Změny konektivity mozku během spánku pomocí uzavřené smyčky transkraniální neurostimulace Předpovězte citlivost metapaměti, část 3

VÝSLEDEK

Behaviorální efekty

Jak uvádí Pilly et al. (2020), stimulace STAMP nevedla k významnému zlepšení celkové přesnosti vyvolání paměti. Stimulace STAMP však vedla ke zlepšení citlivosti metapaměti v den 3 experimentu (po noci 2).

Citlivost metapaměti se vztahuje k uvědomění si a pochopení schopnosti paměti, kterou má, zatímco paměťová schopnost se vztahuje k paměťové schopnosti osoby prokázané ve specifické praxi. Mezi těmito dvěma existuje úzký vztah.

Za prvé, citlivost metapaměti přímo ovlivňuje výkon paměti. Pokud se člověk domnívá, že si je jistý určitým typem paměti, bude mít tendenci tvrději pracovat na jeho zapamatování a bude mít lepší výkon v tomto typu paměťového úkolu. Na rozdíl od toho, pokud člověk postrádá důvěru ve své paměťové schopnosti, může to způsobit, že bude méně dobře plnit paměťové úkoly, čímž se sníží jeho paměťová schopnost.

Za druhé, pozitivní metapaměťová citlivost pomáhá zlepšit paměť. Pokud člověk věří, že existuje prostor pro zlepšení jeho paměťové schopnosti, bude aktivnější v trénování své paměťové schopnosti, čímž se zlepší přesnost a vytrvalost paměti. Ti, kteří věří, že jejich paměťová schopnost dosáhla svého vrcholu, často nejsou schopni přijmout nové paměťové výzvy, a tak promeškají příležitost zlepšit svou paměťovou schopnost.

Proto musíme aktivně pěstovat naši citlivost na metapaměť, prolomit omezení a nastavení našich paměťových schopností a věřit, že se můžeme i nadále zlepšovat v paměťových úlohách. Zároveň se také musíme spolehnout na nashromážděný trénink a praxi, abychom zlepšili naši paměťovou schopnost, aby ji bylo možné efektivněji využít v konkrétní praxi. Jen tak můžeme maximalizovat svůj paměťový potenciál a dosáhnout lepších výsledků. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche deserticola dokáže výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola dokáže regulovat i rovnováhu neurotransmiterů, jako je zvýšení hladiny acetylcholinu a růstových faktorů. Tyto látky jsou velmi důležité pro paměť a učení. Kromě toho může Cistanche deserticola také zlepšit průtok krve a podporovat dodávku kyslíku, což může zajistit, že mozek dostává dostatek živin a energie, a tím zlepšuje mozkovou vitalitu a vytrvalost.

Klikněte na vědět doplňky pro zlepšení paměti

Konkrétně závislé t-testy porovnávající citlivost metapaměti napříč podmínkami odhalily, že citlivost v podmínce Tag & Cue byla významně vyšší než u obou podmínek Tag & No Cue [t(23)=3.51,upraveno p < 0 0,01, Holm–Bonferroniho korekce pro dvě srovnání; párový vzorek Cohen'sd=0.72] a Shamův stav [t(23)=2.089, upraveno p=0.048, Holm–Bonferroniho korekce pro dvě srovnání; Cohenovo d párového vzorku=0.43].

Významné zlepšení citlivosti metapaměti bylo zjištěno pouze v den 3 experimentu. Použití STAMPs během SWO během dvou nocí po jednorázovém zhlédnutí tedy vedlo ke specifickému vylepšení metapaměti pro epizody, které byly označeny i cued.

Změny globální soudržnosti

Jako první průchod jsme zkoumali celkové změny v průměrné koherenci napříč skalpem v důsledku stimulace STAMP, abychom určili, zda stimulace vedla k nějakým měřitelným změnám v konektivitě.

Kromě toho jsme se snažili zopakovat předchozí práci a posoudit, zda stimulace vyvolá podobné změny v koherenci jako učení během spánku (Mölle et al., 2004). Předchozí práce (Mölle et al., 2004) uváděly modulaci koherence delta, vřetena a gama pásma během spánku po učení; naproti tomu jiná práce (Polanía et al., 2011) prokázala zvýšenou konektivitu napříč všemi frekvenčními pásmy po stimulaci tDCS.

Proto jsme předpokládali, že stimulace STAMP zvýší průměrnou koherenci ve srovnání s Shamovým stavem v pásmech delta, vřeteno a gama, ale zkoumali jsme rozdíly i v jiných pásmech pomocí konzervativního statistického testování.

Průměrné hodnoty iCoh ve všech frekvenčních pásmech byly vypočteny pro data korigovaná na základnu Active a Sham, aby se prozkoumaly změny globální konektivity, a proto byly provedeny jednostranné t-testy na středních hodnotách koherence v každém frekvenčním pásmu a byly opraveny s použitím falešné míry odhalení p< 0.05 (Benjamini & Hochberg, 1995). 

