Kortikaalsed lainetused inimestel NREM-une ja ärkveloleku ajal, 2. osa

Ripple tuvastamine. Hipokampuse lainetuse keskmine kesksagedus üheksas uuringus oli inimestel 85 Hz (Bragin et al., 1999; Staba jt, 2004; Clemens jt, 2007; Axmacher jt, 2008; Le Van Quyen jt, 2008; Staresina jt, 2015; Jiang jt, 2019b; Norman jt, 2019; Vaz jt, 2019), samas kui närilistel on teravate lainete pulsatsiooni sagedus: 120-140 Hz ( Buzsáki, 2015).

Ripple-tuvastus on tehnoloogia, mis mõõdab inimese ajutegevust. See fikseerib aju neuronite elektrilise aktiivsuse, asetades elektroodid peanahale ja teisendab signaali arvutis salvestatud elektroentsefalogrammiks. Viimastel aastatel on inimaju põhjaliku uurimisega lainetuse tuvastamisest saanud tunnetuse, õppimise, emotsioonide jms uurimise artefakt ning see on järk-järgult sisenenud meie igapäevaellu.

Mälu osas näitavad uuringud, et inimaju pulsatsioonil on mälu kujunemisel ja säilitamisel võtmeroll. Kui inimese aju täidab õppimis- ja mäluülesandeid, võib see tekitada ajukoore vahel teatud sagedusega lainetust, näiteks teetalaineid ja gammalaineid. Need lained võivad parandada mälu kodeerimist ja salvestamist ning aidata kaasa ka hilisemale mineviku otsimisele ja meeldetuletamisele. salvestatud teave. Seetõttu saab pulsatsioonituvastust kasutada inimaju mälumehhanismi uurimiseks ning sellel on potentsiaali kognitiivsete häirete ja mäluhäirete kliiniliseks raviks.

Lisaks aitab pulsatsioonituvastus meil oma õppemeetodeid laiendada. Kui õpilased osalevad klassiruumis õpetamises, saavad nad õppida tundma individuaalseid õpiomadusi ja aineeelistusi, registreerides õppeprotsessi ajal aju pulsatsioonitegevusi, et õppida ja täiustada sihipärasemalt. Lisaks on õppimisel õppimisel suur mõju ka sobiv muusika ja helid. Pulsatsioonituvastuse abil saab kindlaks teha erinevate inimrühmade reaktsioonid erinevatele toonidele ja helitugevustele, nii et õpetajad või õpilased saavad ise valida õppeefektide parandamiseks sobivaima muusika ja helid.

Kokkuvõtteks võib öelda, et pulsatsioonituvastus mängib meie elus ja õppimises suurt rolli. Mõõtes pulsatsiooni aktiivsust inimese aju teatud sagedustel, saame paremini mõista oma tunnetus-, õppimis- ja mäluomadusi ning aidata meil parandada õppimist ja elukvaliteeti. Kuna tehnoloogia tase paraneb, süvendab lainetuse tuvastamine jätkuvalt kognitiivse neuroteaduse ja neuroloogiliste haiguste uurimist, tuues meile rohkem väljavaateid ja võimalusi. On näha, et meil on vaja mälu parandada ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola suudab reguleerida ka neurotransmitterite tasakaalu, näiteks tõsta atsetüülkoliini ja kasvufaktorite taset. Need ained on mälu ja õppimise jaoks väga olulised. Lisaks võib liha parandada ka verevoolu ja soodustada hapniku kohaletoimetamist, mis tagab aju piisava toitainete ja energia kättesaamise, parandades seeläbi aju elujõudu ja vastupidavust.

Klõpsake nuppu Tea 10 võimalust mälu parandamiseks

Inimestel on oletatavatel 90 Hz hipokampuse pulsatsioonidel sama iseloomulik seos teravate lainete, hipokampusesisese lokaliseerimise, unefaasi modulatsiooni ja seose ajukoore unelainetega nagu närilistel ning need esinevad hipokampuses, millel puuduvad epilepsiaga seotud nähud. Veelgi enam, näriliste hipokampuses ei ole erinevus kõrgema sagedusega g-purskete ja lainetuste vahel alati terav, mis viib soovituseni, et lihtsuse huvides võiks neid mõlemaid nimetada "lainetuseks" (Stark et al., 2014), mida me siin järgime. .

Pulsatsiooni tuvastamine viidi läbi samamoodi kõigi struktuuride ja olekute puhul ning see põhines eelnevalt kirjeldatud hipokampuse lainetuse tuvastamise meetodil (Jiang et al., 2019a, b). Kaasamise nõuded ja tagasilükkamise kriteeriumid määrati patsientide, struktuuride ja seisundite iteratiivse protsessi abil. Andmed viidi esmalt läbi sagedusel 60-120 Hz (kuuendat järku Butterworthi filter nullfaasinihkega) ja tuvastati 20% 20 ms liikuvatest ruutkeskmisest piigist.

