Parti 3: X'inhu l-Kodiċi Neurali tal-Memorja Waqt l-Irqad?

għal aktar informazzjoni:ali.ma@wecistanche.com

Pls ikklikkja hawn għall-Parti 2

Ritmi tal-moħħ fl-irqad

Oxxillazzjoni bil-mod (0.5–1 Hz)

Matul l-SWS, l-attività neokortika turi mewġ bil-mod sinkronizzat bejn 0.5 u 1 Hz, li huma assoċjati ma 'alternanza bejn iperpolarizzazzjoni mifruxa u sparar newronali mnaqqas matul l-istat DOWN, u stati UP li huma assoċjati ma' depolarizzazzjoni mifruxa u żieda newronali sparar. L-oxxillazzjonijiet bil-mod kortikali wkoll jilħqu u jħallu impatt fuq iċ-ċirkwiti tal-hippocampal u thalamic.

Mewġa Delta (1–4 Hz)

Mewġa tal-moħħ ta 'amplitudni għolja bi frekwenza ta' oxxillazzjoni bejn 1 u 4 Hz. Huwa prominenti matul SWS.

Oxxillazzjoni Theta (4–9 Hz)

Waqt l-irqad REM, l-ippokampus tal-gerriema juri oxxillazzjonijiet theta simili għal dawk li dehru waqt l-esplorazzjoni wakeful.

Oxxillazzjoni tal-magħżel (9–15 Hz)

Waqt l-SWS, it-thalamus u n-neocortex juru fqigħ qosra ta 'oxxillazzjonijiet EEG bejn 9 u 15 Hz, tipikament li jdumu 0.5–2 sekondi. Il-magħżel tal-irqad ħafna drabi jseħħ fl-istat UP neokortikali u huma allinjati temporalment ma 'ripples tal-hippocampal.

Oxxillazzjoni gamma (35–120 Hz)

Matul l-SWS, ir-reġistrazzjonijiet tal-EEG tal-bniedem u tal-annimali gerriema juru oxxillazzjonijiet gamma f'meded ta 'frekwenza baxxa (35-50 Hz) u għolja (60-120 Hz).

Ripples tal-mewġ li jaqtgħu ippocampali (SWRs, 150–300 Hz)

Il-kumpless SWR jikkonsisti minn mewġ qawwi ta 'amplitudni kbira fl-LFP tal-hippocampal u attività oxxillatorja tal-LFP mgħaġġla assoċjata ffiltrata bejn 150 u 300 Hz, li tipikament idum 50-100 millisekondi. Il-fqigħ ta' SWRs jistgħu jdumu sa 400 millisekondi.

Kaxxa 2

Metodi għall-analiżi tal-attività ta' spike assoċjata mal-irqad

Ikklikkja għal Cistanche fl-Urdu għat-titjib tal-memorja

Analiżi ta' Korrelazzjoni

L-analiżi tal-korrelazzjoni tikkalkula s-saħħa tal-korrelazzjoni Pearson bejn żewġ newroni abbażi tal-attivitajiet ta 'sparar tagħhom f'WAKE u SLEEP; il-qawwa ta 'zero-lag, ko-attivazzjoni ta' sparar ta 'ċelluli par tiddetermina x-xebh bejn mudelli ta' sparar newrali f'WAKE u SLEEP [9]. Il-metodu tal-"varjanza spjegata" jevalwa kemm varjanza addizzjonali fil-korrelazzjoni ta' wara l-irqad tista' tiġi spjegata b'valuri f'WAKE filwaqt li titqies l-istruttura ta' qabel l-irqad [11].

Tqabbil tal-Mudell

It-tqabbil tal-mudelli jqabbel żewġ matriċi tal-għadd ta 'spike (rranġati f'ċellula b'ħin) li huma mqassma temporanjament u mwittija [12,31,42], u jivvaluta jekk ir-riattivazzjoni f'attività pairwise hijiex koerenti madwar l-ensembles newronali. Ir-riżultat tat-tqabbil tal-mudelli huwa sensittiv għad-daqs tal-bin temporali, u s-saħħa ta 'korrelazzjoni tiegħu tvarja bejn skali ta' żmien differenti kkompressati.

