Широко разпространените вълнички синхронизират човешката кортикална активност по време на сън, събуждане и извикване на паметта, част 3

Дискусия

Тук, използвайки човешки интракортикални записи, ние показваме, че вълните се сдвояват, възникват едновременно и се синхронизират фазово във всички лобове и между двете полукълба, с малко намаление, дори на големи разстояния. Скоростта на вълни над шанса се увеличава експоненциално с дела на местата на вълни, което е свързано с по-силно фазово заключване. Кортикалните неврони се задействат по време на пулсации и фазово заключени към тях, необходима пулсации за подобряване на взаимодействието чрез модулиране на усилването и откриване на съвпадения.

Ще се сблъскаме с различни предизвикателства в живота. Някои неща ще ни донесат щастие и успех, докато други неща ще ни объркат и разочароват. Но независимо от ситуацията, в която се намираме, всички имаме един общ въпрос: Как да поддържаме и подобряваме паметта си?

Важен фактор, свързан с паметта, е скоростта на затихване. Степента на затихване се отнася до това колко бързо хората забравят част от знанието или умението с течение на времето, след като са го научили. Обикновено тази скорост се увеличава с времето, тъй като информацията в паметта става все по-податлива на смущения от друга информация.

Изследванията показват, че скоростта на разпад е тясно свързана с паметта. Някои учени вярват, че нашите мозъци могат да подобрят паметта, като забавят скоростта на разпадане чрез различни методи. Например, повтарящото се учене на някои знания или умения може да забави скоростта на разпад и да подобри времето за задържане на паметта. Освен това при учене и запаметяване могат да се използват различни техники за памет, за да се подобри времето за задържане на паметта и силата на паметта, което също е важен начин за забавяне на скоростта на разпад.

Забавянето на скоростта на гниене е много важен фактор, ако искаме да поддържаме и подобряваме паметта. Въпреки че скоростта на разпадане може да зависи до голяма степен от индивидуалните различия, много хора значително подобряват паметта си, като променят навиците си за учене и памет. Затова трябва активно да учим и да овладяваме различни умения за памет, които ще ни помогнат по-добре да поддържаме и подобряваме паметта си в ежедневието си. Вижда се, че трябва да подобрим паметта и Cistanche deserticola може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche deserticola е традиционен китайски лекарствен материал, който има много уникални ефекти, един от които е да подобрява паметта. Ефикасността на мляното месо идва от различните активни съставки, които съдържа, включително киселина, полизахариди, флавоноиди и др. Тези съставки могат да насърчат здравето на мозъка по различни начини.

Щракнете върху познайте начините да подобрите паметта си

Ще се сблъскаме с различни предизвикателства в живота. Някои неща ще ни донесат щастие и успех, докато други неща ще ни объркат и разочароват. Но независимо от ситуацията, в която се намираме, всички имаме един общ въпрос: Как да поддържаме и подобряваме паметта си?

Важен фактор, свързан с паметта, е скоростта на затихване. Степента на затихване се отнася до това колко бързо хората забравят част от знанието или умението с течение на времето, след като са го научили. Обикновено тази скорост се увеличава с времето, тъй като информацията в паметта става все по-податлива на смущения от друга информация.

Изследванията показват, че скоростта на разпад е тясно свързана с паметта. Някои учени вярват, че нашите мозъци могат да подобрят паметта, като забавят скоростта на разпадане чрез различни методи. Например, повтарящото се учене на някои знания или умения може да забави скоростта на разпад и да подобри времето за задържане на паметта. Освен това при учене и запаметяване могат да се използват различни техники за памет, за да се подобри времето за задържане на паметта и силата на паметта, което също е важен начин за забавяне на скоростта на разпад.

Забавянето на скоростта на гниене е много важен фактор, ако искаме да поддържаме и подобряваме паметта. Въпреки че скоростта на разпадане може да зависи до голяма степен от индивидуалните различия, много хора значително подобряват паметта си, като променят навиците си за учене и памет. Затова трябва активно да учим и да овладяваме различни умения за памет, които ще ни помогнат по-добре да поддържаме и подобряваме паметта си в ежедневието си. Вижда се, че трябва да подобрим паметта и Cistanche deserticola може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche deserticola е традиционен китайски лекарствен материал, който има много уникални ефекти, един от които е да подобрява паметта. Ефикасността на мляното месо идва от различните активни съставки, които съдържа, включително киселина, полизахариди, флавоноиди и др. Тези съставки могат да насърчат здравето на мозъка по различни начини.

