Ripples Kortikali Waqt NREM Irqad U Qawmien fil-Bnedmin Parti 3

L-isparar PY jippreċedi l-isparar IN fil-qċaċet tat-tmewwiġ kortikali

Bl-użu ta 'reġistrazzjonijiet ta' firxa ta 'mikroelettrodi minn saffi granulari / supragranulari tal-kortiċi temporali laterali matul NREM, aħna detectedripples (Fig. 11A) kif ukoll potenzjali ta' azzjoni, li kienu sortedinto dawk li jirriżultaw minn unitajiet putattivi wieħed PY jew IN. Il-medja6 tal-frekwenza tal-oxxillazzjoni tal-immewweġ SD fuq il-kanali tal-mikroelettrodu (N=72) kienet 89.6 6 1.4 Hz, u tul ir-ripples individwali (N=50,967) kienet 90.{{9} }.2 Hz. Sibna li l-INs kellhom tendenza qawwija li jisparaw fil-quċċata tal-immewweġ, filwaqt li l-PYs sparaw ftit qabel (Fig. 11B).

Fl-istruttura organizzattiva tal-moħħ tal-bniedem, il-lobu temporali huwa meqjus bħala qasam importanti relatat mill-qrib mal-memorja. Is-saff granulari fil-kortiċi temporali huwa maħsub li għandu rwol kruċjali f'dan il-proċess. Speċjalment fil-proċess ewlieni tal-memorja għal żmien qasir, il-livell ta 'attività u n-numru tas-saff granulari tal-kortiċi tal-lobu temporali jiddeterminaw direttament il-prestazzjoni tal-memorja tal-individwu. Għalhekk, iż-żamma tal-granuli kortikali temporali b'saħħithom hija importanti għall-moħħ u l-memorja tagħna.

Allura, kif iżżomm il-granuli kortikali temporali b'saħħithom? L-ewwel, irqad adegwat jista 'jippromwovi t-tkabbir tan-newroni tal-moħħ u jsaħħaħ l-istabbiltà taċ-ċirkwiti newrali, u b'hekk iżid in-numru u l-attività tal-granuli tal-kortiċi temporali. Barra minn hekk, aktar eżerċizzju, aktar tagħlim, u aktar interazzjoni soċjali jistgħu wkoll jistimulaw l-attività newronali fil-moħħ u jżidu n-numru ta 'newroni, li huwa ta' benefiċċju għas-saħħa tal-granuli tal-kortiċi tal-lobu temporali.

Minbarra l-metodi ta 'hawn fuq, tista' wkoll iżżomm is-saħħa tal-partiċelli tal-kortiċi temporali permezz ta 'drawwiet ta' ikel tajbin. Studji wrew li xi nutrijenti fl-ikel bħal blueberries, ġewż, salamun u merluzz jistgħu jgħinu biex itejbu l-memorja u l-abbiltajiet konjittivi, u jistgħu wkoll inaqqsu t-tnaqqis funzjonali tal-granuli tal-kortiċi temporali.

Fil-qosor, il-granuli tal-kortiċi tal-lobu temporali huma relatati mill-qrib mal-memorja, għalhekk huwa importanti ħafna li tinżamm is-saħħa tal-granuli tal-kortiċi tal-lobu temporali. L-eżerċizzju aktar, l-istudju aktar, is-soċjalizzazzjoni aktar, l-irqad biżżejjed, u d-drawwiet tal-ikel tajbin kollha jgħinu biex iżidu n-numru u l-attività tal-granuli fil-kortiċi tal-lobu temporali, u b’hekk itejbu l-kapaċità konjittiva u l-memorja tagħna. Wieħed jista 'jara li għandna bżonn intejbu l-memorja, u Cistanche deserticola jista' jtejjeb b'mod sinifikanti l-memorja minħabba li Cistanche deserticola huwa materjal mediċinali tradizzjonali Ċiniż li għandu ħafna effetti uniċi, li wieħed minnhom huwa li jtejjeb il-memorja. L-effikaċja tal-laħam ikkapuljat ġejja mid-diversi ingredjenti attivi li fih, inklużi l-aċidu, il-polisakkaridi, il-flavonoids, eċċ. Dawn l-ingredjenti jistgħu jippromwovu s-saħħa tal-moħħ b'diversi modi.

