Laialt levinud lainetus sünkroniseerib inimese ajukoore aktiivsust une, ärkveloleku ja mälu meeldejätmise ajal 1. osa

Deklaratiivne mälu kodeerimine, konsolideerimine ja otsimine nõuavad laialt levinud kortikaalsetes asukohtades kodeeritud elementide integreerimist. Mehhanism, mille abil selline vaimsete sündmuste erinevate komponentide "seondumine" ühtseteks esitusviisideks toimub, on teadmata. "Sünkroonse sidumise" teooria pakub välja, et hajutatud kodeerimisalad seovad sünkroonsed võnked, mis võimaldavad täiustatud suhtlust.

Deklaratiivne mälukodeering viitab teabe teisendamisele vormi, mida saame salvestada, tõlkida ja hankida. Seda kodeerimist saab teha erinevate meetodite abil, näiteks teabe sidumine meie olemasolevate teadmistega (assotsiatiivne mälu), teabe jagamine organiseeritud osadeks (struktureeritud mälu) jne. Deklaratiivne mälukodeering on meie mälu jaoks äärmiselt oluline.

Tõhusa deklaratiivse mälukodeeringu abil saame teavet hõlpsamini meelde jätta ja hankida. Deklaratiivne mälukodeering on vajalik uute teadmiste õppimiseks ja olulise teabe meeldejätmiseks. Ilma deklaratiivse mälukodeerimiseta võime unustada või segi ajada erineva teabe, mis võib mõjutada meie igapäevaelu ja õppimist.

Mitte ainult see, vaid deklaratiivne mälukodeerimine soodustab ka ühendusi ja ühendusi aju neuronite vahel, suurendades seeläbi meie mäluvõimet. Meie ajus moodustavad neuronid keerukaid võrgustikke ning stimulatsiooni ja mälukodeerimise abil saame tugevdada neuronite vahelisi ühendusi ja ühendusi, mis on pikaajalise mälu jaoks oluline.

Seetõttu ei aita hea deklaratiivne mälukodeerimine meil mitte ainult uusi teadmisi õppida ja praktiseerida, vaid suurendab ka meie mäluvõimet ja hoiab aju aktiivsena. Seetõttu on meie igapäevaelus erinevate mälukodeerimismeetodite aktiivne kasutamine deklaratiivse mälukodeeringu tugevdamiseks meie mälule väga positiivne mõju. 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 käsul Tea lühiajalist mälu, kuidas parandada

Kuid tõendeid selliste võnkumiste kohta on vähe. Lühikesed kõrgsageduslikud võnked ("lained") esinevad hipokampuses ja ajukoores ning aitavad korraldada mälu meenutamist ja konsolideerimist. Siin, kasutades inimestel tehtud intrakraniaalseid salvestusi, teatame, et need ∼70-ms-kestus, 90-Hz pulsatsioonid paarituvad sageli (±500 ms piires), esinevad samaaegselt (suurem või võrdne {{6} }ms kattuvad) ja, mis on ülioluline, faasilukk (konsistentsed faasivahed) laialt levinud fokaalkoore asukohtade vahel nii une kui ka ärkveloleku ajal, isegi poolkerade vahel.

Kortikaalse pulsatsiooni samaaegset esinemist hõlbustab aktiveerimine mitmes kohas ja faasilukustus suureneb kortikaalse kahjustuse suurenemisega. Kõigis kortikaalsetes piirkondades esinevad lainetused koos hipokampuse lainetega, kuid ei ole nendega faasilukus, mis viitab veelgi sellele, et kortikokortikaalset sünkroonsust vahendavad kortikokortikaalsed ühendused. Ripple faasi mahajäämused varieeruvad uneööde lõikes, mis on kooskõlas erinevates võrgustikes osalemisega. Ärkamise ajal näitame, et hippokampo-kortikaalse ja kortikokortikaalse lainetus suureneb enne edukat viivitatud mälu meenutamist, kui märguande ja vastuse vaheline sidumine on hädavajalik.