Tqabbil tas-Sekwenza

It-tqabbil tas-sekwenza huwa metodu kombinatorju biex jiġu eżaminati mudelli ta 'sparar sekwenzjali ta' attività ta 'spike tal-popolazzjoni. Jikkalkula l-probabbiltà ta 'taqbila billi tikkonverti l-ordnijiet ta' l-isparar newronali f'kelma, tqabbel il-probabbiltà ta 'taqbila bejn żewġ kelmiet (waħda f'WAKE u l-oħra fi SLEEP), u tiddetermina s-sinifikat statistiku tal-logħba [26,32]. Il-metodu ta 'tqabbil tas-sekwenza huwa sensittiv għall-ispike timing (u konsegwentement għall-iskoperta u l-issortjar ta' spike) u n-numru ta 'ċelluli attivati ​​fl-IRQAD.

Analiżi tal-Komponent Prinċipali u Analiżi tal-Komponent Indipendenti

L-analiżi tal-komponenti prinċipali (PCA) testendi l-metodu ta 'korrelazzjoni u tivvaluta x-xebh bejn żewġ matriċi ta' korrelazzjoni bejn WAKE u SLEEP [43,58]. Jikkalkula s-saħħa ta 'riattivazzjoni bejn żewġ mudelli u tipprovdi miżura ta' xebh instant-by-instant bejn WAKE u SLEEP. Valur kbir ta 'saħħa ta' riattivazzjoni jindika xebh tajjeb (Fig. 4a). Madankollu, is-saħħa ta 'riattivazzjoni hija korrelatata b'mod pożittiv mar-rata ta' sparar newronali u ma tiżvelax direttament il-memorjakontenut ta 'mudelli ta' sparar ensemble. Il-metodu PCA jassumi li l-istatistika ta 'korrelazzjoni hija stazzjonarja kemm fi ħdan WAKE kif ukoll SLEEP, li hija l-limitazzjoni l-aktar b'saħħitha fil-preżenza ta' data ta 'spiking newronali mhux stazzjonarji. L-analiżi tal-komponenti indipendenti (ICA) testendi l-metodu PCA u ssib spazju ta 'projezzjoni lineari li jifred sorsi statistikament indipendenti. Il-metodu ICA huwa kunċettwalment simili għall-metodu PCA ħlief li hemm pass ICA addizzjonali segwit minn PCA [59]. Kemm PCA kif ukoll ICA jappartjenu għall-metodu subspazjali lineari, għalhekk ma jistgħux jaqbdu l-ebda trasformazzjoni mhux lineari, u s-saħħiet ta 'riattivazzjoni tagħhom huma korrelatati b'mod pożittiv mal-qawwa kwadratika tar-rata ta' sparar temporali per se.

Analiżi Topoloġija

Topoloġija alġebrin hija għodda matematika li ġiet mislufa biex tistudja l-kodifikazzjoni newronali tal-hippocampal għat-topoloġija spazjali [60–62]. Hija mmirata li tikkalkula proprjetajiet topoloġiċi astratti mill-oġġett topoloġiku derivat u tuża dawk biex tiġi derivata relazzjoni ta 'grupp fin-newroni.

Dekodifikazzjoni tal-Popolazzjoni

Id-dekodifikazzjoni tal-popolazzjoni hija approċċ komputazzjonali li juża l-istatistika jew it-teorija tal-informazzjoni biex tiġi estratta informazzjoni kwantitattiva mill-attività ta 'spike ensemble newrali [63]. L-approċċ tad-dekodifikazzjoni tal-popolazzjoni jagħmel ċerti suppożizzjonijiet statistiċi dwar l-attività tal-ispike tal-popolazzjoni (eż. suppożizzjoni indipendenti ta' Poisson) u juża probabbiltà jew inferenza Bayesjana biex jiddekodifika l-kontenut tal-kodiċijiet tal-popolazzjoni. Klassi waħda ta 'approċċ ta' dekodifikazzjoni hija sorveljata, li teħtieġ l-informazzjoni tal-qasam riċettiv dwar newroni individwali [64,65]; klassi oħra ta 'approċċ ta' dekodifikazzjoni mhix sorveljata, li ma teħtieġ l-ebda qasam riċettiv jew miżura ta 'imġieba [66-68] (Fig. 4b). Tqabbil sistematiku ta’ dawn iż-żewġ tipi ta’ metodi ta’ dekodifikazzjoni tal-popolazzjoni f’hippocampal assoċjat mal-irqadmemorjastudju huma rrappurtati fi [69].