Lisaks nõuti, et 70-100 Hz ribapääsu analüütilise amplituudi maksimaalne z-skoor oleks 0,3 ja 120 Hz madalpäässignaalis oleks vähemalt kolm erinevat võnketsüklit, mis määrati 40 ms akna nihutamisega 5 ms üle 650 ms pulsatsiooni keskpunkti suhtes ja nõuab, et vähemalt ühel aknal oleks vähemalt kolm tippu. 25 ms jooksul külgnevad lainetused liideti. Pulsatsioonikeskused määrati 70-100 Hzbandpassi maksimaalse positiivse piigi ajaga.

Pulsatsiooni algused ja nihked tuvastati mõlemal pool keskpunkti, kui {{0}} Hz analüütiline amplituud langes alla 0,75z skoorid. Epileptiformsete tegevuste või artefaktide tagasilükkamiseks jäeti pulsatsioonid välja, kui 100 Hz kõrgläbilaske z-skoori absoluutväärtus ületas 7 või kui need tekkisid 2 sekundi jooksul pärast lairiba LFP muutust 3 mV/ms. Ripples jäeti välja ka juhul, kui need langesid 6500 ms-i oletatavate IIS-ide piiresse, mis tuvastati allpool kirjeldatud viisil.

Epileptiformse aktiivsuse tõttu kanalite vahel seotud sündmuste välistamiseks välistasime sündmused, mis langesid kokku oletatava IIS-iga mis tahes analüüsidesse kaasatud ajukoore või hipokampuse SEEG kanalil. SEEG-salvestiste sündmused, millel oli lairiba LFP-s ainult üks silmapaistev tsükkel või kõrvalekalle, mis ilmnesid mitme tsüklina üle tuvastusläve 70-100 Hz ribapääsul, jäeti välja, kui suurim orust tipuni või tipust orgu absoluutne amplituud lairiba LFP oli 2,5 korda suurem kui suuruselt kolmas.

Iga kanali puhul uuriti visuaalselt keskmist pulsatsioonilukuga LFP-d ja keskmist pulsatsiooniriba, et kinnitada, et pulsatsioonisagedusel (70-100 Hz) esines mitu silmatorkavat tsüklit, ja keskmist aja-sageduse graafikut uuriti, et kinnitada võimsuse selget suurenemist. sagedusalas 70-100 Hz. Lisaks uuriti visuaalselt mitut individuaalset lairiba LFP pulsatsiooni ja iga kanali 70-100 Hz ribapääsu, et kinnitada, et pulsatsioonisagedusel esines mitu tsüklit, mis ei olnud saastunud artefaktide või epileptilise aktiivsusega. Kanalid, mis ei sisaldanud nendele kriteeriumidele vastavaid lainetust, jäeti uuringust välja.

Märkimist väärib see, et hiljutises uuringus tuvastati nende kriteeriumide alusel epilepsiata patsiendil lainetus (Rubin et al., 2022). Iga pulsatsiooni võnkesagedus arvutati, loendades esmalt pulsatsioonisündmuse ajal 70-100 Hz ribapääsme nullpunktide arvu (igaüks pool tsüklit) ja lisades kõik ülejäänud osalised pooltsüklid (st järelejäänud faasinurk üle p). Pulsatsiooni poolte tsüklite arv jagati 2-ga, et arvutada pulsatsiooni ajal esinevate tsüklite koguarv. Lõpuks arvutati võnkesagedus hertsides tsüklite arvuna jagatuna pulsatsiooni kestusega sekundites.

LFP-dest ühiku tippude lahutamine. Üks väljakutse kõrgsageduslike võnkumiste, nagu amikroelektroodiga registreeritud LFP pulsatsiooni tuvastamisel, on see, et ühiku piigid võivad "läbi voolata" mikroLFP-sse (Ray, 2015), mille tulemuseks on võltsitud seoste tuvastamine lainetuse ja ühiku naelu vahel. Kuigi ühikute hüpped on kiired sündmused, ei pruugi pelgalt alladiskreetimine (mis nõuab esmalt madalpääsmeid, et vältida aliasingut) täielikult eemaldada aktsioonipotentsiaali mõju mikro-LFP-le.

Selle lahendamiseks kasutasime modifitseeritud ühiku lainekuju lahutamise tehnikat (Pesaran et al., 2002). Täpsemalt, iga üksuse keskmine piigi lainekuju (500–1600 ms ümber küna) lahutati sama kanali filtreerimata 30 kHz Utah Array mikro-LFP-st, mille keskpunkt oli iga piigi keskpunkt. Seejärel vähendati andmete sagedus 1 kHz-ni ja pulsatsiooni tuvastamine viidi läbi ülalkirjeldatud viisil. Kinnitasime, et see meetod viis tõeliste võnkumiste tuvastamiseni sündmuste ulatusliku visuaalse kinnituse kaudu 30 kHz mikro-LFP-des.