Pulsatsioonid suurenevad ja faasimoduleerivad ühiku tulistamine ja pulsatsioonid suurendavad kõrgsageduslikke korrelatsioone piirkondade vahel, mis viitab sünkroniseeritud seadmete hüppamisele, mis hõlbustab teabevahetust. koosesinemine, faaside sünkroonsus ja kõrgsageduslik korrelatsioon säilivad vähese vähenemisega väga pikkadel vahemaadel (25 cm). Hippokampo-kortikokortikaalsetel lainetustel näivad olevat olulised omadused, mis on vajalikud sünkroonse sidumise toetamiseks mälu taastamise ajal ja võib-olla üldiselt tunnetuses.

Ripples on lühikesed kõrgsageduslikud võnked, mida on näriliste tippokampuses hästi uuritud mittekiire silmaliigutuse une (NREM) ajal, kui need tähistavad eelmise ärkveloleku perioodi sündmuste toimumist ja on kriitilise tähtsusega ajukoores mälu konsolideerimiseks (1–4 ). Hiljuti leiti une ajal lainetust roti assotsieerunud ajukoores, kuid mitte primaarses sensoorses või motoorses ajukoores, kusjuures pärast õppimist on suurenenud seos hipokampuse lainetusega une ajal (5). Varasemas uuringus kirjeldati lainetust ärkvel ja magava kassi ajukoores, eriti NREM-is (6). Inimestel on hiljuti tuvastatud ärkveloleku ajal kortikaalseid lainetusi ja neid leiti sagedamini lateraalses ajalises kui rolandi ajukoores.

Hippokampuse terav lainepulsatsioon ja pulsatsioon parahippokampuse gyruse ja ajalise assotsiatsiooni ajukoore vahel suureneb enne mälu meeldejätmist inimestel (7, 8), mis võib hõlbustada kodeerimise käigus loodud ajukoore neuronfiring järjestuste taasesitamist (9). Rottidel tekivad hippokampuse ja umbes 1 mm2 parietaalkoore vahel unes pärast õppimist (5), hiirtel levivad lained hipokampusest retrospleniaalsesse ajukooresse (10) ja kassidel on lainetuse esinemine väidetavalt piirdub see lühikeste vahemaadega (6).

Hiljuti teatasime inimese intrakraniaalsete salvestuste põhjal, et ∼70-ms pikkused, ∼90-Hz lainetused on NREM-i ja ärkveloleku ajal kõikjal ajukoore piirkondades (11). esinevad kohalikel kõrgsagedusliku aktiivsuse tippudel. Une ajal tekivad ajukoore lainetused tavaliselt ajukoore üleminekul alumisest olekusse ülespoole, sageli koos 10- kuni 16-Hz kortikaalsete une spindlitega ja lokaalsete üksuste vallandamismustrid, mis on kooskõlas püramiid-interneuroni tagasiside abil genereerimisega. Leidsime, et ajukoore lainetused rühmitavad kaastuld terava ajastust sõltuva plastilisuse aknas. Need leiud on kooskõlas ajukoore lainetega, mis aitavad kaasa mälu konsolideerimisele NREM-i ajal inimestel.

Ehkki seega on kujunemas arusaam, et hipokampuse ja kortikaalsetel lainetustel on inimeste ja näriliste mälus oluline roll, pole ajukoore lainetuse võrguomaduste kohta midagi teada. Täpsemalt, pole teada, kas kortikaalsete saitide vahel tekivad samaaegselt või faasisünkroniseerivad lainetused ja kui jah, siis kas seda mõjutab kaugus või korrelatsioon deklaratiivsete mälestuste rekonstrueerimisega. Need oleksid kriitilised omadused, et ajukoore lainetus osaleks mälestuste erinevate elementide sidumises, mis on esindatud erinevates ajukoore piirkondades, mis on hipokampusest sõltuva mälu olemus (12).

