Uneaegse keskse ja autonoomse aktiivsuse rollide mõistmine töömälu ja episoodilise mälu parandamisel 2. osa

Unerežiim moduleerib ANS-i aktiivsust

Üleminek ärkvelolekust unerežiimi toob kaasa suurima nihke autonoomses aktiivsuses, mida me iga päev kogeme. Uni ei ole üks ühtne sündmus ja selle iseloomustamine organiseeritud etappideks näitab iga etapi keskse ja autonoomse tegevuse spetsiifilisi profiile. Öö magamise ajal läbib inimese aju kaks peamist faasi: NREM ja kiire silmade liikumise (REM) uni.

Viimastel aastatel on une ja mälu seos pälvinud teadlaste suurt tähelepanu. Uuringud näitavad, et uni mängib inimeste mälufunktsioonis olulist rolli.

Inimese uni jaguneb kaheks olekuks: REM (kiire silma liikumise uni) ja NREM (mitte-kiirete silmade liikumise uni). Nende hulgas on NREM-uni väga oluline etapp, mis hõlmab nelja etappi: üks, kaks ja kolm.

NREM-une ajal tugevdab inimese aju mälu läbi korduva stimulatsiooni ja edastab informatsiooni pikaajalisse mällu. Seetõttu on väga oluline, et inimesed, kes soovivad oma mälu parandada, saaksid piisavalt NREM-uni.

Samal ajal võib NREM-uni soodustada ka organismi ainevahetust, aidata taastada organismi funktsioone ja tõsta organismi immuunsust. Seetõttu on piisava NREM-une tagamine kasulik mitte ainult mälu parandamiseks, vaid ka hea tervise säilitamiseks.

Piisava NREM-une tagamiseks peaksime kujundama häid uneharjumusi, näiteks kontrollima õhtusöögi aega ning vähendama pingelist treeningut ja õhtuseid tegevusi. Lisaks võib enne uinumist lõõgastumine aidata meil NREM-une kiiremini siseneda.

Kokkuvõttes mängib NREM-uni inimese mälus ja füüsilises tervises asendamatut ja olulist rolli. Une kvaliteedi parandamine ja piisava NREM-une tagamine avaldab positiivset mõju meie elule ja tööle. Alustame nüüd tervislike magamisharjumuste kujundamisega ja tervitame paremat homset! On näha, et me peame oma mälu parandama. Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Hakkliha tõhusus tuleneb selles sisalduvatest erinevatest toimeainetest, sealhulgas hapetest, polüsahhariididest, flavonoididest jne. Need koostisosad võivad aju tervist mitmel viisil edendada.

Klõpsake nuppu Tea 10 võimalust mälu parandamiseks

NREM-uni jaguneb veel 1., 2. ja 3. etapiks (ehk aeglase une) (53). 1. staadium on uneseisund ärkvelolekust und, mis moodustab 3% täiskasvanu öisest unest. Umbes 60% täiskasvanu unest on 2. staadiumi uni, mida iseloomustavad erinevad elektrofüsioloogilised sündmused, mida nimetatakse une spindliteks ja K-kompleksideks. 3. etapp ehk aeglase laine uni (SWS) moodustab umbes 20% unest ja seda iseloomustavad aeglased suure amplituudiga võnkumised, mida nimetatakse aeglasteks võnkudeks (SOs<1 Hz) and slow-wave activity (SWA, 0.5 to 2 Hz). In NREM sleep, cholinergic systems in the brainstem and forebrain become markedly less active; firing rates of LC–NE and serotonergic Raphe neurons are also reduced, compared to waking levels
(54). 

Tavapärased dogmad LC-NE neuronite suhtelise vaikuse kohta NREM-une ajal on aga vaidlustanud tõendid LC-NE aktiivsuse mööduva suurenemise kohta NREM-une ajal (55). Samaaegne elektroentsefalogrammi (EEG) ja funktsionaalse MRI (fMRI) uuring inimestel näitas lisaks, et LC tuuma suurenenud faasiline aktiivsus on ajaliselt seotud SO üleminekutega (55, 56), mis viitab keerulisemale neuromodulaatori dünaamikale NREM uni. LC-NE neuronite aktiivsus NREM-une ajal on potentsiaalselt oluline, et mõista, kuidas autonoomne aktiivsus sellel uneperioodil võib kaasa aidata kognitiivsele paranemisele.

Pärast SWS-i rünnakut lülitub aju REM-unne, mis moodustab umbes 20% inimese unest ja seda iseloomustavad äkilised silmaliigutused ning kiiremad, madala amplituudiga alfa (8–12 Hz) ja teeta (4–12 Hz). 8 Hz) võnkumisi. REM-une ajal on mõlemad aminergilised populatsioonid tugevalt inhibeeritud, samas kui kolinergilised süsteemid muutuvad ärkveloleku tasemega võrreldes aktiivsemaks (57). Üleminek etapist 2, SWS ja REM toimub 90- kuni 100-minutiliste tsüklitena öö jooksul, kusjuures öö esimesel poolel domineerib SWS ja öö teisel poolel REM-uni. (58).

