Veranderingen in de hersenconnectiviteit tijdens de slaap door transcraniële neurostimulatie met gesloten lus voorspellen de gevoeligheid van metageheugen Deel 4

In verschillende onderzoeken is er een grote variabiliteit in de frequentiebanden die zijn gekozen om langzame en snelle spindels af te bakenen (Ayoub et al., 2013; Holz et al., 2012; Schabus et al., 2007), en recent bewijs suggereert dat deze afbakeningen per individu kunnen variëren. (Cox et al., 2017).

De snelle spil is een deel van onze hersenen dat nauw verwant is aan ons geheugen. Onderzoek toont aan dat wanneer we betrokken zijn bij het leer- en geheugenproces, snelle spindels actiever worden, waardoor ons geheugen verbetert.

De functie van snelle spindels is het versterken en consolideren van onze herinneringen. Wanneer we nieuwe informatie ontvangen, verzamelen snelle spindels informatie uit andere delen van de hersenen en transformeren deze in geheugenfragmenten die we kunnen opslaan en oproepen. Snelle spindels zijn daarom cruciaal voor onze leer- en geheugenprocessen.

Dus hoe kunnen we onze snelle spilfunctie verbeteren? Allereerst moeten we goede leefgewoonten behouden. Voldoende slaap, een gezond dieet en regelmatige lichaamsbeweging spelen allemaal een belangrijke rol in de gezondheid en het functioneren van uw snelle spil. Bovendien kan het focussen op leren en denken de activiteit van snelle spindels stimuleren en ons geheugen verbeteren.

Kortom, snelle spindels zijn onlosmakelijk verbonden met ons geheugen. Door een gezond leven te leiden en aandacht te besteden aan leren, kunnen we onze snelle spilfunctie verbeteren en ons geheugen verbeteren, om beter om te kunnen gaan met de uitdagingen in het leven en leren. Laten we optimistisch zijn en hard werken aan een betere toekomst. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola een traditioneel Chinees medicinaal materiaal is dat veel unieke effecten heeft, waaronder het verbeteren van het geheugen. De werkzaamheid van Cistanche deserticola komt voort uit de vele actieve ingrediënten die het bevat, waaronder looizuur, polysachariden, flavonoïde glycosiden, enz. Deze ingrediënten kunnen op verschillende manieren de gezondheid van de hersenen bevorderen.

Klik op 10 manieren kennen om het geheugen te verbeteren

We selecteerden 8–12 Hz en 12–15 Hz als banden om langzame versus snelle spindels afzonderlijk te onderzoeken, en onze resultaten suggereren dat de connectiviteit in de snelle spindelband specifiek werd gemoduleerd door STAMPs.

Er kan echter sprake zijn van variabiliteit in de afbakeningen van de spilbanden tussen de deelnemers aan het experiment, wat leidt tot de overlap van langzame en snelle spilactiviteit in deze banden. In onze gegevens zijn padlengtes in de 8-12 Hz- en 12-15 Hz-banden waren sterk gecorreleerd (r=0.88), wat duidt op een hoge mate van overlap tussen deze frequentiebanden.

We beweren hier dus dat de spilactiviteit werd gemoduleerd door STAMP's, maar verdere analyse zal nodig zijn om specifiek onderscheid te maken tussen snelle en langzame spillen. Daarnaast hebben we een op frequentiebanden gebaseerde aanpak gebruikt om tegemoet te komen aan de connectiviteits- en machine learning-analyse die we hebben geïmplementeerd; spindels zijn echter voorbijgaande gebeurtenissen die kort in de tijd plaatsvinden.

Hoewel de aanpak hier waarschijnlijk activiteiten met betrekking tot spindels vastlegde, zou een meer gerichte, op gebeurtenissen gebaseerde benadering waarin specifieke spindelgebeurtenissen worden geïdentificeerd, hun rol in metacognitie verder kunnen verduidelijken.

