Стимулирането на предния таламус подобрява прецизните преценки на работната памет

За повече информация:ali.ma@wecistanche.com

абстрактно

Предистория: Предното ядро ​​на таламуса (ANT) е предложено като разширена хипокампална система. Широко доказано е, че веригата на ANT и хипокампуса е свързана с функцията на паметта. Както лезиите във всеки регион, така и нарушаването на междурегионалния информационен поток могат да предизвикат увреждане на работната памет. Въпреки това, ролята на тази схема в прецизността на работната памет остава неизвестна.

Цел: За да тестваме ролята на хипокампално-предния таламичен път в прецизността на работната памет, ние доставихме интракраниална електрическа стимулация на ANT. Ние предполагаме, че ANT стимулацията може да подобри прецизността на работната памет.

Методи: Пациенти с предхирургична епилепсия с дълбочинни електроди в ANT и хипокампуса бяха наети да изпълнят задача за припомняне на цвета на работната памет. Участниците бяха инструктирани да посочат цвета, който трябваше да си спомнят, като щракнат върху точка в цветното колело, докато интракраниалните ЕЕГ данни бяха записани синхронно. За произволно избрани половин опити, биполярна електрическа стимулация беше доставена на ANT електродите.

Резултати: Открихме, че в сравнение с опитите без стимулация, прецизните преценки на работната памет са значително подобрени при опитите със стимулация. Електрическата стимулация на ANT значително повишава спектралната мощност на гама (30e100 Hz) трептения и намалява междупристъпните епилептиформени разряди (IED) в хипокампуса. Освен това, повишената гама мощност по време на периода преди стимула и възстановяването прогнозира подобряването на прецизните преценки на работната памет.

Заключение: ANT електрическата стимулация може да подобри прецизните преценки на работната памет и да модулира хипокампалната гама активност, предоставяйки пряко доказателство за ролята на човешката хипокампална предна таламична ос в прецизността на работната памет.

Въведение

Работната памет е критична когнитивна функция [1] в подкрепа на много ежедневно поведение, включително учене [2], вземане на решения [3] и разбиране на езика [4]. Последните проучвания показват, че хипокампусът е участвал в работната памет [5e8]. Съгласно модела на мултиплексиращия буфер, съдържанието на работната памет е представено от невронни сглобки, синхронизирани в гама трептения, заключени към специфични фази на нискочестотни трептения [9e11]. В съответствие с това, няколко проучвания са открили повишена гама активност на хипокампа с натоварване на работната памет [6,7] и забележимо тета-гама свързване в хипокампуса, когато се запазват множество елементи [5]. Проучване при гризачи съобщава, че успешната работна памет е свързана със синхронизирани гама трептения в хипокампалната формация [8]. Освен това, човешко интракраниално ЕЕГ изследване разкри, че хипокампалната гама мощност по време на извличане на паметта предсказва прецизността на паметта [12].

Кликнете, за да видите предимствата и страничните ефекти на cistanche tubulosa за паметта

С плътни и реципрочни връзки с хипокампуса [13e15] и неговото участие в когнитивната функция [15e17], предното ядро ​​на таламуса (ANT) се предполага като разширена хипокампална система [18e20]. Проучване при гризачи установи, че нарушаването на информационния поток между хипокампа и ANT влошава работата на пространствената работна памет [21]. Електрическата стимулация, насочена директно към хипокампуса, може да наруши работата на паметта [22,23]. Като се имат предвид доказателствата, че стимулирането на критичен възел във функционална мрежа може да модулира мрежовата функция [24], насочването към аферентни проекции на хипокампа може да бъде по-ефективна стратегия за задвижване на структурата надолу по веригата, за да се модулира производителността на паметта [25]. По този начин е възможно да се модулира производителността на работната памет чрез електрическо стимулиране на ANT.

