تحریک تالاموس قدامی قضاوت دقیق حافظه کاری را بهبود می بخشد

برای اطلاعات بیشتر:ali.ma@wecistanche.com

چکیده

مقدمه: هسته قدامی تالاموس (ANT) به عنوان یک سیستم هیپوکامپ توسعه یافته پیشنهاد شده است. مدار ANT و هیپوکامپ به طور گسترده ای با عملکرد حافظه مرتبط است. هر دو ضایعات به هر منطقه و اختلال در جریان اطلاعات بین منطقه ای می توانند باعث اختلال در حافظه کاری شوند. با این حال، نقش این مدار در دقت حافظه کاری ناشناخته باقی مانده است.

هدف: برای آزمایش نقش مسیر هیپوکامپ-قدامی تالاموس در دقت حافظه کاری، ما تحریک الکتریکی داخل جمجمه ای را به ANT تحویل دادیم. ما فرض می کنیم که تحریک ANT می تواند دقت حافظه کاری را بهبود بخشد.

روش ها: بیماران صرع قبل از جراحی با الکترودهای عمق در ANT و هیپوکامپ برای انجام یک کار حافظه کاری فراخوان رنگ انتخاب شدند. به شرکت‌کنندگان دستور داده شد تا رنگی را که قرار بود به خاطر بیاورند با کلیک کردن روی نقطه‌ای روی چرخ رنگ مشخص کنند، در حالی که داده‌های EEG داخل جمجمه‌ای به طور همزمان ثبت می‌شدند. برای نیمه کارآزمایی‌های تصادفی انتخاب شده، یک تحریک الکتریکی دوقطبی به الکترودهای ANT تحویل داده شد.

یافته‌ها: ما دریافتیم که در مقایسه با کارآزمایی‌های غیرتحریکی، قضاوت‌های دقیق حافظه کاری به طور قابل‌توجهی برای آزمایش‌های تحریک بهبود یافته است. تحریک الکتریکی ANT به طور قابل توجهی باعث افزایش قدرت طیفی نوسانات گاما (30e100 هرتز) و کاهش ترشحات صرعی اینترکتال (IED) در هیپوکامپ شد. علاوه بر این، افزایش قدرت گاما در طول دوره قبل از محرک و بازیابی، بهبود قضاوت‌های دقیق حافظه کاری را پیش‌بینی کرد.

نتیجه‌گیری: تحریک الکتریکی ANT می‌تواند قضاوت‌های دقیق حافظه کاری را بهبود بخشد و فعالیت گامای هیپوکامپ را تعدیل کند و شواهد مستقیمی در مورد نقش محور تالاموس قدامی هیپوکامپ انسان در دقت حافظه کاری ارائه دهد.

مقدمه

حافظه کاری یک عملکرد شناختی مهم [1] در پشتیبانی از بسیاری از رفتارهای روزانه از جمله یادگیری [2]، تصمیم گیری [3] و درک زبان [4] است. مطالعات اخیر نشان می دهد که هیپوکامپ در حافظه فعال نقش دارد [5e8]. با توجه به مدل بافر مالتی پلکسی، محتویات حافظه کاری توسط مجموعه های عصبی هماهنگ در نوسانات گاما قفل شده در فازهای خاصی از نوسانات فرکانس پایین نشان داده می شود [9e11]. مطابق با این، چندین مطالعه افزایش فعالیت گامای هیپوکامپ را با بار حافظه کاری [6،7] و جفت شدن برجسته تتا-گاما در هیپوکامپ زمانی که چندین آیتم حفظ می‌شوند، یافته‌اند [5]. یک مطالعه بر روی جوندگان گزارش داد که حافظه کاری موفق با نوسانات گامای هماهنگ در ساختار هیپوکامپ مرتبط است [8]. علاوه بر این، یک مطالعه EEG داخل جمجمه ای انسانی نشان داد که قدرت گامای هیپوکامپ در طول بازیابی حافظه، پیش بینی کننده دقت حافظه است [12].

برای مزایا و عوارض جانبی برای حافظه cistanche tubulosa کلیک کنید

با اتصالات متراکم و متقابل با هیپوکامپ [13e15]، و دخالت آن در عملکرد شناختی [15e17]، هسته قدامی تالاموس (ANT) به عنوان یک سیستم هیپوکامپ توسعه یافته پیشنهاد شده است [18e20]. یک مطالعه روی جوندگان نشان داد که اختلال در جریان اطلاعات بین هیپوکامپ و ANT عملکرد حافظه کاری فضایی را مختل می کند [21]. تحریک الکتریکی که مستقیماً هیپوکامپ را هدف قرار می دهد می تواند عملکرد حافظه را مختل کند [22،23]. با توجه به شواهدی مبنی بر اینکه تحریک یک گره حیاتی در یک شبکه عملکردی ممکن است عملکرد شبکه را تعدیل کند [24]، هدف قرار دادن برجستگی های آوران هیپوکامپ ممکن است استراتژی کارآمدتری برای هدایت ساختار پایین دستی به منظور تعدیل عملکرد حافظه باشد [25]. بنابراین، تعدیل عملکرد حافظه کاری با تحریک الکتریکی ANT امکان پذیر است.

