Žievės bangavimas NREM miego ir pabudimo metu žmonėms 2 dalis

Ripple aptikimas. Devynių tyrimų metu vidutinis hipokampo bangavimo dažnis buvo 85 Hz žmonėms (Bragin ir kt., 1999; Staba ir kt., 2004; Clemens ir kt., 2007; Axmacher ir kt., 2008; Le Van Quyen ir kt., 2008; Staresina ir kt., 2015; Jiang ir kt., 2019b; Norman ir kt., 2019; Vaz ir kt., 2019), o graužikams aštrių bangų pulsavimo dažnis yra: 120-140 Hz ( Buzsáki, 2015).

Ripple detection – tai technologija, matuojanti žmogaus smegenų veiklą. Jis fiksuoja elektrinį neuronų aktyvumą smegenyse, uždėdamas elektrodus ant galvos odos ir paverčia signalą į elektroencefalogramą, įrašytą kompiuteryje. Pastaraisiais metais nuodugniai tyrinėjant žmogaus smegenis, bangavimo aptikimas tapo pažinimo, mokymosi, emocijų ir kt. tyrimo artefaktu ir pamažu įsiliejo į mūsų kasdienį gyvenimą.

Kalbant apie atmintį, tyrimai rodo, kad žmogaus smegenų bangavimas vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant ir palaikant prisiminimus. Kai žmogaus smegenys atlieka mokymosi ir atminties užduotis, tarp smegenų žievės gali atsirasti specifinių dažnių bangos, pvz., teta bangos ir gama bangos. Šios bangos gali pagerinti atminties kodavimą ir saugojimą, taip pat padėti vėliau atkurti ir prisiminti praeitį. saugomą informaciją. Todėl pulsacijos aptikimas gali būti naudojamas žmogaus smegenų atminties mechanizmui tirti ir gali kliniškai gydyti pažinimo ir atminties sutrikimus.

Be to, bangavimo aptikimas taip pat padeda mums išplėsti mokymosi metodus. Kai mokiniai dalyvauja mokyme klasėje, jie gali sužinoti apie individualias mokymosi ypatybes ir dalyko nuostatas, fiksuodami smegenų bangavimą mokymosi proceso metu, kad galėtų kryptingiau mokytis ir tobulėti. Be to, mokantis, atitinkama muzika ir garsai taip pat turi didelę įtaką mokymosi efektui. Naudojant pulsacijos aptikimą, galima nustatyti skirtingų žmonių grupių reakcijas į skirtingus tonus ir garsumą, kad mokytojai ar patys mokiniai galėtų pasirinkti tinkamiausią muziką ir garsus mokymosi efektams pagerinti.

Apibendrinant galima pasakyti, kad bangavimo aptikimas vaidina svarbų vaidmenį mūsų gyvenime ir studijose. Matuodami pulsacijos aktyvumą tam tikrais žmogaus smegenų dažniais, galime geriau suprasti savo pažinimo, mokymosi ir atminties ypatybes bei padėti pagerinti mokymosi poveikį ir gyvenimo kokybę. Tobulėjant technologijų lygiui, bangos aptikimas ir toliau gilins pažinimo neurologijos ir neurologinių ligų tyrimus, suteikdamas mums daugiau perspektyvų ir galimybių. Matyti, kad turime pagerinti atmintį, o Cistanche deserticola gali žymiai pagerinti atmintį, nes Cistanche deserticola taip pat gali reguliuoti neuromediatorių pusiausvyrą, pavyzdžiui, padidinti acetilcholino ir augimo faktorių kiekį. Šios medžiagos labai svarbios atminčiai ir mokymuisi. Be to, mėsa taip pat gali pagerinti kraujotaką ir skatinti deguonies tiekimą, o tai gali užtikrinti, kad smegenys gautų pakankamai maistinių medžiagų ir energijos, taip pagerinant smegenų gyvybingumą ir ištvermę.

Spustelėkite žinoti 10 būdų, kaip pagerinti atmintį

Žmonėms tariamos 90 Hz hipokampo bangos turi tą patį būdingą ryšį su aštriomis bangomis, intrahipokampo lokalizacija, moduliacija pagal miego stadiją ir ryšiu su žievės miego bangomis, kaip ir graužikams, ir atsiranda hipokampuose, kurie neturi epilepsijos požymių. Be to, graužikų hipokampe skirtumas tarp aukštesnio dažnio g pliūpsnių ir raibuliavimo ne visada yra ryškus, todėl galima daryti prielaidą, kad dėl paprastumo jie abu vadinami „raibuliukais“ (Stark ir kt., 2014), kuriuo čia vadovaujamės. .

Ripple aptikimas buvo atliktas vienodai visoms struktūroms ir būsenoms ir buvo pagrįstas anksčiau aprašytu hipokampo bangavimo aptikimo metodu (Jiang ir kt., 2019a, b). Įtraukimo reikalavimai ir atmetimo kriterijai buvo nustatyti naudojant iteracinį procesą tarp pacientų, struktūrų ir būsenų. Duomenys pirmą kartą buvo perduodami dažniu 60-120 Hz (šeštos eilės Butterworth filtras su nulinės fazės poslinkiu), ir buvo aptikti 20 % didžiausių 20 ms judančių vidurkio kvadratinių smailių.