Ikklikkja Kun af biex ittejjeb il-memorja għal żmien qasir

Preċedentement urejna li, inumani, upstates (Csercsa et al., 2010) u magħżel (Dickey et al., 2021) huma assoċjati ma 'rati ta' sparar unitarji miżjuda. Peress li ripples kortikali huma akkoppjati b'mod preċiż ma 'dawn l-avvenimenti (Fig. 10), l-okkorrenza tagħhom fuq l-istati u l-magħżel timplika depolarizzazzjoni fażika sottostanti, li tista' tiġġenera; mudelli incomputational u sperimentali ta 'oxxillazzjonijiet ta' 90 Hz permezz ta 'inibizzjoni ta' feedback PY-IN (Bazhenov et al., 2008). Buzsáki, 2015). Id-depolarizzazzjoni tikkawża li ċ-ċelloli tal-basket jisparaw b'mod sinkroniku, u jinibixxu ċelloli u piramidi oħra tal-basket permezz tal-GABAA. Piramidi nar fuq l-irkupru, ċelluli basket eċċitanti kif jirkupraw, li jwassal għal ċiklu ieħor.

Kif dan il-mudell kien ibassar, sibna li PYs u INs kienu stronglyphase msakkra għal ripples kortikali (Fig. 11B), ma PY sinifikanti li jwassal għal IN spiking (Fig. 11C, D). Barra minn hekk, INs sparati fil-quċċata ta 'theripple, meta l-inibizzjoni somatika piramidali tkun massima, kif jinstab fil-qtates (Grenier et al., 2001). Bl-istess mod, l-amplitudni tmewwiġ kienet ogħla fil-qawmien minn NREM (Figuri 3B, 8C), konsistenti ma 'depolarizzazzjoni relattiva ta' potenzjal ta 'membrana piramidali waqt il-qawmien. Id-depolarizzazzjoni fażika waqt il-wakingripples kienet ssuġġerita wkoll minn amplitudni akbar ta '.200 Hz (Figuri 2B, J, 3E, 8F). Għalhekk, ripples kortikali tal-bniedem huma assoċjati ma 'żidiet toniċi qawwija u fażi msakkra fil-PY u l-isparar u x'aktarx huma ġġenerati minn depolarization f'daqqa li jqanqal oxxillazzjonijiet feedback PY-IN (Fig. 11E).

Cortical ripples grupp cofiring mal-ħin ottimali forSTDP

Iż-żieda fl-isparar tal-unità toniku u fażi msakkra u l-okkorrenza ta 'ripples fuq magħżel fuq it-transizzjoni minn isfel għal fuq l-istat jissuġġerixxu li ripples jistgħu jiffaċilitaw il-plastiċità kortikali (Dickey et al., 2021). Dan jista' jseħħ permezz ta' cofiring ta' latency qasir bejn l-unitajiet li jwasslu għal STDP. Tabilħaqq, sibna żieda kbira waqt ripples ta 'latency qasir (,5 ms) cofiringbetween pari ta' unitajiet PY-PY u pari ta 'unitajiet PY-IN (Fig. 11F). Speċifikament, kien hemm żieda fil-cofiring waqt ripplesversus nonripples (PY-PY: 7.16-Żieda ta' darbiet, p=2 10159,N=4638, t=28.0; PY–IN: 9.78-Żieda ta' darbiet, p 78- {15}} 1099,N=1561, t=22.7; test tat-t paired fuq naħa waħda). Perjodi ta 'tqabbil nonripple kienu magħżula b'mod każwali epochs bejn ripples mqabbla fin-numru u t-tul.

