμα σε μετά την ανάκτηση (t193=2.468, p=.02). Αντίθετα, το πρωτεύον υποδίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας με κύρια συμμετοχή του οπίσθιου τριχωτού φλοιού γενικά μειώθηκε στη συνδεσιμότητα από την απόδοση πριν από την εργασία και η συνδεσιμότητα ήταν γενικά υψηλότερη για τον ύπνο σε σύγκριση με την κατάσταση εγρήγορσης (Εικόνα 4β, γραμμικά μικτά αποτελέσματα μοντέλο, ύπνος/αφύπνιση: t62 =  2.616, p=.01 allo/ego: t62=0.427, p=.67, pre-break/post -διάλειμμα: t193=1.726, p=.08, pre-task/post-task: t{193 =  2.126, p=.04). Η μείωση της λειτουργικής συνδεσιμότητας μπορεί να εξηγηθεί από μια σημαντική αλλαγή από τη μετά το διάλειμμα στη μετά την ανάκτηση (t193 =  2.451, p=.017). Ωστόσο, το κύριο αποτέλεσμα του ύπνου δεν μπορεί να εξηγηθεί με κανέναν από τους πειραματικούς χειρισμούς και μπορεί να προέκυψε τυχαία (Εικόνα S5). Συγκεκριμένα, το πρωτεύον υποδίκτυο του ιππόκαμπου που περιλάμβανε κυρίως τον ιππόκαμπο και τον αμφοτερόπλευρο παραιππόκαμπο φλοιό παρουσίασε παρόμοιες αλλαγές συνδεσιμότητας με το σωστό δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου. Σε αυτήν την περίπτωση, όχι μόνο εντοπίσαμε μια αύξηση πριν από την εργασία μετά την εργασία, αλλά και μια αύξηση πριν από τη μετά τη διακοπή της λειτουργικής συνδεσιμότητας (Εικόνα 4γ, γραμμικό μοντέλο μικτών εφέ, ύπνος/αφύπνιση: t62 =  0. 143, p=.89 allo/ego: t62=0.702, p=.49, pre-break/post-break: t193=3.749, p < .001, pre-task/post-task: t193=4.535, p < .001). Αυτό αντικατοπτρίστηκε από μια σημαντική διαφορά μεταξύ της βασικής γραμμής και της μεταμάθησης (t193=3.586, p < .001) καθώς και της μετά το διάλειμμα και της μετα-ανάκτησης (t193=3}.338, p < .001 ). Τέλος, δοκιμάσαμε εάν η αλλαγή μετά την αλλαγή στη λειτουργική συνδεσιμότητα μετά την ανάκτηση που παρατηρήθηκε σε όλα τα δίκτυα συσχετίστηκε με την απόδοση της μνήμης κατά την ανάκτηση. Αυτό το αποτέλεσμα δεν ήταν σημαντικό για το σωστό υποδίκτυο εκτελεστικού ελέγχου (γραμμική παλινδρόμηση,=0.016, p=.90), το προεπιλεγμένο υποδίκτυο λειτουργίας (γραμμική παλινδρόμηση,=0.655, p=.43), ή το υποδίκτυο του ιππόκαμπου (γραμμική παλινδρόμηση,=0.596, p=.44). Συνολικά, λαμβάναμε σταθερά ένα αποτέλεσμα πριν από την εργασία και στα τρία υποδίκτυα, με αύξηση του δικτύου εκτελεστικού ελέγχου και ιππόκαμπου και μείωση του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας. Μόνο το υποδίκτυο του ιππόκαμπου αύξησε τη συνδεσιμότητα πριν από το διάλειμμα και παρατηρήθηκε ένα κύριο αποτέλεσμα ύπνου για το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας. Όπως φάνηκε για την ανάλυση ύπνου μας, η μνήμη παραγόντων (allo vs. ego) δεν επηρέασε τις αλλαγές στα δίκτυα κατάστασης ηρεμίας.