جیالی لیو a، b، 1، تائو یو سی، د، 1، جینفنگ وو a، b، یالی پان a، ژنگ تان a، b، روبینگ لیو a، b، Xueyuan Wang c، d، Liankun Ren c، د، لیانگ وانگ a، b، *

یک آزمایشگاه کلیدی CAS سلامت روان، موسسه روانشناسی، پکن، چین b گروه روانشناسی، دانشگاه آکادمی علوم چین، پکن، موسسه جراحی مغز و اعصاب عملکردی پکن، بیمارستان Xuanwu، دانشگاه پزشکی پایتخت، پکن، چین صرع جامع مرکز پکن، آزمایشگاه کلیدی نورومدولاسیون پکن، بخش نورولوژی، بیمارستان Xuanwu، دانشگاه پزشکی پایتخت، پکن، چین

مطالعه حاضر بررسی این موضوع بود که آیا تحریک مستقیم الکتریکی ANT می‌تواند دقت حافظه کاری را تعدیل کند یا خیر. یک الگوی کلاسیک یادآوری رنگ [26،27] توسط بیماران صرعی مقاوم به دارو با الکترودهای عمق کاشته شده انجام شد، در حالی که یک تحریک الکتریکی دوقطبی برای نیمی از آزمایش‌ها به الکترودهای ANT تحویل داده شد. با توجه به شواهدی مبنی بر اینکه اتصالات عملکردی و تشریحی گسترده بین هیپوکامپ و ANT و هیپوکامپ نقش مهمی در حافظه کاری ایفا می‌کنند، ما فرض کردیم که تحریک الکتریکی ANT ممکن است قضاوت‌های دقیق حافظه کاری را بهبود بخشد.

مواد و روش ها

شركت كنندگان

هشت بیمار مبتلا به صرع لوب تمپورال مقاوم به درمان که به صورت استریوتاکتیکی الکترودهای عمقی استریو الکتروانسفالوگرافی (SEEG) را برای شناسایی مناطق صرع‌زا در بیمارستان Xuanwu کاشته‌اند، در مطالعه حاضر انتخاب شدند. اطلاعات دموگرافیک برای هر بیمار در جدول 1 نشان داده شده است. همه بیماران حدت بینایی طبیعی یا اصلاح شده به حالت طبیعی و دید رنگی طبیعی را گزارش کردند. رضایت آگاهانه از همه افراد اخذ شد و روش‌های مطالعه توسط کمیته اخلاقی بیمارستان Xuanwu، دانشگاه پزشکی پایتخت تأیید شد.

محلی سازی الکترود

CT پس از عمل با استفاده از مجموعه نرم افزار FreeSurfer [28] (http://surfer.nmr.mgh. harvard.edu) و کتابخانه نرم افزاری FMRIB [29] در MRI قبل از عمل ثبت شد. الکترودهای کاشته شده با استفاده از نرم افزار محلی سازی استریوتاکتیک [30] بازسازی شدند. سپس تمام الکترودها بر روی یک فضای استاندارد MNI نگاشت شدند. تمام تماس های هیپوکامپ (56 مخاطب از 8 بیمار، دایره های قرمز) در فضای MNI با استفاده از نمایشگر BrainNet [31] مشاهده شد.

ضبط های الکتروفیزیولوژیکی و پیش پردازش داده ها

داده‌های EEG داخل جمجمه‌ای توسط سیستم ضبط Blackrock Neuroport در طول آزمایش، با نرخ نمونه در 2000 هرتز ثبت شد. دوره های مصنوع با بازرسی بصری شناسایی و از سیگنال های خام رد شدند. ارجاع مجدد دوقطبی برای کاهش رسانایی حجم و همچنین برهمکنش های مخدوش کننده بین مخاطبین همسایه استفاده شد. داده های حاصل برای تجزیه و تحلیل بیشتر به دوره های مربوط به رویداد تقسیم شدند.