Biex jiġi ttestjat jekk din iż-żieda fil-kofiring ma kinitx sempliċement minħabba żieda fir-rati ġenerali tal-isparar tal-unitajiet waqt it-tmewwiġ, jew saħansitra r-ritmiċità tagħhom, iżda pjuttost organizzazzjoni speċifika tal-kofiring bil-fażi ta 'ċikli ta' tmewwiġ individwali, bnejna sett ta 'dejta ta' kontroll li jikkonsisti fin-newronalfiring matul tmewwiġ fejn il-ħinijiet tal-ispike kienu mqassma bl-addoċċ. Meta mqabbel ma' dan il-kontroll imqassam, kien hemm żieda sinifikanti fil-cofiring ta' latenza qasira waqt ir-ripples bil-ħinijiet attwali ta' spike tagħhom (PY–PY:1.21-darbiet żieda, p=1 107, N=4638 ,t=5.2; PY–IN: 1.15-darbiet żieda, p=1 107, N=1561, t=5.2, wieħed- naħat paired t-test). Din is-sejba tindika li ż-żieda fil-cofiring hija minħabba organizzazzjoni speċifika ta 'cofiring mill-fażi taċ-ċikli ta' tmewwiġ individwali. Għalhekk, ir-ripples joħolqu kundizzjoni meħtieġa u suffiċjenti għall-STDP u għalhekk jistgħu jkunu l-bażi tal-kontribuzzjoni kruċjali ta 'dawn il-mewġ imnaqqas għall-konsolidazzjoni (Dickey et al., 2021).

Diskussjoni

L-istudju attwali jipprovdi l-ewwel karatterizzazzjoni komprensiva ta 'ripples kortikali waqt il-qawmien u NREM fil-bnedmin. Bl-użu ta' reġistrazzjonijiet intrakranjali, nirrapportaw li t-tmewwiġ kortikali tal-bniedem huma mifruxa NREM flimkien mal-qawmien. Karatteristiċi bażiċi ta 'ripple (rata ta' okkorrenza, amplitudni, frekwenza ta 'oxxillazzjoni, tul ta' żmien, distribuzzjoni f'żoni kortikali) huma stereotypedacross elettrodi u pakketti kortikali. Huma wkoll simili ħafna fil-kortiċi kontra l-ippokampus, u fl-NREM kontra l-qawmien. L-isterjotipija tal-immewweġ kortikali u l-ubikwità bejn l-istrutturi u l-istati jissuġġerixxu li jistgħu jikkostitwixxu entità newrofiżjoloġika distinta u funzjonalment importanti.

Il-karatteristiċi ta 'ripples umani huma simili għal dawk ta' annimali gerriema b'żewġ eċċezzjonijiet. L-ewwel, il-frekwenza taċ-ċentru ta 'ripples umani hija fokali; 90 Hz (Jiang et al., 2019a), filwaqt li fil-annimali gerriema hija; 130 Hz (Khodagholy et al., 2017). Konċepibbilment, il-moħħ uman akbar jista 'jeħtieġ aktar ħin għall-integrazzjoni kortikokortikali u ippocampo-kortikali mill-moħħ tal-annimali gerriema. It-tieni differenza apparenti bejn il-bnedmin u l-annimali gerriema hija fid-distribuzzjoni kortikali. Studju preċedenti dwar il-gerriema sab li l-corticalripples kienu ristretti għall-kortiċi ta 'assoċjazzjoni (Khodagholy et al., 2017), u osservazzjonijiet konsistenti kienu rrappurtati inumani (Vaz et al., 2019). B'kuntrast, irreġistrajna l-corticalripples fiż-żoni kollha meħuda bħala kampjun, b'okkorrenċerati kemmxejn aktar baxxi f'żoni ta 'assoċjazzjoni kif indikat mill-korrelazzjoni pożittiva bejn ir-rata ta' okkorrenza u l-indiċi ta 'myelination.

B'kuntrast max-xebh tal-proprjetajiet bażiċi, sibna li tmewwiġ fil-qawmien kontra NREM iseħħ f'ħafna kuntesti fiżjoloġiċi immedjati differenti. Fl-NREM, ir-ripples kortikali huma assoċjati b'mod qawwi ma 'downstates lokali u upstates, u b'mod inqas qawwi ma' magħżel irqad. Karatteristikament, ripplesoccur fuq l-upslope;100 ms qabel il-quċċata tal-upstate.Studji preċedenti sabu li sleep spindles (Dickey et al., 2021) u upstates (Csercsa et al., 2010) huma assoċjati ma 'żieda qawwija fl-isparar ta' unità lokali, u sibna li wkoll ikun thecase għal ripples kortikali matul NREM. Riples ta 'l-ippocampal waqt NREM fi studji preċedenti nstabu wkoll ta' spiss li jseħħu waqt mewġ jew magħżel li jaqtgħu lokali (Staresina et al.,2015; Jiang et al., 2019a,b,c).