ΣΧΗΜΑ 3

ΣΧΗΜΑ 4

3.6|Ένα εξαρτώμενο από τον ύπνο υποδίκτυο ιππόκαμπου και γρήγορη σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης

Από την ανάλυση που έγινε από τους Samanta et al. (2021), είναι προφανές ότι η ενεργοποίηση του προκούνιου/οπισθοπληνιακού φλοιού μειώνεται μετά τον ύπνο, αλλά όχι όταν οι συμμετέχοντες έμειναν ξύπνιοι κατά την περίοδο ενοποίησης. Ομοίως, εξάγαμε ένα δεύτερο λειτουργικό υποδίκτυο του δικτύου του ιππόκαμπου με επίκεντρο τον αμφοτερόπλευρο οπισθοπληνιακό φλοιό και την αμφοτερόπλευρη αμυγδαλή (Εικόνα 5α επάνω). Προσδιορίσαμε αυτό το υποδίκτυο με βάση την παραγοντοποίηση SVD, χρησιμοποιώντας ένα κριτήριο φάσματος μοναδικής τιμής (βλ. "Μέθοδοι και υλικά"). Εδώ, ερευνήσαμε επίσης πώς οι συνεδρίες, οι συνθήκες ύπνου και οι συνθήκες μνήμης επηρέασαν τις βαθμολογίες των συμμετεχόντων σε αυτή τη δεύτερη λειτουργία. Σε αντίθεση με τα κύρια εφέ εργασίας και διαλείμματος που εντοπίστηκαν για τα άλλα δίκτυα, τώρα παρατηρήσαμε μια αλληλεπίδραση μεταξύ συνεδρίας και συνθηκών ύπνου (γραμμικό μοντέλο μικτών εφέ, αλληλεπίδραση συνεδρίας * ύπνου t191=2.086, p {{5} } .04). Η λειτουργική συνδεσιμότητα του υποδικτύου φαινόταν να μειώνεται μόνο για τους συμμετέχοντες που πήραν έναν υπνάκο κατά τη διάρκεια της περιόδου ενοποίησης. Αυτό το αποτέλεσμα παρέμεινε κατά τη σύγκριση μιας αλλαγής από τις συνεδρίες μετά τη μάθηση σε περιόδους μετά το διάλειμμα (paired-sample t-test, t95=2.3971, p=.02). Έτσι, υπολογίσαμε επίσης τις τιμές διαφοράς από τη μία συνεδρία στην άλλη και δοκιμάσαμε εάν αυτές ήταν σημαντικά διαφορετικές από το 0. Μια σημαντική αλλαγή σημειώθηκε μόνο για την ομάδα ύπνου από μετά την προπόνηση σε μετά το διάλειμμα (t26 =  3.17, p=.01), αυτό δεν εμφανίστηκε για την ομάδα αφύπνισης (t38 =  1.363, p=.18). Επομένως, μας ενδιέφερε εάν αυτή η μείωση της συνδεσιμότητας μεταξύ των συνεδριών μετά τη μάθηση και των συνεδριών μετά το διάλειμμα στην κατάσταση ύπνου σχετιζόταν με τη σύζευξη άξονα-αργής ταλάντωσης που περιγράφηκε προηγουμένως (βλ. Εικόνα 3γ). Και πάλι, πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις συσχέτισης - αλλά αυτή τη φορά για αργές διαφορές ισχύος ελέγχου ταλάντωσης (εκφρασμένες σε τιμές t) και τη βαθμολογία αλλαγής στο υποδίκτυο του ιππόκαμπου μεταξύ των συνεδριών μετά τη μάθηση και μετά το διάλειμμα. Οι συσχετίσεις υπολογίστηκαν για κάθε σημείο χρόνου-συχνότητας στις αντίστοιχες ομάδες ατράκτων που εξήχθησαν από τον t-map. Ένα σημαντικό σύμπλεγμα αρνητικής συσχέτισης εντοπίστηκε για γρήγορες άξονες (συστάδα: p < .001, μέγιστο εικονοστοιχείο: ρ =  0.38, p <.01; Εικόνα 5β, επάνω) και για αργούς άξονες (συστάδα: p {{ 39}} .02, ρ =  0.30, p=.03): η υψηλότερη ισχύς της ατράκτου κατά τη διάρκεια της ανοδικής κατάστασης αργής ταλάντωσης συσχετίστηκε με μεγαλύτερη μείωση στη λειτουργική συνδεσιμότητα του υποδικτύου του ιππόκαμπου κατά τη διάρκεια του ύπνου . Οι συστάδες επικαλύπτονται εν μέρει με τις συστάδες συσχέτισης σημαντικής απόκρισης που παρουσιάστηκαν νωρίτερα (βλ. Εικόνα 3γ). Αυτά τα ευρήματα παρέχουν στοιχεία για μια σχέση μεταξύ του συντονισμού των αργών ταλαντώσεων και των ατράκτων και της μείωσης της συνδεσιμότητας στο υποδίκτυο του ιππόκαμπου. Παραλληλίζουν τα αποτελέσματα που λαμβάνονται για την ισχύ και τη συμπεριφορά σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης. Ως εκ τούτου, στοχεύσαμε να δημιουργήσουμε μια σχέση τριάδας μεταξύ της βαθμολογίας αλλαγής σε αυτό το υποδίκτυο του ιππόκαμπου, της σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης και της απόδοσης της μνήμης. Υποχωρήσαμε τη βαθμολογία αλλαγών των δικτύων σε όλο τον ύπνο ως προς την απόδοση της μνήμης κατά την ανάκτηση. Ωστόσο, η μείωση της συνδεσιμότητας στο υποδίκτυο του ιππόκαμπου δεν προέβλεψε σημαντικά τη συμπεριφορά (γραμμική παλινδρόμηση,=0.01, p=.94). Συνοπτικά, βρήκαμε ένα υποδίκτυο ιππόκαμπου που μείωσε τη λειτουργική συνδεσιμότητα στις συνεδρίες σε κατάσταση ηρεμίας για τους συμμετέχοντες που πήραν έναν υπνάκο. Η λειτουργική συνδεσιμότητα παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό σταθερή για εκείνους τους συμμετέχοντες που έμειναν ξύπνιοι. Αυτό το αποτέλεσμα δεν διέφερε μεταξύ των δύο συνθηκών μνήμης. Η μείωση της λειτουργικής συνδεσιμότητας από τη μετά τη μάθηση έως τη μετά το διάλειμμα συσχετίστηκε θετικά με τη σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης κατά τη διάρκεια του ύπνου. Έτσι, αναμέναμε ότι αυτή η αλλαγή συνδεσιμότητας θα ήταν ένας συσχετισμός της ενοποίησης της μνήμης. Ωστόσο, σε αντίθεση με την ισχύ σύζευξης άξονα-αργής ταλάντωσης (βλ. Εικόνα 3γ), η εξαρτώμενη από τον ύπνο μείωση συνδεσιμότητας στο δεύτερο υποδίκτυο του ιππόκαμπου δεν προέβλεπε την απόδοση της μνήμης κατά την ανάκτηση.

