Promjene u povezivanju mozga tijekom spavanja transkranijalnom neurostimulacijom zatvorene petlje Predviđanje osjetljivosti metamemorije 3. dio

REZULTATI

Učinci na ponašanje

Kako su izvijestili Pilly et al. (2020.), STAMP stimulacija nije dovela do značajnog poboljšanja ukupne točnosti pamćenja. Međutim, stimulacija STAMP-om dovela je do poboljšane osjetljivosti metapamćenja 3. dana eksperimenta (nakon 2. noći).

Metamemorijska osjetljivost odnosi se na svjesnost i razumijevanje osobe o sposobnosti pamćenja koju posjeduje, dok se sposobnost pamćenja odnosi na sposobnost pamćenja osobe pokazanu u konkretnoj praksi. Između njih dvoje postoji blizak odnos.

Prvo, osjetljivost metamemorije izravno utječe na rad memorije. Ako osoba vjeruje da je sigurna u određenu vrstu pamćenja, nastojat će više raditi na tome da je se prisjeti i bolje obavlja tu vrstu pamćenja. Nasuprot tome, ako osoba nema povjerenja u svoje sposobnosti pamćenja, to može uzrokovati lošiju izvedbu zadataka pamćenja, čime se smanjuje njihova sposobnost pamćenja.

Drugo, pozitivna metamemorijska osjetljivost pomaže u poboljšanju pamćenja. Ako osoba vjeruje da postoji prostor za poboljšanje sposobnosti pamćenja, bit će aktivnija u treniranju svoje sposobnosti pamćenja, čime se poboljšava točnost i postojanost pamćenja. Oni koji vjeruju da je njihova sposobnost pamćenja dosegla vrhunac često ne mogu prihvatiti nove memorijske izazove i tako propuštaju priliku poboljšati svoju sposobnost pamćenja.

Stoga moramo aktivno njegovati svoju osjetljivost na meta-pamćenje, razbiti ograničenja i postavke naših sposobnosti pamćenja i vjerovati da možemo nastaviti poboljšavati zadatke pamćenja. U isto vrijeme, također se trebamo osloniti na akumulirani trening i praksu kako bismo poboljšali svoju sposobnost pamćenja tako da se ona može učinkovitije koristiti u određenoj praksi. Samo na taj način možemo maksimizirati svoj memorijski potencijal i postići bolje rezultate. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer Cistanche deserticola također može regulirati ravnotežu neurotransmitera, poput povećanja razine acetilkolina i faktora rasta. Te su tvari vrlo važne za pamćenje i učenje. Osim toga, Cistanche deserticola također može poboljšati protok krvi i pospješiti opskrbu kisikom, što može osigurati da mozak dobije dovoljno hranjivih tvari i energije, čime se poboljšava vitalnost i izdržljivost mozga.

Kliknite znati suplemente za poboljšanje pamćenja

Konkretno, ovisni t-testovi koji uspoređuju osjetljivost metamemorije kroz uvjete otkrili su da je osjetljivost u uvjetu Tag & Cue bila značajno veća od uvjeta Tag & No Cue [t(23)=3.51, prilagođeno p < 0 .01, Holm–Bonferronijeva korekcija za dvije usporedbe; upareni uzorak Cohen'sd=0.72] i uvjet Sham [t(23)=2.089, prilagođeno p=0.048, Holm–Bonferronijeva korekcija za dvije usporedbe; Cohenov d=0.43].

Značajno poboljšanje u osjetljivosti metapamćenja pronađeno je tek trećeg dana eksperimenta. Stoga je primjena STAMP-ova tijekom SWO-a u dvije noći nakon gledanja jedne snimke dovela do specifičnog poboljšanja metamemorije za epizode koje su bile i označene i označene.

Promjene globalne koherentnosti

Kao prvi prolaz, ispitali smo sveukupne promjene u srednjoj koherenciji na tjemenu zbog STAMP stimulacije kako bismo utvrdili je li stimulacija dovela do bilo kakvih mjerljivih promjena u povezanosti.