تحریک الکتریکی

در حالی که شرکت کنندگان این کار را انجام می دادند، تحریک الکتریکی توسط یک محرک خارجی (CereStim R96، Blackrock Microsystems) به صورت اضافی انجام شد. تحریک با استفاده از پالس های مستطیلی دو فازی با عرض 300 ms و دامنه 0.2 میلی آمپر در فرکانس 5{ به مخاطبین همسایه جفت شده در ANT وارد شد. {2{22}}}} هرتز (شکل 1B). Pat2 تحریک 5{24}} هرتز در دامنه 0.5 میلی آمپر دریافت می کند (جدول 1). پارادایم آزمایشی وظیفه حافظه کاری روی یک 14-مانیتور لپ‌تاپ در فاصله مشاهده حدود 60 سانتی‌متر با پس‌زمینه خاکستری ارائه شد. آزمایشی با نمایش یک صلیب ثابت سفید (0.3) در مرکز صفحه شروع شد که به مدت 4.2e5.2 ثانیه به طول انجامید (شکل 1A). دو مربع رنگی به صورت مرکزی و متوالی نمایش داده شدند که هر کدام 0.3 ثانیه طول کشید و با فاصله 0.4e0.5 ثانیه دنبال شد که در آن فقط صلیب ثابت به صورت مرکزی نشان داده شد. این دو رنگ به طور تصادفی از بین 9 رنگ از پیش انتخاب شده انتخاب شدند که هر کدام از آنها حداقل 40 در یک چرخه رنگی که شامل یک زیرمجموعه گرادیان دایره ای از رنگ ها است، انتخاب شدند. پس از آن، یک عدد عربی نشان داده شده (1 یا 2) به مدت 0.55 ثانیه به طور مساوی نشان داده شد، که نشان می دهد کدام رنگ باید پس از آن فراخوانی شود. نشانه با فاصله 2.5e3 ثانیه تنها با تلاقی ثابت دنبال شد. سپس یک چرخ رنگ نمایش داده شد و شامل رنگ های پیوسته (ضخامت 1.5 و شعاع 9.5) بود. به شرکت‌کنندگان دستور داده شد تا رنگی را که قرار بود به خاطر بیاورند، با استفاده از ماوس برای کلیک کردن روی نقطه‌ای روی چرخ رنگ مشخص کنند. برای حذف سهم حافظه فضایی، چرخ رنگ به طور تصادفی در آزمایش‌ها چرخید. یک دوم تحریک الکتریکی در کارآزمایی‌های تصادفی انتخاب شده در تمام 10 بلوک (90 کارآزمایی برای آزمایش‌های تحریک، 90 کارآزمایی برای آزمایش‌های غیرتحریکی) اجرا شد. هر بلوک از 18 آزمایش تشکیل شده بود و شرکت کنندگان می توانند در فاصله زمانی بلوک ها استراحت کنند. 4 کارآزمایی اول و آخر (8 کارآزمایی) از کل 180 کارآزمایی حاوی تحریک نبودند. مطالعات قبلی که از تحریک در طول کارها استفاده می کردند، به طور کلی حافظه را مختل می کنند [22e24]. تحریک برون‌زا ممکن است فعالیت‌های شناختی سازمان‌یافته مداوم درون مغز را مختل کند. مطالعات متعدد نشان داده اند که فعالیت عصبی پیش از محرک برای کار بعدی مهم است [32e36]. بنابراین، تحریک الکتریکی با شروع 2.2e2.7 ثانیه قبل از اولین شروع مربع رنگ در تلاش برای تعدیل وضعیت ذهنی در طول تثبیت قبل از محرک، همانطور که در مطالعه اخیر اشاره شد، اعمال شد [25]. به آزمودنی‌ها اطلاع داده نشد که کدام کارآزمایی حاوی تحریک است و همچنین نمی‌توانند وقوع تحریک را گزارش کنند. قبل از آزمایش رسمی، ابتدا پارامتر مورد استفاده تحریک الکتریکی را آزمایش کردیم. ما از بیماران پرسیدیم که آیا وقتی تحریک الکتریکی بی‌صدا انجام می‌شود، تفاوتی احساس می‌کنند یا خیر. هیچ یک از بیماران گزارش نکردند که هنگام تحریک الکتریکی احساس متفاوتی دارند.

شکل 1. طراحی کار. (الف) آزمایشات با یک صلیب ثابت سفید در مرکز صفحه شروع شد. دو مربع رنگی به ترتیب نمایش داده شد. سپس یک عدد عربی نشان داده شده (1 یا 2) به طور مساوی و تصادفی نشان داده شد، که نشان می‌دهد کدام رنگ باید پس از آن فراخوانی شود. پس از یک فاصله زمانی، به شرکت‌کنندگان دستور داده شد تا رنگی را که قرار بود به خاطر بیاورند، با استفاده از ماوس برای کلیک کردن روی نقطه‌ای روی چرخ رنگ مشخص کنند. تحریک الکتریکی از 2.2e2.7 ثانیه قبل از اولین شروع مربع رنگ (نوار قرمز) استفاده شد. (ب) یک الکترود نمونه (دایره‌های پر شده با سیاه) برای Pat 3 نمایش داده می‌شود. بیشترین تماس داخلی در ANT (فلش سیاه) قرار دارد. (C) یک پاسخ نمونه (نوار سیاه) روی چرخ رنگ نشان داده شد. (د) مدل مبادله برای تناسب با عملکرد استفاده شد که در آن سه منبع پاسخ احتمالی وجود دارد: توزیع فون میزس با محوریت رنگ هدف، توزیع دیگر فون میزس با همان غلظت اما در مرکز رنگ غیر هدف و احتمال ثابت حدس زدن به سادگی تصادفی. (برای تفسیر ارجاعات به رنگ در این افسانه شکل، خواننده به نسخه وب این مقاله مراجعه می کند.)