IIS tuvastamine ja tagasilükkamine. Ripples ja muud unelained jäeti välja, kui need olid 6500 ms raadiuses oletatavast IIS-ist, mis tuvastati järgmiselt: Kõrgsageduslik skoor arvutati 70-190 Hz analüütilise amplituudi silumisel 20 ms boxcar funktsiooniga ja loodi spiketemplate skoor. arvutades ristkovariantsi malliga IIS. Kõrgsageduslikku skoori kaaluti 13-ga, tippskoori kaaluti 25-ga ja IIS tuvastati, kui need kaalutud summad ületasid 130. Igal patsiendil uuriti tuvastatud IIS-i ja vahepealseid ajajärke visuaalselt hipokampuse ja ajukoore kanalitest (kui need olid olemas). kõrge tuvastamise tundlikkus ja spetsiifilisus.

Alaolekute, ülesolekute ja une võllide tuvastamine. Alam- ja ülesolekud tuvastati vastavalt eelnevalt kirjeldatule (Jiang et al., 2019a,b), kus iga kanali lairiba LFP-d edastati alates 0.1-4 Hz (kuuendat järjekorda). Nullfaasinihkega Butterworthi filter) ja järjestikused nullpunktid, mis on eraldatud 0.25-3 s-ga. Valiti ülemised 10% amplituudipiigid ja iga signaali polaarsus pöörati vajaduse korral ümber, nii et alamolekud olid negatiivsed ja ülemised positiivsed, tagades, et 70-190 Hz ribapääsu keskmine analüütiline amplituud 6100 ms jooksul piikide ümber oli suurem. kõrgemate osariikide jaoks kui alamosariikide jaoks. Kokku tuvastati 2 649 563 langust, mille keskmine SD (kanalitevaheline) tihedus (esinemissagedus) oli 12.9 6 4.7 min1 ja amplituud 237.3 6 169.8 mV. Kokku tuvastati 2 922 211 ülemist osa, mille tihedus oli 14.6 6 4,7 min1 ja amplituud 163.8 6 84,9 mV.

Spindlid tuvastati nii, nagu eelnevalt kirjeldatud (Hagler et al., 2018), kus andmeid edastati sagedusel 10-16 Hz, seejärel siluti absoluutväärtused konvolutsiooni teel 300 ms kitseneva Tukey aknaga, andmete väärtused lahutati igast kanalist. Andmed normaliseeriti keskmise absoluuthälbe järgi ja spindlid tuvastati, kui piigid ületasid 1 vähemalt 400 ms jooksul. Algused ja nihked märgiti, kui need amplituudid langesid alla 1. Oletatavad spindlid, mis langesid kokku madalama (4-8 Hz) või kõrgema (18-25 Hz) sagedusriba võimsuse suure suurenemisega, lükati tagasi, et välistada lairibasündmused ja teeta-pursked. mis võib ulatuda spindlivahemiku alumisse otsa (Gonzalez et al., 2018). Kokku tuvastati 694 168 spindlit, mille keskmine ja SD (ristkanalite) tihedus oli 3.{12}},0 min1, amplituud 29.1 6 13.5 mV, võnkesagedus 12.{19} },7 Hz ja kestus 633.{22}},2 ms.

Ripple ajalised suhted. Arvutati samal kanalil kortikaalsete unelainete perikortikaalse pulsatsiooni aja histogrammid. Sündmuste loendus leiti 50 ms unelainete jaoks 61500 ms piires kortikaalsete pulsatsioonikeskuste ümber t=0. Nulljaotus genereeriti sündmuste aegade segamisel t=0 lainetuse suhtes selles 3 sekundilises aknas 200 korda. FDR-eelsed p väärtused arvutati kortikaalsete unelainete vaadeldud ja nulljaotuse võrdlemisel igas lahtris üle 61 000 ms. Neid p väärtusi korrigeeriti seejärel FDR-iga patsientide kanalite arvu korrutamisel kanalite arvuga (Benjamini ja Hochberg, 1995). Kanalil peeti märkimisväärset modulatsiooni, kui seal oli kolm või enam järjestikust salve, mille FDR-korrigeeritud p väärtused olid väiksemad kui=0.05. See, kas sündmused olid juhtivad või mahajäänud kortikaalsed pulsatsioonid ajal t=0, arvutati iga kanali jaoks kahepoolse binoomtestiga eeldatava väärtusega 0,5, kasutades sündmuste loendusi 1000 ms enne ja 1000 ms pärast t=0 unelained. Plotidel oli 50 ms Gaussi silutud sündmuste loendus 50 ms lahtritega.

Pulsatsiooni tingimuslikud tõenäosused, võttes arvesse järgmisi unelaineid või nende jadasid, arvutati: alumine olek, spindl, üles olek, alumine olek-spindel ja spindl üles. Spindlile antud pulsatsioon (R|SS) määrati, kui pulsatsiooni kese tekkis spindli ajal (keskmine spindli kestus oli 634 ms). Pulsatsiooni loeti eelnevaks eelolekule (R|US) või alamolekule järgnevaks (R|DS), kui pulsatsiooni keskpunkt tekkis vastavalt 634 ms jooksul enne või pärast ülemise või alamoleku tippu.