Подобреното взаимодействие на дълги разстояния по време на вълни между сайтове беше подкрепено от повишена високочестотна корелация. Вълнички се появяват едновременно между кортикалните места и между кората и хипокампуса както по време на спонтанното събуждане, така и по време на NREM, и повече съвместни събития предшестват успешното забавено припомняне.

Като цяло, нашите резултати предполагат, че разпределените, фазово заключени кортикални вълни притежават свойствата, които могат да им позволят да улеснят интегрирането на различните елементи, съставляващи определена декларативна памет, или по-общо, да помогнат за „свързването“ на различни аспекти на умствено събитие, кодирано в широко разпространени кортикалните области в съгласувано представяне.

Предишна работа показа, че свързването на антеролатералните темпорални и парахипокампалните вълни при хората се увеличава преди правилното припомняне при обучение на двойки-асоциирани (8). Ние показваме, че такова свързване възниква и между хипокампалните и кортикалните вълни. Освен това, ние показваме, че незабавното припомняне без намесен дистрактор, задача с идентична сензорна и моторна стимулация, но която не изисква хипокампус (12), не е свързана с повишено свързване на хипокампо-кортикална пулсация. Критично, като се има предвид важността на транскортикалните връзки между местата кодирайки преди това несвързани елементи в декларативна памет, ние показваме, че кортико-кортикалното пулсационно свързване също силно се увеличава преди правилното извикване след забавяне.

Преходното медиално времево инактивиране нарушава както формирането на паметта, така и извличането, което предполага принос и за двете (33), в допълнение към ролята на хипокампа в консолидацията по време на NREM (1-4). Ние открихме, че свързването на хипокампо-кортикална пулсация възниква спонтанно както при събуждане, така и при NREM, но с различни предпочитания за реда - кората на главния мозък по време на събуждане и хипокампуса по време на NREM, вероятно отразявайки различен общ поток от информация по време на формиране на памет срещу консолидация.

Ефектът на реда по време на NREM беше открит само за вълни с остри вълни на хипокампа (21), а не за вълни на вретено (22). Вълничките с остри вълни имат по-силни асоциации с префронталните области, поддържащи контекстуални аспекти на епизодичната памет, и вретеновидни вълни с теменни области, поддържащи подробно автобиографично припомняне. По този начин тези резултати подсилват предишно предположение, че пулсациите допринасят последователно за консолидацията (22).

Констатация от това проучване е, че спонтанни кортикални пулсации (в рамките на ±500 ms) се появяват едновременно (по-голямо или равно на 25-ms припокриване) и често фазово заключване (синхронизиране) в големи области на двете полукълба както по време на сън, така и събуждане. Минималното намаление с разстоянието при съвместно появяване или фазово заключване предполага или централен задвижващ осцилатор, или произход на населението, като например мрежа от свързани осцилатори (фиг. 6A).

Малко вероятно е хипокампусът да действа като централен задвижващ осцилатор, тъй като хипокампо-кортикалното свързване и пулсациите са по-редки от кортико-кортикалните и хипокампо-кортикалното фазово заключване по същество отсъства. Може да се очаква преобладаване на кортико-кортикални влияния, като се има предвид, че всяка кортикална пирамидална клетка получава информация от хиляди други пирамиди, докато разклонението от хипокампуса (CA1 плюс субикулум) към кората е ~1:500, така че всяка кортикална пирамида се качва на средно по-малко от 10 хипокампални синапса (34, 35).

Таламусът е друг възможен източник на синхронизиране на множество кортикални местоположения. Въпреки това, таламокортикалните връзки също са много редки в сравнение с кортико-кортикалните (36). Като се има предвид силната връзка на кортикалните вълни с горните състояния и по-слабо със сънните вретена (11) и ролята на таламокортикалните взаимодействия в генерирането на горни състояния и вретена (37 ), възможно е таламокортикалната модулация чрез вълните на съня да допринесе за синхронизацията на кортико-кортикалните пулсации.