پردازش داده ها و تجزیه و تحلیل آماری

دقت حافظه کاری ما دقت حافظه کاری را بر اساس مدل Swap تخمین زدیم که در آن سه پاسخ اندازه‌گیری شد: پاسخ هدف زمانی که شرکت‌کنندگان به درستی رنگ مورد کاوش‌شده را با مقداری متغیر گزارش کردند، پاسخ غیرهدف زمانی که آزمودنی‌ها به اشتباه رنگ مورد نظر را گزارش کردند. قرار نیست به خاطر بیاورد (مثلاً از طریق رنگ دوم نشان داده شد، اولین رنگ فراخوانی شد) و پاسخ حدس زدن برای آیتم کاوشگر کاملاً در حافظه نیست [37]. هم پاسخ های هدف و هم پاسخ های غیرهدف متناسب با توزیع فون میزز متمرکز بر ارزش رنگ موارد کاوش شده و گزارش شده اشتباه هستند، به ترتیب، با انحراف استاندارد یکسان، زیرا رنگ های هدف و غیرهدف به طور متوسط ​​با دقت یکسان ذخیره می شوند [37] . پاسخ حدس‌زنی یک توزیع یکنواخت در نظر گرفته می‌شود، زیرا افراد ممکن است به‌طور تصادفی پاسخ دهند زمانی که هیچ اطلاعات رنگی حفظ نشده باشد (شکل 1C و D).

قدرت نوسانی

قدرت را قبل از شروع محرک به صورت زیر محاسبه می کنیم. ما نقطه زمانی تحریک ساختگی (2.2e2.7 ثانیه قبل از اولین مربع رنگ) را برای آزمایش‌های بدون تحریک با توجه به شروع تحریک الکتریکی در آزمایش‌هایی با تحریک ایجاد کردیم. تحریک ساختگی پنجره زمانی مشابه با تحریک واقعی داشت. ما قدرت نوسانی را در سیگنال‌های پتانسیل میدان محلی (LFP) با موجک‌های مورلت (شماره موج ¼ 5) در 40 فرکانس بین ۱ تا ۲00 هرتز اندازه‌گیری کردیم. جعبه ابزار Fieldtrip [38]. توان (P) به ازای هر فرکانس در هر نقطه زمانی، تغییر شکل داده شد و به توان پایه متوسط ​​(P{22}}) در تمام آزمایش‌ها (1.5 تا 0.5 ثانیه قبل از شروع تحریک الکتریکی یا) اصلاح شد. شروع تحریک الکتریکی ساختگی) و زمان 10 برای به دست آوردن توان نرمال شده (dB) (یعنی 10 log10 (P/P0)). توان گاما (30e100Hz) در یک پنجره زمانی 0.8 ثانیه اندازه گیری شد (یعنی 0.2 se1 s پس از جبران خنثی کردن تحریک برای آزمایشات با تحریک، 0.2 se1 s بعد از افست تحریک ساختگی برای آزمایشات بدون تحریک).

ما بیشتر فعالیت هیپوکامپ را در طول اولین رمزگذاری، رمزگذاری دوم و دوره بازیابی بررسی کردیم. داده های هیپوکامپ از پیش پردازش شده در دوره های مرتبط با رویداد گروه بندی شدند. سپس تجزیه زمان-فرکانس و تصحیح پایه را دقیقاً به همان روش بالا انجام دادیم. پنجره زمانی اصلاح خط پایه 1.5 تا 0.5 ثانیه قبل از شروع تحریک الکتریکی برای آزمایش‌های با تحریک، 1.5 تا 0.5 ثانیه قبل از شروع تحریک الکتریکی ساختگی برای آزمایش‌های بدون تحریک بود. توان گاما (30e100هرتز) برای اولین رمزگذاری استخراج شد (یعنی 0.25e0.7 ثانیه پس از شروع اولین رنگ کدگذاری دوم (یعنی 0.25e0.7 ثانیه پس از شروع رنگ دوم) و بازیابی (یعنی 0.5e1.5 ثانیه پس از شروع نشانه). شروع پنجره کدگذاری مبتنی بر این یافته بود که فعالیت برانگیخته محرک در هیپوکامپ 0.25 ثانیه پس از شروع محرک خارجی ظاهر می شود [12،39،40]. ما پنجره زمانی بازیابی را بر اساس مطالعه اخیر انتخاب کردیم که نشان می‌دهد بازیابی حافظه بین 0.5 تا 1.5 ثانیه پس از ارائه نشانه رخ داده است [41].