Koherenční mapy ukazující větší konektivitu v aktivním stavu na pokožce hlavy byly vizualizovány nastavením prahu vizualizace na maximum Sham stavu pro každé frekvenční pásmo, v podstatě odečtením Sham stavu. Stimulací indukované průměrné změny koherence v různých frekvenčních pásmech jsou vyneseny na obrázku 3.

Topografické grafy zobrazují koherenci mezi páry elektrod v aktivním stavu, prahovou hodnotu koherence v simulovaném stavu, zatímco krabicové grafy zobrazují prahové průměrné hodnoty koherence v celé pokožce hlavy. Analýza celkových změn v koherenci na pokožce hlavy odhalila, že STAMP produkovaly významné zvýšení střední koherence ve více frekvenčních pásmech.

Koherence EEG byla významně zvýšena po STAMP v pásmech theta, alfa a vřetena (p < 0,05) ve srovnání s Shamovým stavem. Průměrné koherence v pásmech delta, beta a gama se významně nelišily mezi podmínkami stimulace . Stimulace STAMP tedy vyvolala změny v konektivitě mozku ve specifických frekvenčních pásmech.

Klasifikace a predikce chování

Výsledky z klasifikační analýzy jsou vyneseny na obrázku 4 a uvedeny v tabulce 1. Hodnoty průměrné důležitosti napříč záhyby pro Boruta-vybrané rysy jsou vyneseny nalevo, s rysy konzistentně považovanými za důležité zvýrazněnými zeleně (významně nad průměrem maximálního stínu). Přes záhyby byl jako nejdůležitější vlastnost konzistentně zvolen poloměr v pásmu vřetena (12–15 Hz).

Mezi další důležité vlastnosti patří: délka dráhy (12–15 Hz) a střední koherence a hustota (3–8 Hz). ROC křivky výkonu klasifikátoru jsou vyneseny vpravo. Jak je uvedeno v publikaci Mason a Graham (2002), Mann–Whitney U testy byly provedeny u každého klasifikátoru, aby se zjistilo, zda je výkon klasifikátoru statisticky významný nad náhodou (AUC=0,5). Všechny testy vykazovaly významné hodnoty p (p < 0,001).

Dodatečně jsme vypočítali 95% intervaly spolehlivosti pomocí přístupu astratified bootstrap resampling s 10,000 bootstrap replikacemi, což dále prokázalo nadstandardní klasifikační výkon (Carpenter & Bithell, 2000).

Přesnost klasifikace byla tedy nad náhodou a převzetí nejlepších proměnných z klasifikačních a regresních analýz (délka dráhy v 16–30 Hz a poloměr v 12–15 Hz) vedlo k nejlepší klasifikaci.

Jako následná analýza byly čtyři rysy vybrané Borutovým algoritmem pro klasifikaci podrobeny t-testům, testujícím rozdíl v konektivitě mezi aktivními a simulovanými podmínkami. Výsledné hodnoty p byly opraveny s chybnou mírou objevení nastavenou na {{ 2}}.05.

Korigované hodnoty p pro délku a poloměr dráhy 12–15 Hz a průměrnou koherenci 3–8 Hz byly významné (p=0,029); hustota 3–8 Hz byla také významná na hladině významnosti alfa ( p=0.05). Funkce konektivity, které byly významně změněny po aktivní stimulaci ve srovnání s simulovanou stimulací, byly tedy nalezeny pomocí kanálu výběru funkcí. Funkce délky dráhy a poloměru od před stimulací k poststimulaci byly významně sníženy v aktivním stavu ve srovnání se simulací, zatímco vlastnosti průměrné koherence a hustoty byly významně zvýšeny ve srovnání se simulací.

Boxplots znázorňující tyto vlastnosti pro oba stavy jsou uvedeny v podpůrných informacích na obrázku S3. Výsledky analýzy predikce chování jsou vyneseny na obrázku 5 a uvedeny v tabulce 2.

Zde byly změny v neurálních měřeních po stimulaci použity jako rysy k predikci změny citlivosti metapaměti (AUC) testu paměti pro tag & Cue a Shamconditions od 2. do 3. dne k identifikaci vztahů mezi mozkem a chováním.

Hodnoty důležitosti z Boruty pro teoretické rysy grafu jsou vyneseny vlevo, délka dráhy v beta pásmu (16–30 Hz) byla považována za velmi důležitou pro predikci změn citlivosti metapaměti a byla vybrána jako jediná vlastnost. Vztah mezi změnou délky dráhy 16–30 Hz vyvolanou stimulací a změnou výkonu AUC přes noc pro data Active (Tag & Cue) a Sham podmínky jsou vyneseny do grafu vpravo.