Perifeersetes kohtades on üleminek ärkvelolekult SWS-ile seotud südame löögisageduse ja vererõhu olulise langusega, samuti HF-HRV domineerimise suurenemisega (59, 60). Vererõhu langus NREM-une ajal võrreldes ärkvelolekuga on kasulik südame-veresoonkonna tervisele, mistõttu mõned eksperdid kirjeldavad und kui "kardiovaskulaarset puhkust" (61). Eelkõige on SWS südame-veresoonkonna vaikuse periood ja see võib anda südame-veresoonkonna süsteemile võimaluse taastuda päevastest solvangutest, nagu stressist põhjustatud vererõhu tõus. Tõepoolest, ühes uuringus, milles võrreldi SWS-i koguseid ja südame-veresoonkonna haiguste subkliinilisi markereid, leiti, et osalejatel, kellel oli suurem SWS, ilmnesid pärast kardiovaskulaarset stressi madalamad südame-veresoonkonna haiguste markerid (62), mis viitab sellele, et SWS võib puhverdada autonoomseid vastuseid päevasele stressile, mis võib muuta haigusriski.

Lisaks näib, et uni, mitte ööpäevane mõju, mõjutab ANS-i aktiivsust, kuna päevase ja öise une puhul on näidatud sarnaseid HRV-profiile (63), mis võib samuti viidata sellele, et päevased uinakud on südame-veresoonkonna minipuhkus. Veelgi enam, uuring, milles võrreldi HRV profiile 50-minutise uinaku ja ärkveloleku ajal lamavas asendis, näitas parasümpaatilise domineerimist ainult une ajal, mitte vaikse puhkuse ajal, mis näitab, et kardiovaskulaarsed eelised on spetsiifilised une puhul (64).

Uuringud on näidanud järjepidevat vastastikust sõltuvust südame ja aju aktiivsuse vahel, kusjuures EEG delta (0,5–4 Hz) võimsuse ja ANS-i aktiivsuse (65–70) ajalised muutused langevad kokku. HRV modulatsioonid on SWS-i tekkega nii tihedalt seotud, et neid saab kasutada parameetrina SWS-i automaatseks tuvastamiseks (71). Lisaks näitab deltariba võimsus, homöostaatilise uneaja marker, mis hajub järjestikuste NREM-perioodide vahel, öise une ajal pöördühendust LF / (LF + HF) suhtega. Üldiselt suureneb LF/(LF+HF) suhe REM-une ajal ja väheneb SWS-i ajal (joonis 1A) (66), mis näitab suuremat sümpaatilist aktiivsust REM-une ajal, kusjuures südame löögisageduse ja vererõhu tasemed saavutavad ärkvelolekuga sarnased väärtused (72). ).

Parasümpaatiline/vagaalne aktiivsus NREM-une ajal ja sümpaatiline aktiivsus REM-une ajal võivad ületada vaikse ärkveloleku keskmist taset (72). Joonisel 1B on kujutatud RR-intervallide võimsusspekter vaikse ärkveloleku, 2. etapi, SWS-i ja REM-une ajal (joonis 1B) (73). Hiljuti põhjustas põhjuslikult suurenenud SWA akustiliste SO-de stimuleerimise kaudu SWS-i ajal suurenenud vagaalne aktiivsus (mõõdetuna HF-HRV ja SDNN-ga) võrreldes võlts-stimulatsiooniga (74), mis viitab tugevale vastastikusele sõltuvusele vagaalse aktiivsuse ja aeglaste EEG-võnkumiste vahel SWS-i ajal.

Võttes arvesse ajaliselt täpsemaid analüüsitasemeid, on näidatud seost üksikute ANS-i ja kesknärvisüsteemi sündmuste vahel, nagu südamelöögid ja EEG SO-d sügavas unes (75). Kasutades ristkorrelatsiooni lähenemisviisi, Thomas et al. (69) näitas ajalist seost SWA ja kõrgsagedusliku kardiopulmonaalse (0,1 kuni 0,4 Hz) sidestuse, EKG-st tuletatud stabiilse une biomarkeri vahel, NREM-une ajal. Mitmed uuringud on teatanud ka autonoomsete ja tsentraalsete sündmuste vahelisest seosest, mille puhul lühikesed südame löögisageduse puhangud langevad ajaliselt kokku SO-de mööduva tõusuga NREM-une ajal (73, 76). Rembado jt. registreeriti vagaalsest esilekutsutud potentsiaalid, mis ilmnesid vagaalsete aferentidena ajukoorele vastusena VNS-ile makaaki ahvide ajus erinevate teadvusseisundite ajal (77). Teatati, et vagaalsest esilekutsutud potentsiaalid olid NREM-une ajal 300–500% suuremad, võrreldes REM-une ja ärkvelolekuga (joonis 1C) (77) ning kriitiliselt öeldes olid vagaalsest esilekutsutud potentsiaalid NREM-i ajal suuremad depolariseeritud une ajal edastatud stiimulite puhul. käimasolevate delta võnkumiste faas, mis viitab tihedale ajalisele seosele ANS-i ja kesknärvisüsteemi sündmuste vahel. Need leiud näitavad, et KNS-ANSi dünaamika toetab une ajal kortikaalse ja südamefunktsiooni vahelist sõltuvust. Veelgi enam, võttes arvesse ärkveloleku HRV uuringute tulemusi, viitavad parasümpaatilise aktiivsuse loomulikud tõusud SWS-i ajal sellele, et HRV profiilid une ajal võivad teatud määral kaasa tuua kognitiivse paranemise.

