Aju ühenduvuse muutused une ajal suletud ahela transkraniaalse neurostimulatsiooni abil ennustavad metamälutundlikkust, 1. osa

ABSTRAKTNE

Metamälu hõlmab võimet õigesti hinnata meie mälestuste täpsust. Mälestuste otsimist saab parandada transkraniaalse elektrilise stimulatsiooni (tES) abil une ajal, kuid tõendid metamälu tundlikkuse paranemise kohta on piiratud.

Mälu otsimine viitab ajusse salvestatud teabe otsimise protsessile erinevate vahenditega, kui mälu unustatakse. Meie igapäevases õppeelus on mälu taastamine väga oluline lüli. See ei aita meil mitte ainult õpitud teadmisi kinnistada, vaid ka parandada mälu.

Mälu on inimese võime informatsiooni säilitada ja meelde tuletada ning see on õppimisest lahutamatu. Ainult tugeva mäluga suudame omandada rohkem teadmisi ja oskusi ning mängida oma igapäevaelus suuremat rolli.

Mälu otsimine ja mälu on omavahel tihedalt seotud. Mälu otsimine on siis, kui meil on vaja kasutada teatud teadmisi, me otsime ja tuletame neid meelde ning see otsimise ja meeldetuletamise protsess on mälu otsimine. Kui meie mälu pole piisavalt tugev, on meil raskusi mälu taastamisega ja me võime unustada, mis mõjutab meie õppimisefekti ja sooritust.

Seetõttu ei ole mälu parandamine lihtne, vaid me saame mälu parandamiseks kasutada mõningaid teaduslikke meetodeid ja tehnikaid. Näiteks võime korduva õppimise kaudu mälu kinnistada, mälu edasiseks süvendamiseks kasutada assotsieerimisoskusi või mälu edasiseks parandamiseks erinevatel viisidel oma aju aktiveerida.

Lühidalt öeldes on mälu otsimine ja mälu omavahel tihedalt seotud. Ainult tugeva mälu korral suudame mälu taastamist paremini sooritada ja paremaid õpitulemusi saavutada. Olgem julged esitada endale väljakutseid, parandada oma mälu pideva õppimise ja harjutamise kaudu ning panna paika kindel alus oma tulevikule. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Cistanche deserticola efektiivsus tuleneb selles sisalduvatest mitmetest aktiivsetest koostisosadest, sealhulgas parkhape, polüsahhariidid, flavonoidglükosiidid jne. Need koostisosad võivad mitmel viisil edendada aju tervist.

Klõpsake nuppu Tea 10 võimalust mälu parandamiseks

tES-i rakendamine suudab parandada unest sõltuvat mälu konsolideerimist, mis koos metamäluga nõuab hajutatud närvisüsteemide tegevuse koordineerimist, mis viitab sellele, et funktsionaalse ühenduvuse uurimine on nende protsesside mõistmiseks oluline.

Sellegipoolest on vähe uuritud, kuidas funktsionaalsed ühenduvuse modulatsioonid on seotud üleöö toimuvate muutustega metamälu tundlikkuses. Siin töötasime välja suletud ahelaga lühiajalise tES-meetodi, mis on ajaliselt lukustatud käimasolevate aeglase laine võnkumiste jaoks, et juhtida inimeste spetsiifilist mälu. Mõõtsime elektroentsefalograafilisi (EEG) koherentsuse muutusi pärast stimulatsiooniimpulsse ja iseloomustasime võrgu muutusi graafikuteoreetiliste mõõdikutega.

Masinõppetehnikaid kasutades näitame, et impulss-tES kutsus esile võrgumuutused mitme sagedusriba puhul, sealhulgas suurendas teeta-riba ühenduvust ja suurendas spindliriba efektiivsust. Lisaks ennustasid stimulatsioonist põhjustatud muutused beeta-riba tee pikkuses üleöö toimuvaid muutusi metamälu tundlikkuses.

Need leiud lisavad uusi teadmisi kasvavasse kirjandusse, mis uurib mälu jõudluse suurenemist uneaegse ajustimulatsiooni kaudu, ja rõhutavad funktsionaalse ühenduvuse uurimise tähtsust selle mõju selgitamiseks.

AUTORI KOKKUVÕTE

Paljud uuringud on näidanud selget seost une ja mälu vahel – nimelt mälud konsolideeruvad une ajal, mis toob kaasa stabiilsemad ja pikaajalisemad esitused.