De resultaten van de regressieanalyse lieten zien dat veranderingen in de padlengte in de bètaband verband hielden met veranderingen in de geheugengevoeligheid van vóór het slapengaan tot na het slapengaan in de actieve toestand. De gerapporteerde relatie lag in een verstandige richting, waarbij een lagere padlengte (grotere efficiëntie) verband hield met verbeteringen in de metacognitieve prestaties.

Merk op dat de lengte van het bètapad echter niet significant verschilde tussen de Actieve en Schijnbare omstandigheden, wat suggereert dat het effect meer fijnmazige individuele verschillen vastlegt, waarbij individuen die netwerkreorganisatie vertonen in de richting van grotere efficiëntie na STAMP-stimulatie een grotere verbetering van het metageheugen van de ene op de andere dag vertonen dan degenen die dat niet doen.

Dit wordt verder besproken in de Ondersteunende informatie. Deze bevinding is vrij nieuw, aangezien voor zover wij weten geen eerder onderzoek heeft gedaan naar veranderingen in functionele connectiviteit na stimulatie tijdens de slaap die verband houden met gedragsveranderingen.

 Studies die visuomotorisch leren en prestaties onderzoeken, zoals bij spiegeltraceringstaken, hebben veranderingen in bètabandsynchronisatie en connectiviteit gerapporteerd tijdens en na de taak (Classen et al., 1998; Kilner et al., 2004; Piantoni et al., 2015) Studies die grafiektheoretische connectiviteitsrelaties met episodische geheugenprestaties onderzoeken, die in het huidige experiment zijn getest, hebben echter over het algemeen geen veranderingen in bètabandconnectiviteit onderzocht of gerapporteerd (Burke et al., 2013).

Veranderingen in de lengte van het bètapad zijn echter in verband gebracht met de progressie van de ziekte van Alzheimer, namelijk patiënten met de ziekte van Alzheimer vertonen een langere bètapadlengte dan gezonde controles, en de lengte van het bètapad is negatief gecorreleerd met de mini-mental state exam (MMSE)-score (Stam et al. .,2006). Bovendien heeft onderzoek in de oscillerende neurofysiologie van de slaap aangetoond dat snellere ritmische activiteit (dat wil zeggen in het bèta/gamma-bereik) aanwezig is en aanhoudt tijdens de depolarisatiefase van de langzame golf en grotendeels afwezig is tijdens de hyperpolarisatiefase (Compte et al., 2008; Steriade , 2006; Steriade et al., 1996).

Deze verhoogde activiteit kan specifiek verband houden met noradrenerge neuronen in het locus coeruleus-systeem (Eschenko et al., 2012), wat de corticale plasticiteit kan bevorderen, een belangrijk onderdeel van geheugenconsolidatie.

Het is dus een mogelijkheid dat de organisatie en activiteit van bètabandnetwerken tijdens SWO's over het algemeen een belangrijk aspect kunnen zijn van het functioneren en consolideren van episodische geheugenprocessen, die doelgericht en verbeterd kunnen worden door middel van specifieke STAMP-stimulatie. Een mogelijke beperking van de huidige studie is het ontbreken van een controleconditie om het algehele effect van stimulatie op de connectiviteit uit te sluiten.

STAMP's hadden namelijk tijdens de slaap kunnen worden toegepast die niet aan een episode was gekoppeld tijdens het coderen om connectiviteitsveranderingen na getagde STAMP's te vergelijken met veranderingen na niet-gelabelde STAMP's.

Gezien het beperkte aantal STAMP's en de complexiteit van het experimentele ontwerp, hebben we ervoor gekozen om onze statistische kracht te maximaliseren door alle STAMP's te gebruiken om het geheugen tijdens de slaap te activeren.

Deze voorwaarde zou echter bijzonder nuttig zijn geweest voor het begrijpen van onze classificatieresultaten. Momenteel kunnen we zeggen dat de geselecteerde kenmerken de actieve en schijnconditie kunnen afbakenen, en dit kan te wijten zijn aan consolidatieprocessen in de actieve conditie vergeleken met de schijnconditie; dit kunnen echter ook algemene veranderingen na stimulatie zijn.