Nii SWS kui ka Vagal Tone Benefit WM

Võrreldes ärkvelolekuga võib WM-treeningu vaheline uni olla WM-i jõudluse parandamiseks (78–82) kriitilise tähtsusega, mis võib olla tingitud SO-de (83–85) mõjust (SI lisa, joonis S2A). Veelgi enam, hiljutises uuringus, milles kasutati öise une ajal akustilist SO-stimulatsiooni, teatati, et stimuleerimine parandas WM-i tõhustatud SWA tulemusel võrreldes isikutega, kelle SWA-d ei suurendatud (86). Kuid mitte kõik uuringud ei leia positiivset seost SWS-i EEG-tunnuste ja WM-i paranemise vahel (78, 81). Üks võimalik põhjus järjepidevate leidude puudumisel võib osaliselt olla seotud asjaoluga, et vähesed uuringud mõõdavad ANS-i aktiivsust une ajal ja jätavad seetõttu tähelepanuta ANS-i panuse jõudluse muutumisse. Üks hiljutine uuring kajastas nii autonoomset kui ka tsentraalset aktiivsust uneperioodi vältel, mille käigus testiti isikute WM-i enne ja pärast uneperioodi (78) (SI lisa, joonis S2B). Selles uuringus täitsid osalejad tööülesannet hommikul ja õhtul. Huviperioodi jooksul kogesid katsealused uinakut või vaikset ärkamist, salvestades EEG ja EKG (78). Tulemused näitasid, et HF-HRV SWS-i ajal ennustas WM paranemist tervetel noortel täiskasvanutel suuremal määral kui HF-HRV ärkveloleku ajal või kui muud SWS-i tunnused, sealhulgas SO-d või SWA. Need leiud viitavad sellele, et koos SWS-i EEG sündmustega toetab SWS-i ajal loomulikult suurenenud vagaalne aktiivsus ka WM paranemist noortel täiskasvanutel.

Kuigi WM-i täiustuste unest sõltuvad mehhanismid jäävad praeguse pildi põhjal tabamatuks, võivad SO-d ja vagaalne aktiivsus hõlbustada WM-i paranemist, suurendades prefrontaalset efektiivsust ja automaatsust prefrontaalsetes-subkortikaalsetes inhibeerivates võrkudes. Täpsemalt, vagaalsed sisendid suurendavad prefrontaalset faasi-NE aktiivsust, samas kui SO-d reguleerivad kortikaalse sünapsi potentsiaali. Veelgi huvitavam on see, et Eschenko jt. näitas, et LC-neuronid süttivad alla-üles ülemineku ajal, samas kui mediaalsed prefrontaalsed neuronid vallanduvad SO-de tipul (87), mis vastab koore maksimaalse erutuvuse ajale üles-oleku ajal, mis viitab sellele, et prefrontaalse-LC interaktsioonide korral on LC. juhib prefrontaalset tegevust. On oletatud, et SO-d võimendavad sünapse, mis olid eelmisel päeval püsiva aktiivsuse tõttu alla surutud, ja et võimendamine annab füsioloogilise aluse unest sõltuvale mälu paranemisele (88). Kokkuvõttes võib NE optimaalne tase une ajal toetada järgmise päeva WM-i jõudlust, võimendades WM-i prefrontaalset aktiivsust ja suurendades seega prefrontaalse-striataalse WM-i efektiivsust.

Teine võimalus on, et SO-d ja vagaalne aktiivsus soodustavad WM-i, eemaldades tau / beeta-amüloidnaastud prefrontaal-subkortikaalsetes täidesaatva funktsiooni võrkudes, mida juhivad faasilised LC-NE aktiivsused (vagaalsed aferendid) ja SO-d (35). Isegi nende inimeste seas, kes toimivad kognitiivse funktsioneerimise normaalses vahemikus, seostatakse mesiaalset ajalist tau akumulatsiooni halvema kognitiivse jõudlusega (89). Selles uuringus kasutati kognitiivse jõudluse mõõtmiseks standardiseeritud testi, mis ei võimalda meil eraldada tau mõju WM-ile per se. Vaja on täiendavaid uuringuid, et mõista, kas glümfi kliirens on tõesti seotud igapäevase unest sõltuva WM paranemisega terves ajus või võivad olla seotud ka muud mehhanismid, sealhulgas SO-vahendatud sünaptilise homöostaasi taastamine (90) või suurenemine. maksimaalne sünaptiline efektiivsus (91).