Jiali Liu a, b, 1, Tao Yu c, d, 1, Jinfeng Wu a, b, Yali Pan a, Zheng Tan a, b, Ruobing Liu a, b, Xueyuan Wang c, d, Liankun Ren c, d, Liang Wang a, b, *

a Ключова лаборатория за психично здраве на CAS, Институт по психология, Пекин, Китай b Департамент по психология, Университет на Китайската академия на науките, Пекин, Китай c Пекински институт по функционална неврохирургия, болница Xuanwu, Столичен медицински университет, Пекин, Китай d Цялостна епилепсия Център на Пекин, Пекинската ключова лаборатория по невромодулация, Отделение по неврология, болница Xuanwu, Столичен медицински университет, Пекин, Китай

Настоящото проучване беше да проучи дали директното електрическо стимулиране на ANT може да модулира прецизността на работната памет. Класическа парадигма за припомняне на цветовете [26, 27] беше извършена от резистентни към лекарства пациенти с епилепсия с имплантирани дълбочинни електроди, докато биполярна електрическа стимулация беше доставена на ANT електродите за половината от опитите. Като се имат предвид доказателствата, че обширните функционални и анатомични връзки между хипокампуса и ANT и хипокампуса играят важна роля в работната памет, ние предположихме, че електрическата стимулация на ANT може да подобри прецизните преценки на работната памет.

Материали и методи

Участници

Осем пациенти с медицински рефрактерна епилепсия на темпоралния лоб, които са имплантирали стереотактично дълбочинни електроди за стерео електроенцефалография (SEEG) за идентифициране на епилептогенни зони в болница Xuanwu, бяха наети в настоящото проучване. Демографската информация за всеки пациент е показана в таблица 1. Всички пациенти съобщават за нормална или коригирана до нормална зрителна острота и нормално цветно зрение. Беше получено информирано съгласие от всички субекти и процедурите на изследване бяха одобрени от етичната комисия на болница Xuanwu, Столичен медицински университет.

Локализация на електрода

Следоперативната КТ беше съвместно регистрирана с предоперативната ЯМР с помощта на FreeSurfer Software Suite [28] (http://surfer.nmr.mgh. harvard.edu) и FMRIB софтуерна библиотека [29]. Имплантираните електроди бяха реконструирани с помощта на софтуер за стереотактична локализация [30]. След това всички електроди бяха нанесени върху стандартно MNI пространство. Всички хипокампални контакти (56 контакта от 8 пациенти, червени кръгове) в MNI пространството бяха визуализирани с помощта на BrainNet viewer [31].

Електрофизиологични записи и предварителна обработка на данни

Интракраниалните ЕЕГ данни бяха записани от записващата система Blackrock Neuroport по време на експеримента, с честота на извадката при 2000 Hz. Периодите на артефактите бяха идентифицирани чрез визуална проверка и отхвърлени от необработените сигнали. Използвана е биполярна повторна референция за намаляване на обемната проводимост, както и объркващи взаимодействия между съседни контакти. Получените данни бяха разделени на епохи, свързани със събития, за допълнителен анализ.

Електрическа стимулация

Електрическата стимулация беше доставена допълнително оперативно от външен стимулатор (CereStim R96, Blackrock Microsystems), докато участниците изпълняваха задачата. Стимулацията беше въведена в сдвоените съседни контакти в ANT с помощта на двуфазни правоъгълни импулси с ширина 300 ms и амплитуда 0.2 mA при честота 5{ {20}} Hz (фиг. 1B). Pat2 получава 50 Hz стимулация при амплитуда от 0.5 mA (Таблица 1). Експериментална парадигма Задачата за работна памет беше представена на 14-монитор на лаптоп на разстояние за гледане от около 60 cm със сив фон. Опитът започна с показване на бял фиксиращ кръст (0.3 ) в центъра на екрана, продължил 4.2e5.2 s (фиг. 1A). Два цветни квадрата бяха показани централно и последователно, всеки от които продължи 0.3 s и беше последван от интервал от 0.4e0.5 s, в който само фиксиращият кръст беше показан централно. Двата цвята бяха избрани на случаен принцип от девет предварително избрани цвята, всеки от които беше разположен на разстояние най-малко 40 върху цветно колело, включващо подмножество от цветове с кръгов градиент. След това, арабска цифра (1 или 2) беше равномерно показана за 0, 55 s, което показва кой цвят да бъде извикан след това. Репликата беше последвана от друг интервал от 2,5e3 s само с фиксиращия кръст. След това се показва цветно колело и се състои от непрекъснати цветове (дебелина 1,5 и радиус 9,5). Участниците бяха инструктирани да посочат цвета, който трябваше да си спомнят, като използват мишката, за да щракнат върху точка от цветното колело. За да се елиминира приносът на пространствената памет, цветното колело се върти на случаен принцип в опитите. Една втора електрическа стимулация беше приложена в произволно избрани опити във всичките 10 блока (90 опита за изпитвания на стимулация, 90 опита за изпитвания без стимулация). Всеки блок се състои от 18 изпитания и участниците могат да почиват по време на интервала от блокове. Първите и последните 4 опита (8 опита) от всичките 180 опита не съдържаха стимулация. Предишни проучвания, прилагащи стимулация по време на задачи, обикновено нарушават паметта [22e24]. Екзогенната стимулация може да наруши продължаващите организирани когнитивни дейности в мозъка. Множество проучвания показват, че невронната активност преди стимула е важна за последващата задача [32e36]. Следователно, електрическата стимулация е приложена в началото 2.2e2.7 s преди началото на първия цветен квадрат, опитвайки се да модулира психическото състояние по време на фиксацията преди стимула, както е посочено в скорошно проучване [25]. Субектите не са информирани кои изпитвания съдържат стимулация и те също не могат да докладват за появата на стимулация. Преди официалния експеримент, първоначално тествахме използвания параметър на електрическа стимулация. Попитахме пациентите дали усещат някакви разлики, когато електрическата стимулация се прилага тихо или не. Нито един от пациентите не съобщава, че се чувства нещо различно, когато е приложена електрическа стимулация.