Обратно, кортико-кортикална мрежа от свързани осцилатори е в съответствие с констатацията при котки, че част от corpuscallosum нарушава гама синхрона между V1 в двете хемисфери (17). Освен това силно равномерната честота на пулсации, наблюдавана в сайтове, кортикални региони и отделни пулсации, предполага, че локалните клетъчни и мрежови механизми задават резонансната честота на трептене на всеки кортикален модул на една и съща 90-Hz честота, която по този начин е склонна към коосцилация, когато развълнувани и свързани.

Основната роля на кортико-кортикалните взаимодействия в съвместното възникване на пулсации и фазовото заключване също се предполага от силната положителна обратна връзка, която наблюдавахме в разпространението на кортико-кортикалното съвместно възникване и интензивността на кортико-кортикалното фазово заключване. По-конкретно, вероятността за кортико-кортикална съвместна поява по време на събуждане се увеличава от около два пъти по-висока от нивата на вероятност за две едновременно срещащи се места до около 20,000пъти по-висока от вероятността за съвместна поява в 25% от местата. По същия начин, по време на NREM, пиковата кортикална пулсация PLV между сайтовете се увеличава линейно с броя на допълнителните пулсации на сайтове, от ~0.2 без допълнителни сайтове до ~0.9 с 12. Имайте предвид, че aPLV от 1,0 ще покаже перфектна последователност на фазата между сайтовете върху всички техни съпътстващи се вълни.

Механизмът, чрез който кортико-кортикалните взаимодействия биха могли да подкрепят нашето откритие за фазово заключване с нулево забавяне на дълги разстояния, с минимално намаление до 250 mm, е неясен. Бързите кортикокортикални влакна провеждат ~10 m/s, изминавайки 111 mm между последователни пикове на 90-Hz вълни (38). Въпреки това, синхронизиращите проекции все още могат да бъдат ефективни при кратни на времето на цикъла, особено при повтаряща се свързаност (фиг. 6B). Тъй като влакната с дълъг обхват са доста редки в човешкия кортекс, докато локалната свързаност и U-влакната са плътни, съществува астрономически брой възможни мултисинаптични маршрути между всеки две кортикални местоположения (36).

Наистина, проучванията за моделиране показват, че фазово заключени трептения при ~90 Hz могат да възникнат в разширени кортикални мрежи, дори при нулево изоставане, при условие че невроните имат повтаряща се свързаност с множество пътища (39, 40). Такива „полихронни“ модели (41) спонтанно избират пътеки, включващи множество релета с постоянни суми, и една и съща двойка местоположения могат да показват множество фазови закъснения в зависимост от мрежата, в която участват, както наблюдавахме през множество нощи на сън. По този начин, въпреки че липсват преки доказателства, най-вероятната възможност, предвид нашите открития, е, че вълните се появяват едновременно и фазово заключване поради възникващи кортико-кортикални взаимодействия.

We found that cortico-cortical rippling and phase locking show consistent differences between states. Although spontaneous cortical ripple occurrence density is higher in NREM, co-occurrence density is higher in waking. Accordingly, the likelihood of multiple sites corippling relative to chance grows more rapidly with number of sites during waking than NREM, the increase being about 25 times larger when 25% of sites are corippling. Overall, the proportion of ripple peaks that occur within 25 ms of each other is about five times greater in waking than in NREM. Furthermore, when ripples phase-lock they are more likely to have near 0 phase lag in waking than NREM. Higher activation is indicated by the 10 times higher increase in >200-Hz amplitude during waking vs. NREM ripples. In contrast, NREM ripples tend to recruit sequentially across the cortex (as indicated by nonzero phase-lags), with a smaller but significant increase in >200-Hz amplitude. These properties may be consistent with a rapid highly synchronous recruitment of multiple cortical sites by a high activation during waking ripples and, by contrast, more sparsely activated NREM ripples. Conversely, zero-lag recruitment could be the cause rather than the effect of the greater >200-Hzактивиране по време на събуждане.