Nüüd pöördume LTM-i küsimuse poole, mille kohta palju tõendeid toetab SWS-i rolli konkreetselt hipokampusest sõltuvate episoodiliste mälestuste konsolideerimisel. Siiski on tõendeid ANS-i aktiivsuse võimaliku rolli kohta une ajal selles protsessis vähe, lünk, millel võib olla selgitav väärtus.

Kesknärvisüsteemi ja ANS-i panus pikaajalisesse mälusse

Hipokampusest sõltuv episoodiline mälu viitab omandamise ajale ja kohale spetsiifilise teabe teadlikule meeldejätmisele (92). Kasvav kirjandus toetab une rolli episoodiliste mälestuste konsolideerimisel ja on tuvastanud NREM-une ajal spetsiifiliste elektrofüsioloogiliste sündmuste kriitilise rolli (93). Kuigi on palju arutelusid selle üle, kuidas hiljutised kogemused on esindatud ja muunduvad kortikaalsetes ja subkortikaalsetes pikaajalistes ladudes (94–96), ollakse üksmeelel, et hipokampus on kiiresti õppiv süsteem, mis seob hiljutised kogemused esindusteks erinevates ajukoores. struktuurid kodeerimise ajal (93).

Konsolideerimise ajal stabiliseerib ja tugevdab korduv taasaktiveerimine mälujälgi, kusjuures uni on konsolideerumiseks optimaalne võrguühenduseta periood, kuna see hõlbustab dialoogi hipokampuse ja neokorteksi vahel (93). Täpsemalt, NREM-une ajal aktiveeritakse mälujälg uuesti hipokampuse teravate laineliste lainetuste poolt, mis paiknevad talamuse spindlitesse, mis omakorda paiknevad SO alt-üles üleminekus, pakkudes teed neuraalseks suhtluseks neokortikaalse ja hipokampuse raku vahel. sõlmed. Hiljuti on leitud, et spindlid mängivad põhjuslikku rolli hipokampusest sõltuvas mälu konsolideerimises farmakoloogia (97) ja sihipärase mälu taasaktiveerimise (98) kaudu. Mednick et al. (97) võrdlesid zolpideemi, lühitoimelist GABA-A agonisti, platseebo ja positiivse kontrolli uinutiga (naatriumoksübaat) kogu ööund. Võrreldes kontrollidega suurendas zolpideem unevõlli ja suurendas hipokampusest sõltuvat episoodilist verbaalset mälu ning spindli võimenduse vahendatud mälu paranemist. Teised farmakoloogilised uuringud on neid leide kinnitanud (99), mis viitab talamokortikaalse võrgustiku GABAergiliste modulatsioonidele kui olulisele LTM-i moodustumisele.

Vaatamata kasvavale uuringute loendile, mis näitavad ANS-i aktiivsuse rolli täidesaatvas funktsioonis ja WM-is, on seostest LTM-iga teatatud vähe ja ükski uuring ei ole kinnitanud ANS-i rolli une ajal hipokampusest sõltuva episoodilise LTM-i puhul. Üks uuring näitas, et mittehippokampusest sõltuva protseduurilise mälu üleöö paranemine oli korrelatsioonis LF-HRV ja SDNN-ga une ajal (100). Lisaks ennustas parasümpaatiline aktiivsus (HF-HRV) REM-une ajal tugevalt loovuse ülesande kaudse praimimise paranemist (101). Uuringud, mis uurivad HRV mõju ärkveloleku ajal episoodilisele LTM-ile, näitavad samuti erinevaid tulemusi. Üks uuring näitas, et halva vagaalse autonoomse funktsiooniga (madal HRV) inimestel esineb rohkem valemälu vigu (102). Lisaks on näidatud, et südame vagaalne toon korreleerub positiivselt emotsionaalselt laetud stiimulite parema mäluga (103, 104), kuigi sellel puudub seos neutraalsete stiimulite mäluga. Seevastu mitmed uuringud näitasid, et HRV ärkveloleku ajal ei ennusta episoodilist mälu jõudlust (105–107). Kokkuvõttes on kujunev pilt kesknärvisüsteemi ja ANS-i sisendite rollist kognitiivse täiustamise jaoks see, et SWS on optimaalne ajuseisund episoodiliste, pikaajaliste, mitteemotsionaalsete mälestuste stabiliseerimiseks, samuti täidesaatva funktsiooni parandamiseks, kuid mitte. tingimata samade mehhanismide kaudu.