تجزیه و تحلیل ترشحات صرعی اینترکتال فعالیت الکتریکی غیرطبیعی در طول فواصل اینترکتال، به عنوان مثال، ترشحات صرعی اینترکتال (IED)، در هیپوکامپ برای بیماران مبتلا به صرع لوب تمپورال [42] یافت شد که می تواند عملکرد حافظه را مختل کند [43،44]. در مطالعه حاضر، یک الگوریتم تشخیص خودکار توسعه یافته در مطالعه قبلی [45] برای شناسایی IED برای همه بیماران استفاده شد. به‌طور خلاصه، داده‌های از پیش پردازش‌شده به ۲00 هرتز کاهش یافت، سپس باند گذر از 10 هرتز به 60 هرتز فیلتر شد. پاکت آنی هر کانال با محاسبه قدر مطلق تبدیل هیلبرت داده های فیلتر شده به دست آمد. پاکت سیگنال با استفاده از پنجره های کشویی با عرض 5 ثانیه و همپوشانی 80 درصد تقسیم شد. آستانه متغیر زمانی k (میانگین حالت þ) برای تشخیص IED استفاده شد، که در این مطالعه k 5 بود، و حالت و میانه از طریق تخمین احتمال حداکثری توزیع آماری لگ نرمال از پوشش سیگنال در هر یک به دست آمد. بخش. اکنون هر کانال پوشش مخصوص به خود و منحنی آستانه خاص خود را داشت. ماکزیمم های محلی در تقاطع بین منحنی های پاکت و آستانه به عنوان IED های شناسایی شده مشخص شدند. در اصل، عملکرد آشکارساز خودکار توسط نوروفیزیولوژیست‌های با تجربه ارزیابی شد که حساسیت آشکارسازی بالا و نرخ مثبت کاذب پایین را نشان داد [45]. برای اجتناب از این احتمال که مصنوعات تحریک (در کارآزمایی‌ها) بر تغییرپذیری سیگنال‌های LFP تأثیر می‌گذارند، که در نتیجه ممکن است حساسیت تشخیص IED را کاهش دهد، هنگام اجرای تحریک الکتریکی، پوشش آنی را حذف کردیم. پنجره زمانی حذف شده از 0.2 ثانیه قبل از شروع تحریک تا 0.2 ثانیه پس از افست تحریک بود. در مطالعه حاضر، برای بررسی اثر تحریک ANT بر میزان وقوع IEDهای هیپوکامپ در طول کار حافظه کاری، IED را در طول کل ضبط شناسایی کردیم. پس از آن، تعداد IEDهای شناسایی شده از اولین شروع مربع رنگ تا زمان پاسخ خلاصه شد و سپس بر طول زمان برای محاسبه نرخ IED (شمارش در ثانیه) تقسیم شد. پس از آن، میزان IED بین کارآزمایی‌ها با و بدون تحریک مقایسه شد.

تحلیل آماری

تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از اسکریپت های سفارشی ترکیب شده با جعبه ابزار منبع باز توسعه یافته در MATLAB (Math-Works، Natick، MA، ایالات متحده آمریکا) پردازش شد. آزمون رتبه‌بندی علامت‌دار Wilcoxon برای اندازه‌گیری اثر تحریک انجام شد: تفاوت در دقت حافظه رنگ کاوش‌شده برای آزمایش‌ها با و بدون تحریک. مقایسه توان گاما و نرخ IED هیپوکامپ بین آزمایش‌های تحریک الکتریکی و غیرتحریکی با استفاده از مدل خطی اثر مختلط (LME) انجام شد. مدل LME نوعی مدل رگرسیونی است که در آن تغییرات یک متغیر وابسته به عنوان تابعی از اثرات ثابت و تصادفی مدل‌سازی می‌شود [46]. مدل LME برای مجموعه داده ما بسیار مناسب است زیرا می‌تواند در سطح گروهی در حالی که اندازه‌گیری‌های مکرر از یک نمونه را محاسبه می‌کند، استفاده می‌شود، که در زمانی که اثرات تحریک را در همان تماس آزمایش کردیم، رخ داد. علاوه بر این، مدل LME می‌تواند برای نمونه‌گیری ناهموار در شرایط و گروه‌ها توضیح دهد. این ویژگی برای تجزیه و تحلیل ما مهم بود زیرا شرکت کنندگان تعداد تماس های متفاوتی در هیپوکامپ داشتند.

نتایج

تحریک الکتریکی قضاوت دقیق حافظه کاری را افزایش داد

برای هر آزمودنی، SD فراخوان با برازش توزیع های خطا با استفاده از مدل Swap محاسبه شد، که در آن SD یادآوری کوچکتر دقت حافظه بهتری را نشان می دهد [37] (شکل 1D). برای تعیین اثرات رفتاری تحریک، SD یادآوری را بین کارآزمایی‌هایی که در آن آزمودنی‌ها با استفاده از آزمون رتبه‌بندی علامت‌دار Wilcoxon تحریک دریافت کردند و دریافت نکردند، مقایسه کردیم. ما دریافتیم که تحریک الکتریکی عملکرد حافظه را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد (z ¼ 2.240، p ¼ 0.025) (شکل 2A). علاوه بر این، بهبود دقت حافظه کاری در بین آزمودنی ها بسیار سازگار بود (7/8) (شکل 2B). این نتایج نشان داد که تحریک ارائه شده به ANT در طول تثبیت پیش کدگذاری می‌تواند قضاوت دقیق حافظه کاری را بهبود بخشد.