Peress li żarżuri ta 'rqad u down-to-upstates huma karatteristiċi ta' NREM, ma jkunux mistennija li jseħħu b'ripples tal-qawmien. Għalkemm ma sibna l-ebda mewġa oħra ta 'frekwenza aktar baxxa li tkun assoċjata b'mod konsistenti ma' ripples waqt il-qawmien, kemm ir-ripples kortikali kif ukoll l-ippocampal seħħew waqt attività ta 'amplitudni lokali ta' .200 Hz miżjuda ħafna, surrogat għall-isparar ta 'unità (Mukamel et al., 2005). Għalhekk, il-kuntesti lokali kemm ta 'ripples kortikali kif ukoll ta' l-ippocampal, kemm f'NREM kif ukoll fil-qawmien, żidiet f'daqqa fl-eċitabbiltà lokali li jdumu mill-inqas daqs ir-ripple (; 70 ms). NREM u l-qawmien huma differenti li l-polz depolarizzanti huwa organizzat minn ritmi ta 'rqad endoġeni f'NREM, iżda jidher li huwa relatat ma' input esoġenu, bħal sinjal ta 'rkupru, waqt il-qawmien.

Mudelli newrali komputazzjonali u studji sperimentali sabu li l-impulsi depolarizzanti jistgħu jinduċu oscillationsfrom;20 sa 160 Hz (Buzsáki u Wang, 2012; Buzsáki, 2015). Id-depolarizzazzjoni tikkawża sparar PY sinkroniku, li huwa inibit għal żmien fiss minn inibizzjoni ta 'ċelluli rikorrenti mill-basket lokali. Il-PYs imbagħad jerġgħu jisparaw, li jirriżultaw f'Pyramidal InterneuronNetwork Gamma. Kif imbassar minn dan il-mudell, sibna modulazzjoni qawwija tal-fażi ta 'ripple ta' PY putattiv u sparar interneuronali, b'PYs regolarment qabel INs. Is-sejbiet tagħna huma wkoll konsistenti ma 'Pyramidal Interneuron Netwerk Gamma supplimentat minn isparar taċ-ċelluli tal-basket sinkronizzat u inibizzjoni reċiproka (Interneuron Network Gamma) (Bartos et al., 2002). Dimostrazzjoni mekkanistika definittiva tkun teħtieġ esperimenti attwalment mhux possibbli in vivo fil-bnedmin (Stark et al., 2014).

Studji preċedenti wrew li ripples kortikali jseħħu fuq il-qċaċet ta' l-istat u tal-magħżel fil-qtates (Grenier et al., 2001) u l-firien (Khodagholy et al., 2017), u parahippocampal g bursts ta' frekwenzi varji jseħħu fuq upstates fil-bnedmin (Le Van Quyen et al. ., 2010). Hawnhekk nirrapportaw relazzjonijiet simili fil-bnedmin, konsistenti ma 'sejba preċedenti li tmewwiġ kortikali matul NREM uman huma mrażżna matul u miżjuda wara l-istati (von Ellenrieder et al., 2016).