Korelace mezi změnou délky dráhy beta-pásma a změnou AUC byla významná pro aktivní stav (r=−0,66, p=0.003), což ukazuje, že jedinci se sníženou délkou dráhy po STAMP měli tendenci vykazovat pozitivní změnu ve výkonnosti paměti. Tento vztah nebyl významný pro podmínku Sham (r=−0,22, p=0,39).

Na základě výsledků těchto analýz byly provedeny následné lineární regrese, které předpovídaly přes noc změnu metakognitivní citlivosti pomocí délky dráhy v pásmu 16–30 Hz pro aktivní data i pro simulovaná data.

U aktivních dat délka cesty 16–3{12}} Hz významně předpovídala změnu AUC (t=−3,56, p=0.003, adj. R{{7} }.41). Pro Sham data nebyla délka dráhy 16–30 Hz významným prediktorem (t=−0,88, p=0,39, adj. R2=−0,01). Byly také provedeny další analýzy pro srovnání aktivních a simulovaných podmínek a jsou uvedeny dále v podpůrných informacích.

DISKUSE

V tomto experimentu se účastníci zapojili do epizodického paměťového úkolu, zatímco dostávali jedinečné časoprostorové vzorce transkraniální elektrické stimulace a podskupina vzorů byla znovu aplikována během up-stavů SWO v následujících nocích, aby vyvolala reaktivaci specifických přidružených vzpomínek (viz Pilly et al., 2020).

Zde uvádíme změny ve funkční mozkové konektivitě vyvolané těmito tES vzorci během spánku, které byly prediktivní pro změny inmetamemorální citlivosti před spaním do spánku.

Pomocí technik strojového učení k identifikaci důležitých funkcí pro klasifikaci mezi aktivní a simulovanou stimulací jsme zjistili, že funkce připojení v pásmu theta a vřetena se mezi těmito dvěma podmínkami významně lišily.

Kromě toho jsme zjistili, že změny délky dráhy v beta pásmu předpovídaly změny citlivosti paměti, protože zvýšení výkonu přes noc souviselo se snížením délky dráhy beta po stimulaci.

Dohromady tyto výsledky přispívají k rostoucímu počtu výzkumů zkoumajících neurální procesy, které jsou základem reaktivací a konsolidace paměti během spánku, a naznačují, že modulace délky dráhy na konkrétních frekvencích během procesu konsolidace může vést k vyšší důvěře a lepšímu rozhodování pro nově konsolidované vzpomínky.

Krátké záblesky tES nebo STAMPs, použité v současném experimentu, zvýšily celkovou koherenci skalpu v nižších frekvenčních pásmech – jmenovitě v pásmech theta, alfa a vřetena, nebo v podstatě od 3–15 Hz. Zajímavé je, že po učení byly také zjištěny změny v konektivitě vřetenového pásma během spánku; změny konektivity však nebyly nalezeny v pásmu delta nebo gama po stimulaci STAMP, což je poněkud v rozporu s předchozí experimentální prací (Mölle et al., 2004).

Použitý stimulační protokol se však do značné míry lišil od předchozích studií – jmenovitě jsme použili krátké vzplanutí časoprostorově distribuovaných elektrických proudů, které byly primárně navrženy tak, aby vyvolaly specifické paměti kvůli jejich jedinečnosti a spojení s periodou kódování, nikoli modulovaly nebo strhávaly specifické oscilace. Důležité je, že aktivita v uváděných frekvenčních pásmech, zejména v pásmech theta a vřetena, souvisí s procesem konsolidace paměti (Staresinaet al., 2015).

STAMP tedy mohly modulovat probíhající procesy reaktivace nebo konsolidace paměti během spánku, což vedlo ke změnám konektivity v pozorovaných frekvenčních pásmech. Nedávná práce zpochybnila účinnost tES při významném ovlivnění chování (Horvath et al., 2015). jako v jeho schopnosti modulovat vzory neurální palby nebo oscilační aktivitu (Lafon et al., 2017; Vöröslakos et al., 2018).

Jiné studie však prokázaly měřitelné nervové změny u lidí a nehumánních primátů po tES, a to i při nižších úrovních intenzity (Huang et al., 2017; Krause et al., 2017; Opitz et al., 2016). Zvláštním problémem je schopnost tES, konkrétně stimulace střídavým proudem, strhávat neurální oscilace na určitou frekvenci.

Zde netvrdíme, že hlášené elektrofyziologické změny jsou způsobeny oscilačním strháváním krátkých impulzů stimulace, nebo že tyto změny vyvoláváme de novo, ale spíše že STAMP působí tak, že podporují probíhající procesy konsolidace paměti, ke kterým dochází prostřednictvím jemných modulací sítě. - úroveň připojení. Tvrdili bychom, že pozorované vzorce konektivity během spánku jsou přirozené jevy, které se vyskytují a vedou ke konsolidaci paměti, a stimulace STAMP působila na tyto již existující procesy, aby zvýšila citlivost metapaměti.