Kaxxa 2 FIGURA I. Valutazzjoni imparzjali tal-Kodiċijiet tal-Popolazzjoni Newronali Assoċjati mal-Irqad

(a) Analiżi tal-komponenti prinċipali (PCA) għall-komputazzjoni tas-similarità ta 'żewġ mudelli ta' matriċi ta 'korrelazzjoni mill-għadd ta' spike tal-popolazzjoni (WAKE u SLEEP) u l-valutazzjoni tas-saħħa tar-riattivazzjoni waqt l-irqad (riprodotta b'permess, [43]). F'WAKE, {λ,1,p1} huma assoċjati mal-komponent prinċipali dominanti (PC) estratt mill-PCA. Fl-IRQED, tiġi kkalkulata s-saħħa tar-riattivazzjoni li tvarja fil-ħin. (b) Id-dekodifikazzjoni tal-popolazzjoni mhux sorveljata bl-użu ta' mudell ta' Markov moħbi fi stat finit (HMM). Speċifikament, l-ambjent spazjali huwa rappreżentat minn spazju ta 'stat diskret finit. Trajettorji madwar postijiet spazjali ("stati") huma assoċjati ma 'mudelli konsistenti hippocampal spike ensemble, li huma kkaratterizzati minn matriċi ta' tranżizzjoni ta 'stat. Mill-matriċi tat-tranżizzjoni tal-istat, tiġi dedotta graff tat-topoloġija li tiddefinixxi l-konnettività fl-ispazju tal-istat [69]. F'dawn iż-żewġ metodi, ma ssir l-ebda suppożizzjoni dwar RF newronali, u d-daqs tal-bin f'Post- SLEEP huwa indipendenti mid-daqs tal-bin użat f'WAKE. Peress li l-ordni ta 'WAKE u SLEEP jistgħu jinqalbu, wieħed jista' japplika dawn il-metodi għad-data SLEEP l-ewwel u mbagħad jeżamina t-tifsiriet tagħhom fl-imġieba WAKE; għalhekk it-tnejn jaqgħu fil-paradigma l-ġdida ("memorjal-ewwel, jiġifieri aktar tard").

Kaxxa tax-Xejriet

It-thalamus (struttura subkortika) għandu rwol importanti fil-gting sensorjali,

regolazzjoni ta' tqanqil, u jiġġeneraw magħżel tal-irqad talamokortikali. Biex tissekta bis-sħiħ

assoċjati mal-irqadmemorja, huwa kritiku li wieħed jifhem komunikazzjonijiet bi tliet direzzjonijiet

fost ċirkwiti hippocampal-neokortical, thalamocortical, kortiko-talamic fl-irqad.

Jikkombinaw elettrofiżjoloġija, immaġini, realtà virtwali, u optogenetics fi

investigazzjonijiet sperimentali jistgħu jespandu b'mod sinifikanti l-fehim tagħna ta 'newrali

kodiċi sottostantimemorjau torqod.

L-optoġenetika wriet li hija qawwija biex tittestja r-rwol kawżali taċ-ċirkwiti newrali fihom

memorjakonsolidazzjoni u huwa ta 'valur għall-ħolqienmemorji foloz. Tfittxija effettiva

mezzi għall-konsolidazzjonimemorji folozjista’ jkollu impatt sinifikanti fuq il-futur

imġieba.

It-tnaqqis tal-lakuni fir-riċerka bejn il-annimali gerriema u l-primati mhux umani/umani fi

studji ta 'rqad huma ċ-ċavetta għad-dissezzjoni tal-mekkaniżmi taċ-ċirkwit fil-konsolidazzjoni ta' diversi

forom ta'memorji, u biex tipprovdi aktar għarfien dwar it-trattament ta 'newroloġiċi

u mard psikjatriku.

Mistoqsijiet Pendenti

X'INHU: rappreżentazzjoni—il-kontenut tal-irqad assoċjatimemorjafin-netwerk hippocampal-neokortikali. L-attività ta 'spike assoċjata mal-irqad għandha xi rappreżentazzjoni sinifikanti u kif tevalwa s-sinifikat tagħhom? Il-kontenut tal-irqad assoċjatimemorjaf'reġjun tal-moħħ wieħed jgħin jiddeċifra l-kontenut ta 'rqad assoċjatimemorjaf'reġjun ieħor?