Oleme varem näidanud, et episoodide märgistamine spetsiifiliste ajustimulatsiooni mustritega kodeerimise ajal ja nende mustrite taasesitamine une ajal võib tugevdada seda konsolideerimisprotsessi, et parandada mälestuste kindlustunnet ja otsustusvõimet (metamälu).

Siin laiendame seda tööd, et uurida võrgutaseme aju muutusi, mis tekivad pärast uneaegset stimulatsiooni, mis ennustavad mälu paranemist. Kasutades graafikuteoreetilisi ja masinõppe meetodeid, leidsime, et beeta-riba tee pikkuse stimulatsioonist põhjustatud muutused ennustasid metamälu paranemist üleöö.

See uudne leid heidab uut valgust mälu konsolideerimise närvimehhanismidele ja soovitab potentsiaalseid rakendusi metamälu parandamiseks.

SISSEJUHATUS

Ajul on märkimisväärne võime muuta lühikesed kohtumised ja episoodid, isegi "ühekordsed" kohtumised kauakestvateks mälestusteks. See toimub protsessi kaudu, mida nimetatakse mälu konsolideerimiseks, mille käigus labiilses olekus olevaid mälestusi taasesitatakse une ajal ja teisendatakse stabiilsemaks esituseks. Kuid mälestuste edukas otsimine hõlmab kontrolliprotsesse ja otsuste tegemist ning isegi une ajal konsolideeritud mälestusi võib olla raske meelde tuletada või taastada, kui nende tõepärasus on vähe (Koriat & Goldsmith, 1996).

Metamälutundlikkus ehk inimese võime oma mälestuste täpsust enesekindlalt hinnata mängib meie mälestuste kasutamisel kriitilist rolli. Näiteks võib kuriteo pealtnägija olla episoodi kriitilised üksikasjad edukalt sisse kodeerinud, kuid ei pruugi olla oma mälus kindel, mis võib viia valede otsusteni (Luus & Wells, 1994; Memonet al., 2003; Sporer et al., 1995). .

Seega on kriitilise tähtsusega mitte ainult mälu taastamise, vaid ka metamälu tundlikkuse parandamine. Siin uurisime tundlikkuse paranemist sekkumisega inimeste magamise ajal. Une ajal aktiveeruvad varem kodeeritud mälestusi esindavad neuronaalsed ansamblid uuesti nii hipokampuses kui ka neokortikaalsetes piirkondades (Euston et al., 2007; Ji & Wilson, 2007; Nádasdyet al., 1999; Skaggs & McNaughton, 1996;

Mälu kordusi täheldatakse valdavalt aeglase une ajal, eriti käimasoleva 0,5–1,2 Hz võnkumise positiivsetes faasides või ülesolekutes (Lee & Wilson, 2002; Mölle & Born, 2011). Kodeerimisspetsiifiliste neuronaalsete mustrite taasaktiveerimisega kaasneb 12–15 Hz talamokortikaalne võnkuv aktiivsus, mida nimetatakse spindliteks, aga ka lühiajalised kõrgsageduslikud pursked hipokampuses, mida nimetatakse lainetusteks (De Gennaro & Ferrara, 2003; Mölleet al., 2006).

Taasesituste, spindlite ja lainetuste keerukas koordineerimine on oluline, et hõlbustada mälestuste konsolideerimist pikaajaliseks säilitamiseks või mälestuste ülekandmiseks hipokampusest neokorteksisse (McClelland et al., 1995; McGaugh, 2000; Rasch & Born, 2013; Staresinaet al., 2015).

Mälestuste kinnistamine ei pruugi mitte ainult hõlbustada nende hilisemat leidmist, vaid võib olla seotud ka inimese tulevase usaldusega nende vastu; nimelt võib konsolideerimine tugevdada mälestusi ja parandada õppimist (Walker & Stickgold, 2004) ning mälestuste usaldamine on seotud mälutruudusega (Dallenbach, 1913).

Seega võib konsolideerimisprotsessi suunamine sekkumisega kasu saada mitte ainult otsingu edukusest, vaid ka metamälu tundlikkusest. Viimase kümnendi jooksul on teadlased üha enam uurinud võimalusi mälu konsolideerimisprotsesside kiirendamiseks väliste manipulatsioonide abil. Need sekkumisuuringud on näidanud, et unest sõltuvat mälu konsolideerimist saab parandada kahel viisil.