Uváděná modulace teoretických metrik grafů v pásmech theta a vřetena po STAMP je v souladu s předchozím výzkumem, který tyto oscilace implikuje v procesech reaktivace a konsolidace paměti. Cílená reaktivace paměti během spánku pomocí sluchových podnětů vyvolává zvýšení síly theta a vřetena (Ong et al., 2016; Schreiner et al., 2015; Schreiner & Rasch, 2014).

Četné studie také prokázaly důležitost aktivity theta-pásma pro kódování paměti a vyhledávání během bdění (Backus et al., 2016; Lega et al., 2012; Nyhus & Curran, 2010); zejména oscilace theta v hipokampu jsou kritické pro kódování epizodické paměti (Hasselmo et al., 2002; Lin et al., 2017). Podobně thalamokortikální vřeténka souvisejí s epizodickou pamětí (Van Der Helm et al., 2011) a hrají důležitou roli v procesu konsolidace paměti, potenciálně usnadňují přenos nově zakódovaných informací v mediálních temporálních lalocích do stabilních reprezentací v mozkové kůře (Sirota a kol., 2003;

Během spánku může aktivita Theta indikovat proces reaktivace paměti, zatímco aktivita vřetena může odrážet aktivní konsolidaci reaktivovaných vzpomínek. Zde mohou STAMPy navodit reaktivaci souvisejících pamětí, což vede k posílení konsolidace těchto informací. Tato konsolidace vedla ke zvýšení důvěry pro následné paměti.

Teoretické míry theta-pásmového grafu, které byly významně modulovány pomocí STAMP, byly průměrná koherence a hustota. Střední koherence se týká průměrné koherence napříč všemi vrcholy, zatímco hustota se vypočítá jako počet spojení v grafu, normalizovaný celkovým možným počtem spojení (Sporns, 2003).

Změny v těchto měřeních naznačují, že STAMPs zvýšily celkovou koherenci v pásmu theta mezi kanály, což vedlo k většímu počtu hran nad prahem cutoff, a tím k vyšší průměrné hustotě spojení. Tato větší koherence a hustota může odrážet nárůst výměny informací v thetabandu napříč nervovými oblastmi po STAMP. To je v souladu s předchozími zjištěními, která implikují zvýšení theta koherence mezi hippocampusem a kůrou rýhy (Fell et al., 2003), stejně jako frontální kůrou (Anderson et al., 2009; Benchenane et al., 2010), jako důležité pro učení a paměti a potenciálně kritické pro reaktivaci paměti (Carr et al., 2011).

Teoretické míry vřetenového grafu, které se významně lišily po stimulaci STAMP, byly délka dráhy a poloměr. Tyto míry spolu souvisí – poloměr se vztahuje k minimální excentricitě grafu a délka cesty k průměrné excentricitě grafu, kde excentricita uzlu je definována jako maximální vzdálenost k jakémukoli jinému uzlu (Sporns, 2003).

Délka cesty je často považována za míru integrace sítě nebo účinnosti přenosu informací, přičemž menší délky cesty odrážejí větší účinnost (Bullmore & Sporns, 2009; Reijneveld et al., 2007).

Zde STAMP vedly k průměrnému snížení délky dráhy a poloměru v pásmu vřetena, což znamenalo snížení průměrné a minimální excentricity a zvýšení účinnosti přenosu informací.

To může odrážet reorganizaci sítě směrem k síti malého světa (Watts & Strogatz, 1998), téměř optimální strukturu mezi dokonale uspořádaným a náhodně organizovaným systémem, umožňující větší flexibilitu a synchronizaci neurální aktivity (Barahona & Pecora, 2002). Bassett & Bullmore, 2006; Masuda & Aihara, 2004). Změny v „small-worldness“ jsou často měřeny jako změny v délce cesty bez doprovodných změn v lokálním shlukování nebo shlukovém koeficientu.

Pozorovaná změna délky dráhy tedy může naznačovat zesílenou synchronizaci mezi oblastmi mozku, což vede k efektivnějšímu přenosu informací pomocí vřeten. Všimněte si, že účinky v pásmu theta byly těsněji spojeny s celkovými změnami střední koherence - v podstatě se změnami velikosti konektivity v protikladu k účinnosti.

Zatímco zde uvedená data nejsou schopna stanovit příčinnou souvislost mezi těmito změnami, hypotetický vztah je takový, že STAMP způsobil větší konektivitu v pásmu theta (Fell a kol., 2003) a účinnost přenosu informací vřetena, měřená jako délka cesty, byla zvýšena, aby se kompenzovala toto zvýšení vede ke zvýšené reaktivaci paměti.

For more information:1950477648nn@gmail.com