ΕΙΚΟΝΑ 5

4|ΣΥΖΗΤΗΣΗ

Αυτή η μελέτη χρησιμοποίησε δεδομένα fMRI σε κατάσταση ηρεμίας και EEG ύπνου για τη διερεύνηση της εμπέδωσης της χωρικής μνήμης κατά τη διάρκεια ενός υπνάκου ή την ίδια περίοδο που έμεινε ξύπνιος. Τα υποκείμενα έμαθαν μια τοποθεσία στόχου σε ένα εικονικό υδατολαβύρινθο είτε με διαφορετικές τοποθεσίες εκκίνησης (αλλοκεντρική ομάδα) είτε με την ίδια αρχική θέση (εγωκεντρική ομάδα). Η ανάλυση ύπνου-EEG επικεντρώθηκε στη σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης, διαχωρίζοντας τις ατράκτους σε γρήγορους και αργούς υποτύπους. Το fMRI σε κατάσταση ηρεμίας επικεντρώθηκε σε αλλαγές στη συνδεσιμότητα εντός των προηγουμένως καθορισμένων δικτύων. Θα μπορούσαμε να δείξουμε ότι η σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης συσχετίστηκε θετικά με την απόδοση της μνήμης μετά από έναν υπνάκο και επίσης με τη μείωση της συνδεσιμότητας σε ένα λειτουργικό δίκτυο ιππόκαμπου συμπεριλαμβανομένου του οπισθοσπληνιακού φλοιού. Αυτή η μείωση στη συνδεσιμότητα δεν παρατηρήθηκε στην ομάδα που έμεινε ξύπνια. Αυξήσεις στη συνδεσιμότητα που σχετίζονται με εργασίες παρατηρήθηκαν στο δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου και στο άλλο δίκτυο ιππόκαμπου, ενώ μείωση βρέθηκε στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας. Αυτές οι αλλαγές δεν ήταν συγκεκριμένες για την ομάδα ύπνου, αλλά παρατηρήθηκαν σε όλους τους συμμετέχοντες. Αντιγράψαμε προηγούμενα ευρήματα σύζευξης ταλάντωσης, δείχνοντας ότι οι αργοί άξονες είναι φωλιασμένοι στη μεταβατική περίοδο από αργή ταλάντωση προς τα κάτω και οι γρήγορες άξονες εμφανίζονται συχνά αμέσως πριν και εντός της ανοδικής κατάστασης αργής ταλάντωσης. Δεν βρήκαμε διαφορά στη σύζευξη ατράκτου-αργή ταλάντωσης μεταξύ αλλοκεντρικών και εγωκεντρικών ομάδων προπόνησης. Ο ακριβής συντονισμός μεταξύ των ατράκτων και των αργών ταλαντώσεων παρατηρήθηκε με συνέπεια σε όλους τους τομείς χρόνου, φάσης και χρόνου-συχνότητας. Παραδόξως, αυτά τα αποτελέσματα δεν διέφεραν μεταξύ της συνεδρίας δοκιμής ύπνου, η οποία ακολούθησε αμέσως τη χωρική εμπειρία μάθησης, και της συνεδρίας ελέγχου ύπνου, όπου δεν υπήρχε ρητή μάθηση εκ των προτέρων. Το γεγονός ότι δεν παρατηρήσαμε διαφορά μεταξύ των συνεδριών ύπνου πιθανότατα οφείλεται σε μεθοδολογικούς περιορισμούς του σχεδιασμού της μελέτης - ο υπνάκος ελέγχου ήταν πάντα ο δεύτερος υπνάκος - δεδομένου ότι παρατηρήθηκε επίσης μια διαφορά στο συνολικό χρόνο ύπνου. Η ανάλυση fMRI σε κατάσταση ηρεμίας επικεντρώθηκε στο δίκτυο του ιππόκαμπου, στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας και στο δεξιό δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου. Αυτά τα δίκτυα ορίστηκαν και αργότερα χωρίστηκαν σε υποδίκτυα χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση βάσει δεδομένων. Βρήκαμε αλλαγές σε όλο τον εγκέφαλο στις συνεδρίες σε κατάσταση ηρεμίας που ταίριαζαν με τα προηγούμενα ευρήματά μας στην ανάλυση δραστηριότητας (Samanta et al., 2021). Αλλαγές συνδεσιμότητας που σχετίζονται με εργασίες στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας (μείωση συνδεσιμότητας) σε αντίθεση με αλλαγές στο σωστό δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου (αύξηση συνδεσιμότητας). Είναι ενδιαφέρον ότι το δίκτυο του ιππόκαμπου θα μπορούσε να χωριστεί σε δύο υποδίκτυα: ένα πρωτεύον λειτουργικό υποδίκτυο με επίκεντρο τον