Mälu erinevate elementide sidumine on spetsiifiline juhtum üldisemast probleemist, kuidas vaimse sündmuse erinevad sisud ühendatakse üheks kogemuseks. Kõige sagedamini käsitletakse seda, kuidas objekti erinevad visuaalsed omadused (nt värv, kuju, asukoht ja tekstuur) on üksteisega seotud (13), kuid "sidumisprobleem" üldistab seda, kuidas teadlikkuse sisu ühendatakse üheks teadvuse vooluks. (14).

Kaasaegsed kontod tuginevad sageli hierarhilisele ja multimodaalsele lähenemisele. Kuid ajukoore töötlemine on hajutatud ja oleks raske esindada kõigis potentsiaalsetes kogemustes sisalduvaid kombinatoorseid võimalusi lähenemisega, mis viib oletuseni, et ajaline sünkroonseob kortikaalseid piirkondi (15). Seda hüpoteesi toetas esmalt faasilukuga üksuse tulistamine ja lokaalsed väljapotentsiaalid (LFP-d) sagedusel 40–60 Hz, mille kutsusid esile lihtsad visuaalsed stiimulid anesteseeritud kassi esmases nägemiskoores vahemaa tagant.<7 mm (16). 

Kuigi mõned täiendavad uuringud leidsid sarnaseid tulemusi ka teistes kortikaalades, käitumises ja liikides, nagu võiks eeldada sünkroonse sidumise hüpoteesi alusel (17, 18), on teised olnud vähem edukad (19). Sünkroonseid kõrge gamma võnkumisi on samuti kritiseeritud, kuna need ei paku neuronite interaktsiooni mehhanismi peale üldise aktiveerimise (19, 20).

Siin, kasutades inimese intrakraniaalse stereoelektroentsefalograafia (SEEG) salvestusi, leiame, et lainetus ilmneb samaaegselt ja märkimisväärselt sünkroniseerub faasides kõigis lobes ja mõlema poolkera vahel vähese vähenemisega isegi pikkadel vahemaadel. Lisaks suureneb pulsatsiooni koosesinemine kortikaalsete saitide vahel, samuti ajukoore ja hipokampuse vahel, mis eelneb edukale viivitatud tagasikutsumisele.

Korpimine oli järk-järgult oodatust suurem, kuna see hõlmas suuremat osa saite, ja see tõi kaasa järk-järgult tugevama faasiluku. Ühe üksuse tulistamine on suurenenud kortikaalsete pulsatsioonide ajal ja faasilukuga, pakkudes lainetuse põhinõuet, et parandada sidet modulatsiooni ja kokkusattumuste tuvastamise kaudu. Täiustatud suhtlust toetas meie avastus suurenenud kõrgsagedusliku korrelatsiooni kohta isegi kaugete lainetavate piirkondade vahel.

Need omadused viitavad sellele, et hajutatud, faasilukuga kortikaalsetel lainetustel on omadused, mis võivad võimaldada neil integreerida erinevaid mälukomponente. Üldisemalt võivad lainetused aidata "siduda" laialt levinud kortikaalsetes piirkondades kodeeritud vaimse sündmuse erinevaid aspekte ühtseks esituseks.

Tulemus

Ripple'i tuvastamine NREM-i ja ärkamise ajal. Ripples tuvastati intrakraniaalsete kortikaalsete ja hipokampuse salvestuste abil 17 patsiendil (SI lisa, tabel 1), keda jälgiti krambikolde lokaliseerimiseks NREM-i ja ärkveloleku ajal. LFP mõõtmiseks kasutati bipolaarseid kontakttuletusi. Ripples tuvastati ainult kahjustusteta epileptogeensetes piirkondades.

Lainetustel pidi olema kolm või enam tsüklit suurenenud analüütilise amplituudiga 70 kuni 100 Hz, mis ei sisaldanud epileptiformset aktiivsust ega artefakte. Samuti nõuti, et lainetus ei esineks teistes kanalites tuvastatud oletatavate interiktaalsete naastude ajal, et välistada sündmused, mis võivad olla epileptiformse aktiivsuse tõttu ekslikult seotud.