Be to, buvo reikalaujama, kad maksimalus 70-100 Hz dažnių juostos pralaidumo analitinės amplitudės z balas būtų 0,3 ir kad 120 Hz žemo dažnio signale būtų bent trys skirtingi virpesių ciklai, nustatyti perkeliant 40 ms langą žingsniais 5 ms per 650 ms, palyginti su pulsacijos vidurio tašku, ir reikalaujama, kad bent viename lange būtų bent trys smailės. Gretimi bangavimas per 25 ms buvo sujungti. Pulsacijos centrai buvo nustatyti kaip maksimalaus teigiamo smailės laikas 70-100 Hzbandpass.

Pulsacijos atsiradimas ir poslinkis buvo nustatyti kiekvienoje centro smailės pusėje, kai {{0}} Hz analitinė amplitudė nukrito žemiau 0,75z balų. Kad būtų atmesta epileptiforminė veikla arba artefaktai, bangavimas buvo neįtrauktas, jei absoliuti 100 Hz aukšto dažnio dažnio z balo vertė viršijo 7 arba jie atsirado per 2 s po 3 mV/ms pokyčio plačiajuosčio LFP. Ripples taip pat buvo neįtrauktos, jei jos patenka į 6500 ms numanomų IIS, aptiktų, kaip aprašyta toliau.

Norėdami pašalinti įvykius, kurie gali būti susieti per kanalus dėl epileptiforminio aktyvumo, mes neįtraukėme įvykių, kurie sutapo su numanomu IIS bet kuriame žievės arba hipokampo SEEG kanale, įtrauktame į analizę. Įvykiai SEEG įrašuose, kurių plačiajuosčio ryšio LFP turėjo tik vieną ryškų ciklą arba nuokrypį, kurie pasireiškė keliais ciklais, viršijančiais aptikimo slenkstį, esant 70-100 Hz dažnių juostos pralaidumui, buvo neįtraukti, jei didžiausia absoliuti amplitudė nuo slėnio iki viršūnės arba nuo viršūnės iki slėnio plačiajuosčio ryšio LFP buvo 2,5 karto didesnis nei trečias pagal dydį.

Kiekvieno kanalo vidutinis pulsacijos užrakintas LFP ir vidutinė pulsavimo juosta buvo vizualiai ištirta, siekiant patvirtinti, kad buvo keli ryškūs pulsavimo dažnio (70-100 Hz) ciklai, o vidutinis laiko ir dažnio grafikas buvo ištirtas siekiant patvirtinti, kad galia aiškiai padidėjo. 70-100 Hz diapazone. Be to, buvo vizualiai ištirti keli atskiri plačiajuosčio ryšio LFP bangavimas ir 70-100 Hz dažnių juostos pralaidumas iš kiekvieno kanalo, siekiant patvirtinti, kad buvo daug ciklų, kurių dažnio bangavimas nebuvo užterštas artefaktais ar epileptiformine veikla. Kanalai, kuriuose nebuvo šiuos kriterijus atitinkančių bangų, nebuvo įtraukti į tyrimą.

Pažymėtina, kad neseniai atliktame tyrime, remiantis šiais kriterijais, nustatyta epilepsija nesergančiam pacientui (Rubin ir kt., 2022). Kiekvieno pulsavimo virpesių dažnis buvo apskaičiuotas pirmiausia suskaičiavus 70-100 Hz juostos pralaidumo nulio kirtimų skaičių (kiekvienas reiškia pusę ciklo) pulsacijos įvykio metu ir pridedant bet kokį likusį dalinį pusciklą (ty likusį fazės kampą virš p). Pusės ciklų skaičius pulsacijoje buvo padalintas iš 2, kad būtų apskaičiuotas bendras ciklų skaičius pulsacijos metu. Galiausiai, virpesių dažnis hercuose buvo apskaičiuotas kaip ciklų skaičius, padalytas iš pulsacijos trukmės sekundėmis.

Vieneto smailių atėmimas iš LFP. Vienas iš iššūkių aptinkant aukšto dažnio svyravimus, pvz., Amikroelektrodu užfiksuotus LFP bangavimus, yra tai, kad vienetų spygliai gali „pratekėti“ į mikroLFP (Ray, 2015), todėl galima aptikti netikrus ryšius tarp bangavimo ir vieneto spyglių. Nors vieneto smailės yra greiti įvykiai, paprasčiausiai sumažinus atranką (kuriam pirmiausia reikia atlikti žemus dažnius, kad būtų išvengta slapyvardžio) gali visiškai nepašalinti veikimo potencialo įtakos mikro-LFP.

Norėdami tai išspręsti, naudojome modifikuotą vieneto smaigalio bangos formos atėmimo metodą (Pesaran ir kt., 2002). Tiksliau, kiekvieno vieneto vidutinė smailės bangos forma (500–1600 ms aplink dugną) buvo atimta iš nefiltruoto 30 kHz Jutos masyvo mikro-LFP to paties kanalo, kurio centre yra kiekvienas smaigalys. Tada duomenų atranka buvo sumažinta iki 1 kHz ir pulsacijos aptikimas buvo atliktas, kaip aprašyta aukščiau. Patvirtinome, kad šis metodas leido aptikti tikrus svyravimus plačiai vizualiai patvirtinant įvykius 30 kHz mikro-LFP.