Ir-rwol kritiku tar-ripples tal-hippocampal tal-gerriema fil-konsolidazzjoni tal-memorja matul NREM (Girardeau et al., 2009) huwa dipendenti fuq l-assoċjazzjoni tagħhom ma 'mewġ tal-irqad kortikali (magħżel, downstates, upstates) (Siapas u Wilson, 1998; Maigret et al., 2016; Latchoumaneet al. ., 2017). Fil-bnedmin, ir-ripples tal-hippocampal huma assoċjati wkoll mal-mewġ tal-irqad (Staresina et al., 2015; Latchoumane et al.,2017; Jiang et al., 2019a,b), u l-mewġ tal-irqad kortikali huma assoċjati wkoll mal-konsolidazzjoni (Niknazar et al., 2015). Għalhekk, l-osservazzjoni tagħna li ripples kortikali umani matul NREM huma stronglyassociated ma 'l-upstates, u inqas b'mod qawwi ma' downstates andspindles, hija konsistenti mar-rwol ta 'inkonsolidazzjoni ta' ripples kortikali umani. Dan huwa appoġġjat minn studju reċenti li juri li t-tmewwiġ kortikali matul NREM jimmarka r-replay ta 'mudelli tal-muturi tgħallmu minn qawmien qabel (Rubin et al., 2022).

Il-konsolidazzjoni teħtieġ plastiċità biex tiżdied is-saħħa tal-konnessjonijiet li jinkorporaw il-memorja, li tista 'sseħħ meta ċ-ċelloli presinattiċi u postsinaptiċi jisparaw fil-prossimità temporali mill-qrib, imsejħa STDP (Feldman, 2012). Aħna nuru hawnhekk li n-newroni lokali huma ħafna aktar probabbli li jisparaw b'dewmien ottimali għal STDPduring ripples milli perjodi ta 'kontroll, u li l-cofiring huwa organizzat lil hinn minn dak li jkun mistenni minn żieda ġenerali fl-isparar tan-neuron. Żieda simili hija osservata wkoll waqt sleepspindles u upstates fil-bnedmin (Dickey et al., 2021). Peress wealso juru li NREM ripples kortikali huma temporally coordinatedwith sleep magħżel u upstates, dan jappoġġja l-faċilitazzjoni sinerġistiku tal-plasticity. Għalhekk, karatteristiċi multipli ta 'ripples kortikali huma konsistenti magħhom li għandhom rwol fil-konsolidazzjoni, iżda l-konferma diretta ta' dan ir-rwol se teħtieġ interventi li ma sarux fl-istudju attwali.

Riċentement, ir-ripples kortikali tal-qawmien tal-bniedem intwerew li jimmarkaw mudelli ta 'sparar spazjotemporali waqt l-irtirar ta' oġġetti li riproduċew dawk evokati qabel mill-istess oġġetti matul il-preżentazzjoni inizjali tagħhom (Jiang et al., 2017). Dan jissuġġerixxi l-possibbiltà li ripples, fil-bnedmin u l-annimali gerriema, NREM u waking, hippocampus u kortiċi, jaqsmu rwol komuni fil-kontribut għar-rikostruzzjoni ta 'mudelli ta' sparar li seħħew qabel. , huma konsistenti ma’ din l-ispekulazzjoni.

Rapporti preċedenti f'annimali gerriema (Khodagholy et al., 2017) u bnedmin (Vaz et al., 2019) li tmewwiġ kortikali kienu ristretti għall-kortiċi ta' assoċjazzjoni kienu wkoll interpretati bħala konsistenti ma' interazzjoni selettiva ta' ripples kortikali mal-hippocampus.Madankollu, fil-kampjun aktar estensiv tagħna. ta 'siti kortikali, weobservejna densità ta' tmewwiġ aktar baxxa fil-kortiċi assoċjattiva ogħla. Barra minn hekk, ma sibna l-ebda relazzjoni bejn il-pakketti kortikali bejn il-grad tagħhom ta 'konnettività mal-formazzjoni tal-ippocampal (inferita mill-immaġini tad-diffużjoni) (Rosen and Halgren, 2021) u d-densità ta' tmewwiġ kortikali jew kwalunkwe karatteristika tmewwiġ oħra. Tabilħaqq, f'xogħol ieħor, urejna li tmewwiġ kortikali huma aktar probabbli li jseħħu flimkien u jissakkru f'fażi ma 'corticalsites oħra mill-hippocampus (Dickey et al., 2022). Għalhekk, ir-rwol funzjonali ta 'ripples kortikali jista' ma jkunx limitat għall-konsolidazzjoni tal-memorja u l-irtirar.