Kuidas töö- ja pikaajaline mälu une ajal suhelda?
Kuigi uuringud on näidanud, et nii SWS (sealhulgas SWA ja SO-d) kui ka vagaalne aktiivsus SWS-i ajal soodustavad WM-i ja et SO-spindli pulsatsioonikompleksid aitavad kaasa episoodilisele LTM-ile, jääb WM-i ja episoodilise LTM-i seos ebaselgeks. Ühest küljest on uuringud näidanud positiivseid seoseid WM-i ja LTM-i vahel, nii et WM suurendab LTM-i äratundmist ja WM-i võimsus piirab LTM-kodeeringut (108). Teisest küljest on Hoskin jt. näitas, et episoodiline mälu taasaktiveerimine ärkamise ajal sekkub WM-i hooldusesse (109). Täpsemalt, osalejad õppisid sõnade loendeid ja neid testiti kohe pärast kodeerimist (lühiajaline WM) või sooritasid häiriva ülesande, mille käigus episoodiline mälu taastati (LTM-i taasaktiveerimine). Need näitasid, et viivitusperiood tõi lisateavet, mis mõjutas negatiivselt WM-i hooldust. See viitab sellele, et mälu taasaktiveerimisel käivitatud koordineeritud tegevusmustrid paljudes kortikaalsetes piirkondades, sealhulgas prefrontaalses ajukoores, võivad varastada WM-i hoolduse ressursse. Seega võivad WM-i ja episoodilist mälu toetada eraldi ja potentsiaalselt konkureerivad närvimehhanismid, nimelt vastavalt LC-NE prefrontaal-subkortikaalne võrk ja GABAergiline talamokortikaalne hipokampuse võrk.

Neuromoduleerival tasemel koos WM-i LC-NE võimendamisega (VNS-uuringud) on loomuuringud kaasanud selle süsteemi uudsete kogemuste kodeerimise ajal ja vahetult pärast seda (110, 111) ning ärkvelolekust sõltuvat geeniekspressiooni, mis reguleerib õppimist toetavat sünaptilist võimendust ( 112). Kuigi LC pöörduv inaktiveerimine Morrise veelabürindi ülesande ajal näitas olulisi häireid ruumilise mälu kodeerimises ja WM-is, ei mõjutanud see ruumilise mälu konsolideerimist ja säilitamist (113). Need leiud koos viitavad sellele, et LC-NE süsteem võib mängida olulist rolli uute kogemuste varajases omandamises ja kognitiivse kontrolli tõhususes, kuid mitte LTM-i konsolideerimisel ja hankimisel.

Inimestel on tVNS-i kirjanduse hiljutised leiud kinnitanud LC-NE süsteemi selektiivset funktsionaalset rolli kognitiivses kontrollis, kuid mitte LTM-is. 19 tVNS-i uuringu (114) metaanalüüs näitas ägeda tVNS-i olulist mõju kognitiivsele inhibeerivale kontrollile, eriti kui ülesannete raskused suurenevad, kuid puuduvad tõendid, mis toetaksid tVNS-i tõhusust LTM-i jõudlusele, tähelepanuvõimele või muudele kognitiivsetele valdkondadele. Täpsemalt, Mertens et al. (115) leidis, et tVNS ei mõjutanud noorte ja keskealiste täiskasvanute kohest ega hilinenud sõnatuvastusmälu. Veelgi enam, kasutades farmakoloogiat, Lozano-Soldevilla et al. (116) manustasid tervetele täiskasvanutele GABAergilise bensodiasepiini (lorasepaami) ja teatasid annusest sõltuvast WM-i langusest, mis oli tingitud gamma- ja alfavõimsuse vähenemisest, mis viitab antagonistlikule seosele GABA ja LC-NE prefrontaal-subkortikaalsete võrkude vahel.

Nende võrkude vaheline konkurents võib olla eriti levinud võrguühenduseta unerežiimi ajal (117, 118). Hipokampuse lainetuse, LTM-i taasesituse signatuuride ja konsolideerimise ajal avaldasid Logothetis et al. (117) näitasid deaktiveerimist ANS-i reguleerivates ajutüve piirkondades. Need põnevad tulemused võivad tähendada, et unest sõltuva mälu konsolideerimise ajal võivad pulsatsiooni/spindli kompleksid korraldada hipokampuse ja ajukoore vahel privilegeeritud interaktsiooniseisundit, vaigistades dientsefaalse, keskaju ja ajutüve piirkondade väljundit (SI lisa, joonis S3). Huvitav on see, et basaalganglionide, pontiini piirkonna ja väikeaju ajukoore deaktiveerimine on kooskõlas varasemate tõenditega episoodiliste ja protseduuriliste mälusüsteemide vahelise konkurentsi kohta (119). Vastupidises suunas on Novitskaja jt. (118) suurendasid eksperimentaalselt NE-d faasilise LC-stimulatsiooni abil ja blokeerisid pulsatsiooniga seotud kortikaalsete spindlite tekke, häirides seega ruumilist LTM-i konsolideerimist. Veelgi enam, Marzo et al. (120) on näidanud, et LC faasiline stimuleerimine anesteseeritud rottidel surus ajutiselt alla spindlid, tekitades samal ajal mediaalses prefrontaalses ajukoores püsivat hüppamist, mis sarnanes NE-sõltuva prefrontaalse aktiivsusega WM-ülesannete viivitusperioodil. Samuti on hästi dokumenteeritud, et NE-sisend nihutab talamokortikaalse võrgu SO-de ja spindlitega seotud sünkroniseeritud olekust desünkroniseeritud olekusse, mida iseloomustab suurenenud neuronite tundlikkus sünaptilistele sisenditele, mis on kodeerimiseks ja sensoorseks töötlemiseks optimaalsem (121).