IIS aptikimas ir atmetimas. Ripples ir kitos miego bangos buvo neįtrauktos, jei jos buvo 6500 ms atstumu nuo numanomos IIS aptiktos taip: Aukšto dažnio balas buvo apskaičiuotas išlyginus 70-190 Hz analitinę amplitudę su 20 ms boxcar funkcija, ir buvo sugeneruotas spiketemplate balas. apskaičiuojant kryžminę kovariaciją su šablonu IIS. Aukšto dažnio balas buvo įvertintas 13, spikescore – 25, o IIS buvo aptiktas, kai šios svertinės sumos viršijo 130. Kiekvienam pacientui aptikta IIS ir tarpinės epochos buvo vizualiai ištirtos iš hipokampo ir žievės kanalų (jei jie buvo). didelis aptikimo jautrumas ir specifiškumas.

Žemesnių, aukštesnių ir miego verpsčių aptikimas. Buvo aptiktos žemesnės ir aukštesnės būsenos, kaip aprašyta anksčiau (Jiang ir kt., 2019a,b), kur kiekvieno kanalo plačiajuosčio ryšio LFP buvo perduodamas iš 0.1-4 Hz (šeštos eilės). Butterworth filtras su nulinės fazės poslinkiu) ir nuoseklūs nulio kirtimai, atskirti 0.25-3 s. Buvo pasirinktos didžiausios 10 % amplitudės smailės ir, jei reikia, kiekvieno signalo poliškumas buvo apverstas, kad sumažėjusios būsenos būtų neigiamos, o aukštesnės – teigiamos, užtikrinant, kad vidutinė 70-190 Hz dažnių juostos pralaidumo analitinė amplitudė per 6100 ms aplink smailes būtų didesnė. aukštesniems nei žemyniniams. Iš viso buvo aptikti 2 649 563 kritimai, kurių vidutinis SD (visuose kanaluose) tankis (pasireiškimo dažnis) buvo 12.9 6 4.7 min1 ir amplitudė 237.3 6 169.8 mV. Iš viso aptikta 2 922 211 aukštumų, kurių tankis 14.6 6 4.7 min1 ir amplitudė 163.8 6 84.9 mV.

Verpstės buvo aptiktos, kaip aprašyta anksčiau (Hagler ir kt., 2018), kur duomenys buvo perduodami dažniu 10-16 Hz, tada absoliučios vertės buvo išlygintos per konvoliuciją su siaurėjančiu 300 ms Tukey langu. buvo atimti iš kiekvieno kanalo. Duomenys buvo normalizuoti pagal vidutinį absoliutų nuokrypį, o verpstės buvo aptiktos, kai smailės viršijo 1 mažiausiai 400 ms. Pradžiai ir poslinkiai buvo pažymėti, kai šios amplitudės nukrito žemiau 1. Numanomi velenai, kurie sutapo su dideliu žemesnės (4-8 Hz) arba didesnės (18-25 Hz) dažnių juostos galios padidėjimu, buvo atmesti, kad būtų neįtraukti plačiajuosčio ryšio įvykiai ir teta pliūpsniai, kuris gali išsiplėsti iki apatinio veleno diapazono galo (Gonzalez ir kt., 2018). Iš viso buvo aptikti 694 168 verpstės, kurių vidutinis ir SD (skersinių kanalų) tankis yra 3.{12}}.0 min1, amplitudė 29.1 6 13.5 mV, virpesių dažnis 12.{19} },7 Hz, o trukmė 633.{22}},2 ms.

Laikinų santykių bangavimas. Apskaičiuotos žievės miego bangų peri-kortikinės pulsacijos laiko histogramos tame pačiame kanale. Įvykių skaičiavimas buvo rastas 50 ms miego bangoms per 61 500 ms aplink žievės virpėjimo centrus ties t=0. Nulinis pasiskirstymas buvo sugeneruotas maišant įvykių laikus, palyginti su bangomis ties t=0 šiame 3 s lange po 200 kartų. Išankstinės FDR p reikšmės buvo apskaičiuotos lyginant pastebėtus ir nulinius pasiskirstymus kiekvienoje dėžėje per 61 000 ms žievės miego bangoms. Tada šios p reikšmės buvo FDR pakoreguotos pagal pacientų kanalų skaičių, padaugintą iš kanalų dėžių skaičiaus (Benjamini ir Hochberg, 1995). Laikoma, kad kanalas turi reikšmingą moduliaciją, jei buvo trys ar daugiau iš eilės einančių dėžučių, kurių FDR pakoreguotos p reikšmės mažesnės nei=0.05. Ar įvykiai buvo pirmaujantys, ar atsilikę žievės bangavimas t=0, kiekvienam kanalui buvo apskaičiuota naudojant dvipusį dvinarį testą, kurio numatoma vertė yra 0,5, naudojant įvykių skaičių per 1000 ms prieš ir 1000 ms po t=0. miego bangos. Sklypai turėjo 50 ms Gauso išlygintus įvykių skaičiavimus su 50 ms dėžėmis.