META: koordinazzjoni temporali—iż-żmien ta’memorjariattivazzjoni (eż., avvenimenti ta' tmewwiġ u magħżel koinċidenti jew mhux koinċidenti) u r-rwoli funzjonali distinti tagħhom. Kif tevolvi l-koordinazzjoni hippocampal-neokortical fi stadji differenti ta 'rqad?

FEJN: Memorji episodiċi jikkonsistu f'sekwenzi spazjotemporali f'esperjenzi ta' mġieba, inkluż kodifikazzjoni ta' trajettorja spazjali u kodifikazzjoni ta' sekwenza mhux spazjali. Kif nistgħu niddistingwu l-kontenut ta 'memorji spazjali vs mhux spazjali fl-irqad? Nistgħu naqraw memorji kuntestwali jew emozzjonali waqt l-irqad? Sa liema punt nistgħu nidentifikaw il-kontenut tal-kodiċi tal-popolazzjoni hippocampal-neocortical waqt l-irqad REM? X'inhu l-mod ta' prinċipju biex tinvestiga sistematikament il-kreattività u l-għarfien fl-irqad? L-irqad NREM u REM għandhom rwoli differenti fil-konsolidazzjoni dikjarattivamemorjaversus proċeduramemorja? X'inhuma l-mekkaniżmi taċ-ċirkwit li jippermettu fatturi esterni (eż., premju, sinjal sensorjali) li jippreġudikaw il-kontenut ta 'rqad assoċjatimemorja? Huma minn fuq għal isfel jew minn isfel għal fuq? Kif nistgħu jimmanipulaw b'mod effettiv l-irqad assoċjatimemorjabiex ittejjeb il-prestazzjoni tal-funzjonijiet konjittivi wara l-irqad? Il-memorji foloz huma kkonsolidati bl-istess mod bħal memorji veri waqt l-irqad? X'inhuma l-modi effettivi biex ittejjeb jew trażżanhom? Jistgħu investigazzjonijiet ta 'rqad assoċjatimemorjajiżvelaw skoperti ġodda bejn imħuħ normali u li qed jixjieħu/mard, jew saħansitra bejn imħuħ ordinarji u ġenju?

FIGURA 1. Studju ofRodent Hippocampal Memory u Sleep

(a) Paradigma ta 'studju standard għall-hippocampal tal-gerriemamemorjatikkonsisti fi rqad qabel RUN, RUN/imġieba, u irqad wara RUN. (b) Klassifikazzjoni tal-istadji tal-irqad minn EMG, LFP kortikali (Delta power), qawwa ripple tal-hippocampal, u proporzjon tal-qawwa kortikali theta/delta [21]. (c) Attività ta 'spike tal-popolazzjoni tal-hippocampal tal-gerriema waqt RUN fuq binarju lineari. (d) LFP u SWRs tal-hippocampal tal-gerriema matul l-SWS ta' wara RUN, u l-mudell tal-ispike spazjotemporali assoċjat li juri ordni temporali simili ("replay") (riprodott bil-permess [18]).