Seega võib NREM-i ajal kahesuunaline vastastikune antagonism talamuse-hipokampuse-kortikaalse ja prefrontaalse-subkortikaalse-autonoomsete süsteemide vahel olla episoodilise LTM-i ja WM-i käitumusliku kompromissi aluseks. Selle võimaluse testimiseks Chen et al. kasutas GABA-A agonisti zolpideemi, et uurida vagaal- ja spindlisüsteemide vastastikuse mõju suundumust ööune ajal ning nende mõju WM paranemisele ja episoodilise mälu konsolideerimisele (122). Koos spindli aktiivsuse ja episoodilise LTM-i konsolideerimisega näitas zolpideem ka vagaalset supressiooni ja vähem WM paranemist võrreldes platseeboga (SI lisa, joonis S4A). Vagaalne aktiivsus SWS-i ajal korreleerus positiivselt WM paranemisega (SI lisa, joonis S4B), kuid negatiivselt LTM-i säilimisega (SI lisa, joonis S4C). Tõhus ühenduvuse hinnang (123, 124) näitas, et kortikaalsed võnked spindli vahemikus näitasid nii zolpideemi kui ka platseebo tingimustes vagaalse autonoomse aktiivsuse põhjuslikku pärssimist, mille suurusjärk oli seotud tõhustatud episoodilise LTM-i vahelise kompromissiga vähenenud WM-i paranemine. Lisaks seostati spindli-SO-sidumist sarnase käitumusliku kompromissiga, kusjuures suurem spindli-SO-sidus oli seotud väiksema WM-i paranemisega. Need leiud on kooskõlas arusaamaga, et GABAergiline hipokampuse-talamokortikaalne side ja LC-NE frontaal-subkortikaalne-autonoomne side konkureerivad SWS-i une ajal ressursside pärast ja et seda interaktsiooni saab kallutada LTM-i konsolideerimise suunas, suurendades spindleid / sigmat, antud juhul farmakoloogiliselt. ja arvatavasti oleks teistel meetoditel prognoositav mõju. Näiteks oletame, et VNS kallutaks interaktsiooni vastupidises suunas, suurendades vagaalset aktiivsust ja WM-i paranemist spindlite arvelt koos SO-de ja LTM-i jõudlusega.

Aeglase võnkumise lüliti mudel

Aeglase võnkumise lüliti mudel (joonis 2) teeb ettepaneku, et aju lülitub eraldiseisva ja mittekattuva vahel. LTM-i oleku ajal toimub konsolideerumine spindliga seotud SO-de kaudu, mis suurendab hipokampuse-talamokortikaalset sidet, suurendab pulsatsiooni-spindli komplekse, vähendades samal ajal prefrontaalsed-autonoomsed inhibeerivad võrgud. WM-oleku ajal soodustavad spindliteta SO-d suuremat närvitõhusust prefrontaalses-subkortikaalses-autonoomses võrgus. Konkurentsi dünaamikat nende võrkude vahel juhivad teoreetiliselt loomkatsed, mis näitavad antagonistlikke suhteid autonoomset aktiivsust reguleerivate ajupiirkondade ja mälu taasesituse vahel (117, 118) ja tõendeid perioodilise ülemineku kohta spindlite ja autonoomse aktiivsuse vahel (126).

Lisaks oletame, et spindlid võivad toimida väravamehhanismina, mis reguleerib SO ressursse muude protsesside jaoks. Arvestades, et NREM-i ajal on umbes 20% SO-dest spindliga sidestatud (127), jätab see palju ressursse, mida teiste protsesside vahel jagada. Hiljutine töö, mis analüüsib SO-de ruumi-ajalisi omadusi, on näidanud, et neid saab liigitada kolme tüüpi: globaalsed, eesmised ja kohalikud SO-d, kusjuures globaalsed SO-d esinevad sagedamini koos spindlitega (127). On näidatud, et globaalsed SO-d toetavad pikamaa sidet, suurendavad spindli sidumist ja ennustavad LTM-i konsolideerumist (128), samas kui eesmiste SO-de amplituud on madalam kui globaalsetel SO-del, need levivad ainult eesmise ajukoores ja võivad olla paljulubavad kandidaadid prefrontaalse – subkortikaalsed-autonoomsed võrgud, mis toetavad WM-i. Hüpoteesime, et eesmised SO-d võivad olla ka taastavate protsesside kandvaks laineks, mis hõlbustavad prefrontaalset glümfikliirensit, kuna uuringud on näidanud, et SO-d on ajaliselt seotud tserebrospinaalse glümfikliirensiga ja sellele eelnevad (129, 130), kuid need uuringud ei ole SO-kategooriaid eristanud. . Frontaalsed SO-d võivad reguleerida vagaalset aktiivsust, soodustades seeläbi LC-neuronite faasilist süttimist ja tau kliirensit (35). Hiljutine uuring näitas, et kuulmisstimulatsioon mitte ainult ei suurenda eesmise SO-d, vaid suurendab ka vagaalset HRV-d (131). Üheskoos võib vagaalne aktiivsus suurendada WM-i funktsionaalsete võrkude prefrontaalset efektiivsust ja automaatsust glümfaatilise kliirensi kaudu, mis eelistatavalt toimub frontaalsete SO-de ajal. Need spekulatsioonid on eksperimentaalselt testitavad ja une keeruka ja potentsiaalselt konkurentsivõimelise dünaamika, mis toetab paljusid kognitiivseid valdkondi, edasiseks selgitamiseks on vaja rohkem uuringuid.