Sąlyginės bangavimo tikimybės, atsižvelgiant į šias miego bangas arba jų sekos: apatinė būsena, velenas, aukštyn būsenos, žemesnės būsenos ir suklio būsenos aukštyn. Sukliui suteiktas pulsavimas (R|SS) buvo nustatytas, jei pulsacijos centras atsirado veleno metu (vidutinė veleno trukmė buvo 634 ms). Laikoma, kad pulsacija atsiranda prieš pradinę būseną (R|US) arba po to (R|DS), jei pulsacijos centras įvyko atitinkamai per 634 ms prieš arba po to, kai pasireiškė aukštesnės arba apatinės būsenos piko.

Vienetų aptikimas, klasifikavimas, kokybė ir izoliavimas. Vienetų aptikimas ir klasifikavimas buvo atlikti pagal mūsų paskelbtas procedūras (Peyrache ir kt., 2012; Chan ir kt., 2014; Dehghaniet al., 2016; Le Van Quyen ir kt., 2016; Telenczuk ir kt. , 2017; Eichenlaub ir kt., 2020; Dickey ir kt., 2021). Duomenys buvo perduodami dažniu 300-3000 Hz, o numanomi vienetų šuoliai buvo aptikti, kai filtruotas signalas 5 kartus viršijo apskaičiuotą foninio triukšmo SD. Vienetai buvo k-viduriai, sugrupuoti naudojant pirmuosius tris pagrindinius kiekvieno smaigalio komponentus. Uždengti smaigaliai buvo ištirti vizualiai, o tie, kurių bangos formos buvo nenormalios, buvo neįtraukti. Remiantis jų bangų formomis, šaudymo greičiu ir autokorelogramomis, veikimo potencialai buvo suskirstyti į grupes, atsirandančias dėl tariamų PY arba IN. PY sparčio dažnis 0.{11}}.8 Hz, ilgi intervalai nuo slėnio iki viršūnės ir pusės pločio intervalai, aštrios autokoreliacijos ir bimodalinis tarpsmailių intervalo (ISI) pasiskirstymas, atspindintis polinkį šaudyti serijomis.

Priešingai, IN smailių dažnis buvo: {{0}} Hz, trumpi intervalai nuo slėnio iki viršūnės ir pusės pločio intervalai, plačios autokoreliacijos ir daugiausia vienmodalinis ISI pasiskirstymas. Į tyrimą įtrauktas Jutos masyvo pacientas turėjo 69 PY su iš viso 231 922 smaigaliais, taip pat 23 IN su iš viso 462 246 smaigaliais. Vidutinė ir SD PY nuo slėnio iki piko amplitudė buvo 44.8 6 12.9 mV, smailės dažnis buvo {{20}}.28 6 0.17 Hz, nuo slėnio iki piko plotis buvo 0.49 6 0.5 ms, pusės smailės plotis buvo {{40}}.62 6 0.04 ms, o sprogimo indeksas buvo 0.03 6 0.02. Vidutinė ir SD IN nuo slėnio iki viršūnės kampanijų buvo 28.9 6 11.9 mV, smailės dažnis buvo 1.67 6 1.63 Hz, plotis nuo slėnio iki viršūnės buvo 0.29 60. 05 ms, pusės smailės plotis buvo 0.{45}}.05 ms, o sprogimo indeksas buvo 0.01 6 0.01. Amplitudė nuo slėnio iki smailės, smailės dažnis, plotis nuo slėnio iki smailės, pusės smailės plotis ir plyšimo indeksas PY ir IN (p, 0,0001, dvipusis dviejų imčių t testas) reikšmingai skyrėsi.

Vieno įrenginio kokybė ir izoliacija buvo patvirtinti pagal anksčiau nustatytas gaires (Kaminski ir kt., 2020). Buvo patvirtinta, kad vieneto šuoliai gerokai viršija triukšmo ribą, remiantis dideliu didžiausio signalo ir triukšmo santykiu (PY: 10.1 6 3.4;IN: 5.9 6 3.1). Kadangi neuronų ugniai atsparus periodas yra 3 ms, ISI procentas, 3 ms, įvertina vieno vieneto užterštumo smailiais iš skirtingų vienetų laipsnį, kuris buvo labai mažas tarp vienetų, įtrauktų į šį tyrimą (PY: 0.{14) }}.15%; IN: 0.31 6 0.50%). Be to, pavieniai vienetai, aptikti tame pačiame kontakte, buvo labai atskirti pagal jų projekcijos atstumus (Pouzat ir kt., 2002) (PY: 49.{101} {21}}.8 SD; IN: 50.9 6 28.6 SD). Galiausiai, laikinas vieneto šuolių stabilumas laikui bėgant buvo patvirtintas remiantis kiekvieno vieneto vidutinės bangos formos ir amplitudės nuoseklumu įrašymo kvartiliuose.