Osim toga, nastojali smo ponoviti prethodni rad i procijeniti hoće li stimulacija proizvesti slične promjene u koherenciji kao učenje tijekom spavanja (Mölle et al., 2004.). Prethodni rad (Mölle et al., 2004) izvijestio je o modulaciji koherencije delta, vretena i gama pojasa tijekom spavanja nakon učenja; nasuprot tome, drugi rad (Polanía et al., 2011.) pokazao je povećanu povezanost u svim frekvencijskim pojasima nakon tDCS stimulacije.

Stoga smo pretpostavili da bi STAMP stimulacija povećala srednju koherenciju u usporedbi sa stanjem Sham u delta, vretenastom i gama pojasu, ali smo ispitivali razlike i u drugim pojasima uz konzervativno statističko testiranje.

Srednje iCoh vrijednosti u svim frekvencijskim pojasima izračunate su za aktivne i lažne podatke korigirane baznom linijom kako bi se istražile promjene globalne povezanosti, pa su stoga jednostrani t-testovi provedeni na srednjim vrijednostima koherencije u svakom frekvencijskom pojasu i ispravljeni su za korištenje stope lažnog otkrivanja od p< 0.05 (Benjamini & Hochberg, 1995). 

Mape koherencije koje pokazuju veću povezanost u aktivnom stanju preko vlasišta vizualizirane su postavljanjem praga vizualizacije na maksimum uvjeta Sham za svaki frekvencijski pojas, u biti oduzimajući uvjet Sham. Srednje promjene koherencije izazvane stimulacijom u različitim frekvencijskim pojasima prikazane su na slici 3.

Topografski dijagrami prikazuju koherenciju između parova elektroda u aktivnom stanju, ograničenu koherencijom u lažnom stanju, dok okvirni dijagrami prikazani s pragom označavaju vrijednosti koherencije na cijelom vlasištu. Analiza ukupnih promjena u koherenciji na vlasištu otkrila je da su STAMP-ovi proizveli značajna povećanja srednje koherencije u više frekvencijskih pojaseva.

EEG koherencija bila je značajno povećana nakon STAMP-ova u theta, alfa i vretenastim vrpcama (p < 0.05) u usporedbi sa stanjem Sham. Srednje koherencije u delta, beta i gama vrpcama nisu se značajno razlikovale između uvjeta stimulacije . Dakle, STAMP stimulacijom izazvane promjene u povezivosti mozga u određenim frekvencijskim pojasima.

Klasifikacija i predviđanje ponašanja

Rezultati klasifikacijske analize ucrtani su na slici 4 i prikazani u tablici 1. Prosječna vrijednost važnosti po naborima za značajke koje je odabrao Boruta ucrtana je na lijevoj strani, a značajke koje se dosljedno smatraju važnima označene su zelenom bojom (znatno iznad prosječne maksimalne vrijednosti u sjeni). Preko nabora, radijus u vretenastom pojasu (12–15 Hz) dosljedno je odabran kao najvažnija značajka.

Druge važne značajke uključivale su: duljinu puta (12-15 Hz) i srednju koherenciju i gustoću (3-8 Hz). ROC krivulje performansi klasifikatora iscrtane su s desne strane. Kao što je navedeno u Mason i Graham (2002), Mann-Whitney U testovi su provedeni na svakom klasifikatoru kako bi se utvrdilo jesu li performanse klasifikatora statistički značajne iznad šanse (AUC=0.5). Svi testovi su prijavili značajne p vrijednosti (p < 0,001).

Dodatno smo izračunali 95% intervale pouzdanosti korištenjem astratificiranog pristupa ponovnog uzorkovanja s 10 000 početnih replikacija, što je dodatno pokazalo učinkovitost klasifikacije iznad šanse (Carpenter & Bithell, 2000.).

Stoga je točnost klasifikacije bila iznad slučajnosti, a uzimanje najboljih varijabli iz klasifikacijske i regresijske analize (duljina puta u 16-30 Hz i radijus u 12-15 Hz) dovelo je do najbolje izvedbe klasifikacije.

Kao naknadna analiza, četiri značajke koje je za klasifikaciju odabrao algoritam Boruta podvrgnute su t-testovima, testirajući razliku u povezanosti između aktivnih i lažnih uvjeta. Rezultirajuće p vrijednosti ispravljene su stopom lažnog otkrivanja postavljenom na {{ 2}}.05.