We zijn er daarentegen van overtuigd dat de relatie tussen de bètapadlengte en veranderingen in de gevoeligheid van het metageheugen verband houdt met slaapafhankelijke consolidatieprocessen.

Onze gedragsresultaten laten zien dat STAMP-stimulatie tot voordelen leidde voor de Tag & Cue-conditie vergeleken met de andere condities, wat een specifiek voordeel aantoont in tegenstelling tot een meer generiek door stimulatie geïnduceerd voordeel voor metageheugen. In overeenstemming hiermee voorspelden veranderingen in de bètapadlengte specifiek veranderingen in Tag & Cue AUC-veranderingen en waren ze niet voorspellend voor de gevoeligheid in de sham-conditie.

Eerder onderzoek naar de hersenconnectiviteit met grafentheoretische metingen heeft vaak een beperktere benadering gevolgd door specifieke metingen of specifieke frequentiebanden te onderzoeken (Sadaghiani et al., 2015; Song et al., 2014).

We kozen ervoor om gebruik te maken van een machinale leerbenadering waarbij we door een grote verzameling metingen in verschillende frequentiebanden zoeken om significante veranderingen na stimulatie te identificeren en om kruisvalidatie en vergelijking met basismodellen te gebruiken om onze bevindingen te valideren. Deze methode is echter niet zonder beperkingen.

De geselecteerde kenmerken kunnen variëren op basis van het algoritme of de gekozen reeks verwerkingsstappen. Om de prestaties aanzienlijk te verbeteren, hebben we bovendien zeer collineaire kenmerken verwijderd. Deze verwijderde kenmerken kunnen echter mogelijk nog steeds van theoretisch belang zijn.

We voerden statistische vervolgtests uit om er zeker van te zijn dat onze uiteindelijke reeks geselecteerde kenmerken statistisch verschilden tussen de stimulatieomstandigheden en/of de prestaties voorspelden; desalniettemin kunnen er in bepaalde banden andere connectiviteitskenmerken zijn die ook aanzienlijk worden gemoduleerd door STAMP's en/of gedrag voorspellen, maar eenvoudigweg niet door het algoritme zijn geselecteerd.

Wij zijn echter van mening dat de relatie tussen de bètapadlengte en gedrag robuust is, omdat deze consequent als zeer significant werd beschouwd door het Boruta-algoritme en de gedragsgegevens significant voorspelde. Dit effect zou waarschijnlijk niet zijn gevonden als we alleen meer standaardmetingen en frequentiebanden hadden onderzocht. Toekomstige studies kunnen de specifieke rol identificeren die bèta-netwerkconnectiviteit speelt in episodisch geheugen en besluitvormingsprocessen.

DANKWOORD

Dit werk werd ondersteund door de DARPA en het Army Research Office. De weergegeven standpunten, meningen en/of bevindingen zijn die van de auteur en mogen niet worden geïnterpreteerd als weergave van de officiële standpunten of het officiële beleid van het Ministerie van Defensie of de regering van de Verenigde Staten.

ONDERSTEUNENDE INFORMATIE

De connectiviteitsfuncties, evenals de gevoeligheidswaarden van het metageheugen, zijn opgenomen in de ondersteunende informatie voor dit artikel die beschikbaar is.

AUTEURSBIJDRAGEN

Ryan Hubbard: Conceptualisering; Formele analyse; Methodologie; Schrijven – origineel concept; Schrijven – beoordelen en redigeren. Iman Zadeh: conceptualisering; Formele analyse; Methodologie; Hulpbronnen; Software; Schrijven - origineel concept. Aaron Jones: Datacuratie; Bronnen. BradleyRobert: Datacuratie; Bronnen. Natalie Bryant: Datacuratie; Bronnen; Software.Vincent Clark: Datacuratie; Bronnen. Praveen Pilly: Conceptualisering; Formele analyse; financieringsacquisitie; Onderzoek; Projectadministratie; Overzicht; Schrijven - origineel concept; Schrijven - beoordelen en redigeren.