افزایش فعالیت گامای هیپوکامپ

با توجه به اینکه هیپوکامپ در پردازش دقت حافظه [12] پیشنهاد شده است، ما تغییرات عصبی 56 تماس هیپوکامپ (شکل 3A) مربوط به تحریک ANT را تجزیه و تحلیل کردیم. مطالعات اخیر نشان داد که تحریک الکتریکی قادر به القای فعالیت با فرکانس بالا است و فعالیت گامای القایی با عملکرد حافظه مرتبط است [47]. در مطالعه حاضر، قدرت گامای پیش محرک (3{{10}}e100هرتز) در آزمایش‌های تحریکی با قدرت گامای غیرتحریکی با استفاده از مدل LME تجزیه و تحلیل افزایش قدرت گاما را در هیپوکامپ پس از تحریک ANT در طول تثبیت قبل از محرک نشان داد (b ¼ 0.155، t(110) ¼ 3.447، p <0.{ {39}}01)="" (شکل="" 3b="" و="" c).="" ما="" همچنین="" دریافتیم="" که="" قدرت="" گامای="" هیپوکامپ="" در="" اولین="" رمزگذاری="" بالاتر="" بود="" (b="" ¼="" 0.101،="" t(110)="" ¼="" 2.990،="" p="" ¼="" 0.003،="" شکل="" تکمیلی="" 1b)،="" رمزگذاری="" دوم="" (b="" ¼="" 0.101،="" t="" (110="" ¼،="" t(110.=""><0.001، شکل="" تکمیلی="" 1d)="" و="" بازیابی="" (b="" ¼="" 0.104،="" t(110)="" ¼="" 3.471،="" p=""><0.001) در="" آزمایش="" با="" تحریک="" (شکل="" 3f).="" با="" این="" حال،="" توان="" تتا،="" آلفا="" و="" بتا="" بین="" آزمایش‌ها="" با="" و="" بدون="" تحریک="" در="" طول="" مراحل="" مختلف="" تفاوت="" معنی‌داری="" نداشت="" (همه="" مقادیر="" p=""> 0.05، شکل‌های تکمیلی 1AeD).

کاهش میزان IED در هیپوکامپ

IED به عنوان نشانگر زیستی بافت صرعی شناخته شد و IED هیپوکامپ می تواند باعث اختلالات شناختی شود [42،43]. با توجه به اینکه افراد مورد مطالعه در مطالعه حاضر بیماران مبتلا به صرع لوب تمپورال بودند، ما بیشتر بررسی کردیم که آیا تحریک الکتریکی دقت حافظه را با کاهش ترشحات صرع بهبود می بخشد یا خیر. ما بروز IED را برای هر تماس هیپوکامپ در کارآزمایی‌ها با و بدون تحریک محاسبه کردیم. با استفاده از مدل LME، کاهش قابل اعتماد آماری در نرخ IED در نتیجه تحریک الکتریکی پیدا کردیم (b ¼ 0.010، t(110) ¼ 2.782، p ¼ 0.006) (شکل 4).

ارتباط بین فعالیت الکتروفیزیولوژیکی و عملکرد رفتاری

سپس، ما تجزیه و تحلیل همبستگی بین فعالیت الکتروفیزیولوژیکی (قدرت گاما و IED) و عملکرد رفتاری را انجام دادیم. ما متوجه نشدیم که تغییر نرخ IED هیپوکامپ با تغییر دقت حافظه کاری مرتبط باشد (IED: r ¼ {{0}}.262، p ¼ 0.536). با این حال، همبستگی بین تغییر قدرت گامای هیپوکامپ پیش از محرک و تغییر دقت حافظه کاری معنی‌دار بود (rho ¼ 0.738، p ¼ {{10}}.046) (شکل 3D). علاوه بر این، افزایش قدرت گاما در طول دوره بازیابی نیز با بهبود حافظه کاری مرتبط بود (rho ¼ 0.881، p ¼ 0.007) (شکل 3E). افزایش قدرت گاما در طول اولین رمزگذاری و رمزگذاری دوم با بهبود حافظه کاری ارتباطی نداشت (همه P> 0.05).

بحث

مطالعه حاضر نشان داد که تحریک الکتریکی هدفمند ANT در بهبود دقت حافظه کاری موثر است. در واقع، ما دریافتیم که تحریک ANT می تواند قدرت گامای هیپوکامپ را افزایش دهد و میزان وقوع IED را در هیپوکامپ کاهش دهد. افزایش قدرت گامای هیپوکامپ به طور قابل‌توجهی با قضاوت‌های دقت حافظه کاری، که نقش علت محور هیپوکامپ-قدامی تالاموس را در دقت حافظه کاری ارائه می‌دهد، همبستگی دارد.