ιππόκαμπο και τον παραιππόκαμπο φλοιό και ένα δεύτερο λειτουργικό υποδίκτυο με τον οπισθοπληνιακό φλοιό ως περιοχή πλήμνης. Η λειτουργική συνδεσιμότητα στο πρωτεύον υποδίκτυο του ιππόκαμπου αυξήθηκε πριν από την εργασία και πριν από τη διάλειμμα. Η λειτουργική συνδεσιμότητα στο δεύτερο υποδίκτυο του ιππόκαμπου μειώθηκε κατά τη διάρκεια των τεσσάρων συνεδριών σε κατάσταση ηρεμίας - κυρίως κατά τη διάρκεια του διαλείμματος ύπνου - μόνο για τους συμμετέχοντες που κοιμήθηκαν κατά τη διάρκεια του διαλείμματος αλλά όχι για εκείνους που έμειναν ξύπνιοι. Όπως τα αποτελέσματα της ανάλυσης συμπεριφοράς και ύπνου μας, οι συνθήκες μνήμης (allo vs. ego) δεν επηρέασαν τις αλλαγές σε κανένα από αυτά τα δίκτυα. Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν αλλαγές συνδεσιμότητας που σχετίζονται με εργασίες και ενοποίηση στα λειτουργικά δίκτυα που μπορεί να σχετίζονται με επανενεργοποιήσεις μνήμης.

Τέλος, στοχεύσαμε να συσχετίσουμε τα αποτελέσματα του ΗΕΓ ύπνου μας με τις αλλαγές στη συνδεσιμότητα σε κατάσταση ηρεμίας και στην απόδοση της μνήμης. Η σύζευξη ατράκτου-αργής ταλάντωσης συσχετίστηκε θετικά με αλλαγές που εξαρτώνται από τον ύπνο στο δεύτερο υποδίκτυο του ιππόκαμπου και με την απόδοση της μνήμης. Αυτό ήταν ειδικό για τον ύπνο μετά την εκμάθηση και δεν φάνηκε στη συνεδρία ύπνου ελέγχου. Συνολικά, η ακριβής σύζευξη άξονα-αργής ταλάντωσης φαίνεται να έχει σχέση συμπεριφοράς και δυνητικά έχει λειτουργική σημασία στην ενοποίηση της μνήμης. Αυτή η σύζευξη μπορεί να είναι ένας μηχανισμός με τον οποίο διαμορφώνεται η λειτουργική συνδεσιμότητα στο δίκτυο του ιππόκαμπου κατά τη διάρκεια της ενοποίησης της μνήμης.

4.1|Αλλαγές συνδεσιμότητας σε δίκτυα κατάστασης ηρεμίας

Γενικά, έχει αποδειχθεί ότι οι εργασίες μπορούν να επηρεάσουν την εγκεφαλική δραστηριότητα σε κατάσταση ηρεμίας μετά την εργασία (Lewis et al., 2009). Για παράδειγμα, η τροποποίηση της αυθόρμητης εγκεφαλικής δραστηριότητας που εξαρτάται από τη μάθηση μετά την εργασία έχει παρατηρηθεί για γνωστικές εργασίες που περιλαμβάνουν εργασιακή μνήμη, συναίσθημα και κινητική εκπαίδευση (Lewis et al., 2009). Αυτή η διαμόρφωση των περιοχών του εγκεφάλου που σχετίζεται με μια προηγούμενη εργασία μπορεί να γίνει κατανοητή ως μια μορφή παγίωσης σε κατάσταση ηρεμίας, που πιθανώς περιλαμβάνει παρόμοιους μηχανισμούς όπως η παγίωση μνήμης που σχετίζεται με τον ύπνο (Tambini & Davachi, 2019). Η ανάλυση συνδεσιμότητας σε κατάσταση ηρεμίας βασίζεται στη συσχέτιση διαφορετικών voxels μέσα σε ένα δίκτυο. Οι επανενεργοποιήσεις της νευρωνικής μνήμης και η ενίσχυση των δικτύων μνήμης θα πρέπει να οδηγήσουν σε αυξημένη συνενεργοποίηση του δικτύου μνήμης, η οποία επομένως θα μπορούσε ενδεχομένως να αυξήσει τη συνδεσιμότητα εντός του δικτύου όπως μετράμε εδώ. Έτσι, θα μπορούσε κανείς να ερμηνεύσει τα αποτελέσματά μας ως αλλαγές στις επανενεργοποιήσεις που συμβαίνουν κατά την κατάσταση ηρεμίας. Δείχνουμε αντίθετες αλλαγές στον εκτελεστικό έλεγχο και στο κύριο δίκτυο ιππόκαμπου σε αντίθεση με την προεπιλεγμένη απόδοση του δικτύου πριν και μετά την εργασία. Ο εκτελεστικός έλεγχος και το δίκτυο ιππόκαμπου αυξήθηκαν, ενώ το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας μειώθηκε στη λειτουργική συνδεσιμότητα. Εάν αυτές οι αλλαγές συνδεσιμότητας προκαλούνται από επανενεργοποιήσεις, τα αποτελέσματα θα έδειχναν ότι μετά από