На пациент са взети проби средно от около 16 широко разпространени кортикални места. Ако приемем, че генериращ пулсации модул обхваща ~1 mm2 кортикална повърхност (5), тогава ние записахме от ~1/10,000-та от модулите на пулсации. Тъй като пулсациите не се увеличават при къси междуелектродни разстояния, съотношението на записаните места може да се използва като оценка на дела на кората, която пулсира. Ако е така, тогава на моменти до 25% от кората се омаловажава. По подобен начин обичайният дял на пулсациите на кората може да бъде грубо оценен от вероятността, дадена пулсация, че друго място има пулсации, ~8% (приемайки, че водещото поле на пулсациите е сравнимо с размера на неговия модул).

Като се има предвид силната фазова модулация на пулсациите на клетъчното задействане, което демонстрирахме, може да се очаква вълните да модулират силно ефективността на пристигащия синаптичен вход, като шиповете, пристигащи на деполяризираната фаза, са много по-склонни да задействат постсинаптично задействане (18). По този начин може да има силна селекция за клетки, които проектират (дори мулти-синаптично) между пулсиращи места с латентност, съответстваща на фазовото забавяне (вероятно плюс кратни на времето на цикъла; Фиг. 6B, i). Освен това, когато множество места се вълнуват, шипове, които пристигат заедно на трето място, може да имат значително повишена ефективност (т.е. постсинаптичният сайт действа като детектор на съвпадения; Фиг. 6B, ii) (42). Изборът на синаптична фаза и откриването на съвпадение са синергични и допълнително биха означавали положителна обратна връзка поради рецидив (фиг. 6B, iii). Свързването между местата на вълни, поддържащи взаимодействията във фаза, би било прогресивно, тъй като пред- и постсинаптичната активация, която тези механизми индуцират, би засилила връзките във фаза чрез пластичност, зависима от времето на пика (Фиг. 6B, iv).

Обърнете внимание, че необходимото предварително условие за това прогресивно укрепване на синфазните връзки е, че има последователност на фазовите закъснения при събуждане или NREM вълни на двойка сайтове, което изисква нашият критерий за фазово заключване. Въпреки това, в допълнение към последователното заключване на фазите през пулсациите, фазовото заключване е практически универсално в пулсациите, тъй като честотите на пулсациите са толкова сходни, във всички пулсации и местоположения, което би позволило избор на фаза, откриване на съвпадения и механизми за повторно влизане за избор на невронни мрежи, свързващи пулсиращи места, при условие че двете места са свързани моно- или полисинаптично.

Чрез тези механизми кортикалните вълни могат да се активират и да се свържат с отдалечени, но свързани зони на кодиране чрез прогресивно активиране на мрежа от кортико-кортикални връзки с положителна обратна връзка. Силно увеличената вероятност за коактивиране и фазово заключване с нарастващ брой сайтове, които вече се коактивират, предполага набиране на положителна обратна връзка на най-свързаните и коактивирани клетки в кратка синхронна вълна. Когато местоположения се присъединят към развълнуваната мрежа и резонират с други членове, техните нива на активност се увеличават. Следователно функцията на пулсацията може да бъде усилване чрез резонанс, което води до бързо сглобяване на мрежа, кодираща различните аспекти на дадено събитие, или в случай на припомняне или консолидация, мрежата, кодираща различните аспекти на паметта.

A potential role of ripples in facilitating the communication and integration of information between distant cortical sites requires synchronized oscillations in transmembrane currents generating the ripples per se and coordinated neuronal action potentials. We show here that single putative pyramidal cells and interneurons in the lateral temporal cortex increase their firing during ripples in a manner that is strongly modulated by the phase of the individual ripple cycles. Therefore, the cell firing patterns necessary to support the selection of activated neurons within the rippling locations using gain modulation and coincidence detection are in place. While we did not simultaneously record single units in multiple distant locations to directly confirm that they are cofiring, we obtained some indication that this may be the case by examining the amplitude envelope of >200-Hz LFP. Ние открихме, че корелацията между тези обвивки в отдалечени места е по-голяма, когато те се съединяват и това увеличение на корелацията не намалява с разстоянието, дори ако местата са безразлични лобове или полукълба.