NREM-i ja ärkveloleku ajal tuvastati koore lainetus mõlema poolkera kõigis lobides (SI lisa, joonis S1A ja B;n=273 kanalit). Ajukoore ja hipokampuse lainetus olid järjepidevalt ∼70- kuni 85-ms pikkused, ∼90-Hz võnkumised. Täpsemalt oli NREM-i ajal ajukoore lainetuse keskmine ja SD (kanalitevahelised keskmised) sagedus 89,1 ± 0,8 Hz, tihedus 8,4 ± 2,7 min1, amplituud 5,1 ± 2,4 μV ja kestus 76,5 ± 2,4 μV 10,1 ms.

Ärkamise ajal oli kortikaalsete pulsatsioonide sagedus 89,5 ± 0,7 Hz, tihedus 5,8 ± 3,4 min1, amplituud 7,2 ± 3,9 μV ja kestus 66,6 ± 7,2 ms (joonis 1A ja B ;n=273 kanalit). Hipokampuse lainetus NREM-i ajal oli keskmine ja SD sagedus 85,7 ± 2.0 Hz, tihedus 7.0 ±4,8 min1, amplituud 17,4 ± 7,8 μV ja kestus 87,5 ± 9.{{ 35}} ms ja ärkveloleku ajal oli sagedus 88,2 ± 1,4 Hz, tihedus 7,4 ± 5,5 min1, amplituud 18.0 ± 9,6 μV ja kestus 69,7 ± 7,9 ms (n=28 kanal ). SD, mis on igal juhul väiksem kui 2 Hz või sellega võrdne, viitab võimalusele, et kohaliku kanali ja võrgu omadused on püsiva resonantssageduse aluseks.

Kortikaalsed lainetused esinevad laialt levinud piirkondades.

Hüpoteesisime, et lainetused paarituvad (tekivad üksteisest ±500 ms piires) ja eriti kaasnevad kortikaalsete saitide vahel, mis oleks teabe laialdase integreerimise jaoks ülioluline. Avastasime, et kortikaalsed lainetused seostuvad sageli ja tugevalt nii NREM-i (n=4,487/4550 olulist kanalipaari, randomiseerimistesti, valede avastamise sagedus[FDR] P < 0,05) kui ka ärkveloleku ajal (n=4). ,478/4550), kõigi ajukoore piirkondade vahel, millest proov võeti (joonis 2A ja tabel 1), sealhulgas poolkerade vahel.

NREM-i ajal märkimisväärselt seotud kortikokortikaalsete kanalipaaride osakaal (98,6%) ei erinenud oluliselt ärkveloleku ajal (98,4%; P=0.44, χ2=0.61, vabadusastmed [) df]=1). Üksikute patsientide kohta vt SIAppendix, joonised S2A ja B.

Kriitiliselt avastasime, et lühikese latentsusajaga sidumine põhjustas nende ∼70- ms pikkuste lainetuste esinemise (suurem või võrdne 25- ms kattumisega) ärkveloleku ajal veidi, kuid oluliselt suurema tõenäosusega kui NREM (joonis 1). 2C). NREM-i ajal oli kortiko-kortikaalsete kanalite paaride protsent, millel esines märkimisväärne pulsatsioon, väga kõrge ja peaaegu võrdne (n=2,218/2275, 97,5%) vs. ärkamine (n=2,225/2275, 97,8%).

Samuti leidsime, et kortikokortikaalsete lainetuste samaaegse esinemise tõenäosused kanalites olid korrelatsioonis NREM-i ja ärkamise vahel (SI lisa joonis S3A; r=0.41, P=7 × 10180, r-i olulisus) . Kokkuvõttes võib öelda, et peaaegu kõik kortiko-kortikaalsete kanalite paarid paarituvad ja esinevad samaaegselt nii NREM-i kui ka ärkveloleku ajal.