Lõppmärkused ja tulevikujuhised

WM on võime hoida väikeses koguses teavet lühikese aja jooksul aktiivsena ja asjakohasena, samas kui episoodiline mälu on näiliselt piiramatu autobiograafiliste kogemuste pank, millest igaüks saab selgesõnaliselt esile kutsuda. On näidatud, et uni, eriti ajutegevus SWS-i ajal, mõjutab mõlemat tüüpi mäluprotsesse. Lisaks seostatakse HF-HRV-ga mõõdetud vagaalset aktiivsust WM-iga, samas kui uuringud, mis uurivad ANS-i mõju episoodilisele mälule, annavad ebajärjekindlaid tulemusi. Mehhanism, mille alusel kesknärvisüsteemi ja ANS-i aktiivsus une ajal koordineerib mõlemat tüüpi kognitiivseid protsesse, pole teada. Selle lõhe ületamiseks tutvustame Slow Oscillation Switchi mudelit, mis väidab, et uni on konkurentsiareen, kus episoodiline LTM ja WM võistlevad piiratud ressursside pärast. Kuigi arvatakse, et see mudel esineb loomulikult, paljastatakse süsteemi sisemine toimimine eksperimentaalselt uuringutes, mis võimendavad kompromissi ühte külge (nt farmakoloogiliselt suurenevad spindlid või pulsatsioonist tingitud LC stimulatsioonid) koos vagaalse aktiivsuse prognoositava vähenemisega ja unejärgne WM jõudlus või pulsatsiooni/spindli sidestus ja LTM.

Kui uni toimib nagu lüliti, mis lülitub LC-NE prefrontaal-subkortikaalsete autonoomsete protsesside ja GABAergilise talamokortikaalse-hipokampuse korduse vahel, on üks küsimus, mis määrab lülitusmehhanismi prioriteedi. Kaalume kahte võimalust – loomulik perioodiline lülitus versus kogemusest sõltuv eelarvamus. Lecci et al. (126) näitasid perioodilist vahelduvat mustrit spindli purunemiste ja südame löögisageduse kiirenemise vahel, mis toimusid iga 50 sekundi järel, toetades võimalust, et aeglase võnkumise lüliti mehhanismid vahelduvad perioodiliselt toonilistes tingimustes. Teise võimalusena võivad prioriteedid määrata õppimine, emotsionaalsed kogemused, uudsus või kognitiivne koormus. Kooskõlas selle ideega näitavad nõudlikumad mäluülesanded järgneva une ajal suuremat arvu spindleid (132). Samamoodi võib intensiivne WM-treening suurendada eesmise SO-d ja vagaalset aktiivsust kõrgemal määral, võrreldes vähemintensiivse WM-treeninguga (22, 84). Tulevased uuringud, mis uurivad, kuidas meie aju ja keha koordineerivad seda lülitit, võimaldaksid paremini mõista erinevate mäluvaldkondade konkurentsi dünaamikat.

WM-i on traditsiooniliselt peetud muutmatuks tunnuseks, kuid WM-i koolituse uuringud on näidanud, et täidesaatev funktsioon üldiselt ja konkreetselt WM paraneb (20) ning hiljutised uuringud näitavad, et uni toetab seda paranemist (78, 82). Selle kasu aluseks olevad mehhanismid on aga ebaselged. Lisaks teame vähe sellest, kuidas prefrontaalsed-subkortikaalsed autonoomsed võrgud võivad koordineerida SO-sid ja vagaalset tegevust WM hõlbustamiseks. Üks uuring näitas seost kognitiivse kontrolli, vagaalse aktiivsuse ja automaatsuse vahel prefrontaal-subkortikaalsetes autonoomsetes võrkudes. Lin et al. näitas, et kognitiivne väljaõpe vähendas funktsionaalset ühenduvust kahepoolsetes juttkeha-prefrontaalsetes võrkudes, suurendades samal ajal vagaalset aktiivsust, hõlbustades seeläbi treenitud ja treenimata ülesannete sooritamist, kusjuures edukaks kognitiivseks inhibeerimiseks on vaja vähem ressursse (22). Kuid kuidas sellist dünaamikat une või SO-de ajal moduleeritakse, jääb uurimata. Tulevased neuraalse pildistamise uuringud samaaegse EEG-fMRI-ga on üliolulised, et võimaldada mõista WM plastilisuse aluseks olevaid närvimehhanisme konkreetsete unesündmuste ajal.