Korigirane vrijednosti p za duljinu i radijus staze od 12–15 Hz i srednju koherenciju od 3–8 Hz bile su značajne (p=0.029); gustoća od 3–8 Hz također je bila značajna na alfa razini značajnosti (p=0.05). Stoga su značajke povezivanja koje su značajno promijenjene nakon aktivne stimulacije u usporedbi s lažnom stimulacijom pronađene cjevovodom odabira značajki. Značajke duljine staze i radijusa od prije do poststimulacije značajno su smanjene u aktivnom stanju u usporedbi sa Shamom, dok su značajke srednje koherencije i gustoće značajno povećane u usporedbi sa Shamom.

Okvirni dijagrami koji prikazuju ove značajke za oba stanja prikazani su na slici S3 popratnih informacija. Rezultati analize predviđanja ponašanja ucrtani su na slici 5 i prikazani u tablici 2.

Ovdje su promjene u neuralnim mjerama nakon stimulacije korištene kao značajke za predviđanje promjene u metamemorijskoj osjetljivosti testa prisjećanja (AUC) za Tag & Cue i Sham uvjete od 2. do 3. dana da se identificiraju odnosi između mozga i ponašanja.

Vrijednosti važnosti iz Borute za teorijske značajke grafova ucrtane su lijevo, duljina puta u beta pojasu (16–30 Hz) smatrana je vrlo važnom za predviđanje promjena u osjetljivosti metamemorije i jedina odabrana značajka. Odnos između promjene izazvane stimulacijom u duljini puta od 16–30 Hz i noćne promjene u performansama AUC za podatke Active (Tag & Cue) i lažne uvjete prikazan je na desnoj strani.

Korelacija između promjene duljine puta beta-pojasa i promjene AUC-a bila je značajna za aktivno stanje (r=−0.66, p=0.003), što ukazuje da su pojedinci sa smanjenom duljinom puta nakon STAMP-ova pokazali pozitivnu promjenu u performansama pamćenja. Ovaj odnos nije bio značajan za uvjet Sham (r=−0.22, p=0.39).

Na temelju ishoda ovih analiza, provedene su naknadne linearne regresije koje su predviđale noćne promjene u metakognitivnoj osjetljivosti koristeći duljinu puta u pojasu 16–30 Hz i za aktivne podatke i za lažne podatke.

Za aktivne podatke, duljina puta od 16–30 Hz značajno je predvidjela promjenu AUC (t=−3,56, p=0.003, pril. R{{7} }.41). Za podatke Shama, duljina puta 16–30 Hz nije bila značajan prediktor (t=−0,88, p=0,39, pril. R2=−0,01). Dodatne analize za usporedbu aktivnih i lažnih stanja također su provedene i navedene su dalje u Popratnim informacijama.

RASPRAVA

U ovom eksperimentu, sudionici su sudjelovali u epizodnom zadatku pamćenja dok su primali jedinstvene prostorno-vremenske obrasce transkranijalne električne stimulacije, a podskup obrazaca je ponovno primijenjen tijekom stanja SWO-a u narednim noćima kako bi se nagovijestila reaktivacija specifičnih povezanih sjećanja (vidi Pilly et al., 2020).

Ovdje izvješćujemo o promjenama u funkcionalnoj povezanosti mozga izazvanim tim tES obrascima tijekom spavanja koje su bile prediktivne promjene u osjetljivosti metapamćenja od prije do poslije spavanja.

Koristeći tehnike strojnog učenja za identificiranje značajki važnih za klasifikaciju između aktivne i lažne stimulacije, otkrili smo da se značajke povezivanja u theta i vretenastim pojasima značajno razlikuju između ta dva stanja.

Osim toga, otkrili smo da promjene u duljini putanje u beta pojasu predviđaju promjene osjetljivosti na pamćenje, u smislu da su povećanja performansi tijekom noći povezana sa smanjenjem duljine beta putanje nakon stimulacije.