Esiteks saab mälu taasaktiveerida une ajal, puutudes uuesti kokku väliste sensoorsete signaalidega, nagu kodeerimise ajal esinenud lõhnad või helid (Antony et al., 2012; Oudiette & Paller, 2013; Schreiner & Rasch, 2014; Rasch et al. , 2007; Rudoy et al., 2009). See vihjega taasaktiveerimine võib tuua kasu konkreetsete varem vihjetega seotud üksuste tagasivõtmisel.

Teiseks on mitmed uuringud näidanud, et transkraniaalse elektrilise stimulatsiooni (tES) rakendamine aju teatud sagedustel une ajal võib võimendada endogeenseid elektrofüsioloogilisi protsesse, mis hõlbustab mälu konsolideerimist ja hilisemat äratundmist või meeldetuletamist (Ketz et al., 2018; Ladenbauer et al. , 2016, 2017; Marshall et al., 2006, 2015;

Need uuringud on näidanud mälu taastamise üldist suurenemist pärast tES-i une ajal. Oluline on see, et see stimulatsiooniga seotud kasu mälule võib olla tingitud ajupiirkondade vahelise funktsionaalse ühenduvuse sagedusspetsiifilistest muutustest (Krause et al., 2017).

Kokkuvõtteks võib öelda, et varasemad uuringud näitavad, et mälestuste otsimist saab tugevdada uneaegse neurostimulatsiooniga ja võib järeldada, et inimestel on nende episoodide puhul ka suurem metamälu tundlikkus või suurem korrelatsioon nende mäluotsuste täpsuses ja enesekindluses.

Tõepoolest, mõned uuringud on näidanud seost tervisliku katkematu une ja puutumatute metamälu otsuste vahel (Dauratet al., 2010). Siiski ei pruugi see nii olla, kuna teised uuringud on näidanud dissotsiatsioone esimese järgu otsuste (tunnustusotsused) ja teise järgu otsuste (usaldusotsused; Del Cul et al., 2009; Hebart jt, 2016; Rounis et al.) vahel. al., 2010).

See on oluline, kuna mälu usaldusväärsus võib aja jooksul väheneda (Shapira & Pansky, 2019), mis toob kaasa vigu mälu aruandluses ja kehvema otsustusprotsessi.

On näidatud, et prefrontaalkorteksi neuraalne stimulatsioon parandab mälu jälgimist üldteadmiste küsimuste puhul (Chua & Ahmed, 2016; Chua et al., 2017) ja teeta-purske stimulatsioon frontopolaarse ajukoore aktiivsuse pärssimiseks mõjutas metakognitiivseid otsuseid (Ryals et al. , 2016), mis viitab sellele, et tES-tehnikad võivad olla tõhusad mälutundlikkuse parandamiseks ja säilitamiseks äsja tehtud kodeeritud episoodide puhul.

Tõepoolest, hiljutine töö meie laboris on näidanud, et tES-i ainulaadseid spatiotemporaalseid amplituudmoduleeritud mustreid (STAMP) saab kasutada une konsolideerimise ja ümbritsevas virtuaalses reaalsuses omandatud spetsiifiliste episoodiliste mälestuste hinnangute tundlikkuse suurendamiseks (Pilly et al., 2020).

Selles artiklis laiendame varasemat tööd mälu taasaktiveerimiseks, uurides funktsionaalse ühenduvuse muutusi pärast lühiajalisi tES-mustreid (nimelt STAMP-id) une ajal.

Varem on näidatud, et funktsionaalset ühenduvust mõjutab tES ärkveloleku ajal (Polanía et al., 2011, 2012), samuti mälu konsolideerumine une ajal (Mölleet al., 2004). Lisaks arvatakse, et mälestuste konsolideerumine ajus on asüsteemi tasemel protsess, kuna seda toetab ajustruktuuridevahelise lühi- ja pikamaakommunikatsiooni kombinatsioon (Staresina et al., 2015).

See sarnaneb tõenäoliselt metamäluga, kuna uuringud on näidanud, et ühenduvus hajutatud ajupiirkondade võrgu, sealhulgas eesmise ajukoore, precuneuse ja hipokampuse vahel toetab mälu ja metakognitiivseid otsuseid (Baird et al., 2013; Molenberghs et al., 2016; Morales jt, 2018; Ye et al., 2019;

Seega on oluline mõista, kuidas funktsionaalse ühenduvuse muutused on selle protsessiga seotud; aga meile teadaolevalt ei ole seni üheski uuringus uuritud, kuidas uneaegsest stimulatsioonist tingitud muutused funktsionaalses ühenduvuses võivad mõjutada või olla seotud mälu konsolideerimise ja otsustusprotsessidega.

