Promjene u povezivanju mozga tijekom spavanja transkranijalnom neurostimulacijom zatvorene petlje predviđaju osjetljivost metamemorije 4. dio
May 17, 2024
U studijama postoji velika varijabilnost u frekvencijskim pojasima odabranim za ocrtavanje sporih i brzih vretena (Ayoub i sur., 2013.; Holz i sur., 2012.; Schabus i sur., 2007.), a nedavni dokazi sugeriraju da se ta razgraničenja mogu razlikovati od svakog pojedinca (Cox i sur., 2017.).
Brzo vreteno je područje našeg mozga koje je usko povezano s našim pamćenjem. Istraživanja pokazuju da kada smo uključeni u proces učenja i pamćenja, brza vretena postaju aktivnija, čime se poboljšava naše pamćenje.
Funkcija brzih vretena je ojačati i učvrstiti naša sjećanja. Kada primimo nove informacije, brza vretena skupljaju informacije iz drugih područja mozga i pretvaraju ih u fragmente pamćenja koje možemo pohraniti i prisjetiti se. Brza vretena su stoga ključna za naše procese učenja i pamćenja.
Dakle, kako poboljšati funkciju našeg brzog vretena? Prije svega, moramo zadržati dobre životne navike. Adekvatan san, zdrava prehrana i redovita tjelovježba igraju važnu ulogu u zdravlju i funkciji vašeg brzog vretena. Osim toga, fokusiranje na učenje i razmišljanje može potaknuti aktivnost brzih vretena i poboljšati naše pamćenje.
Ukratko, brza vretena neraskidivo su povezana s našim pamćenjem. Održavanjem zdravog života i obraćanjem pozornosti na učenje, možemo poboljšati funkciju brzog vretena i poboljšati svoje pamćenje, kako bismo se bolje nosili s izazovima u životu i učenju. Budimo optimisti i marljivo radimo na boljoj budućnosti. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je Cistanche deserticola tradicionalni kineski ljekoviti materijal koji ima mnogo jedinstvenih učinaka, a jedno od njih je i poboljšanje pamćenja. Djelotvornost Cistanche deserticola dolazi od brojnih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući taninsku kiselinu, polisaharide, flavonoidne glikozide itd. Ovi sastojci mogu promicati zdravlje mozga na različite načine.
Kliknite na 10 načina za poboljšanje pamćenja
Odabrali smo 8–12 Hz i 12–15 Hz kao pojaseve za odvojeno istraživanje sporih i brzih vretena, a naši rezultati sugeriraju da je povezivost u pojasu brzog vretena posebno modulirana STAMP-ovima.
Međutim, može postojati varijabilnost u razgraničenju pojasa vretena između sudionika u eksperimentu, što dovodi do preklapanja spore i brze aktivnosti vretena u tim pojasima. Prema našim podacima, duljine puta u pojasima 8–12 Hz i 12–15 Hz bile su visoko korelirane (r=0.88), što sugerira visok stupanj preklapanja između ovih frekvencijskih pojaseva.
Stoga, ovdje tvrdimo da je aktivnost vretena bila modulirana pomoću STAMP-ova, ali bit će potrebna daljnja analiza kako bi se posebno razgraničilo između brzih i sporih vretena. Osim toga, upotrijebili smo pristup temeljen na frekvencijskom pojasu kako bismo prilagodili analizu povezanosti i strojnog učenja koju smo implementirali; međutim, vretena su prolazni događaji koji se događaju kratko u vremenu.
Iako je pristup ovdje vjerojatno obuhvatio aktivnost povezanu s vretenima, pristup koji se više fokusira na događajima u kojem se identificiraju specifični događaji vretena može dodatno razjasniti njihovu ulogu u metakogniciji.
Rezultati regresijske analize pokazali su da su promjene u duljini puta u beta pojasu povezane s promjenama u osjetljivosti pamćenja od stanja prije spavanja do stanja nakon spavanja u aktivnom stanju. Prijavljeni odnos bio je u razumnom smjeru, s manjom duljinom puta (većom učinkovitošću) povezanom s poboljšanjima u metakognitivnoj izvedbi.
Međutim, imajte na umu da se duljina beta puta nije značajno razlikovala između aktivnih i lažnih uvjeta, što sugerira da učinak obuhvaća preciznije individualne razlike, u kojima pojedinci koji pokazuju mrežnu reorganizaciju prema većoj učinkovitosti nakon STAMP stimulacije pokazuju veće poboljšanje metapamćenja preko noći od onih koji to ne čine.
O tome se dalje govori u Popratnim informacijama. Ovo je otkriće prilično novo, jer nijedna prethodna studija koliko znamo nije ispitala promjene u funkcionalnoj povezanosti nakon stimulacije tijekom spavanja koje se odnose na promjene u ponašanju.