Uzeti zajedno, ovi rezultati pridonose rastućem broju istraživanja koja istražuju neuralne procese koji leže u pozadini reaktivacije pamćenja i konsolidacije tijekom spavanja i sugeriraju da modulacija duljine staze na određenim frekvencijama tijekom procesa konsolidacije može dovesti do većeg povjerenja i boljeg donošenja odluka za novokonsolidirana sjećanja.

Kratki nizovi tES ili STAMP-ova, korišteni u trenutnom eksperimentu, povećali su ukupnu koherenciju tjemena u nižim frekvencijskim pojasima-naime, u theta, alfa i vretenastim pojasima, ili uglavnom od 3-15 Hz. Zanimljivo, promjene u povezivanju vretenastog pojasa tijekom spavanja također su pronađene nakon učenja; međutim, promjene u povezanosti nisu pronađene u delta ili gama vrpcama nakon STAMP stimulacije, što je donekle u suprotnosti s prethodnim eksperimentalnim radom (Mölle et al., 2004.).

Međutim, protokol stimulacije koji se ovdje koristio uvelike se razlikovao od prethodnih studija - naime, koristili smo kratke udare prostorno-vremenski raspoređenih električnih struja koje su prvenstveno bile dizajnirane za praćenje specifičnih sjećanja zbog svoje jedinstvenosti i povezanosti s periodom kodiranja, a ne za modulaciju ili povlačenje specifičnih oscilacija. Važno je da je aktivnost u prijavljenim frekvencijskim pojasima, posebice theta i vretenastim pojasima, povezana s procesom konsolidacije pamćenja (Staresina et al., 2015.).

Prema tome, STAMP-ovi su možda modulirali tekuće procese reaktivacije ili konsolidacije pamćenja tijekom spavanja, što je dovelo do promjena u povezanosti u promatranim frekvencijskim pojasima. Nedavni rad je također doveo u pitanje učinkovitost tES-a u značajnom utjecanju na ponašanje (Horvath et al., 2015.). kao što je to u njegovoj sposobnosti da modulira obrasce neuralnog aktiviranja ili oscilatornu aktivnost (Lafon i sur., 2017.; Vöröslakos i sur., 2018.).

Međutim, druge su studije pokazale mjerljive neuralne promjene kod ljudi i primata neljudi nakon tES-a, čak i pri nižim razinama intenziteta (Huang i sur., 2017.; Krause i sur., 2017.; Opitz i sur., 2016.). Posebna briga je sposobnost tES-a, posebno stimulacije izmjeničnom strujom, da povuče neuronske oscilacije na određenu frekvenciju.

Ovdje ne tvrdimo da su prijavljene elektrofiziološke promjene posljedica oscilatornog uvlačenja u kratke nalete stimulacije, ili da te promjene induciramo de novo, već radije da STAMP-ovi djeluju na poticanje tekućih procesa konsolidacije pamćenja, koji se javljaju kroz suptilne modulacije mreže -razina povezanosti. Tvrdili bismo da su uočeni obrasci povezivanja tijekom spavanja prirodni fenomeni koji se javljaju i dovode do konsolidacije pamćenja, a STAMP stimulacija je djelovala na te već postojeće procese kako bi pojačala osjetljivost metapamćenja.

Prijavljena modulacija metrike teorije grafova u theta i vretenastim pojasima nakon STAMP-ova u skladu je s prethodnim istraživanjima koja impliciraju ove oscilacije u procesima reaktivacije i konsolidacije memorije. Ciljana reaktivacija pamćenja tijekom spavanja slušnim signalima izaziva povećanje theta i snage vretena (Ong i sur., 2016.; Schreiner i sur., 2015.; Schreiner & Rasch, 2014.).

Brojne studije također su pokazale važnost aktivnosti theta-pojasa za kodiranje memorije i dohvaćanje tijekom buđenja (Backus i sur., 2016; Lega i sur., 2012; Nyhus i Curran, 2010); posebno, theta oscilacije u hipokampusu kritične su za kodiranje epizodnog pamćenja (Hasselmo et al., 2002; Lin et al., 2017). Slično, talamokortikalna vretena povezana su s epizodnim pamćenjem (Van Der Helm et al., 2011.) i igraju važnu ulogu u procesu konsolidacije pamćenja, potencijalno olakšavajući prijenos novokodiranih informacija u medijalnim temporalnim režnjevima do stabilnih reprezentacija u cerebralnom korteksu (Sirota i sur., 2003.; Starešina i sur., 2015.).