Vieneto šuolio bangavimo metu analizė. Vieneto padidėjimas buvo analizuojamas atsižvelgiant į vietinius bangavimus, aptiktus tame pačiame kontakte. Vienetinių smailių bangavimo fazės buvo nustatytos nustatant 70-100 Hz dažnių juostos pralaidumo signalo Hilberto transformacijos kampą (nulinės fazės poslinkis) smailių metu. Pagal Berensą (2009) kiekvienam vienetui buvo nustatyta žiedinė vidutinė bangavimo fazė. Fazių analizė buvo atlikta tik tiems vienetams, kuriuose vietinių bangų metu buvo bent 30 spyglių. Rayleigh testas buvo naudojamas siekiant įvertinti vienmodalinį nuokrypį nuo apskritimo vidurkio fazių vienodumo tarp vienetų. PY–PY ir PY–IN vienetų poros bendras uždegimas per 5 ms buvo įvertintas remiantis Dickey ir kt. (2021). Norėdami įvertinti bendrą degimą, kai vienoje ar abiejose vietose buvo bangavimas, palyginti su pradine linija, kai nebuvo jokių bangų, atsitiktinai parinkome nepulsavimo epochą, kurios skaičius ir trukmė atitiko bangavimą, bet kurio metu nebuvo aptikta jokių bangų nė viename kanale. Bendras degimas bangavimo metu su stebimu ir atsitiktiniu smailės laiku buvo apskaičiuotas maišant kiekvieno vieneto smailės laikus bangavimo intervalais.

Eksperimento planavimas ir statistinė analizė. Visi statistiniai testai buvo įvertinti=0.05. Visos p reikšmės, apimančios kelis palyginimus, buvo FDR pakoreguotos pagal Benjamini ir Hochberg (1995). FDR pataisymai kanalų porose buvo atlikti visose kanalų porose iš visų į analizę įtrauktų pacientų. Dėžutės ir ūsų diagramos rodo vidutinį, vidurkį ir tarpkvartilią, o ūsai rodo 1,5 tarpkvartilių diapazoną, o nuokrypiai praleisti. Branduolio tankio diagramos buvo sudarytos naudojant Bechtold (2016) metodus. Peri-pulsavimo laiko histogramų reikšmingumo ir maišymo statistika buvo apskaičiuota, kaip aprašyta aukščiau. Vieneto padidėjimo statistika buvo apskaičiuota, kaip aprašyta aukščiau.

Statistiniai bangavimo charakteristikų palyginimai buvo atlikti naudojant dvipusius suporuotus arba dvipusius dviejų imčių t-testus tarp kanalų vidurkių. Pulsacijos charakteristikų skirtumai tarp būsenų (NREM arba budrumo) arba regionų (žievės arba hipokampo) buvo nustatyti naudojant linijinius mišrių efektų modelius, kurių būsena ir regionas yra fiksuoti, o pacientas - kaip atsitiktinis poveikis, pagal šį modelį:

Duomenų prieinamumas. Neidentifikuotus neapdorotus duomenis, pagrindžiančius šio tyrimo išvadas, atitinkami autoriai pateikia pagrįstu prašymu, jei dalijimosi duomenimis sutartis ir paciento sutikimas leidžia dalytis.

Kodo prieinamumas. Kodą, patvirtinantį šio tyrimo išvadas, atitinkami autoriai gali gauti pagrįstu prašymu.

Rezultatai

Ripples yra visur įvairiose būsenose ir struktūrose, kurių būdingas ir židinio dažnis (; 90 Hz) ir trukmė (; 70 ms)

Ripples buvo aptiktos intrakranijinės žievės ir hipokampo SEEG įrašuose iš 17 pacientų, kuriems buvo stebima traukulių židinio lokalizacija (1 lentelė). Bipoliniai transkortikiniai dariniai užtikrino lokaliai generuojamų LFP matavimą. Ripples buvo aptiktos tik nepažeistose, ne epileptogeninėse srityse ir turėjo turėti bent tris padidintos 70-100 Hz amplitudės ciklus be užteršimo epilepsijos forma ar artefaktais (1A pav.). Epochsand kanalų, galinčių užteršti epileptiformine veikla, įrašymas buvo griežtai atmestas. Pabudimo ir NREM metu bangavimas buvo aptiktas visose žievės srityse, iš kurių buvo imtasi mėginių (2A, B, E–J pav.; 3 lentelė), taip pat hipokampe (2C, D, K, L pav.; 3 lentelė).

Visose valstybėse ir žievės regionuose pulsacijos dažnis buvo nepaprastai nuoseklus esant 90 Hz. Tiksliau, vidutinis žievės virpėjimo dažnis regione svyravo nuo 88.8-90.0 Hz NREM metu ir 89.2-89.8 Hz pabudimo metu (3 lentelė; 3 pav.). Vidutinis 6 SD pulsacijos virpesių dažnis visuose žievės kanaluose NREM metu buvo 89.{11}},8 Hz, o pabudimo metu - 89.{14}},7 Hz. Šie duomenys taip pat pateikiami kaip atskirų pulsacijos charakteristikų (amplitudės, dažnio, trukmės, susijusių 0,200 Hz amplitudės pokyčių) histogramos 4 paveiksle, o atskirų pacientų - 5 paveiksle. Pagrindinės žievės bangavimo charakteristikos buvo labai panašios papildomoje analizėje, kuri tik įtraukti žievės kanalai be IIS (6A pav.).