Основният алтернативен предложен механизъм за обвързване разчита на йерархична конвергенция в многоатрибутни, мултисензорни области (19, 20). Този механизъм изглежда несъвместим със силно разпределения характер на кортикалната обработка и създава трудностите как да се представи в малък кортикален модул всяка от комбинаторните възможности на всички елементи, съдържащи се във всички потенциални преживявания. Въпреки това, изглежда, че хипокампусът прави това, макар и временно, с рецептивни полета, които комбинират индикатори за позиция от множество модалности, както и валентност, история и контекст (43). Хипокампалното сглобяване на различните елементи на дадено събитие не изисква интеграция в хипокампуса, тъй като тези елементи са налични локално, след като са били предварително смесени от енториналния кортекс и зъбчатия гирус. По този начин вълните на хипокампа са по-скоро за комуникация с кората, отколкото с други места на хипокампа, и наистина те обикновено са локални в рамките на хипокампуса (22, 44); по-скоро техните решаващи съпътстващи прояви могат да бъдат с широко разпространени кортикални вълни. От тази гледна точка, свързването на кортикалните елементи може да се случи в отсъствието на хипокампален вход, ако те са предварително консолидирани, тъй като кортико-кортикалните вълни и фазовото заключване зависят от интракортикалните процеси.

In summary, the characteristics of co-occurring and phase-locked cortical ripples found in the current study appear to fulfill the central requirements for a neurophysiological process that could facilitate binding by synchrony. First, ripples occur in all regions of the cortex in both hemispheres (required by binding because the elements of experience are encoded throughout the cortex). Second, ripples occur spontaneously throughout waking and NREM (required since binding is a ubiquitous process) and are elevated during task periods when binding may be useful (such as reassembling the components of a memory). Third, ripples last ∼70 ms, a duration considered in the range of the "psychological moment" (45). Fourth, ripples strongly increase local firing and firing-proxy >200-Hz амплитуда (изисква се за междуреална комуникация).

Fifth, ripples strongly phase-modulate local putative pyramidal and interneuron firing in a manner consistent with input modulation (a primary hypothesized mechanism whereby oscillations selectively amplify particular neural assemblies). Sixth, ripples strongly co-occur and phase-lock between cortical sites indicating active cortico-cortical communication (required because without communication there cannot be integration). This strong phase locking occurs between cortical sites but not between cortex and hippocampus, indicating that transcortical synchrony is probably intrinsic, i.e., not projected from elsewhere. Furthermore, co-occurrence and phase locking are minimally affected by distance (required for integration of diverse elements). Finally, >200-Амплитудата в Hz е в по-голяма степен корелирана между сайтовете, когато те се съединяват, което допълнително предполага интерреална интеграция на стрелба на единици. Ще са необходими допълнителни доказателства от едновременни разпределени записи на клетъчно ниво, както и директни интервенции в моделни системи, за да се потвърди, че кортикалните вълни осигуряват невронния субстрат за свързване.

Методи

Избор на пациент. В това проучване са включени данни от общо 25 пациенти (13 жени, 31 ± 11 години) с фармакорезистентна епилепсия, подложени на интракраниален запис за локализиране на началото на припадъка преди хирургично лечение (SIAприложение, таблици 1 и 7). Пациенти, чиито SEEG записи са анализирани, са включени в проучването само ако не са имали предишна мозъчна операция; фонова ЕЕГ (с изключение на епилептиформни преходни процеси) в нормалните граници; и електроди, имплантирани в това, което в крайна сметка се оказа нелезионен, неепилептогенен кортекс, както и нелезионен, неепилептогенен хипокампус (такива зони се предполагаше, че са част от фокуса преди имплантирането или беше необходимо да се премине през тях, за да се достигне до предполагаеми епилептогенни области). Въз основа на тези критерии в това проучване са включени 25 пациенти от общо 83. Всички пациенти са дали пълно информирано писмено съгласие техните данни да бъдат използвани за изследване. Това проучване е одобрено от местните институционални съвети за преглед в Кливландската клиника, Калифорнийския университет в Сан Диего, Орегонския здравен и научен университет и Partners HealthCare (включително Масачузетската обща болница).

Откриване на вълни. Откриването на пулсации се извършва по същия начин за всички структури и състояния, въз основа на описан по-рано метод за откриване на пулсации на хипокампа (21, 22). Изискванията за включване и критериите за отхвърляне бяха определени с помощта на итеративен процес за пациенти, структури и състояния. Данните бяха лентово предадени с филтър на Butterworth при 60 до 120 Hz (напред и назад за нулево фазово изместване, шеста ред) и горните 20% от 20-ms движещи се средноквадратични пикове бяха открити. Освен това се изискваше максималния z-резултат на аналитичната амплитуда на честотния пропуск на 70- до 100-Hz (шести ред нулево фазово изместване по Бътъруърт) да бъде по-голям от 3 и да има поне три различни цикъла на трептене в 120-Hz нискочестотен сигнал, определен чрез изместване на 40-ms прозорец на стъпки от 5 ms през ±50 ms спрямо средната точка на пулсациите и изискване поне един прозорец да има поне три пика . Съседни центрове в рамките на 25 ms бяха обединени. Центровете на пулсации бяха определени като максималния положителен пик в честотния диапазон от 70- до 100-Hz. Началото и отместването на пулсациите бяха отбелязани, когато обвивката на амплитудата от 70- до 100-Hz падна под z-резултат от 0,75.

За да се отхвърлят епилептиформни дейности или артефакти, вълните бяха изключени, ако абсолютната стойност на 100-Hz високочестотен z-резултат надвиши 7 или те се появиха в рамките на 2 s от по-голяма или равна на 3 mV/ms LFP промяна. Вълничките също бяха изключени, ако паднаха в рамките на ±500 ms от предполагаемите междупристъпни пикове, открити, както е описано в Приложението SI. За да изключим събития, които биха могли да бъдат свързани между каналите поради епилептиформна активност, ние изключихме вълни, които съвпадаха с предполагаем интериктален пик на който и да е кортикален или хипокампален канал. Събития, които са имали само един изявен цикъл или отклонение, са изключени, ако най-голямата амплитуда от долина до пик в широколентовия LFP е 2,5 пъти по-голяма от третата по големина. За всеки канал средният LFP с пулсации беше изследван визуално, за да се потвърди, че има множество изпъкнали цикъла при честота на пулсации (70 до 100 Hz), и средната диаграма време-честота беше изследвана, за да се потвърди, че има отчетливо увеличение на мощността в {{ 16}} до 100-Hz лента. В допълнение, множество индивидуални пулсации в широколентовия LFP и 70- до 100-Hz лентов пропуск от всеки канал бяха визуално изследвани, за да се потвърди, че има множество цикъла на пулсационна честота без замърсяване от артефакти или епилептиформна активност. Канали, които не съдържат вълнички, които отговарят на тези критерии, бяха изключени от проучването.

Времеви връзки на Ripple. Кръстосани корелограми на пулсации (перикортикални хистограми на пулсации на кортикални или хипокампални пулсации на различен канал) бяха изчислени за оценка на пулсационното свързване между местата. Изгладени по Гаус (прозорец=250 ms, σ=50 ms) преброявания на центровете на пулсации в канал B бяха изчислени в 25- ms интервали в рамките на ±1,500- ms спрямо центровете на пулсации при t=0 в нулевото разпределение на канал AA беше генерирано чрез разместване (n=200 пъти) на времената на центровете на пулсации на канал B спрямо центровете на пулсации на канал A (при t=0) в рамките на ±1,500 прозорец. Стойностите на P преди FDR бяха изчислени чрез сравняване на наблюдаваното и нулевото разпределение за всеки бин за ±500 ms. След това стойностите на P бяха FDR-коригирани за броя на двойките канали при пациентите, умножени по броя на контейнерите за двойка канали (46). Установено е, че двойка канали има значителна модулация, ако има най-малко три последователни бина всеки с FDR-коригирано P <0,05, за да се сведе до минимум възможността за фалшиво положително значение. Дали кортикалните вълни са водещи или изоставащи се определя с помощта на двустранен биномен тест с очаквана стойност от 0,5, като се използва броят на събитията през 500 ms преди срещу 500 ms след t=0. За графики бяха използвани 50-ms изгладени по Гаус (σ=10 ms) брой събития с 50-ms контейнери.