FINANCIERING INFORMATIE

Praveen Pilly, Defense Advanced Research Projects Agency (https://dx.doi.org/10.13039/100000185), Award-ID: W911NF-16-C-0018.

BELANGENCONFLICT VERKLARING

De laatste auteur, Praveen K. Pilly, heeft een patent op het gebruik van transcraniële elektrische stimulatie voor gerichte geheugenreactivering (Amerikaans patent nr. 10.307.592). Vincent P. Clark is wetenschappelijk adviseur bij NeuroGeneces, LLC. Alle auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd in afwezigheid van andere concurrerende financiële of niet-financiële belangen.

REFERENTIES

1.Anderson, KL, Rajagovindan, R., Ghacibeh, GA, Meador, KJ, en Ding, M. (2009). Theta-oscillaties bemiddelen in de interactie tussen de prefrontale cortex en de mediale temporale kwab in het menselijk geheugen. Hersenschors, 20(7), 1604–1612. https://doi.org/10.1093/cursor/bhp223, PubMed: 19861635

2. Antony, JW, Gobel, EW, O'Hare, JK, Reber, PJ & Paller,KA (2012). Reactivering van gecued geheugen tijdens de slaap beïnvloedt het leren van vaardigheden. Natuurneurowetenschappen, 15, 1114–1116. https://doi.org/10.1038/nn.3152, PubMed: 22751035

3.Ayoub, A., Aumann, D., Hörschelmann, A., Kouchekmanesch, A., Paul, P., Born, J., & Marshall, L. (2013). Differentiële effecten op snelle en langzame spindelactiviteit, en de langzame slaap-oscillatie bij mensen met carbamazepine en flunarizine om spanningsafhankelijke Na+- en Ca2+-kanaalactiviteit te antagoneren. Slaap, 36(6),905–911. https://doi.org/10.5665/sleep.2722, PubMed: 23729934

4.Backus, AR, Schoffelen, JM, Szebényi, S., Hanslmayr, S., &Doeller, CF (2016). Hippocampale-prefrontale theta-oscillaties ondersteunen geheugenintegratie. Huidige biologie, 26(4), 450–457.https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.12.048, PubMed: 26832442

5. Baird, B., Smallwood, J., Gorgolewski, KJ, & Margulies, DS(2013). Mediale en laterale netwerken in de voorste prefrontale cortex ondersteunen het metacognitieve vermogen tot geheugen en perceptie. Journal of Neuroscience, 33(42), 16657–16665. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0786-13.2013, PubMed: 24133268

6.Barahona, M., & Pecora, LM (2002). Synchronisatie in kleine-wereldsystemen. Physical Review Letters, 89(5), 054101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.054101, PubMed: 12144443

7. Bassett, DS, & Bullmore, ED (2006). Hersennetwerken in kleine werelden. De neurowetenschapper, 12(6), 512–523. https://doi.org/10.1177/1073858406293182, PubMed: 17079517

8. Benchenane, K., Peyrache, A., Khamassi, M., Tierney, PL, Gioanni, Y., Battaglia, FP, en Wiener, SI (2010). Coherente theta-oscillaties en reorganisatie van piektiming in het hippocampale-prefrontale netwerk tijdens het leren. Neuron, 66(6), 921–936. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2010.05.013, PubMed: 20620877

9. Benjamin, Y., & Hochberg, Y. (1995). Het aantal valse ontdekkingen beheersen: een praktische en krachtige benadering van meervoudig testen. Publicatieblad van de Royal Statistical Society, 57, 289–300.

10.Berens, P. (2009). CircStat: een MATLAB-toolbox voor circulaire statistieken. Journal of Statistische Software, 31(10), 1–21.

For more information:1950477648nn@gmail.com