Funktsionaalse ühenduvuse muutuste uurimiseks kasutasime EEG koherentsuse mõõdikuid (Nunez, 1995), täpsemalt koherentsuse kujuteldavat osa (Nolte et al., 2004) ja eraldasime ühenduvuse tunnused sidususe andmetest graafiteoreetiliste analüüsidega (Bullmore & Sporns). , 2009;Sporns, 2003).

See lähenemisviis modelleerib aju funktsionaalset ühenduvust omavahel ühendatud graafina ja võimaldab uurida võrgustruktuuri ja funktsiooni vahelisi seoseid.

Kuigi olime huvitatud ühenduvuse muutustest spindliribas, laiendasime analüüsi mitmetele teistele sagedusribadele, kuna paljude spektriribade aktiivsus on olnud seotud mäluprotsessidega (Hanslmayr & Staudigl, 2014; Hanslmayr et al., 2012; Lisman & Jensen, 2013). Seejärel kasutasime masinõppel põhinevaid tehnikaid, et määrata kindlaks olulised graafikuteoreetilised omadused aktiivse ja võltsitud stimulatsiooni tingimuste eristamiseks, samuti episoodilise mälu käitumise üleöö muutuste ennustamiseks.

Sel viisil anname uudse ülevaate funktsionaalse ühenduvuse modulatsioonidest pärast impulss-tES-i, mis on seotud spetsiifiliste episoodiliste mälestuste metamälutundlikkuse muutustega.

MATERJALID JA MEETODID

Selles artiklis kirjeldatud osalejad on samad osalejad Pillyst jt (2020). Nad said episoodilise teabe kodeerimise ajal ainulaadsed lühikesed tES-i (nimelt STAMP-id) ruumilised ja ajalised mustrid, millest pooled rakendati järgnevatel öödel aeglaste laineliste võnkumiste (SWO) ülesoleku ajal, et suunata konkreetsete seotud mälestuste taasaktiveerimine (aktiivne seisund).

Ühel teisel ajahetkel täitsid samad isikud ka mäluülesannet ilma aju stimulatsioonita (võltsseisund).

Seetõttu huvitasid meid mitte ainult muutused funktsionaalses ühenduvuses, mis erinesid Active ja Shami stimulatsioonitingimuste vahel, vaid ka STAMP-idele järgnenud ühenduvuse muutused, mis olid seotud muutustega spetsiifiliste episoodiliste mälestuste meeldetuletamisel uneeelsest unejärgsest ajast.

Osalejad

Katse lõpetas kokku 30 tervet osalejat, kes värvati New Mexico ülikooli ülikoolilinnaku ja ümbritseva kogukonna ümber paigutatud flaierite abil ning said pärast uuringu lõpetamist rahalise hüvitise.

Neist kuus osalejat jäeti analüüsidest välja, kuna seadmed ei suutnud aktiivsel ööl stimuleerida või ei järginud ülesande juhiseid.

Veel kuue osaleja une EEG-andmeid ei saanud kasutada funktsionaalsete ühenduvusnäitajate arvutamiseks liigsete artefaktide tõttu, mistõttu kaasati lõppanalüüsi ja aruandlusse N=18 osalejat. Kõik osalejad andsid uuringus osalemiseks allkirjastatud teadliku nõusoleku, mille kiitis heaks Chesapeake'i institutsionaalse ülevaatenõukogu.

Kõik osalejad rääkisid inglise keelt emakeelena, neil oli normaalne või normaalseks korrigeeritud kuulmine ja nägemine ning neil ei olnud neuroloogilisi või psühhiaatrilisi häireid ega uimastite kuritarvitamist.

Käitumisparadigma ja protseduur
Katseprotseduuri ülevaade on esitatud joonisel 1. Katse koosnes kohanemisperioodist, et osalejaid koolitada ja laboris magada, millele järgnes kaks katseööd, mis hõlmasid õppimist ja testimist.