شکل 3. تحریک ANT فعالیت گامای هیپوکامپ را افزایش می دهد. (الف) تمام تماس های هیپوکامپ (56 تماس از 8 بیمار) در فضای MNI مشخص شده اند. (ب) قدرت گامای پیش محرک (آزمایش با تحریک در مقابل آزمایش بدون تحریک). خاموشی (0e1 s) مدت زمان تحریک الکتریکی است. (C) توان گاما (3{9}}e100هرتز) برای آزمایش‌های با تحریک نسبت به آزمایش‌های بدون تحریک در طول تثبیت قبل از محرک بر اساس مدل LME (b¼ {{ 21}}.155, t(110) ¼ 3.447، p < 0.001)="" (د)="" همبستگی="" بین="" تغییر="" توان="" گاما="" (یعنی="" گاما)="" قدرت="" برای="" آزمایش‌ها="" با="" تحریک="" الکتریکی="" -="" توان="" گاما="" برای="" آزمایش‌ها="" بدون="" تحریک="" الکتریکی)="" در="" طول="" تثبیت="" قبل="" از="" محرک="" و="" یادآوری="" حافظه="" تغییر="" sd="" (یعنی="" sd="" برای="" آزمایش‌ها="" با="" تحریک="" الکتریکی="" -="" sd="" برای="" آزمایش‌های="" بدون="" تحریک="" الکتریکی)="" (rho="" ¼="" 0="" 0.738،="" p="" ¼="" 0.046).="" (e)="" همبستگی="" معنی‌دار="" بین="" تغییر="" توان="" گاما="" در="" طول="" بازیابی="" (یعنی="" توان="" گاما="" برای="" آزمایش‌ها="" با="" تحریک="" الکتریکی="" -="" توان="" گاما="" برای="" آزمایش‌ها="" بدون="" تحریک="" الکتریکی)="" و="" تغییر="" sd="" یادآوری="" حافظه="" (یعنی="" sd="" برای="" آزمایش‌ها="" با="" تحریک="" الکتریکی="" -="" sd="" برای="" آزمایش‌های="" بدون="" تحریک="" الکتریکی)="" تحریک)="" (rho="" ¼="" 0.881،="" p="" ¼="" 0.007).="" هر="" دایره="" رنگی="" نشان="" دهنده="" یک="" بیمار="" است.="" (f)="" قدرت="" گاما="" در="" طول="" بازیابی="" در="" آزمایش‌ها="" با="" تحریک="" مبتنی="" بر="" مدل="" lme="" افزایش="" معنی‌داری="" داشت="" (b="" ¼="" 0.104،="" t="" (110)="" ¼="" 3.471،="" p=""><0.001). ***p=""><>

شکل 4. تحریک ANT میزان IED هیپوکامپ را کاهش می دهد. (الف) میانگین نرخ IED از اولین شروع مربع رنگی تا عمل پاسخ برای آزمایش‌هایی با تحریک الکتریکی در مقایسه با آزمایش‌های بدون تحریک الکتریکی به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد (b ¼ 0).010, t(110) ¼ 2.782، p ¼ 0.006). (ب) دو نمونه IED (که با دایره های قرمز مشخص شده اند) توسط یک الگوریتم تشخیص خودکار شناسایی می شوند. (C) نمودار رستری IED های شناسایی شده در طول کارآزمایی ها بدون تحریک (بالایی) و با تحریک (پایین) برای بیمار 2. هر نوار قرمز عمودی نشان دهنده یک IED است که در یک زمان خاص شناسایی شده است. (برای تفسیر ارجاعات به رنگ در این افسانه شکل، خواننده به نسخه وب این مقاله مراجعه می کند.)

تعداد زیادی از مطالعات تلاش کردند تا حافظه را از طریق تحریک الکتریکی ارائه شده به ساختارهای مرتبط با هیپوکامپ بهبود بخشند و نتایج متناقضی را به دست آوردند [22،23،25،48]. مطالعه حاضر تحریک الکتریکی را به ANT، یکی از اجزای اصلی در مدار Papez اعمال کرد. مدار پاپز به عنوان پایه تشریحی حافظه پیشنهاد شد [49]. محققان پیشنهاد کرده اند که تعدیل فعالیت عصبی در این مدار می تواند بر فعالیت هیپوکامپ تأثیر بگذارد و در نتیجه عملکرد حافظه را تغییر دهد. مطابق با این، ما دریافتیم که تحریک الکتریکی دقت حافظه کاری را بهبود می بخشد، که می تواند با افزایش قدرت گامای هیپوکامپ پیش بینی شود. نتایج ما از اجماع رو به رشد حمایت می کند که تحریک الکتریکی مستقیم می تواند فعالیت یک شبکه توزیع شده متصل به محل تحریک را تعدیل کند [24،50]. این استنباط با دیدگاه تحریک غیرتهاجمی مورد استفاده برای بررسی پویایی و سازماندهی شبکه مغز مطابقت داشت [51].