Tijekom spavanja, Theta aktivnost može ukazivati ​​na proces reaktivacije pamćenja, dok aktivnost vretena može odražavati aktivnu konsolidaciju reaktiviranih sjećanja. Ovdje su STAMP-ovi možda pokrenuli ponovno aktiviranje povezanih sjećanja, što je dovelo do pojačane konsolidacije ovih informacija. Ova konsolidacija dovela je do poboljšanog povjerenja za sjećanja nizvodno.

Teorijske mjere theta-pojasnog grafa koje su značajno modulirane STAMP-ovima bile su srednja koherencija i gustoća. Srednja koherencija odnosi se na prosječnu koherenciju po svim vrhovima, dok se gustoća izračunava kao broj veza u grafu, normaliziran ukupnim mogućim brojem veza (Sporns, 2003.).

Promjene u ovim mjerama sugeriraju da su STAMP-ovi povećali ukupnu koherenciju u theta pojasu između kanala, što je dovelo do većeg broja rubova iznad graničnog praga, a time i veće prosječne gustoće veze. Ova veća koherencija i gustoća mogu odražavati povećanje razmjene informacija u thetaband-u preko neuralnih područja nakon STAMP-ova. Ovo je u skladu s prethodnim nalazima koji impliciraju povećanje theta koherencije između hipokampusa i rinalnog korteksa (Fell i sur., 2003.), kao i frontalnog korteksa (Anderson i sur., 2009.; Benchenane i sur., 2010.), što je važno za učenje i pamćenje, te potencijalno kritični za reaktivacije pamćenja (Carr i sur., 2011.).

Teorijske mjere vretenasto-pojasnog grafa koje su se značajno razlikovale nakon STAMP stimulacije bile su duljina puta i radijus. Ove mjere su povezane - radijus se odnosi na minimalni ekscentricitet grafa, a duljina puta se odnosi na prosječni ekscentricitet grafa, gdje je ekscentricitet čvora definiran kao najveća udaljenost od bilo kojeg drugog čvora (Sporns, 2003).

Duljina puta često se smatra mjerom mrežne integracije ili učinkovitosti prijenosa informacija, pri čemu manje duljine puta odražavaju veću učinkovitost (Bullmore & Sporns, 2009; Reijneveld et al., 2007).

Ovdje su STAMP-ovi doveli do prosječnog smanjenja duljine staze i radijusa u pojasu vretena, što znači da su prosječni i minimalni ekscentricitet smanjeni, a učinkovitost prijenosa informacija povećana.

To može odražavati reorganizaciju mreže prema mreži malog svijeta (Watts & Strogatz, 1998.), gotovo optimalnoj strukturi između savršeno uređenog i nasumično organiziranog sustava, što omogućuje veću fleksibilnost i sinkronizaciju neuralne aktivnosti (Barahona & Pecora, 2002.). ; Bassett & Bullmore, 2006; Masuda & Aihara, 2004). Promjene u "malom svijetu" često se mjere kao promjene u duljini putanje bez popratnih promjena u lokalnom grupiranju ili koeficijentu klastera.

Prema tome, opažena promjena u duljini puta može sugerirati pojačanu sinkronizaciju između područja mozga, što dovodi do učinkovitijeg prijenosa informacija pomoću vretena. Imajte na umu da su učinci u theta pojasu bili bliže povezani s ukupnim promjenama u srednjoj koherenciji - u biti, promjenama u veličini povezanosti za razliku od učinkovitosti.

Dok podaci ovdje ne mogu uspostaviti uzročnu vezu između ovih promjena, hipotetski je odnos da je STAMP uzrokovao veću povezanost u theta pojasu (Fell et al., 2003), a učinkovitost prijenosa informacija vretena, mjerena kao duljina puta, povećana je da kompenzira za ovo povećanje, što dovodi do povećane reaktivacije pamćenja.

For more information:1950477648nn@gmail.com