Üksuste tuvastamine, klassifitseerimine, kvaliteet ja isoleerimine. Üksuste tuvastamine ja klassifitseerimine viidi läbi vastavalt meie avaldatud protseduuridele (Peyrache et al., 2012; Chan et al., 2014; Dehghaniet al., 2016; Le Van Quyen jt, 2016; Telenczuk et al. , 2017; Eichenlaub et al., 2020; Dickey jt, 2021). Andmed edastati ribalaiusel 300-3000 Hz ja oletatavad ühikukõrgused tuvastati, kui filtreeritud signaal ületas 5 korda taustmüra hinnangulise SD. Ühikud olid k-keskmised rühmitatud, kasutades iga naela kolme esimest põhikomponenti. Ülekattega naelu uuriti visuaalselt ja ebanormaalsete lainekujudega need jäeti välja. Nende lainekujude, tulistamiskiiruste ja autokorrelogrammide põhjal rühmitati aktsioonipotentsiaalid, mis tulenevad oletatavatest PY-dest või IN-dest. PY-de tippsagedused on 0.{11}},8 Hz, pikad orust tipuni ja poole laiused intervallid, teravad autokorrelatsioonid ja bimodaalsed piikidevaheliste intervallide (ISI) jaotused, mis peegeldavad kalduvust tulistada sarivõttena.

Seevastu IN-de tippsagedus oli:{{0}} Hz, lühikesed intervallid orust tipuni ja poollaiused, laiad autokorrelatsioonid ja valdavalt unimodaalne ISI jaotus. Uuringusse kaasatud Utah Array patsiendil oli 69 PY-d kokku 231 922 naeluga, samuti 23 IN kokku 462 246 naeluga. Keskmine ja SD PY orust tipuni amplituud oli 44.8 6 12,9 mV, tippsagedus oli {{20}}.28 6 0,17 Hz, orust tipuni laius oli 0.49 6 0,5 ms, pool tipplaiust oli {{40}}.62 6 0.04 ms ja purskeindeks oli 0.03 6 0.02. Keskmine ja SD IN orust tipuni oli 28.9 6 11.9 mV, teravuste sagedus oli 1.67 6 1.63 Hz, laius orust tipuni oli 0.29 60. 05 ms, poole tipu laius oli 0.34 6 0.05 ms ja purskeindeks oli 0.01 6 0.01. Amplituud orust tipuni, piikide kiirus, laius orust tipuni, poolpiigi laius ja lõhkemisindeks olid PY ja IN vahel märkimisväärselt erinevad (p, 0,0001, kahepoolne kahe proovi t-test).

Ühe üksuse kvaliteet ja isolatsioon kinnitati vastavalt eelnevalt kehtestatud juhistele (Kaminski et al., 2020). Seadme tipptasemed ületavad tunduvalt müra alammäära, tuginedes suurele tippsignaali-müra suhtele (PY: 10.1 6 3.4;IN: 5.9 6 3.1). Kuna neuronite hüppamise tulekindel periood on 3 ms, hindab ISI-de protsent 3 ms ühe ühiku saastumise astet erinevatest üksustest pärit naelu, mis oli selles uuringus hõlmatud ühikute hulgas väga madal (PY: 0.{14) }}.15%; IN: 0.31 6 0.50%). Peale selle olid samal kontaktil tuvastatud üksikud üksused väga hästi eraldatavad vastavalt nende projektsioonikaugustele (Pouzat et al., 2002) (PY: 49.{101} {21}}.8 SD; IN: 50.9 6 28.6 SD). Lõpuks kinnitati ühiku naelu ajaline stabiilsus aja jooksul iga üksuse keskmise lainekuju kuju ja amplituudi järjepidevuse põhjal salvestuskvartiilide lõikes.

Ühiku hüppamise analüüsid lainetuse ajal. Ühiku hüppamist analüüsiti samal kontaktil tuvastatud lokaalsete lainetuste kohta. Ühikute tippude pulsatsioonifaasid määrati 70-100 Hz ribapäässignaali Hilberti teisenduse nurga leidmisega (nullfaasi nihe) tippude ajal. Ringikujuline keskmine pulsatsioonifaas määrati iga üksuse jaoks vastavalt Berensile (2009). Faasianalüüsid viidi läbi ainult üksustes, millel oli kohalike lainetuste ajal vähemalt 30 piiki. Rayleighi testi kasutati ühemodaalse kõrvalekalde hindamiseks ühikute ringikujuliste keskmiste faaside ühtlusest. PY-PY ja PY-IN ühikupaari koospõletamist 5 ms jooksul hinnati Dickey jt põhjal. (2021). Kaaspõletuse hindamiseks, kui ühes või mõlemas kohas esines pulsatsioon võrreldes algtasemega, kui lainetust ei esinenud, valisime juhuslikult pulsatsioonita ajajärgud, mis olid arvult ja kestvuselt vastavuses pulsatsioonidega, kuid mille jooksul ei tuvastatud lainetust kummaski kanalis. Kaaspõletamine lainetuse ajal vaadeldud versus juhuslikud piigid arvutati, segades iga üksuse piikide aegu lainetuse intervallide piires.