Aklimatiseerumisöö eesmärk oli võimaldada osalejatel harjuda laboris magama ja EEG andmeid sellest perioodist ei salvestatud ega analüüsitud. Osalejad kodeerisid teabe esimesel katseõhtul. Teemaülesanne seisnes virtuaalreaalsuse episoodide vaatamises, mida hallati HTC Vive VR-peakomplektiga, millele järgnes mitu episoodide üksikasjade mälu meenutamise testi.

Osalejad kodeerisid 14 virtuaalreaalsuse vinjetti, millest igaüks kestis umbes minuti ja mis kujutavad sündmuste jada kahe või enama tegelasega, kes korterikompleksi ümber mingeid tegevusi sooritavad. Aklimatiseerumisperioodil osalejate koolitamiseks kasutati täiendavat vinjetti, mis oli pikem. Osalejaid testiti nende mälu järgi vinjettide osas viie testiseansi jooksul, mis viidi läbi 48 tunni jooksul MATLAB-i ehitatud mitte-VR arvutipõhise ülesandega.

Igale vinjetile koostati 10 testelementi, mis koosnesid tõese/vale väidetest vinjeti spetsiifiliste aspektide kohta. Igas viies testiloendis oli 28 elementi, 2 iga vinjeti kohta. Osalejad teatasid, kas testiväited olid tõesed/valed, ning ka nende meeldetuletamise usaldusväärsus skaalal 1–10. Osalejad magasid laboris kõigil kolmel ööl.

Protseduur koosnes neljast katseseansist ja ühest aklimatiseerumissessioonist. Aklimatiseerumisseansil vaatasid osalejad pikka praktikavinjetti, mis vastas harjutustesti küsimustele ja magasid seejärel laboris. Järgmisel esimesel katseseansil (sessioon 1) kodeerisid osalejad eksperimentaalsed stiimulid.

Pooled osalejatest said vinjettide vaatamise ajal ainulaadse tES-i ainulaadsete STAMP-idega (aktiivne seisund), samas kui teine ​​​​pool ei saanud mingit stimulatsiooni (võltsitud seisund). Osalejad said vastupidise stimulatsiooni tingimuse kahe täiendava katseöö jooksul, mida lahutas umbes 1 nädal. Pärast vinjeti vaatamise protseduuri lõpetamist tehti osalejatele esimene mälu-meenutustest ja seejärel magasid nad laboris öö läbi. Seda ööd, mitte kohanemisõhtut, peeti 1. ööks.

Aktiivses seisundis osalejad said öö jooksul pooled STAMP-idest, et anda märku konkreetsete mälestuste konsolideerimiseks öösel. Seevastu näidisseisundis osalejad ei saanud öösel stimulatsiooni. Pange tähele, et see uuringu ülesehitus võimaldas meil võrrelda mälu jõudlust episoodide puhul, mis said kodeerimise ja une ajal STAMP-stimulatsiooni (Tag & Cue), episoodidega, mida stimuleeriti ainult kodeerimisel (Tag & No Cue). Ühenduvusanalüüside jaoks keskendusime Tag & Cue ja Sham (ilma kodeerimise või une stimuleerimiseta) tingimustele.

Pärast ärkamist tehti neile teine ​​mälutest ja eksperimentaalne seanss lõppes. Teine katseseanss (sessioon 2) toimus õhtul pärast esimest seanssi. Osalejatele tehti õhtul kolmas mälutest, nad läksid magama, ja tegi pärast ärkamist veel ühe mälutesti.

Seda teist laboris magamise perioodi peeti "ööks 2". Aktiivsed grupis osalejad said öö jooksul taas STAMP-i. Lõplik mälukontroll tehti hiljem õhtul. Vastupidises stimulatsiooniseisundis (seansid 3 ja 4) vaatasid osalejad uut 14 vinjeti komplekti ja neile tehti 2 päeva jooksul vastavad mälu meenutamise testid. Sel viisil oli katse subjektide sees manipuleerimine, kusjuures aktiivsed ja võltstingimused esinesid ligikaudu 1-nädalase vahega.

Stimulatsioonitingimuste järjestuse määramine (Aktiivne enne vs. Sham first) ja ka vinjettide määramine olid osalejate vahel tasakaalustatud. Selles artiklis esitatud analüüsid keskenduvad ööle 2, kus leiti STAMP-i stimulatsiooni suurimad käitumuslikud mõjud (lisateavet leiate Pilly et al., 2020).

For more information:1950477648nn@gmail.com