Virpesių dažnis buvo ne tik labai nuoseklus esant 90 Hz bangavimui, bet ir padidinta amplitudė buvo labai koncentruota esant 90 Hz dažniui plačiajuosčio ryšio įrašuose, o staigus amplitudės kritimas aukštesniuose ir žemesniuose dažniuose. Šis židinio galios padidėjimas, kuris ypač ryškus NREM metu, gali būti matomas pavyzdiniuose kanaluose (2A pav., E–H), taip pat didžiuosiuose vidutinių laiko ir dažnių diagramose, kurie yra visų kanalų visų bangų vidurkiai (2I–L pav.). .

Atlikome papildomas analizes, kad išsiaiškintume, ar šis pulsavimo dažnio dėsningumas ir židinys gali būti dėl mūsų metodo, kaip juos aptikti. Pirma, atlikome išsamią visų SEEG kanalų ir epochų analizę, naudodami du skirtingus dažnių diapazonus pulsacijos aptikimui ir pasirinkimui. Vienas naudojo aptikimo dažnių juostos pralaidumą nuo 70 iki 100 Hz, kaip ir mūsų pirminėje analizėje, o kitas išplėtė aptikimo dažnių juostą iki 65-120 Hz. Vidutinis 6 SD NREM pulsacijos virpesių dažnis kanaluose (N=273) iš visų SEEG pacientų (S1-S17) yra labai panašus, kai naudojamas 70-100 Hz dažnių juostos pralaidumas (vidutiniškai 6 SD=89.1 60.8 Hz) arba 65-120 Hz dažnių juostos pralaidumas (92.{14}}.2 Hz) (1B pav.). Be to, patikrinome, ar 60 ir 120 Hz įpjovos filtrai (pašalina linijos triukšmą), taip pat 70-100 Hzbandpass dirbtinai nesukėlė didžiausios galios esant 90 Hz (1C pav.). Taigi, 90 Hz virpesių dažnis yra fiziologinis, o ne nulemtas specifinių aptikimo metodų.

Vidutinė pulsacijos trukmė taip pat buvo nepaprastai nuosekli (;70 ms) visose valstybėse ir žievės regionuose (3 lentelė). Trukmė ir nuoseklumas nepaaiškinami aptikimo reikalavimu turėti bent 3 ciklus (kuris esant 90 Hz yra 33,3 ms), o tai rodo, kad ši trukmė taip pat yra fiziologinė savybė. Kitos charakteristikos, įskaitant tankį (NREM: 8.36 6 2.69 min1, pažadinimo: 5.77 6 3.42 min1), didžiausią amplitudę (NREM: 5.10 6 2.25 mV, pažadinimo: 7.{18}}.17 mV) ir 0,200 Hz amplitudės pokytis (NREM: 3.096 2.75%, pažadinimas: 33,02636,90%) taip pat buvo labai panašus tarp kanalų (2 pav., 3). Ripple charakteristikos taip pat buvo vienodos visiems pacientams (5 pav.). Tačiau buvo pastebėti nedideli, bet reikšmingi skirtumai tarp regionų, žievės ir hipokampo bei NREM ir pabudimo, kurie aprašyti toliau.

Ripples rodo nedidelius, bet reikšmingus skirtumus tarp žievės ir hipokampo

Žmogaus hipokampo raibuliai anksčiau buvo atrinkti naudojant įvairius metodus (apžvalgą žr. Jiang ir kt., 2019c). Ankstesniuose tyrimuose reikalavome, kad raibuliavimas būtų ant aštrių bangų (būdingų priekiniam hipokampui) (Jiang ir kt., 2019a) arba verpstės (būdingos užpakaliniam hipokampui) (Jiang ir kt., 2019b). Šiame tyrime mes iš naujo išanalizavome šiuos duomenis taikydami tuos pačius kriterijus ir procedūras, kuriuos naudojome nustatydami ir atrinkdami žievės bangavimą, kad išvengtume bet kokių metodologinių neaiškumų; y., mes nereikalavome, kad būtų ar nebūtų jokio susijusio žemesnio dažnio LFP parašo.

Naudodami tuos pačius aptikimo kriterijus, mes nustatėme, kad žievės ir hipokampo raibuliai turi tas pačias pagrindines charakteristikas ir palyginti nedidelius skirtumus. Pagrindinės hipokampo bangavimo charakteristikos buvo labai panašios papildomoje analizėje, kuri apėmė tik hipokampo kanalus, kuriuose nėra IIS (6B pav.). Atliekant NREM, hipokampo virpesiai turėjo vidutinius laiko ir dažnio grafikus (2C pav., K), kurie buvo panašūs į atitinkamas žievės diagramas (2A pav., E–I), kurių virpesių aktyvumas buvo koncentruotas 90 Hz dažniu, tačiau skyrėsi tuo, kad buvo uždėtas ant smailės smailės. vietinė aštri banga – bangavimas, o ne prieš pat lokalinę būseną, kaip matyti žievėje. Pabudimo metu vidutiniai hipokampo (2D pav., L) ir žievės (2B pav., J) bangavimo laiko ir dažnio grafikai vėl rodo koncentruotą virpesių aktyvumą 90 Hz dažniu, bet taip pat ir aktyvumą, kuris tęsiasi į aukštesnius dažnius, kaip nurodyta aukščiau.