Фиг. 1. Дизайн на задачата. (A) Опитите започнаха с бял фиксиращ кръст в центъра на екрана. Два цветни квадрата бяха показани последователно. След това една арабска цифра (1 или 2) беше равномерно и произволно показана, показвайки кой цвят да бъде извикан след това. След интервал участниците бяха инструктирани да посочат цвета, който трябваше да си спомнят, като използват мишката, за да щракнат върху точка от цветното колело. Електрическата стимулация се прилага в началото 2.2e2.7 s преди началото на първия цветен квадрат (червена лента). (B) Примерен електрод (запълнени с черно кръгове) се показва за Pat 3. Най-медиалният контакт се намира в ANT (черна стрелка). (C) Примерен отговор (черна лента) беше представен на цветното колело. (D) Моделът на размяната беше използван, за да пасне на представянето, в което има три възможни източника на отговор: разпределение на фон Мизес, центрирано в целевия цвят, друго разпределение на фон Мизес със същата концентрация, но центрирано в нецелевия цвят и фиксирана вероятност за просто отгатване на случаен. (За тълкуване на препратките към цвета в тази легенда на фигурата, читателят се препраща към уеб версията на тази статия.)

Обработка на данни и статистически анализ

Прецизност на работната памет Ние оценихме прецизността на работната памет въз основа на модела на размяната, в който бяха измерени три отговора: целеви отговор, когато участниците правилно докладваха цвета на изследвания елемент с известна променливост, нецелеви отговор, когато субектите погрешно докладваха цвета, който беше не трябваше да се извиква (напр. чрез втория цвят беше зададен, първият цвят беше извикан) и отговорът за отгатване за елемента на сондата изобщо не е в паметта [37]. Както целевите отговори, така и нецелевите отговори отговарят на разпределение на Von Mises, центрирано върху цветовата стойност на изследваните и неправилно докладваните елементи, съответно, със същото стандартно отклонение, тъй като целевите и нецелевите цветове средно ще бъдат съхранени с еднаква прецизност [37] . Предполага се, че реакцията на отгатване е равномерно разпределение, тъй като субектите могат да реагират произволно, когато не е запомнена информация за цвета (фиг. 1C и D).

Осцилаторна мощност

Ние изчисляваме мощността преди началото на стимула, както следва. Създадохме времевата точка на фалшива стимулация (2,2e2,7 s преди първия цветен квадрат) за опити без стимулация според началото на електрическата стимулация при опити със стимулация. Фиктивната стимулация имаше същия времеви прозорец като истинската стимулация. Измервахме осцилаторната мощност в сигналите на потенциала на локалното поле (LFP) с уейвлети на Morlet (вълново число ¼ 5) при 40 логаритмично разпределени честоти между 1 и 200 Hz, използвайки Кутия с инструменти Fieldtrip [38]. Мощността (P) на честота във всяка времева точка беше логаритмично трансформирана и коригирана към осреднената базова мощност (P0) във всички опити (1,5 до 0.5 s преди началото на електрическата стимулация или фалшиво начало на електрическа стимулация) и време 10 за получаване на нормализирана мощност (dB) (т.е. 10 log10(P/P0)). Гама мощност (30e100Hz) беше измерена във времеви прозорец от 0.8 s (т.е. 0.2 se1 s след отместване на стимулация за опити със стимулация, 0.2 se1 s след отместване на фалшива стимулация за опити без стимулация).