Kuigi viimase kümnendi jooksul on tehtud olulisi edusamme, on une rolli kohta erinevates kognitiivsetes valdkondades veel palju mõista. Siin esitame stsenaariumi, kus episoodilist LTM-i ja WM-i toetavad eraldi vooluringid, mis võistlevad une ajal piiratud ressursside pärast. Oluline on see, et rõhutame võimalust, et SO-sid saaks veelgi jagada alamkategooriateks, mis on seotud erinevate funktsioonidega, kuna sama sagedusega elektrofüsioloogilistel sündmustel võivad olla erinevad funktsioonid, mida Ngo ja kolleegid hiljuti uurisid, mis näitab funktsionaalset dissotsiatsiooni delta ja SO-de vahel, delta-lainetega, mis hõlbustavad unustamist, samas kui SO-d seostuvad tõenäolisemalt spindlitega ja hõlbustavad LTM-i episoodilist konsolideerimist (133, 134). Teeme ettepaneku, et autonoomse-tsentraalsete biomarkerite tuvastamine une ajal erinevate kognitiivsete protsesside jaoks ja nende konkurentsidünaamika mõistmine võib hõlbustada uudseid teadmisi mälumudelitest ja pakkuda uusi sihtmärke neurodegeneratiivsete haiguste vastu võitlemiseks.

Andmete, materjalide ja tarkvara kättesaadavus.

Selle töö aluseks olevad andmed puuduvad.

TUNNUSTUS.

Seda tööd toetas NIH Grant R{0}}AG062288 SCM-ile

Viide

1. MA Hagenaars, M. Oitzl, K. Roelofs, Updating freeze: Aligning animal and human research. Neurosci. Biobehav. Rev. 47, 165–176 (2014).

2. K. Miki, M. Yoshimoto, Sümpaatilise närvi aktiivsuse diferentsiaalsete muutuste roll kardiovaskulaarsete funktsioonide ettevalmistamisel rottide külmumiskäitumise ajal. Exp. Physiol. 95, 56–60 (2010).

3. SE Taylor et al., Biobehavioral responses to stress in women: Tend-and-friend, not fight-or-flight. Psychol. Rev. 107, 411–429 (2000).

4. LN Whitehurst, A. Subramoniam, A. Krystal, AA Prather, Seosed aju ja keha vahel une ajal: Mõju mälu töötlemisele. Trends Neurosci. 45, 212–223 (2022).

5. S. Breit, A. Kupferberg, G. Rogler, G. Hasler, Vaguse närv kui aju-soolestiku telje modulaator psühhiaatriliste ja põletikuliste häirete korral. Esiosa. Psychiatry 9, 44 (2018).

6. M. Kalia, JM Sullivan, Vagusnärvi sensoorsete ja motoorsete komponentide ajutüve projektsioonid rotil. J. Comp. Neurol. 211, 248–265 (1982).

7. KK Sumal, WW Blessing, TH Joh, DJ Reis, VM Pickel, Vagaalsete afferentide ja katehhoolamiinergiliste neuronite sünaptiline interaktsioon roti nucleus tractus solitarius'es. Brain Res. 277, 31–40 (1983).

8. F. Shaffer, R. McCraty, CL Zerr, Terve süda ei ole metronoom: integreeriv ülevaade südame anatoomiast ja südame löögisageduse varieeruvusest. Esiosa. Psychol. 5, 1040 (2014).

9. JF Thayer, RD Lane, Claude Bernard ja südame-aju ühendus: neurovistseraalse integratsiooni mudeli edasine väljatöötamine. Neurosci. Biobehav. Rev. 33, 81–88 (2009).

10. RE Kleiger, PK Stein, JT Bigger, Jr, Südame löögisageduse varieeruvus: mõõtmine ja kliiniline kasulikkus. Ann. Mitteinvasiivne elektrokardiool. 10, 88–101 (2005).

11. S. Laborde, E. Mosley, JF Thayer, Südame löögisageduse varieeruvus ja südame vagaalne toon psühhofüsioloogilistes uuringutes – soovitused katse planeerimiseks, andmete analüüsiks ja andmete esitamiseks. Esiosa. Psychol. 8, 213 (2017).

12. M. Malik, Südame löögisageduse varieeruvus. Ann. Mitteinvasiivne elektrokardiool. 1, 151–181 (1996).

13. V. Menon, M. D'Esposito, PFC võrkude roll kognitiivses kontrollis ja täidesaatvas funktsioonis. Neuropsychopharmacology 47, 90–103 (2021).

14. A. Baddeley, Töömälu. Science 255, 556–559 (1992).

15. TS Braver, JR Gray, GC Burgess, "Explaining the many varies of working memory variation: Dualmehhanisms of kognitiivse kontrolli" artiklis Variation in Working Memory, A. Conway, C. Jarrold, M. Kane, A. Miyake, J Towse, toim. (Oxford University Press, 2007), lk 76–106.

For more information:1950477648nn@gmail.com