Съпътстващи кортикални пулсации. Едновременната поява на пулсации между двойки канали беше идентифицирана чрез намиране на пулсации, които се припокриваха за най-малко 25 ms. Центърът на съпътстващото пулсационно събитие беше определен чрез намиране на временния център на припокриването на пулсациите. Условните вероятности за съвместна поява на пулсации бяха изчислени чрез намиране на вероятността за съвместна поява (минимум 25-ms припокриване) между два канала, като се има предвид, че е имало пулсации в един от каналите, отделно за всеки канал. Това беше направено за P(NCjNC) (и двата реда), P(NCjHC) и P(HCjNC). За да се оцени степента на пулсации в кората във всеки момент, вероятността дадена част от каналите да е пулсирана във всеки един момент за всеки пациент беше изчислена.

Наблюдаваната случайна кортикална пулсация е изчислена като функция от броя на местата, които се съединяват. Съвместното появяване на пулсации на даден брой сайтове изискваше всички тези сайтове да имат поне 25-ms припокриване на пулсации. Шансът беше изчислен за всеки пациент чрез произволно разместване на епохите на пулсации и епохите между пулсациите на всички места 200 пъти и изчисляване на средния брой съвместни събития за всяка част от местата на пулсации (т.е. броят на пулсациите на каналите, разделен на общия брой канали, оценен за минималната стойност на два или повече канала пулсации).

Значимостта на кортикална съвместна поява на пулсации за всяка двойка канали беше изчислена чрез сравняване на броя на наблюдаваните съвместни поява (25-ms минимално припокриване) за всяка двойка канали с нулево разпределение на съвместната поява, получено от разместване на пулсации и интервали между пулсации 200 пъти в движещ се незастъпващ5-минутен прозорец и броене на съвместни събития.

Анализи на фазово заключване на вълни. За да определим дали едновременно възникващите вълни на различни места са синхронизирани, използвахме PLV, моментна мярка за фазово заключване (28). Времевите курсове на PLV бяха изчислени с помощта на аналитичния ъгъл на преобразуваните по Хилберт 70- в 100-Hz лентови сигнали (нулево изместване на фазата) на всяка двойка канали, когато имаше поне 40 вълни с минимум25-ms припокриване за всеки. PLV бяха изчислени в 1-ms времеви точки във всички такива вълни за всяка двойка канали в рамките на ±500-ms прозорец спрямо времевите центрове на вълните. Нулево разпределение беше генерирано чрез избиране на 200 произволни времена в рамките на 10 до 2 s спрямо всеки център на пулсации. Стойностите на P преди FDR бяха определени чрез сравняване на наблюдаваното и нулевото разпределение в 5-месечни интервали за продължителност (осреднено за пет 1-ms времеви точки) в рамките на ±50 ms около центровете на вълни. Тези разпределения за всяка двойка канали бяха на пулсации за всеки 5-ms bin спрямо центъра на пулсациите, а не в рамките на пулсациите. След това тези P стойности бяха FDR-коригирани в контейнери и двойки канали на всички пациенти. Счита се, че една двойка канали има значително фазово заключване, ако има два последователни 5-ms интервала с пост-FDR P < 0,05, за да се сведе до минимум възможността за фалшиви положителни резултати. Модулацията за фазово заключване беше изчислена за всяка двойка канали като разлика от среден базов PLV в рамките на 500 до 250 ms до пиковия PLV в рамките на ±50 ms около центъра на пулсациите. Бяха направени отделни изчисления за NREM и събуждане. За графиките, PLV следите бяха изгладени с 10-ms Гаусов прозорец.

Фазовото заключване като функция на съотношението на пулсациите на допълнителните сайтове беше изчислено чрез идентифициране на пулсациите на двата кортикални канала, представляващи интерес, и след това сортиране на тези събития в групи въз основа на това какъв дял от допълнителните сайтове има пулсации, които се припокриват с пулсациите за произволен период от време и изчисляване пиковите PLV и ΔPLV около центровете на пулсации. Графиките на пиковия PLV за двойки канали като функция от броя на допълнителните сайтове, които се появяват едновременно (напр. 3 по оста x означава 2 + 3=5 общо пулсации на сайтове) са за двойки канали със значителни PLV модулации.