FIGURA 2. Dissezzjoni ta 'Memorji Hippocampal-Neocortical waqt l-Irqad

(a, b) Sekwenzi ta 'sparar newronali fil-far V1 (a) u hippocampus (b) waqt episodji SWS RUN u POST-RUN. Ħoġor: mudell ta' sparar newronali tal-popolazzjoni waqt dawra waħda ta' ġiri fuq it-trajettorja mix-xellug għal-lemin. Kull ringiela tirrappreżenta ċellola u kull qurdien tirrappreżenta spike. Medja: is-sekwenza tal-isparar tal-mudell miksuba billi ssir medja fuq il-dawriet kollha fuq it-trajettorja. Kull kurva tirrappreżenta r-rata medja ta 'sparar ta' ċellula. Iċ-ċelloli ġew assenjati għan-numri 0, 1, eċċ u mbagħad irranġati (01234567) minn isfel għal fuq skont l-ordni tal-qċaċet tal-isparar tagħhom (linji vertikali). Frame: l-istess mudelli ta' sparar tal-popolazzjoni f'episodju SWS POST-RUN. Trijangoli u ċrieki jindikaw il-bidu ta ' u DOWN stati, rispettivament. Seq: isparar sekwenza fil-qafas. Il-ferroviji ta' spike ġew ikkonvoluti ma' tieqa Gaussian u ċ-ċelloli ġew ordnati (0132567) skont il-qċaċet (linji vertikali) tal-kurvi li rriżultaw [36]. (c) Ħoss tas-smigħ (L, bl-aħmar, li jindika dawra tax-xellug) ippreġudika r-riattivazzjoni tal-ippokampju waqt SWS [37]. Fil-plott tar-raster, spikes miċ-ċelloli tal-post b'oqsma tal-post fuq in-naħa tal-lemin tal-binarju huma blu, u l-oqsma tal-post fuq in-naħa tax-xellug bl-aħmar. L-oqsma tal-post huma ordnati minn fuq għal isfel skont il-post tagħhom fuq il-binarju (naħa tal-lemin fuq ix-xellug). Qabel il-bidu tal-irqad, il-far kien qed jistrieħ fil-kamra tal-irqad. L-avveniment ta' riattivazzjoni fil-kaxxa b'sing aħdar jidher fuq il-lemin. (d) Ensembles newronali kortikali awditorji preġudikati mill-ħoss (aħdar) ibassru riattivazzjonijiet ta 'newroni tal-hippocampal (oranġjo) waqt SWRs. Il-vireg roża jindikaw ħsejjes; vireg cyan jindikaw SWRs misjuba. It-traċċa sewda ta 'fuq hija LFP iffiltrata bir-ripple f'hippocampal CA1 [38]. (e) Kwantifikazzjoni tal-gwadann tat-tbassir tal-użu ta 'mudelli ta' spike ta 'ensemble kortikali tas-smigħ (AC) ta' qabel l-SWR ibbażati fuq il-ħoss biex ibassar l-isparar ta 'CA1 tal-hippocampal. Id-dejta hija differenti b'mod sinifikanti mill-istatistika mqassma (n=96) [38]. Iċ-ċifri kollha huma riprodotti bil-permess.

FIGURA 3. Id-dekodifikazzjoni tal-Kontenut ta' Immaġini viżwali waqt l-Irqad REM tal-Bniedem

(a) Id-dejta tal-fMRI ġiet akkwistata minn parteċipanti irqad simultanjament mal-polisomnografija. Il-parteċipanti tqajmu waqt l-istadju 1 jew 2 ta 'rqad (linja b'sing aħmar) u rrappurtaw verbalment l-esperjenza viżiva tagħhom waqt l-irqad. Id-dejta tal-fMRI immedjatament qabel il-qawmien (9 s) intużat bħala l-input għall-analiżi tad-dekodifikazzjoni prinċipali (twieqi tal-ħin li jiżżerżqu ntużaw għal analiżi tal-kors tal-ħin). Ġie estratt kliem li jiddeskrivi oġġetti viżwali jew xeni (ittri ħomor). Il-kontenut viżwali kien imbassar bl-użu ta 'decoders ta' tagħlim bil-magni mħarrġa fuq risponsi fMRI għal stampi naturali. (b) Matul il-fażi tat-taħriġ, kliem li jiddeskrivi oġġetti viżwali jew xeni ġew l-ewwel immappjati fuq synsets tas-siġra WordNet [dizzjunarju tan-nomi, verbi, avverbji, aġġettivi, u r-relazzjonijiet lessikali tagħhom]. Synsets ġew miġbura fi "synsets bażi" li jinsabu ogħla fis-siġra. Rapporti viżwali (parteċipant 2) huma rappreżentati minn vettori ta 'kontenut viżwali, li fihom il-preżenza jew in-nuqqas tas-synsets bażi fir-rapport f'kull qawmien hija indikata b'abjad jew iswed, rispettivament. Eżempji ta 'immaġini użati għat-taħriġ tad-decoder huma murija għal xi wħud mis-synsets bażi. Matul il-fażi tal-ittestjar, decoder b'pari jew b'ħafna tikketta jiġi applikat għall-avveniment ta' qawmien għat-tbassir tat-tikketta tal-oġġett viżwali (riprodotta bil-permess [56]).