μια εργασία κάποιος έχει περισσότερες επανενεργοποιήσεις τόσο στο δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου όσο και στον ιππόκαμπο. Δείξαμε επίσης μια ειδική για τον ύπνο μείωση στη συνδεσιμότητα σε ένα δεύτερο δίκτυο ιππόκαμπου συμπεριλαμβανομένου του οπισθοσπληνιακού φλοιού. Δυνητικά αυτό το δίκτυο θα μπορούσε να είναι ο σύνδεσμος μεταξύ του ιππόκαμπου και των κατάντη περιοχών, όπως ο βρεγματικός φλοιός, ο οποίος αποτελεί μέρος του δικτύου εκτελεστικού ελέγχου (Genzel, 2020). Επομένως, μια μείωση της συνδεσιμότητας σε αυτό το δίκτυο θα έδειχνε ότι οι επανενεργοποιήσεις που συμβαίνουν στο δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου και στον ιππόκαμπο είναι πιο ανεξάρτητες μεταξύ τους μετά τον ύπνο. Αντίθετα, μετά την αφύπνιση όταν δεν υπάρχει τέτοια μείωση της συνδεσιμότητας, οι επανενεργοποιήσεις στον φλοιό και τον ιππόκαμπο θα εξακολουθούν να συνδέονται. Έχει προταθεί προηγουμένως ότι μόλις προχωρήσει η ενοποίηση από τον ιππόκαμπο στον φλοιό, η επανενεργοποίηση στον φλοιό λαμβάνει χώρα ανεξάρτητα από τις επανενεργοποιήσεις του ιππόκαμπου. Τα αποτελέσματά μας θα μπορούσαν ενδεχομένως να υποστηρίξουν αυτήν την ιδέα. Ωστόσο, το μέτρο της συνδεσιμότητας σε κατάσταση ηρεμίας, εντός δικτύου είναι πολύ έμμεσο και επομένως αυτό το εύρημα θα πρέπει να επιβεβαιωθεί με πιο άμεσες μετρήσεις, όπως ταυτόχρονες εγγραφές ιππόκαμπου και φλοιώδους νευρώνων σε τρωκτικά.

4.2|Αλλαγές που σχετίζονται με εργασίες στο σωστό δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου και προεπιλεγμένης λειτουργίας

Τα ευρήματά μας ευθυγραμμίζονται με την ανάλυση εργασιών αυτού του συνόλου δεδομένων που πραγματοποιήθηκε από τους Samanta et al. (2021). Κατά τη μέτρηση των αλλαγών στη δραστηριότητα BOLD σε συνεδρίες εκμάθησης και ανάκτησης ενώ οι συμμετέχοντες εκτελούσαν την εργασία, παρατηρήσαμε μια αύξηση που σχετίζεται με τον ύπνο στις περιοχές εκτελεστικού ελέγχου και μια μείωση στις περιοχές προεπιλεγμένης λειτουργίας. Στην τρέχουσα ανάλυση, παρατηρήσαμε αυξήσεις στη συνδεσιμότητα εντός του δικτύου για το δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου και μειώσεις στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας στις διαφορετικές περιόδους λειτουργίας κατάστασης ηρεμίας. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα τρέχοντα αποτελέσματα δεν είναι ειδικά για την κατάσταση ύπνου σε αντίθεση με τα αποτελέσματα της ανάλυσης δραστηριότητας από τους Samanta et al. Αυτή η απόκλιση μπορεί να οφείλεται σε διαφορετικές προσεγγίσεις ανάλυσης. Οι Samanta et al. (2021) ερεύνησε αλλαγές στην απόκριση BOLD, αλλά όχι στη λειτουργική συνδεσιμότητα, για τα δύο δίκτυα χωριστά. Η ανάλυση λειτουργικής συνδεσιμότητας τους βασίστηκε σε μια προσέγγιση βασισμένη σε σπόρους, η οποία δοκίμασε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ενός προκαθορισμένου κόμβου του δικτύου εκτελεστικού ελέγχου και του υπόλοιπου εγκεφάλου. Αντίθετα, χρησιμοποιήσαμε ανάλυση ανεξάρτητων στοιχείων για να ορίσουμε τα δίκτυά μας χωρίς εκ των προτέρων υποθέσεις και αξιολογήσαμε τις αλλαγές λειτουργικής συνδεσιμότητας μόνο σε καθένα από αυτά τα δίκτυα. Αυτές οι μεθοδολογικές διαφορές μπορεί να συνέβαλαν στα διαφορετικά αποτελέσματα των δύο αναλύσεων. Το δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου πιστεύεται ότι κατανέμει την προσοχή μεταξύ οπτικοχωρικών εργασιών και εμπλέκεται σε συμπεριφορές και πλοήγηση που κατευθύνονται προς τους στόχους. Συγκεκριμένα, ο οπίσθιος βρεγματικός φλοιός χρησιμεύει ως θέση φλοιώδους ολοκλήρωσης για αλλοκεντρικές χωρικές πληροφορίες που δημιουργούνται από τον ιππόκαμπο και εγωκεντρικό χωρικό προσανατολισμό για την καθοδήγηση της πλοήγησης με στόχο (Nitz, 2012; Whitlock et al., 2008). Επιπλέον, υπάρχουν ενδείξεις της διαδοχικής επανάληψης ή της επαναδραστηριοποίησης των περιοχών του εγκεφάλου κατά την ανάπαυση μετά την εργασία που εμπλέκονται στην κωδικοποίηση μιας προηγούμενης εμπειρίας (Hoffman & McNaughton, 2002· Staresina et al., 2013). Συνολικά, τα στοιχεία σχετικά με τον κεντρικό ρόλο του βρεγματικού φλοιού στη χωρική πλοήγηση και την επανάληψη κατά την ανάπαυση μετά την εργασία σε περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονται με την εργασία ευθυγραμμίζονται με τα ευρήματά μας. Παρατηρήσαμε αυξημένη λειτουργική συνδεσιμότητα στο δεξιό δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου με επίκεντρο τον κάτω οπίσθιο βρεγματικό λοβό και την αύλακα στην κατάσταση ηρεμίας από την απόδοση πριν από την εργασία μετά την εργασία. Οι πρώτες μελέτες νευροαπεικόνισης όρισαν το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας ως ένα δίκτυο αρνητικό ως προς την εργασία που μειώνεται στη λειτουργική συνδεσιμότητα κατά την απόδοση της εργασίας σε σύγκριση με την κατάσταση ηρεμίας (Buckner et al., 2008). Ωστόσο, χρησιμοποιώντας μέτρα θεωρίας γραφημάτων, οι Lin et al. (2017) παρείχε μια προσωρινά επιλυμένη προβολή της δυναμικής του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας κατά την ανάπαυση πριν από την εργασία, την απόδοση της εργασίας και την ανάπαυση μετά την εργασία. Βρήκαν μείωση της αποτελεσματικότητας, ένα μέτρο λειτουργικής ολοκλήρωσης, στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας κατά την ανάπαυση μετά την εργασία σε σύγκριση με την ανάπαυση πριν από την εργασία. Η συνολική αποτελεσματικότητα μειώθηκε σε ολόκληρο το δίκτυο, και η τοπική αποτελεσματικότητα μειώθηκε ειδικά στον οπίσθιο κυκλικό φλοιό. Τα αποτελέσματά μας καταδεικνύουν επίσης ότι το δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας, με τη σημαντική επιρροή του οπίσθιου κυλινδρικού φλοιού, μειώνεται στη λειτουργική συνδεσιμότητα από την ανάπαυση πριν από την ανάπαυση μετά την εργασία. Πρέπει να επισημανθεί ότι, ως αποτέλεσμα της ανάλυσης ανεξάρτητων συστατικών (ICA) και της διαδικασίας αντιστοίχισης προτύπου, ο οπίσθιος περιφερειακός φλοιός, ο προμετωπιαίος φλοιός και ο πλάγιος οπίσθιος βρεγματικός φλοιός συνέβαλαν περισσότερο στη συνδεσιμότητα δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας. Προηγούμενες μελέτες, συμπεριλαμβανομένων των Samanta et al. (2021), εξέτασε επίσης τους λειτουργικούς κόμβους του ιππόκαμπου και του οπισθοσπληνιακού φλοιού σε αυτό το δίκτυο (Greicius et al., 2003· Vincent et al., 2006). Μαζί, όλες αυτές οι περιοχές έχουν προταθεί για να σχηματίσουν ένα δίκτυο μνήμης στο οποίο οι πληροφορίες αναμεταδίδονται από τον ιππόκαμπο μέσω του προμετωπιαίου και οπισθοσπληνικού φλοιού στις κατάντη βρεγματικές περιοχές κατά τη διάρκεια της ενοποίησης (Genzel, 2020). Ωστόσο, στη μελέτη μας, ο ιππόκαμπος και ο οπισθοπληνιακός φλοιός ήταν κυρίως μέρος ενός ξεχωριστού δικτύου ιππόκαμπου. Έτσι, αρκετά ευρήματα στη μελέτη μας