Bħala konklużjoni, l-istudju attwali jipprovdi l-ewwel rapport ta 'ripples kortikali waqt l-irqad fil-bnedmin. Riples kortikali matul NREM instabu li għandhom karatteristiċi bażiċi (tul, frekwenza ta 'oxxillazzjoni, u rata ta' okkorrenza) li huma simili ħafna għal dawk ta 'ripples kortikali waqt il-qawmien kif ukoll ripples tal-hippocampal. Il-frekwenzi ta 'oxxillazzjoni ta' tmewwiġ kortikali kienu ffukati sewwa fuq;90 Hz. Din is-sejba, flimkien mal-isterjotipija u l-ubikwità tagħhom madwar l-istrutturi u l-istati, tissuġġerixxi li tmewwiġ kortikali jistgħu jikkostitwixxu entità newrofiżjoloġika distinta u funzjonalment importanti.

L-isparar tal-unità waqt ripples NREM kortikali umani appoġġaw il-mekkaniżmu propost għal ripples tal-hippocampal tal-gerriema, ibbażat fuq feedback PY-IN. Ripples kortikali matul NREMcharacteristically jseħħu wara downstates, waqt magħżel, u ftit qabel il-quċċata tal-upstate, assoċjazzjoni u ħin li huma importanti għall-konsolidazzjoni tal-memorji waqt l-irqad. Barra minn hekk, ir-ripples kortikali NREM kienu assoċjati ma 'żieda fil-cofiring lokali bejn l-unitajiet, u b'hekk ssodisfaw rekwiżit fundamentali għall-STDP. Madankollu, ir-ripples kortikali kienu mifruxa fuq pakketti kortikali, irrispettivament mill-konnettività probabbli tagħhom mal-hippocampus. B'mod ġenerali, dawn il-karatteristiċi ta 'ripples kortikali matul NREM uman huma konsistenti ma' rwol li jinkludi iżda jista 'ma jkunx limitat għal konsolidazzjoni tal-memorja li tiddependi mill-irqad.

Referenza

1. Axmacher N, Elger CE, Fell J (2008) Ripples fil-lobu temporali medjali arerelevant għall-konsolidazzjoni tal-memorja tal-bniedem. Moħħ 131:1806–1817.

2. Bartos M, Vida I, Frotscher M, Meyer A, Monyer H, Geiger JR, Jonas P(2002) L-inibizzjoni sinaptika mgħaġġla tippromwovi oxxillazzjonijiet gamma sinkronizzati fin-netwerks tal-interneuron tal-hippocampal. Proc Natl Acad Sci USA99:13222–13227.

3. Bazhenov M, Rulkov NF, Timofeev I (2008) Effett ta 'konnettività sinaptika fuq sinkronizzazzjoni fuq medda twila ta' oxxillazzjonijiet kortikali veloċi. J Neurophysiol100:1562–1575.

4. Bechtold B (2016) Plottijiet tal-vjolin għal Matlab. Proġett Github.

5. Behrens TE, Berg HJ, Jbabdi S, Rushworth MF, Woolrich MW (2007)Tratografija ta 'diffużjoni probabilistika b'orjentazzjonijiet multipli tal-fibra: x'nistgħu niksbu? Neuroimmaġini 34:144–155.

6. Benjamini Y, Hochberg Y (1995) Kontroll tar-rata ta 'skoperta falza: approċċ prattiku u qawwi għall-ittestjar multiplu. JR Stat Soc B 57:289–300.

7. Berens P (2009) CircStat: kaxxa tal-għodda MATLAB għall-istatistika ċirkolari. J StatSoftw 31:1–21.

8. Bragin A, Engel J Jr, Wilson CL, Fried I, Buzsáki G (1999) High-frequencyoscillations in the human brain. Hippokampus 9:137–142.

9. Buzsáki G (2015) Hippocampal sharp wave-ripple: bijomarkatur konjittiv għall-memorja episodika u l-ippjanar. Hippokampus 25:1073–1188.

10.Buzsáki G, Wang XJ (2012) Mekkaniżmi ta 'oxxillazzjonijiet gamma. Annu RevNeurosci 35:203–225.

For more information:1950477648nn@gmail.com