Eksperimentaalne ülesehitus ja statistilised analüüsid. Kõiki statistilisi teste hinnati väärtusega=0.05. Kõik p-väärtused, mis hõlmavad mitut võrdlust, olid FDR-korrigeeritud vastavalt Benjamini ja Hochbergile (1995). FDR-i korrigeerimised kanalipaaride lõikes tehti kõigi analüüsi kaasatud patsientide kõigi kanalipaaride lõikes. Kasti ja vurrude graafikud näitavad keskmist, keskmist ja kvartiilidevahelist vahemikku, kusjuures vurrud näitavad 1,5 kvartiili vahemikku, kusjuures kõrvalekalded on välja jäetud. Kerneli tiheduse graafikud koostati Bechtoldi (2016) meetoditega. Peripulsatsiooniaja histogrammide olulisuse ja segamise statistika arvutati ülalkirjeldatud viisil. Ühikute hüppestatistika arvutati ülalkirjeldatud viisil.

Pulsatsioonikarakteristikute statistilised võrdlused viidi läbi, kasutades kahepoolseid paaris- või kahepoolseid kahevalimilisi t-teste kanalite keskmiste vahel. Erinevused pulsatsioonikarakteristikutes seisundite (NREM või ärkveloleku) või piirkondade (ajukoor või hipokampus) vahel määrati, kasutades lineaarseid segaefektide mudeleid, kus olek ja piirkond olid fikseeritud efektid ning patsient juhusliku efektina, vastavalt järgmisele mudelile:

Andmete kättesaadavus. Selle uuringu tulemusi toetavad identifitseerimata algandmed on mõistliku taotluse korral kättesaadavad vastavatelt autoritelt tingimusel, et andmete jagamise leping ja patsiendi nõusolek lubavad seda jagada.

Koodi saadavus. Selle uuringu tulemusi toetav kood on mõistliku taotluse korral saadaval vastavatelt autoritelt.

Tulemused

Ripples on kõikjal olekutes ja struktuurides iseloomuliku ja fookussagedusega (;90 Hz) ja kestusega (;70 ms)

Ripples tuvastati intrakraniaalsetes kortikaalsetes ja hipokampuse SEEG salvestustes 17 patsiendil, keda jälgiti krampide fookuse lokaliseerimiseks (tabel 1). Bipolaarsed transkortikaalsed derivaadid tagasid lokaalselt genereeritud LFP-de mõõtmise. Ripples tuvastati eranditult kahjustusteta, mitteepileptogeensetest piirkondadest ja neil pidi olema vähemalt kolm tsüklit suurenenud 70-100 Hz amplituudiga, ilma et see oleks epileptilise aktiivsuse või artefaktidega saastunud (joonis 1A). Epochsand kanalite salvestamine, mis võib olla saastunud epileptiformse aktiivsusega, lükati rangelt tagasi. Ripples leiti nii ärkveloleku ajal kui ka NREM-i ajal kõigis proovi võetud ajukoore piirkondades (joonis 2A, B, E–J; tabel 3) ja ka hipokampuses (joonis 2C, D, K, L; tabel 3).

Riigis ja kortikaalsetes piirkondades oli pulsatsioonisagedus 90 Hz juures märkimisväärselt ühtlane. Täpsemalt, keskmine ajukoore pulsatsioonisagedus piirkonnas oli vahemikus 88.8-90,0 Hz NREM-i ajal ja 89.{5}}.8 Hz ärkveloleku ajal (tabel 3; joonis 3). Keskmine 6 SD pulsatsiooni võnkesagedus kõigis kortikaalsetes kanalites oli NREM-i ajal 89.{11}}.8 Hz ja ärkveloleku ajal 89.5 6 0.7 Hz. Need andmed on esitatud ka üksikute pulsatsiooni karakteristikute (amplituud, sagedus, kestus, 0,200 Hz amplituudiga seotud muutused) histogrammidena joonisel 4 ja üksikute patsientide kohta joonisel 5. Kortikaalsete lainetuste põhiomadused olid täiendavas analüüsis väga sarnased, mis ainult sisaldasid kortikaalseid kanaleid, mis ei sisalda IIS-e (joonis 6A).