που είχαν προηγουμένως εκχωρηθεί στο δίκτυο προεπιλεγμένης λειτουργίας συζητούνται εδώ ξεχωριστά για το δίκτυο του ιππόκαμπου, συμπεριλαμβανομένου του ιππόκαμπου, των περιοχών του κροταφικού λοβού και του οπισθοσπληνιακού φλοιού. Ο αγωγός επεξεργασίας fMRI μας βασίστηκε σε ένα ICA που δημιούργησε τα μέγιστα ανεξάρτητα χωρικά δίκτυα. Έτσι, δεν μπορέσαμε να ελέγξουμε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των λειτουργικών δικτύων ηρεμίας. Ωστόσο, οι αντίθετες τάσεις στον σωστό εκτελεστικό έλεγχο και τη λειτουργική συνδεσιμότητα των δικτύων προεπιλεγμένης λειτουργίας υποδηλώνουν την ίδια κατεύθυνση με την προηγούμενη έρευνα. Έχει αποδειχθεί ότι οι αντίθετες μετατοπίσεις μεταξύ του δικτύου προεπιλεγμένης λειτουργίας και του δικτύου εκτελεστικού ελέγχου διευκολύνουν τη μεταφορά μεταξύ ανάπαυσης και εστίασης της προσοχής (Goulden et al., 2014· Menon & Uddin, 2010). Αυτή η μεταφορά περιλαμβάνει την ανακατανομή των πόρων μέσα στον εγκέφαλο για την υποστήριξη της γνωστικής επεξεργασίας που σχετίζεται με τα ερεθίσματα. Βάσει των παρατηρήσεών μας, ο ανταγωνισμός στη λειτουργική συνδεσιμότητα μεταξύ των δύο δικτύων μπορεί όχι μόνο να είναι παρών από μεταβάσεις ανάπαυσης σε εργασία, αλλά παραμένει ακόμη και στην ανάπαυση μετά την εργασία και επομένως θα μπορούσε να αντανακλά τον εκτός σύνδεσης συντονισμό των σχετικών περιοχών για την ενίσχυση της κωδικοποιημένης εμπειρίας.

4.3|Ο ρόλος του δικτύου του ιππόκαμπου στην εμπέδωση της μνήμης

Μέσω του SVD, μπορέσαμε να αναγνωρίσουμε δύο λειτουργικά σχετικά υποδίκτυα μέσα στο δίκτυο του ιππόκαμπου, ένα υποδίκτυο ιππόκαμπου με επίκεντρο τον ιππόκαμπο και τον παραιππόκαμπο φλοιό και ένα δεύτερο υποδίκτυο ιππόκαμπου που αφορά κυρίως τον οπισθοσπληνιακό φλοιό. Αυτά τα υποδίκτυα παρουσίασαν ευδιάκριτες αλλαγές λειτουργικής συνδεσιμότητας στις τέσσερις συνεδρίες fMRI σε κατάσταση ηρεμίας. Το πρωτεύον υποδίκτυο ιππόκαμπου αύξησε τη λειτουργική συνδεσιμότητα μετά την απόδοση της εργασίας στις συνεδρίες μάθησης και ανάκτησης. Αυτό το εύρημα μπορεί να αποτελεί τη βάση μιας παρόμοιας ενοποίησης σε κατάσταση ηρεμίας όπως περιγράφεται για το δίκτυο εκτελεστικού ελέγχου. Ο ιππόκαμπος ως αρχική τοποθεσία αποθήκευσης μνήμης, έχει συχνά αποδειχθεί ότι προκαλεί επανενεργοποιήσεις που οδήγησαν σε καλύτερη απόδοση της μνήμης μετά την ανάπαυση (Dupret et al., 2010). Παρατηρήσαμε επίσης μια αύξηση στη λειτουργική συνδεσιμότητα μετά το διάλειμμα των 90 λεπτών για αυτό το υποδίκτυο. Με την πρώτη ματιά, αυτή η αύξηση κατά τη διάρκεια της περιόδου ενοποίησης φαίνεται αντίθετη με τους προτεινόμενους μηχανισμούς ενοποίησης συστημάτων (Squire et al., 2015). Αντίθετα, θα περίμενε κανείς μειωμένη συμμετοχή του ιππόκαμπου μετά από μια περίοδο ενοποίησης. Ωστόσο, θα πρέπει να έχουμε κατά νου ότι το τρέχον μέτρο δεν αφορά τη δραστηριότητα αυτή καθεαυτή αλλά αντίθετα εντός της συνδεσιμότητας δικτύου και η περίοδος ενοποίησης μας περιορίστηκε στα 90 λεπτά. Το δεύτερο υποδίκτυο του ιππόκαμπου αφορούσε κυρίως τον οπισθοσπληνικό φλοιό αλλά και τις έσω κροταφικές περιοχές. Στη βιβλιογραφία, ο ιππόκαμπος, οι περιοχές του κροταφικού λοβού και ο οπισθοσπληνιακός φλοιός θεωρούνται συχνά ως μέρος του δικτύου προεπιλεγμένου τρόπου λειτουργίας επειδή παρουσιάζουν ισχυρή συνοχή κατά την ανάπαυση (Greicius et al., 2003· Vincent et al., 2006). Ωστόσο, πρόσφατα