Hippokampuse ja ajukoore lainetus esineb paaris ja koos, eriti ärkveloleku ajal, kuid madalamal määral kui CorticoCortical.

Nagu varem leitud (8), olid paljudes hipokampokortikaalsetes kanalipaarides esinevad lained märkimisväärselt seotud (joonis 2B ja tabel 1) nii NREM-i (n=133/461) kui ka ärkveloleku ajal (n =401/461), kuid oluliselt väiksema kiirusega kui mõlemas olekus kortikokortikaalsed paarid (NREM: P < 0.00001, χ2=2,832.0, df=1; ärkamine: P < 0,00001, χ2=213.3, df=1). Erinevalt kortiko-kortikaalsetest paaridest oli oluliste hipokampo-kortikaalsete paaride osakaal ärkveloleku ajal suurem (87,0%) kui NREM-i puhul (28,9%, P).< 0.00001, χ2 = 319.6, df = 1). See SI Appendix, Fig. S2C, and D for individual patients. These findings of cortico-cortical and hippocampo-cortical couplings were maintained when only cortical and hippocampal channels that were free of interictal spikes at any time were analyzed (SI Appendix, Table 2).

Tundub, et ajukoore ja hipokampuse vahel ei ole inimese lainetuse kattumist uuritud, kuid nende seost arvestades võib eeldada, et kattuvad lainetused. /461) hipokampo-kortikaalse koha paaridest ärkveloleku ajal ja 34,7% (n=160/461) NREM-i ajal. Suurem hippokampo-kortikaalne koosesinemine ärkveloleku ajal võrreldes NREM-iga oli märkimisväärne (P < 0.00001, χ2=203.8, df=1). Lisaks on need protsendid hipokampo-koore samaaegsete esinemiste puhul (81,1% ärkvelolekust; 34,7% NREM) oluliselt madalamad kui kortikokortikaalsete piirkondade paaride puhul (97,5% ärkamine; 97,8% NREM) (NREM: P < 0,00001, 31}χ{31}χ },328,8, df=1; ärkamine: P < 0,00001, χ2=1, 250,1, df=1). Seega tekivad lainetused hipokampuse ja kortikaalsetes kohtades ja esinevad samaaegselt, kuid oluliselt väiksema kiirusega kui kortikaalsete saitide vahel.

Kortikaalsed lained põhjustavad ärkveloleku ajal hipokampuse lainetust.

Mõned mälumudelid eeldavad, et teave kantakse ärkamise ajal ajukoorest hipokampusesse mälu kodeerimiseks. Ärkamise ajal oli 22,4% (9{6}}/401) kanalipaaridest oluline järjestuse eelistus (tabel 1; pärast FDR-i P < 0,05, kahepoolne binomiaalne test, eeldatav väärtus=0,05). Nendest olulistest paaridest põhjustasid kortikaalsed lainetused hipokampuse lainetust 84,4% (76/90). NREM-i ajal oli 31,6% (42/133) oluliselt seotud hipokampo-koore paaridest märkimisväärne külgsuse eelistus, kus ühe kanali lainetus juhtis teise kanali lainetust. .

Kui NREM-i ajal põhjustas hipokampuse lainetus kortikaalseid lainetusi 66,7% (28/42) nendest olulistest paaridest, siis selle mõju põhjustas suuresti üks patsient (SI lisa, tabel 3), erinevalt ajukoore lainetusest, mis põhjustas ärkveloleku ajal hipokampuse lainetust, mis oli järjekindel. enamik patsiente (SI lisa, tabel 3). Üldine eelistus, et ajukoore lainetus põhjustab ärkveloleku ajal hipokampuse lainetust, oli võrreldes NREM-iga väga oluline (P=4 × 109, χ2=34.5, df=1).

For more information:1950477648nn@gmail.com