Допълнително изследвахме активността на хипокампуса по време на първото кодиране, второто кодиране и периода на извличане. Предварително обработените данни за хипокампа бяха групирани в епохи, свързани със събития. След това направихме времево-честотно разлагане и корекция на базовата линия точно по същия начин, както по-горе. Времевият прозорец за коригиране на базовата линия беше 1,5 до 0,5 s преди началото на електрическата стимулация за опити със стимулация, 1,5 до 0,5 s преди началото на фиктивната електрическа стимулация за опити без стимулация. Гама мощност (30e100Hz) беше извлечена за първото първо кодиране (т.е. 0.25e0.7 s след началото на първия цвят ), второто кодиране (т.е. 0.25e0.7 s след началото на втория цвят) и извличането (т.е. 0,5e1,5 s след началото на репликата). Началото на прозореца за кодиране се основава на констатацията, че е доказано, че предизвиканата от стимул активност се появява в хипокампуса 0,25 s след началото на външния стимул [12,39,40]. Избрахме времевия прозорец на извличане според скорошно проучване, което показва, че извличането на паметта се е случило между 0,5 s и 1,5 s след представянето на репликата [41].

Анализ на междупристъпни епилептиформени разряди Анормална електрическа активност по време на междупристъпни интервали, т.е. междупристъпни епилептиформени разряди (IED), е открита в хипокампуса при пациенти с епилепсия на темпоралния лоб [42], което може да увреди функцията на паметта [43,44]. В настоящото проучване е използван автоматизиран алгоритъм за откриване, разработен в предишно проучване [45] за идентифициране на IED за всички пациенти. Накратко, предварително обработените данни бяха намалени до 200 Hz, след което лентово филтрирани от 10 Hz до 60 Hz. Моментната обвивка на всеки канал беше получена чрез изчисляване на абсолютната стойност на преобразуването на Хилберт на филтрираните данни. Обвивката на сигнала беше сегментирана с помощта на плъзгащи се прозорци с ширина от 5 s и припокриване от 80 процента. Променливият във времето праг на k (режим þ медиана) беше използван за откриване на IED, където k беше 5 в това изследване, а режимът и медианата бяха получени чрез оценка на максималната вероятност на логаритмично нормално статистическо разпределение на сигналната обвивка във всеки сегмент. Сега всеки канал имаше своя собствена обвивка и собствена прагова крива. Локалните максимуми в пресечните точки между кривите на обвивката и праговите криви бяха маркирани като открити IED. Първоначално ефективността на автоматизирания детектор беше оценена от опитни неврофизиолози, които показаха висока детективна чувствителност и нисък фалшиво положителен процент [45]. За да избегнем възможността артефактите на стимулация (при опити за стимулиране) да повлияят на променливостта на LFP сигналите, което впоследствие може да намали чувствителността на откриването на IED, премахнахме моментната обвивка, когато беше приложена електрическа стимулация. Премахнатият времеви прозорец беше от 0.2 s преди началото на стимулацията до 0.2 s след отместването на стимулацията. В настоящото проучване, за да изследваме ефекта от ANT стимулацията върху честотата на възникване на IED на хипокампа по време на задачата с работната памет, открихме IED по време на целия запис. След това броят на откритите IED от началото на първия цветен квадрат до реакцията беше сумиран и след това разделен на продължителността на времето за изчисляване на скоростта на IED (брой/сек). След това честотата на IED беше сравнена между опити със и без стимулация.

Статистически анализ

Статистическият анализ беше обработен с помощта на персонализирани скриптове, комбинирани с кутии с инструменти с отворен код, разработени в MATLAB (Math-Works, Natick, MA, USA). Беше извършен тест със знаков ранг на Wilcoxon за измерване на ефекта от стимулацията: разлика в прецизността на паметта на изследвания цвят за опити със и без стимулация. Сравнението на мощността на гама и скоростта на IED на хипокампуса между опити с електрическа стимулация и нестимулация беше извършено с помощта на линеен модел със смесен ефект (LME). Моделът LME е вид регресионен модел, в който вариацията на зависима променлива се моделира като функция както на фиксирани, така и на случайни ефекти [46]. LME моделът е много подходящ за нашия набор от данни, защото може да се използва на групово ниво, като същевременно се отчитат повтарящи се измервания от една проба, които се случиха, докато тествахме ефектите на стимулация при един и същ контакт. Освен това моделът LME може да отчете неравномерното вземане на проби при различни условия и групи. Тази характеристика беше важна за нашия анализ, тъй като участниците имаха различен брой контакти в хипокампуса.