ما تحریک الکتریکی را به ANT تحویل دادیم و متوجه شدیم که تحریک دقت حافظه کاری را بهبود می بخشد. از آنجایی که این نتیجه نشان دهنده درگیری محور هیپوکامپ-قدامی تالاموس است، دو احتمال برای بهبود دقت حافظه کاری وجود دارد. اولاً، تحریک ANT خود ممکن است حافظه را مستقیماً بهبود بخشد، زیرا جزء مهمی از سیستم هیپوکامپ توسعه یافته است که از حافظه پشتیبانی می کند [19،20]. علاوه بر این، ANT نقش حیاتی در توجه هدایت‌شده حافظه ایفا می‌کند [16،17،52]. علاوه بر این، یک مطالعه اخیر مکانیسم های عصبی مشترک بین توجه و حافظه کاری را نشان داد [53]. دوم، دقت حافظه کاری با فعالیت تعدیل شده در هیپوکامپ بهبود یافت. ANT به طور متراکم به هیپوکامپ متصل است [13،15]. یک مطالعه اخیر نشان می دهد که تعدیل عملکرد شناختی با تحریک یکی از گره های متصل شامل یک شبکه عملکردی ضروری است [24]. در واقع، ما دریافتیم که تحریک ANT می تواند قدرت گامای هیپوکامپ را افزایش دهد و افزایش قدرت گاما پیش بینی کننده بهبود دقت حافظه کاری است. پیشنهاد شده است که هیپوکامپ در پردازش حافظه فعال یا زمانی که چندین آیتم نگهداری می‌شوند یا زمانی که اشیاء به صورت متوالی ارائه می‌شوند، درگیر باشد [5،54]. هم مطالعات انسانی و هم حیوانی نشان داده اند که حافظه فعال با فعالیت گاما در هیپوکامپ مرتبط است [5،6،8]. بنابراین، فعالیت تعدیل شده در هیپوکامپ ممکن است به بهبود حافظه کاری کمک کند.

این امکان وجود داشت که تحریک الکتریکی ارائه شده به ANT ممکن است با افزایش هوشیاری یا توجه قبل از ورودی محرک، وضعیت روانی بیمار را تغییر دهد. مطالعات متعدد نشان داده‌اند که فعالیت عصبی پیش از محرک می‌تواند تغییرات آزمایشی را در عملکرد ادراکی و شناختی توضیح دهد [32e35]. مطابق با این، افزایش قدرت گامای هیپوکامپ پیش از محرک با بهبود حافظه در ارتباط بود. علاوه بر این، قدرت گاما در طول دوره رمزگذاری و بازیابی نیز با تحریک الکتریکی افزایش یافت. افزایش قدرت گاما در طول بازیابی نیز پیش بینی کننده بهبود حافظه بود. نتایج ما با مطالعه قبلی مطابقت داشت که قدرت گامای هیپوکامپ برای اجرای حافظه کاری ضروری است [8]. روی هم رفته، این امکان وجود دارد که تحریک الکتریکی ارائه شده به ANT ممکن است هوشیاری یا توجه بیمار را در مرحله قبل از محرک افزایش دهد و بر رمزگذاری و بازیابی حافظه بعدی تأثیر بگذارد.

ما همچنین مشاهده کردیم که تحریک ANT ممکن است ترشحات پاتولوژیک هیپوکامپ را سرکوب کند، مطابق با مطالعه بالینی قبلی ما [14]. با این حال، کاهش IED نمی تواند بهبود حافظه فعال را پیش بینی کند، اگرچه مطالعات متعدد نشان داده اند که IED هیپوکامپ با عملکرد حافظه مرتبط است [43،44،55]. این امکان وجود دارد که IED در درجه اول بر حافظه بلند مدت تأثیر بگذارد، نه حافظه فعال.

چهار محدودیت برای این مطالعه وجود دارد. اول اینکه حجم نمونه نسبتاً کوچک بود. تایید اثر تحریک مشاهده شده نیازمند بررسی بیشتر با استخدام تعداد زیادی از شرکت کنندگان بود. همچنین، این حجم نمونه کوچک ما را به بررسی بیشتر اثر جانبی تحریک ANT محدود کرد. دوم، همه افراد در مطالعه حاضر، بیماران مبتلا به صرع مقاوم به دارو بودند. بنابراین تعمیم نتایج فعلی به سایر گروه ها باید با احتیاط رفتار شود. از سوی دیگر، بسیاری از بیماران مبتلا به صرع، کمبود حافظه را گزارش کرده اند و بهبود حافظه برای آنها اساساً یک هدف درمانی است. سوم، این مطالعه نشان داد که تحریک ANT می تواند دقت حافظه کاری را در انسان بهبود بخشد. با این حال، مشخص نیست که آیا سایر پارامترهای تحریک مانند شدت، مدت و دوره تحریک نیز ممکن است عملکرد حافظه کاری را تعدیل کنند. چهارم، این امکان وجود دارد که تحریک الکتریکی ارائه شده به ANT ممکن است هوشیاری یا توجه بیمار را در مرحله قبل از محرک افزایش دهد و بر رمزگذاری و بازیابی حافظه بعدی تأثیر بگذارد. با این حال، در این مطالعه، ما نمی توانیم تعیین کنیم که کدام مرحله برای بهبود حافظه کاری مهم تر است. مطالعات آینده ممکن است مستقیماً این را با ارائه تحریک الکتریکی طی مراحل مختلف به طور جداگانه آزمایش کنند.

نتیجه

این مطالعه نشان داد که تحریک الکتریکی داخل جمجمه به هسته قدامی تالاموس می تواند دقت حافظه کاری را بهبود بخشد و فعالیت گامای هیپوکامپ را افزایش دهد. افزایش فعالیت گامای هیپوکامپ در طول پیش محرک و بازیابی، پیش بینی کننده بهبود دقت حافظه کاری بود. این نتایج نقش حیاتی محور هیپوکامپ-قدامی تالاموس را در دقت حافظه کاری نشان می‌دهد.