Studije koje istražuju vizuomotoričko učenje i izvedbu, kao što su zadaci praćenja zrcala, prijavile su promjene u sinkronizaciji beta-pojasa i povezanosti tijekom i nakon zadatka (Classen et al., 1998; Kilner et al., 2004; Piantoni et al., 2015) ;međutim, studije koje ispituju povezanost teorijske povezanosti grafova s performansama epizodnog pamćenja, koje je testirano u trenutnom eksperimentu, općenito nisu ispitale niti prijavile promjene u povezanosti beta-pojasa (Burke et al., 2013.).
Međutim, promjene u duljini betaputa povezane su s napredovanjem Alzheimerove bolesti - naime, pacijenti s Alzheimerovom bolešću pokazuju veće duljine beta puta nego zdrave kontrolne skupine, a duljina betaputa je u negativnoj korelaciji s rezultatom pregleda mini-mentalnog stanja (MMSE) (Stam et al. .,2006). Osim toga, istraživanja u oscilatornoj neurofiziologiji spavanja pokazala su da je brža ritmička aktivnost (tj. u beta/gama rasponu) prisutna i održavana tijekom faze depolarizacije sporog vala i uglavnom odsutna tijekom faze hiperpolarizacije (Compte et al., 2008; Steriade , 2006.; Steriade i sur., 1996.).
Ova povećana aktivnost može biti posebno povezana s noradrenergičkim neuronima u sustavu locus coeruleus (Eschenko et al., 2012.), koji mogu pospješiti kortikalnu plastičnost, važnu komponentu konsolidacije pamćenja.
Prema tome, postoji mogućnost da mrežna organizacija i aktivnost beta-pojasa tijekom SWO općenito mogu biti važan aspekt epizodnog funkcioniranja pamćenja i procesa konsolidacije, koji se mogu ciljati i poboljšati kroz specifičnu STAMP stimulaciju. Jedno potencijalno ograničenje trenutne studije je nedostatak kontrolno stanje kako bi se isključio ukupni učinak stimulacije na povezanost.
Naime, STAMP-ovi su se mogli primijeniti tijekom spavanja koji nisu bili vezani uz bilo koju epizodu tijekom kodiranja kako bi se usporedile promjene povezivanja nakon označenih STAMP-ova s promjenama nakon neoznačenih STAMP-ova.
S obzirom na ograničeni broj STAMP-ova i složenost eksperimentalnog dizajna, odlučili smo maksimalno povećati našu statističku snagu korištenjem svih STAMP-ova za praćenje pamćenja tijekom spavanja.
Međutim, ovaj bi uvjet bio posebno koristan za razumijevanje naših rezultata klasifikacije. Trenutno možemo reći da odabrane značajke mogu razgraničiti Aktivne i lažne uvjete, a to može biti zbog procesa konsolidacije u aktivnom stanju u usporedbi s lažnim stanjem; međutim, to također mogu biti opće promjene nakon stimulacije.
Nasuprot tome, uvjereni smo da je odnos duljine beta puta prema promjenama osjetljivosti metamemorije povezan s procesima konsolidacije koji ovise o spavanju.
Naši bihevioralni rezultati pokazuju da je STAMP stimulacija dovela do prednosti za stanje Tag & Cue u usporedbi s drugim uvjetima, pokazujući specifičnu korist za razliku od općenitije koristi za metapamćenje izazvane stimulacijom. U skladu s tim, promjene u duljini beta puta specifično su predviđale promjene u Tag & Cue AUC promjenama i nisu predviđale osjetljivost u lažnom stanju.
Prethodni radovi koji su ispitivali povezanost mozga s teoretskim mjerama grafova često su imali ograničeniji pristup ispitivanjem specifičnih mjera ili specifičnih frekvencijskih raspona od interesa (Sadaghiani i sur., 2015; Song i sur., 2014).
Odlučili smo upotrijebiti pristup strojnog učenja pretraživanja kroz veliku zbirku mjera u različitim frekvencijskim pojasima kako bismo identificirali značajne promjene nakon stimulacije i upotrijebili unakrsnu provjeru valjanosti i usporedbu s osnovnim modelima kako bismo potvrdili naše nalaze. Međutim, ova metoda nije bez ograničenja.
Odabrane značajke mogu se razlikovati ovisno o algoritmu ili skupu odabranih koraka obrade. Osim toga, kako bismo uvelike poboljšali performanse, uklonili smo vrlo kolinearne značajke - međutim, ove uklonjene značajke potencijalno bi još uvijek mogle biti od teorijskog interesa.
Proveli smo naknadne statističke testove kako bismo osigurali da se naš konačni skup odabranih značajki statistički razlikuje između uvjeta stimulacije i/ili predviđa performanse; usprkos tome, mogu postojati druge značajke povezivanja u određenim opsezima koje su također značajno modulirane pomoću STAMP-ova i/ili predviđaju ponašanje, ali jednostavno nisu odabrane od strane algoritma.