Резултати

Електрическата стимулация подобрява прецизните преценки на работната памет

За всеки субект, SD за припомняне беше изчислено чрез монтиране на разпределенията на грешките, използвайки модела за размяна, в който по-малкото SD за извикване показва по-добра прецизност на паметта [37] (фиг. 1D). За да определим поведенческите ефекти от стимулацията, сравнихме SD на припомняне между опити, в които субектите са получавали и не са получавали стимулация, използвайки Wilcoxon signed-rank test. Установихме, че електрическата стимулация значително подобрява производителността на паметта (z=2,24 0, p=0,025) (фиг. 2A). Освен това, подобренията в прецизността на работната памет са много последователни при различните субекти (7/8) (фиг. 2B). Тези резултати показват, че стимулацията, доставена на ANT по време на предварителното фиксиране на кодирането, може да подобри прецизната преценка на работната памет.

Повишена гама активност на хипокампуса

Като се има предвид, че хипокампусът е предложен за участие в прецизната обработка на паметта [12], ние анализирахме невронните промени на 56 хипокампални контакта (фиг. 3A), свързани с ANT стимулация. Скорошни проучвания установиха, че електрическата стимулация позволява да се индуцира високочестотна активност и че индуцираната гама активност е свързана с работата на паметта [47]. В настоящото проучване гама мощността преди стимула (3{{10}}e100Hz) в опитите със стимулация беше сравнена с тази в опитите без стимулация, използвайки LME модел. Анализът показа повишена гама мощност в хипокампуса след ANT стимулация по време на фиксация преди стимул (b ¼ 0.155, t(110) ¼ 3.447, p < 0.{="" {39}}01)="" (фиг.="" 3b="" и="" c).="" ние="" също="" така="" открихме,="" че="" хипокампусната="" гама="" мощност="" е="" по-висока="" по="" време="" на="" първото="" кодиране="" (b="0,101," t(110)="2,990," p="0,003," допълнителна="" фигура="" 1b),="" второто="" кодиране="" (b="0,101," t(110)="3,526," p=""><0.001, допълнителна="" фигура="" 1d)="" и="" извличане="" (b="0.104," t(110)="3.471," p=""><0.001) в="" изпитването="" със="" стимулация="" (фигура="" 3f).="" въпреки="" това,="" тета,="" алфа="" и="" бета="" мощността="" не="" са="" значима="" разлика="" между="" опитите="" със="" и="" без="" стимулация="" по="" време="" на="" различни="" етапи="" (всички="" p="" стойности=""> 0,05, допълнителни фигури 1AeD).

Намалена честота на IED в хипокампуса

IED е признат за биомаркер на епилептогенна тъкан и IED на хипокампа може да причини когнитивни увреждания [42,43]. Като се има предвид, че субектите, включени в настоящото проучване, са пациенти с епилепсия на темпоралния лоб, ние допълнително проучихме дали електрическата стимулация подобрява прецизността на паметта чрез намаляване на епилепсичните изхвърляния. Ние изчислихме честотата на IED за всеки хипокампален контакт в опити със и без стимулация. Използвайки модела LME, открихме статистически надеждно намаляване на честотата на IED в резултат на електрическа стимулация (b=0.010, t(110)=2,782, p=0,006) (Фиг. 4).

Корелация между електрофизиологичната активност и поведенческите характеристики

След това извършихме корелационния анализ между електрофизиологичната активност (гама мощност и IED) и поведенческото представяне. Не открихме, че промяната на скоростта на IED в хипокампа е свързана с промяна на точността на работната памет (IED: r ¼ {{0}}.262, p ¼ 0.536). Въпреки това, корелацията между промяната на мощността на гамата на хипокампа преди стимула и промяната на прецизността на работната памет беше значителна (rho ¼ 0.738, p ¼ {{10}}.046) (Фиг. 3D). Освен това, увеличената гама мощност по време на периода на извличане също е свързана с подобряването на работната памет (rho=0,881, p=0,007) (Фиг. 3E). Увеличената мощност на гама по време на първото кодиране и второто кодиране не е свързана с подобряването на работната памет (всички p > 0,05).