Statistinė analizė (3 pav.) atskleidė keletą skirtumų, kurie, nors ir nedideli, vis dėlto buvo reikšmingi, siejami su dideliu kanalų skaičiumi. Tiksliau, lyginant su žievės raibuliukais, hipokampo raibuliai buvo vidutiniškai: šiek tiek tankesni NREM metu ir tankesni pabudimo metu; šiek tiek mažesnis dažnis, ypač NREM metu (bet vis tiek 3 Hz skirtumas); ilgesnė trukmė, ypač NREM metu (bet skirtumas 10 ms); didesnė amplitudė (po;2,5 ); ir kartu su mažesniu, bet vis tiek reikšmingu 0,200 Hz amplitudės padidėjimu pabudimo metu, palyginti su NREM. Be to, žievės bangavimo charakteristikos nebuvo reikšmingai koreliuojamos su hipokampo jungties tankiu su jų vietiniu sklypu (7 pav.). Apskritai, žievės ir hipokampo raibuliai atrodo labai panašūs, išskyrus jų amplitudę ir susijusias lėtesnes bangas NREM metu (2 pav.; 8A–F pav.).

Ripples galima atskirti nuo aukšto dažnio limbinių virpesių

Žmonių virpesių aktyvumas esant 0,60 Hz buvo tiriamas anksčiau, daugiausia epilepsijos hipokampe. Le Van Quyen ir kt. (2010) pranešė apie galimą nepatologinį aktyvumą, daugiausia iš parahipokampo gyrus vietų. Jie nustatė minimalią 100 ms trukmę, kuri būtų pašalinusi didžiąją dalį įvykių, kuriuos ištyrėme (3D, 4 pav.), ir yra ilgesnė nei anksčiau pranešta apie žmogaus hipokampo bangas (Jiang ir kt., 2019c), žmogaus. žievės raibuliukai (Vaz ir kt., 2019) ir graužikų tipokampiniai raibuliai (Buzsáki, 2015).

Be to, vidutiniškai 7 ilgiau nei čia aprašomi įvykiai, aprašyti Le Van Quyen ir kt. (2010) taip pat skiriasi tuo, kad juose yra keli virpesių dažniai (tuo tarpu čia aprašyti yra stipriai sutelkti ties; 90 Hz) ir turi didesnes amplitudes. Tačiau jų įvykiai yra panašūs, nes yra susiję su aukštesnėmis valstybėmis ir moduliuojančių vienetų šaudymą (žr. toliau). Todėl buvome suinteresuoti nustatyti ryšį tarp daugiausia parahipokampinių įvykių, aprašytų LeVan Quyen ir kt. (2010) ir čia aprašyti plačiai paplitę žievės įvykiai.

Atrinkome savo parahipokampinius kanalus (N {{0}} kanalų iš 5 pacientų) ir įgyvendinome šiuos atrankos kriterijus, aprašytus Le Van Quyen ir kt. (2010): duomenys buvo pralaidūs 40-120 Hz dažniu, minimali įvykio trukmė buvo 100 ms, o kitu atveju įvykiai buvo aptikti, kaip aprašyta skyriuje „Medžiagos ir metodai“. Naudodamiesi šiais atrankos kriterijais, mes nustatėme labai mažą įvykių tankį. Vidutinis parahipokampinių kanalų bangavimo tankis NREM naudojant mūsų kriterijus buvo 9,08 min1 (diapazonas: 7.{9}}.77 min1), o naudojant Le Van Quyen ir kt. (2010) aptikimo kriterijai buvo tik 0,40 min1 (diapazonas: 0-1,53 min1). Taigi čia aprašyti įvykiai neatitinka tų, apie kuriuos anksčiau pranešė Le Van Quyen ir kt. (2010).

Ripples rodo nedidelius, bet reikšmingus skirtumus tarp pirminių sensorinių-motorinių ir asociacijų žievės