Võnkumise sagedus ei olnud mitte ainult väga ühtlane 90 Hz juures lairibasalvestuste puhul, vaid suurenenud amplituud oli lairibasalvestustel 90 Hz pulsatsiooni ajal väga kontsentreeritud, kusjuures amplituudi järsk langus kõrgematel ja madalamatel sagedustel. Seda fookusvõimsuse suurenemist, mis on eriti silmatorkav NREM-i ajal, võib näha nii näidiskanalites (joonis 2A, E–H) kui ka suurte keskmiste aeg-sagedusgraafikute puhul, mis on kõigi pulsatsioonide kõigi kanalite keskmiste keskmised (joonis 2I–L). .

Tegime täiendavaid analüüse, et uurida, kas pulsatsioonisageduse regulaarsus ja fookus võib olla tingitud meie nende tuvastamise meetodist. Esiteks viisime läbi kõigi SEEG kanalite ja epohhide täieliku uuesti analüüsi, kasutades pulsatsiooni tuvastamiseks ja valikuks kahte erinevat sagedusvahemikku. Üks kasutas tuvastamisriba sagedust 70–100 Hz, nagu meie esmases analüüsis, ja teine ​​laiendas tuvastamise ribalaiust 65-120 Hz-ni. Keskmine 6 SD NREM pulsatsiooni võnkesagedus kanalite vahel (N=273) kõigist SEEG-idest. patsiendid (S1-S17) on väga sarnased, kui kasutatakse kas 70-100 Hz ribapääsu (keskmine 6 SD=89.1 60.8 Hz) või 65-120 Hz ribapääs (92.7 62.2 Hz) (joonis 1B). Lisaks kontrollisime, et 60 ja 120 Hz sälkfiltrid (liinimüra eemaldamiseks) ning 70-100 Hzbandpass ei tekitanud kunstlikult võimsuse tippu 90 Hz juures (joonis 1C). Seega näib pulsatsiooni võnkesagedus 90 Hs olevat pigem füsioloogiline kui spetsiifiliste tuvastamismeetoditega juhitav.

Keskmine pulsatsiooni kestus oli samuti märkimisväärselt ühtlane (;70 ms) üle olekute ja ajukoore piirkondade (tabel 3). Kestust ja järjepidevust ei seletata tuvastamisnõudega, milleks on vähemalt 3 tsüklit (mis 90 Hz juures on 33,3 ms), mis viitab sellele, et see kestus on ka füsioloogiline omadus. Muud omadused, sealhulgas tihedus (NREM: 8.36 6 2.69 min1, ärkamine: 5.77 6 3.42 min1), tippamplituud (NREM: 5.10 6 2.25 mV, ärkamine: 7.38 64.17 mV) ja 0,200 Hz amplituudi muutus (NREM: 3.096 2.75%, ärkamine: 33,02636,90%) olid samuti kanalite lõikes väga sarnased (joonis 2, 3). Pulsatsiooni omadused olid samuti ühtsed kõigil patsientidel (joonis 5). Siiski täheldati väikseid, kuid olulisi erinevusi piirkondade, ajukoore ja hipokampuse ning NREM-i ja ärkamise vahel, mida kirjeldatakse allpool.

Lainetustel on väikesed, kuid olulised erinevused ajukoore ja hipokampuse vahel

Inimese hipokampuse lainetus on varem valitud erinevate meetodite abil (ülevaate saamiseks vt Jiang et al., 2019c). Varasemates uuringutes nõudsime, et lained oleksid asetatud teravatele lainetele (iseloomulik eesmisele hipokampusele) (Jiang et al., 2019a) või spindlitele (iseloomulikud tagumisele hipokampusele) (Jiang et al., 2019b). Käesolevas uuringus analüüsisime neid andmeid uuesti, kasutades samu kriteeriume ja protseduure, mida kasutasime kortikaalsete lainetuste tuvastamiseks ja valimiseks, et vältida metodoloogilisi ebaselgusi; see tähendab, et me ei nõudnud seotud madalama sagedusega LFP-allkirja olemasolu või puudumist.

Kasutades samu tuvastamiskriteeriume, leidsime, et ajukoore ja hipokampuse lainetusel on suhteliselt väikeste erinevustega samad põhiomadused. Hipokampuse lainetuse põhiomadused olid täiendavas analüüsis väga sarnased, mis hõlmas ainult IIS-idest vabasid hipokampuse kanaleid (joonis 6B). NREM-i ajal olid hipokampuse võngetel keskmised aja-sageduse graafikud (joonis 2C, K), mis sarnanesid vastavate kortikaalsete graafikutega (joonis 2A, E–I), millel oli kontsentreeritud võnkuv aktiivsus 90 Hz juures, kuid need erinesid selle poolest, et need paiknesid ajukoore tipul. lokaalne terav laine-laine, mitte vahetult enne lokaalset tõusu, nagu on näha ajukoores. Ärkamise ajal näitavad hipokampuse (joonis 2D, L) ja ajukoore (joonis 2B, J) keskmiste aja-sageduste diagrammid kontsentreeritud võnkeaktiivsust 90 Hz juures, aga ka aktiivsust, mis ulatub kõrgematele sagedustele, nagu ülal märgitud.