Međutim, vjerujemo da je odnos duljine beta puta prema ponašanju robustan, budući da ga je algoritam Boruta dosljedno smatrao vrlo značajnim i da je značajno predvidio podatke o ponašanju, a ovaj učinak vjerojatno ne bi bio pronađen da smo ispitali samo standardnije mjere i frekvencijske pojaseve. Buduće studije mogle bi identificirati specifičnu ulogu beta mrežne povezanosti u epizodnom pamćenju i procesima donošenja odluka.
ZAHVALA
Ovaj rad podržali su DARPA i Ured za istraživanje vojske. Izraženi stavovi, mišljenja i/ili nalazi pripadaju autoru i ne smiju se tumačiti kao službeni stavovi ili politike Ministarstva obrane ili Vlade Sjedinjenih Država.
POMOĆNE INFORMACIJE
Značajke povezivanja, kao i vrijednosti osjetljivosti metamemorije, uključene su u Popratne informacije za ovaj dostupni članak.
AUTORSKI PRILOZI
Ryan Hubbard: Konceptualizacija; Formalna analiza; Metodologija; Pisanje – izvorni nacrt; Pisanje – pregled i uređivanje. Iman Zadeh: Konceptualizacija; Formalna analiza; Metodologija; Resursi; Softver; Pisanje – izvorni nacrt. Aaron Jones: Kuriranje podataka; Resursi. BradleyRobert: Kuriranje podataka; Resursi. Natalie Bryant: Kuriranje podataka; Resursi; Softver. Vincent Clark: Upravljanje podacima; Resursi. Praveen Pilly: Konceptualizacija; Formalna analiza; Pribavljanje sredstava; istraga; Administracija projekta; Nadzor; Pisanje – izvorni nacrt; Pisanje – pregled i uređivanje.
INFORMACIJE O FINANCIRANJU
Praveen Pilly, Agencija za napredne obrambene istraživačke projekte (https://dx.doi.org/10.13039/100000185), ID nagrade: W911NF-16-C-0018.
IZJAVA O SUKOBU INTERESA
Posljednji autor, Praveen K. Pilly, ima patent o korištenju transkranijalne električne stimulacije za ciljanu reaktivaciju pamćenja (američki patent br. 10,307,592). Vincent P. Clark znanstveni je savjetnik tvrtke NeuroGeneces, LLC. Svi autori izjavljuju da je istraživanje provedeno bez ikakvih drugih konkurentskih financijskih ili nefinancijskih interesa.
REFERENCE
1. Anderson, KL, Rajagovindan, R., Ghacibeh, GA, Meador, KJ i Ding, M. (2009.). Theta oscilacije posreduju u interakciji između prefrontalnog korteksa i medijalnog temporalnog režnja u ljudskom pamćenju. Cerebral Cortex, 20(7), 1604–1612. https://doi.org/10.1093/cursor/bhp223, PubMed: 19861635
2. Antony, JW, Gobel, EW, O'Hare, JK, Reber, PJ i Paller, KA (2012.). Ponovno aktiviranje pamćenja tijekom sna utječe na učenje vještina. Nature Neuroscience, 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., i Marshall, L. (2013.). Diferencijalni učinci na brzu i sporu aktivnost vretena i spore oscilacije sna kod ljudi s karbamazepinom i flunarizinom za antagoniziranje aktivnosti Na+ i Ca2+ kanala ovisne o naponu. Spavanje, 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.). Hipokampalno-prefrontalne theta oscilacije podržavaju integraciju pamćenja. Current Biology, 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.). Medijalne i lateralne mreže u prednjem prefrontalnom korteksu podržavaju metakognitivnu sposobnost pamćenja i percepcije. Journal of Neuroscience, 33(42), 16657–16665. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0786-13.2013, PubMed: 24133268
6. Barahona, M. i Pecora, LM (2002). Sinkronizacija u sustavima malog svijeta. Physical Review Letters, 89(5), 054101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.054101, PubMed: 12144443
7. Bassett, DS i Bullmore, ED (2006). Mreže mozga malog svijeta. The Neuroscientist, 12(6), 512–523. https://doi.org/10.1177/1073858406293182, PubMed: 17079517
8. Benchenanane, K., Peyrache, A., Khamassi, M., Tierney, PL, Gioanni, Y., Battaglia, FP, & Wiener, SI (2010.). Koherentne theta oscilacije i reorganizacija vremena šiljaka u hipokampalno-prefrontalnoj mreži nakon učenja. Neuron, 66(6), 921–936. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2010.05.013, PubMed: 20620877
9. Benjamini, Y. i Hochberg, Y. (1995). Kontrola stope lažnih otkrića: praktičan i snažan pristup višestrukom testiranju. Journal of the Royal Statistical Society, 57, 289–300.
10. Berens, P. (2009). CircStat: MATLAB alatni okvir za kružnu statistiku. Journal of Statistical Software, 31(10), 1–21.
For more information:1950477648nn@gmail.com