Ankstesnis darbas su miegančiomis žiurkėmis (Khodagholy ir kt., 2017) ir budinčiais žmonėmis (Vaz ir kt., 2019) parodė, kad žievės raibuliukai yra dažnesni asociacijų srityse nei ankstyvosiose jutimo ir motorinėse srityse, kur jų nebuvo arba jie buvo reti. Priešingai, mes nustatėme, kad pulsacijos tankis, amplitudė ir 200 Hz amplitudė (vieneto šaudymo tarpinis rodiklis) (Mukamel ir kt., 2005) pirminėje žievėje buvo žymiai didesni nei asociacijos srityse, kaip rodo teigiama koreliacija. su mielinizacijos indeksu (8G–I pav.) (Rosen ir Halgren, 2021). Virpesių dažnis ir trukmė nebuvo koreliuojami su mielinizacijos indeksu (9 pav.). Kai kuriais atvejais šis poveikis buvo nedidelis, pavyzdžiui, paaiškindamas tik 1,7% tankio dispersijos pabudimo metu ir 4,4% NREM metu. Kitais atvejais poveikis buvo reikšmingas, pavyzdžiui, paaiškindamas 19, 4% NREM amplitudės dispersijos. Lyginant NREM ir pabudimą, NREM buvo žymiai stipresnė koreliacija tarp mielinizacijos indekso ir tankio (p=0.02, t=2.1), amplitudės (p=8 104,t {{19). }}.2) ir .200 Hz moduliacija (p=2 106, t=4.7; vienpusis suporuotas r testas; MATLAB: r_testas_ suporuotas) (Steiger, 1980). Atrodo, kad žmogaus žievės bangavimas yra šiek tiek didesnis ir stipresnis jutimo ir motorikos srityse nei asociacijos srityse.

Ripples rodo nedidelius, bet reikšmingus skirtumus tarp NREM ir pabudimo

Dauguma žievės ir hipokampo bangavimo charakteristikų buvo panašios tarp NREM ir pabudimo (3 pav.; 3 lentelė), tačiau dėl didelio įvykių skaičiaus net nedideli skirtumai buvo reikšmingi. Turint omenyje tik 0,10 % skirtumus, žievės bangavimo tankis buvo 31 % didesnis, o amplitudė 43 % mažesnė NREM nei pabudimo metu. NREM metu pulsacijos trukmė žievėje buvo 13% didesnė, o hipokampe - 20% didesnė nei pabudimo. Ryškiausi skirtumai buvo procentinis vidurkio pokytis.200 Hz amplitudė bangavimo metu, palyginti su 2–1 s pradine linija (3E pav.), kuri padidėjo 969 % nuo NREM iki pabudimo žievėje ir 304 % hipokampe.

Manoma, kad šis skirtumas yra plačiajuostis pabudimo bangos suaktyvintos laiko ir dažnio diagramose iš žievės (2Bii pav., J) ir hipokampo (2Dii pav., L), todėl paprastai būtų interpretuojamas ne kaip anosciliacija, o kaip indikacija. dėl padidėjusio kelių vienetų aktyvumo. Taigi, palyginti su pabudimu, žievės raibuliai yra šiek tiek tankesni, ilgesni ir mažesni NREM; Hipokampo raibuliai taip pat yra ilgesni. Vienintelis esminis skirtumas yra tas, kad tiek žievės, tiek hipokampo bangavimas yra susijęs su daug didesniu numanomu kelių vienetų aktyvumo padidėjimu budrumo metu nei NREM.

Žievės bangavimas užfiksuoja miego bangas, kurios yra labai svarbios atminties konsolidavimui

Virpesių jungtys yra svarbios atminties konsolidavimui (Latchoumane ir kt., 2017). Ankstesni tyrimai parodė, kad katėms (Grenier ir kt., 2001) ir žiurkėms (Khodagholy ir kt., 2017) žievės bangavimas atsiranda viršutinėse ir verpstės smailėse, tačiau šie ryšiai nebuvo įvertinti žmonėms. Mes aptikome apatines ir aukštesnes būsenas, kurių poliškumas buvo nustatytas remiantis susijusiu aukšto dažnio aktyvumu (išsamiau žr. Medžiagos ir metodai), taip pat verpstes ir nustatėme, kad žievės bangavimas buvo tiksliai susietas su aukščiau aprašyta miego bangų seka (10 pav.; 4 lentelė). ). Tiksliau, 95 % žievės kanalų bangavimas buvo reikšmingai susijęs su žemesniu ir aukštesniu lygiu (10B pav., D, E), paprastai pereinant iš žemyn į aukštesnę būseną, kaip matyti iš atskirų bandymų (2Aiii, 10A pav.) ir Plačiajuosčio ryšio LFP pulsacijos suaktyvinti vidurkiai (2Ai pav., E–H).

Peri-ripple histogramos rodo, kad vidutiniškai žievės pulsacijos centrai atsirado praėjus 450 ms po žemesnės būsenos maksimumų ir 100 ms iki viršutinių maksimumų (10B pav., D–G). Rečiau raibuliavimas pasireikšdavo verpsčių metu (reikšminga asociacija 29 % kanalų; 10C pav., E), kaip matyti iš atskirų bandymų (10A pav.) ir peri-pullingo laiko ir dažnio diagramose (2Aii, E pav.). Peri-ripple histogramos rodo, kad verpstės prasidėjo vidutiniškai 225 ms prieš žievės raibuliavimo centrą, o tai rodo, kad raibuliavimas linkęs atsirasti verpsčių metu (10C pav., E–G). Tikimybė, kad raibuliavimas įvyks verpstėse prieš aukštumas, buvo didesnė nei bangavimo atsiradimo tikimybė. velenų metu arba prieš aukštyn (10H pav.). Šie rezultatai rodo, kad žievės bangavimo laikas NREM metu yra tinkamas konsolidacijai palengvinti, vadovaujantis nuosekliu miego bangų aktyvavimu.

For more information:1950477648nn@gmail.com