Интрапулсационното фазово заключване беше тествано чрез първо генериране на нулево разпределение чрез изчисляване на PLV на пет произволни фазови закъснения 1,000 пъти. След това наблюдаваният PLV беше изчислен с помощта на фазови закъснения между петте пика на всяка от двете пулсации в пулсация, която беше най-близо до центъра на времето на инвалида. След това беше изчислена едностранна P стойност за всяка пулсация като съотношението на нулевите PLV, които са равни или надвишават наблюдавания PLV. След това данните бяха FDR-коригирани за всички вълни от всички двойки кортико-кортикални канали от всички пациенти.

БЛАГОДАРНОСТИ. Благодарим на Адам Нийс, Кристин Смит, Кристофър Гонзалес, Даниел Клиъри, Еран Мукамел, Ерик Кестнер, Джейкъб Гарет, Максим Баженов, Терънс Сейновски и Зарек Сийгъл за тяхната подкрепа. Тази работа беше подкрепена от Националния институт за психично здраве (1RF1MH117155-01 и T32MH020002) и Службата за военноморски изследвания Мултидисциплинарна университетска изследователска инициатива (N00014-16-1-2829). Части от тази статия са разработени от оригиналната докторска дисертация на CWD

справка

1. MA Wilson, BL McNaughton, Реактивиране на паметта на хипокампалния ансамбъл по време на сън. Science 265, 676–679 (1994).

2. G. Buzsaki, Хипокампална остра вълна-пулсация: Когнитивен биомаркер за епизодична памет и планиране. Хипокампус 25, 1073–1188 (2015).

3. N. Maingret, G. Girardeau, R. Todorova, M. Gutierrez, M. Zugaro, Hippocampo-cortical coupling mediates memory консолидация по време на сън. Нац. Neurosci. 19, 959–964 (2016).

4. V. Ego-Stengel, MA Wilson, Прекъсването на свързаната с пулсации хипокампална активност по време на почивка нарушава пространственото обучение при плъхове. Хипокампус 20, 1–10 (2010).

5. D. Khodagholy, JN Gelinas, G. Buzsaki, Подобрено от ученето свързване между пулсационните колебания в асоциационните кори и хипокампуса. Наука 358, 369–372 (2017).

6. Ф. Грение, И. Тимофеев, М. Стериаде, Фокална синхронизация на пулсации (80-200 Hz) в неокортекса и техните невронални корелати. J. Neurophysiol. 86, 1884–1898 (2001).

7. Y. Norman et al., Хипокампални остри вълни, свързани с визуално епизодично припомняне при хора. Science 365, eaax1030 (2019).

8. AP Vaz, SK Inati, N. Brunel, KA Zaghloul, Свързани вълнообразни колебания между медиално-темпоралния лоб и неокортекса възстановяват човешката памет. Наука 363, 975–978 (2019).

9. AP Vaz, JH Wittig, Jr, SK Inati, KA Zaghloul, Възпроизвеждане на кортикални шипове последователности по време на извличане на човешка памет. Наука 367, 1131–1134 (2020).

10. N. Nitzan et al., Разпространение на вълни на хипокампа до неокортекса чрез субикулумен ретроспленален път. Нац. Общ. 11, 1947 (2020).

11. CW Dickey et al., Кортикални вълни по време на NREM сън и събуждане при хора. bioRxiv [Препринт] (2022). https://doi.org/10.1101/2021.05.11.443637 (Достъп до 28 февруари 2022 г.).

12. LR Squire, Паметта и хипокампусът: Синтез от открития с плъхове, маймуни и хора. психол. Rev. 99, 195–231 (1992).

13. A. Treisman, Решения на проблема с обвързването: Напредък чрез противоречия и конвергенция. Neuron 24, 105–110, 111–125 (1999).

14. A. Revonsuo, J. Newman, Обвързване и съзнание. В съзнание. Cogn. 8, 123–127 (1999).

15. C. von der Malsburg, Какво и защо да обвързваме: Гледната точка на моделиста. Neuron 24, 95–104, 111–125 (1999).

For more information:1950477648nn@gmail.com