Statistilised analüüsid (joonis 3) näitasid mitmeid erinevusi, mis, kuigi väikesed, olid siiski olulised, mis on tingitud kanalite suurest arvust. Täpsemalt, võrreldes ajukoore lainetusega, olid hipokampuse lainetused keskmiselt: NREM-i ajal veidi vähem tihedad ja ärkveloleku ajal tihedamad; veidi madalam sagedus, eriti NREM ajal (aga siiski, 3 Hz erinevus); pikem kestus, eriti NREM-i ajal (kuid erinevus 10 ms); suurem amplituud (;2,5 võrra); ja sellega kaasneb väiksem, kuid siiski märkimisväärne 0,200 Hz amplituudi tõus ärkveloleku ajal võrreldes NREM-iga. Lisaks ei olnud kortikaalse pulsatsiooni omadused oluliselt korrelatsioonis hipokampuse ühenduvuse tihedusega nende kohaliku maatükiga (joonis 7). Üldiselt näivad ajukoore ja hipokampuse lainetused olevat väga sarnased, välja arvatud nende amplituudid ja nendega seotud aeglasemad lained NREM-i ajal (joonis 2; joon. 8A–F).

Lainetust saab eristada kõrgsageduslikest limbilistest võnkudest

Inimeste võnkeaktiivsust 0,60 Hz juures on varem uuritud, peamiselt epilepsia hipokampuses. Le Van Quyen et al. (2010) teatasid tõenäolisest mittepatoloogilisest aktiivsusest, peamiselt parahippokampuse gyruse kohtadest. Need määrasid minimaalseks kestuseks 100 ms, mis oleks kõrvaldanud enamiku meie uuritud sündmustest (joonised 3D, 4) ja on pikem kui need, mida varem teatati inimese hipokampuse ripsmete puhul (Jiang et al., 2019c), inimesel. ajukoore lainetus (Vaz et al., 2019) ja näriliste tippokampuse lainetus (Buzsáki, 2015).

Lisaks, olles keskmiselt 7 pikemad kui siin kirjeldatud sündmused, mida kirjeldasid Le Van Quyen jt. (2010) erinevad ka selle poolest, et need sisaldavad mitut võnkesagedust (siinkirjeldatud on tugevalt tsentreeritud 90 Hz juures) ja suurema amplituudiga. Nende sündmused on siiski sarnased, kuna nad on seotud kõrgeima osariigiga ja moduleerivad üksuse tulistamist (vt allpool). Seetõttu olime huvitatud LeVan Quyeni jt kirjeldatud peamiselt parahippokampuse sündmuste vahelise seose kindlaksmääramisest. (2010) ja siin kirjeldatud laialt levinud kortikaalsed sündmused.

Valisime oma parahippokampuse kanalid (N {{0}} kanalit 5 patsiendilt) ja rakendasime neid valikukriteeriume, mida kirjeldasid Le Van Quyen et al. (2010): andmed olid ribapääs 40-120 Hz, sündmuse minimaalne kestus oli 100 ms ja muul juhul tuvastati sündmused, nagu on kirjeldatud jaotises Materjalid ja meetodid. Neid valikukriteeriume kasutades leidsime sündmuste väga väikese tihedusega. Parahippokampuse kanalite keskmine pulsatsioonitihedus NREM-i ajal Meie kriteeriume kasutades oli 9,08 min1 (vahemik: 7.23-10.77 min1), samas kui Le Van Quyeni et al. (2010) tuvastuskriteeriumid olid vaid 0,40 min1 (vahemik: 0-1,53 min1). Seega ei vasta siin kirjeldatud sündmused neile, millest on varem teatanud Le Van Quyen jt. (2010).

Ripples on väikesed, kuid olulised erinevused primaarse sensoor-motoorse ja assotsiatsioonikoore vahel

Varasemad tööd magavate rottide (Khodagholy et al., 2017) ja ärkvel olevate inimestega (Vaz et al., 2019) näitasid, et kortikaalsed lainetused olid assotsiatsioonipiirkondades tavalisemad kui varases sensoorsetes ja motoorsetes piirkondades, kus need puudusid või esinesid harva. Seevastu leidsime, et pulsatsiooni tihedus, amplituud ja sellega kaasnev 200 Hz amplituud (üksiku tulistamise asendusnäitaja) (Mukamel et al., 2005) olid primaarses ajukoores oluliselt kõrgemad kui assotsiatsioonipiirkondades, mida näitab positiivne korrelatsioon. müelinisatsiooniindeksiga (joonis 8G–I) (Rosen ja Halgren, 2021). Võnkumise sagedus ja kestus ei olnud korrelatsioonis müelinisatsiooniindeksiga (joonis 9). Mõnel juhul oli see mõju väike, näiteks seletades ainult 1,7% tiheduse variatsioonist ärkveloleku ajal ja 4,4% NREM-i ajal. Muudel juhtudel oli mõju märkimisväärne, näiteks selgitades NREM-i amplituudimise dispersiooni 19, 4%. Võrreldes NREM-i ja ärkvelolekut, oli NREM-is oluliselt tugevam korrelatsioon müelinisatsiooniindeksi ja tiheduse (p=0.02, t=2.1), amplituudi (p=8 104,t {{19) vahel }}.2) ja 0,200 Hz modulatsioon (p=2 106, t=4.7; ühepoolne paaristatud r-test; MATLAB: r_test_ paaris) (Steiger, 1980). Insum, inimese ajukoore lainetus näib olevat tagasihoidlikult arvukam ja tugevam sensoorses ja motoorses osas kui assotsiatsioonipiirkondades.