Дискусия

Настоящото проучване разкри, че електрическата стимулация, насочена към ANT, е ефективна за подобряване на прецизността на работната памет. Наистина, ние открихме, че ANT стимулацията може да увеличи мощността на хипокампалната гама и да намали честотата на поява на IED в хипокампуса. Повишената хипокампална гама мощност значително корелира с преценките за прецизност на работната памет, което осигурява причинно-следствената роля на хипокампално-предната таламична ос в прецизността на работната памет.

Фиг. 3. ANT стимулацията повишава гама активността на хипокампа. (A) Всички хипокампални контакти (56 контакта от 8 пациенти) са очертани в MNI пространството. (B) Гама мощност преди стимул (опитвания със стимулация срещу опити без стимулация). Затъмнението (0e1 s) е продължителността на електрическата стимулация. (C) Гама мощността (30e100Hz) е значително по-висока за опити със стимулация, отколкото опити без стимулация по време на фиксация преди стимула въз основа на модела LME (b={{ 21}}.155, t(110) ¼ 3,447, p < 0.001)="" (d)="" корелация="" между="" промяната="" на="" мощността="" на="" гама="" (т.е.="" гама="" мощност="" за="" опити="" с="" електрическа="" стимулация="" -="" гама="" мощност="" за="" опити="" без="" електрическа="" стимулация)="" по="" време="" на="" фиксация="" преди="" стимула="" и="" извикване="" на="" паметта="" sd="" промяна="" (т.е.="" sd="" за="" опити="" с="" електрическа="" стимулация="" -="" sd="" за="" опити="" без="" електрическа="" стимулация)="" (rho="" ¼="" 0="" .738,="" p="0.046)." (e)="" значителна="" корелация="" между="" промяната="" на="" мощността="" на="" гама="" по="" време="" на="" извличане="" (т.е.="" мощност="" на="" гама="" за="" опити="" с="" електрическа="" стимулация="" -="" мощност="" на="" гама="" за="" опити="" без="" електрическа="" стимулация)="" и="" sd="" промяна="" при="" извикване="" на="" паметта="" (т.е.="" sd="" за="" опити="" с="" електрическа="" стимулация="" -="" sd="" за="" опити="" без="" електричество="" стимулация)="" (rho="0,881," p="0,007)." всеки="" цветен="" кръг="" означава="" един="" пациент.="" (f)="" гама="" мощността="" е="" била="" значително="" повишена="" по="" време="" на="" извличане="" при="" опити="" със="" стимулация,="" базирана="" на="" модела="" lme="" (b="0,104," t(110)="3,471," p=""><0,001). ***p=""><>

Фиг. 4. Стимулирането на ANT намалява скоростта на IED в хипокампа. (A) Средната честота на IED от началото на първия цветен квадрат до реакцията е значително намалена за опити с електрическа стимулация в сравнение с опити без електрическа стимулация (b ¼ 0.010, t(110) ¼ 2.782, p=0.006). (B) Две примерни IED (маркирани в червени кръгове) се откриват от алгоритъм за автоматично откриване. (C) Растерна диаграма на открити IED в опити без стимулация (горна) и със стимулация (долна) за пациент 2. Всяка вертикална червена лента обозначава IED, открит в определен момент. (За тълкуване на препратките към цвета в тази легенда на фигурата, читателят се препраща към уеб версията на тази статия.)

Голям брой проучвания се опитват да подобрят паметта чрез електрическа стимулация, доставяна на свързани с хипокампуса структури и дават противоречиви резултати [22,23,25,48]. Настоящото проучване приложи електрическа стимулация към ANT, един от основните компоненти във веригата Papez. Веригата Papez беше предложена като анатомична основа на паметта [49]. Изследователите предполагат, че модулирането на невронната активност в тази верига може да повлияе на хипокампалната активност и по този начин да промени работата на паметта. В съответствие с това открихме, че електрическата стимулация подобрява прецизността на работната памет, което може да се предскаже от повишената гама мощност на хипокампа. Нашите резултати подкрепиха нарастващия консенсус, че директната електрическа стимулация може да модулира активността на разпределена мрежа, свързана към мястото на стимулация [24,50]. Това заключение беше в съответствие с перспективата от неинвазивната стимулация, използвана за изследване на динамиката и организацията на мозъчната мрежа [51].