εντοπίστηκε ένα «μεσοχρονικό» υποδίκτυο, του οποίου η μείωση στην υπερύπνοια συνδεσιμότητας συσχετίστηκε με αυξημένη απόδοση χωρικής μνήμης (Barnett et al., 2021· van Buuren et al., 2019). Οι βασικές περιοχές αυτού του δικτύου περιλαμβάνουν τον έσω κροταφικό λοβό και τον οπισθοσπληνιακό φλοιό. Αυτές οι δομές αντιστοιχούν στο δεύτερο υποδίκτυό μας ιππόκαμπου. Κατά συνέπεια, το δεύτερο υποδίκτυό μας ιππόκαμπου μπορεί να διαδραματίσει μοναδικό ρόλο στην ενοποίηση της μνήμης (de Sousa et al., 2019; van Buuren et al., 2019). Λειτουργικά, το δεύτερο υποδίκτυο του ιππόκαμπου μειώθηκε στη συνδεσιμότητα στις τέσσερις συνεδρίες σε κατάσταση ηρεμίας, αλλά μόνο για τους συμμετέχοντες στην κατάσταση ύπνου. Ο έσω κροταφικός λοβός και ο οπισθοσπληνιακός φλοιός έχουν χαρακτηριστεί σχετικοί για τη χωρική πλοήγηση σε ανθρώπους και μοντέλα τρωκτικών (Epstein et al., 2017; Peigneux et al., 2004). Αυτές οι περιοχές ρυθμίζονται λειτουργικά από τον ύπνο, με σταδιακή αποσύνδεση κατά τη διάρκεια του βαθύ ύπνου (Spoormaker et al., 2010). Έτσι, το δεύτερο υποδίκτυο του ιππόκαμπου μπορεί να συντονίζει τους μηχανισμούς ενοποίησης σε όλο τον εγκέφαλο που περιλαμβάνουν δραστηριότητα ταλάντωσης ατράκτου-αργής ταλάντωσης κατά τη διάρκεια του ύπνου (Cowan et al., 2020; Navarro-Lobato & Genzel, 2020). Πράγματι, δείχνουμε ότι το δεύτερο υποδίκτυό μας ιππόκαμπου με επίκεντρο τον οπισθοσπληνιακό φλοιό διαμορφώνεται σημαντικά από τον ύπνο και σχετίζεται θετικά με την ισχύ σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης, η οποία προέβλεψε επίσης την απόδοση της μνήμης. Η σύζευξη κυματισμών, ατράκτων και αργών ταλαντώσεων μπορεί να είναι ένας μηχανισμός με τον οποίο οι μνήμες παγιώνονται κατά τη διάρκεια του ύπνου από την αρχική αποθήκευση του ιππόκαμπου στις κατάντη περιοχές, όπως ο οπίσθιος βρεγματικός φλοιός - μέσω του οπισθοσπληνιακού φλοιού (Genzel, 2020; Hennies et al. , 2016). Το δεύτερο υποδίκτυό μας στον ιππόκαμπο μπορεί να είναι το νευρικό υπόστρωμα μέσω του οποίου ο ύπνος ασκεί τα ευεργετικά του αποτελέσματα στην εδραίωση της μνήμης, επιπλέον μιας γενικής μορφής ενοποίησης στο πρωτεύον υποδίκτυο του ιππόκαμπου που συζητήθηκε προηγουμένως. Συνοπτικά, δείχνουμε ότι τα λειτουργικά μοτίβα συνδεσιμότητας στον εγκέφαλο που αποτελούν τη βάση της ενοποίησης των αναμνήσεων μπορεί να μην περιορίζονται απλώς στα καθιερωμένα δίκτυα κατάστασης ηρεμίας. Χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση βάσει δεδομένων, εντοπίσαμε υποδίκτυα που βασίζονται στη διακύμανση. Συγκεκριμένα, διαφοροποιήσαμε το δίκτυο του ιππόκαμπου σε συστατικό ανεξάρτητο από τον ύπνο με επίκεντρο τον ιππόκαμπο και εξαρτώμενο από τον ύπνο συστατικό με επίκεντρο τον οπισθοσπληνικό. Και τα δύο αυτά δίκτυα ενδέχεται να εμπλέκονται στην ενοποίηση χωρικής μνήμης. Ωστόσο, μόνο το δεύτερο υποδίκτυο του ιππόκαμπου μπορεί να αποτελεί τη βάση των ευεργετικών επιδράσεων του ύπνου στο σχηματισμό μνήμης, όπως φαίνεται από τη συσχέτισή του με την ισχύ σύζευξης ατράκτου-αργή ταλάντωσης που προέβλεπε την απόδοση της μνήμης. Τα ευρήματά μας παρέχουν μια πιο εκλεπτυσμένη άποψη του δικτύου του ιππόκαμπου στην ενοποίηση της μνήμης, στο οποίο η λειτουργική του συνδεσιμότητα σε κατάσταση ηρεμίας αλλάζει διαφορικά κατά τη μάθηση, την εδραίωση και την ανάκτηση μιας εργασίας χωρικής μνήμης σε ένα παράδειγμα 1- ημερών.