Ripples on väikesed, kuid olulised erinevused NREM-i ja ärkamise vahel

Enamik ajukoore ja hipokampuse pulsatsiooni omadusi olid NREM-i ja ärkveloleku vahel sarnased (joonis 3; tabel 3), kuid sündmuste suure arvu tõttu olid isegi väikesed erinevused olulised. Arvestades ainult 0,10% erinevusi, oli ajukoore pulsatsiooni tihedus NREM-i ajal 31% suurem ja amplituud 43% madalam kui ärkveloleku ajal. Ripple'i kestus oli NREM-i ajal ajukoores 13% ja hipokampuses 20% pikem kui ärkveloleku ajal. Kõige silmatorkavamad erinevused olid 200 Hz amplituudi protsentuaalne muutus lainetuse ajal võrreldes 2 kuni 1 s algtasemega (joonis 3E), mis suurenes NREM-st 969% kuni ärkamiseni ajukoores ja 304% hipokampuses.

Seda erinevust nähakse lairibaühendusena ärkveloleku pulsatsiooni käivitatud aeg-sagedusgraafikutel ajukoorest (joonis 2Bii, J) ja hipokampusest (joonis 2Dii, L) ja seega ei tõlgendata seda tavaliselt mitte anostsillatsiooni, vaid näidustusena. Seega, võrreldes ärkvelolekuga, on ajukoore lainetus NREM-is mõnevõrra tihedam, pikem ja väiksem; hipokampuse lained on samuti pikemad. Ainus oluline erinevus on see, et nii ajukoore kui ka hipokampuse lainetus näib olevat seotud oletatava mitmeüksuse aktiivsuse palju suurema suurenemisega ärkveloleku ajal kui NREM-i ajal.

Kortikaalsed lained lukustuvad unelainetele, mis on mälu tugevdamiseks üliolulised

Võnkeühendused on mälu konsolideerimiseks olulised (Latchoumane et al., 2017). Varasemad uuringud on näidanud, et kasside (Grenier et al., 2001) ja rottide (Khodagholy et al., 2017) (Grenier et al., 2017) ja rottide (Khodagholy jt, 2017) ülaosa ja spindli tippudel esineb kortikaalseid lainetusi, kuid inimestel pole neid seoseid hinnatud. Tuvastasime ala- ja ülesolekud, mille polaarsused määrati seotud kõrgsagedusliku aktiivsuse põhjal (üksikasju vt Materjalid ja meetodid), samuti spindlid ning leidsime, et ajukoore lainetus on täpselt seotud ülalkirjeldatud unelainete järjestusega (joonis 10; tabel 4). ). Täpsemalt, 95% ajukoore kanalitest seostati lainetust märkimisväärselt ala- ja ülesolekutega (joonis 10B, D, E), tavaliselt üleminekul alumisest olekusse ülespoole, nagu on näha üksikutes katsetes (joonised 2Aiii, 10A) ja Lairiba LFP pulsatsiooni käivitatud keskmised (joonis 2Ai, E-H).

Peri-pulsatsiooni histogrammid näitavad, et keskmiselt tekkisid kortikaalsed pulsatsioonikeskused 450 ms pärast madalamat oleku maksimumi ja 100 ms enne ülemise oleku maksimumi (joonis 10B, D–G). Harvem esines lainetust spindlite ajal (märkimisväärne seos 29% kanalitest; joonis 10C, E), nagu on näha üksikutes katsetes (joonis 10A) ja peri-pulsatsiooni aja-sageduse diagrammides (joonis 2Aii, E). Peripulsatsiooni histogrammid näitavad, et spindlid algasid keskmiselt 225 ms enne kortikaalset pulsatsioonikeskust, mis näitab, et lainetus kipub tekkima spindlite ajal (joonis 10C, E–G). Lainetuste esinemise tõenäosus ülemistele osadele eelnevate spindlite ajal oli suurem kui lainetuse esinemise korral. spindlite ajal või enne tõusuteid (joonis 10H). Need tulemused viitavad sellele, et ajukoore lainetuse ajastus NREM-i ajal on sobiv konsolideerumise hõlbustamiseks, juhindudes unelainete järjestikusest aktiveerimisest.

For more information:1950477648nn@gmail.com