Доставихме електрическа стимулация на ANT и открихме, че стимулацията подобрява прецизността на работната памет. Тъй като този резултат показва участието на хипокампално-предната ос на таламуса, има две възможности за отчитане на подобряването на прецизността на работната памет. Първо, самата ANT стимулация може директно да подобри паметта, тъй като е критичен компонент на разширената хипокампална система, поддържаща паметта [19,20]. Освен това се съобщава, че ANT играе жизненоважна роля в насочваното от паметта внимание [16,17,52]. Освен това, скорошно проучване разкри споделени нервни механизми между вниманието и работната памет [53]. Второ, прецизността на работната памет е подобрена от модулираната активност в хипокампуса. ANT е плътно свързан с хипокампуса [13,15]. Скорошно проучване предполага, че е от съществено значение да се модулира когнитивната функция чрез стимулиране на един от свързаните възли, съставляващи функционална мрежа [24]. Наистина, ние открихме, че ANT стимулацията може да увеличи мощността на хипокампалната гама и увеличената мощност на гама е предсказваща подобрената прецизност на работната памет. Предполага се, че хипокампусът участва в обработката на работната памет или когато се поддържат множество елементи, или когато обектите се представят последователно [5,54]. Изследванията както при хора, така и при животни показват, че работната памет е свързана с гама активността в хипокампуса [5,6,8]. По този начин модулираната активност в хипокампуса може да допринесе за подобряване на работната памет.

Възможно е електрическата стимулация, доставена на ANT, да промени психическото състояние на пациента чрез повишаване на бдителността или вниманието преди въвеждането на стимула. Множество проучвания показват, че невронната активност преди стимула може да обясни вариабилността на възприемането и когнитивното представяне при отделни изпитвания [32e35]. В съответствие с това, повишената гама мощност на хипокампала преди стимула е свързана с подобряване на паметта. В допълнение, гама мощността по време на периода на кодиране и извличане също беше подобрена чрез електрическа стимулация. Увеличената гама мощност по време на извличане също предсказва подобряване на паметта. Нашите резултати са в съответствие с предишното проучване, че гама мощността на хипокампуса е необходима за изпълнение на работната памет [8]. Взети заедно, възможно е електрическата стимулация, доставена на ANT, да повиши бдителността или вниманието на пациента по време на етапа преди стимула и допълнително да повлияе на последващото кодиране и извличане на паметта.

Ние също така наблюдавахме, че ANT стимулацията може да потисне хипокампалното патологично изхвърляне, в съответствие с нашето предишно клинично проучване [14]. Въпреки това, намаляването на IED не може да предвиди подобрение на работната памет, въпреки че множество проучвания показват, че IED на хипокампа е свързано с производителността на паметта [43,44,55]. Възможно е IED да засегне предимно дългосрочната памет, а не работната памет.

Има четири ограничения за това проучване. Първо, размерът на извадката беше относително малък. Потвърждаването на наблюдавания стимулиращ ефект изисква допълнително проучване чрез набиране на голям брой участници. Също така, този малък размер на извадката ни ограничи до по-нататъшно изследване на страничния ефект на ANT стимулация. Второ, всички индивиди в настоящото проучване са били пациенти с резистентна към лекарства епилепсия. Следователно обобщаването на текущите резултати към други групи трябва да се третира с повишено внимание. От друга страна, много пациенти с епилепсия съобщават за дефицит на паметта и подобряването на паметта за тях е по същество терапевтична цел. Трето, това проучване установи, че ANT стимулацията може да подобри прецизността на работната памет при хората. Не е известно обаче дали други параметри на стимулация като интензивност, продължителност и период на стимулация могат също да модулират производителността на работната памет. Четвърто, възможно е електрическата стимулация, доставена на ANT, да повиши бдителността или вниманието на пациента по време на етапа преди стимула и допълнително да повлияе на последващото кодиране и извличане на паметта. В това проучване обаче не можем да определим кой етап е по-важен за подобряване на работната памет. Бъдещи проучвания могат директно да тестват това чрез доставяне на електрическа стимулация по време на различни етапи поотделно.

Заключение

Това проучване показа, че интракраниалната електрическа стимулация към предното ядро ​​на таламуса може да подобри прецизността на работната памет и да повиши хипокампалната гама активност. Повишената хипокампална гама активност по време на пред-стимула и извличането предсказва подобряването на прецизността на работната памет. Тези резултати предполагат критичните роли на хипокампално-предната таламична ос в прецизността на работната памет.