Ripples mifruxa Jissinkronizzaw l-Attività Kortikali tal-Bniedem Waqt l-Irqad, il-Qawmien, U l-Fakkar tal-Memorja Parti 3

Diskussjoni

Hawnhekk, bl-użu ta 'reġistrazzjonijiet intrakortikali tal-bniedem, nuru li t-tmewwiġ jgħaqqdu, iseħħu flimkien, u jissinkronizzaw il-fażi madwar il-lobi kollha u bejn iż-żewġ emisferi, bi ftit tnaqqis, anke fuq distanzi twal. Ir-rata ta 'rippling fuq iċ-ċans żdiedet b'mod esponenzjali mal-proporzjon ta' siti ta 'rippling, li kien korrelatat ma' qfil tal-fażi aktar b'saħħtu. In-newroni kortikali żiedu l-isparar waqt ir-ripples u ssakkru b'fażijiet magħhom, rekwiżit għal ripples biex itejbu l-interazzjoni permezz ta 'modulazzjoni tal-qligħ u skoperta ta' koinċidenza.

Se niltaqgħu ma’ diversi sfidi fil-ħajja. Xi affarijiet se jġibulna ferħ u suċċess, filwaqt li affarijiet oħra se jagħmluna konfużi u frustrati. Imma tkun xi tkun is-sitwazzjoni li niltaqgħu magħhom, ilkoll għandna mistoqsija waħda komuni: Kif inżommu u ntejbu l-memorja tagħna?

Fattur importanti relatat mal-memorja huwa r-rata tat-tħassir. Ir-rata tat-tħassir tirreferi għal kemm malajr in-nies jinsew biċċa għarfien jew ħila maż-żmien wara li tgħallmuha. Tipikament, din il-veloċità tiżdied maż-żmien minħabba li l-informazzjoni fil-memorja ssir dejjem aktar suxxettibbli għal interferenza minn informazzjoni oħra.

Ir-riċerka turi li r-rata tat-tħassir hija relatata mill-qrib mal-memorja. Xi xjenzati jemmnu li l-imħuħ tagħna jista 'jtejjeb il-memorja billi jnaqqas ir-rata ta' tħassir permezz ta 'metodi differenti. Pereżempju, it-tagħlim ripetut ta 'xi għarfien jew ħiliet jista' jnaqqas ir-rata ta 'tħassir u jtejjeb il-ħin taż-żamma tal-memorja. Barra minn hekk, diversi tekniki tal-memorja jistgħu jintużaw meta jitgħallmu u jimmemorizzaw biex jgħinu fit-titjib tal-ħin taż-żamma tal-memorja u s-saħħa tal-memorja, li huwa wkoll mod importanti biex titnaqqas ir-rata tat-tħassir.

It-tnaqqis tar-rata tat-tħassir huwa fattur importanti ħafna jekk irridu nżommu u ntejbu l-memorja. Għalkemm ir-rata ta 'tħassir tista' tiddependi ħafna fuq differenzi individwali, ħafna nies itejbu b'mod sinifikanti l-memorja tagħhom billi jbiddlu d-drawwiet tat-tagħlim u l-memorja tagħhom. Għalhekk, għandna nitgħallmu u nikkontrollaw b'mod attiv diversi ħiliet tal-memorja, li jgħinuna nżommu u ntejbu l-memorja tagħna aħjar fil-ħajja tagħna ta 'kuljum. 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 taf modi kif ittejjeb il-memorja tiegħek

Se niltaqgħu ma’ diversi sfidi fil-ħajja. Xi affarijiet se jġibulna ferħ u suċċess, filwaqt li affarijiet oħra se jagħmluna konfużi u frustrati. Imma tkun xi tkun is-sitwazzjoni li niltaqgħu magħhom, ilkoll għandna mistoqsija waħda komuni: Kif inżommu u ntejbu l-memorja tagħna?

Fattur importanti relatat mal-memorja huwa r-rata tat-tħassir. Ir-rata tat-tħassir tirreferi għal kemm malajr in-nies jinsew biċċa għarfien jew ħila maż-żmien wara li tgħallmuha. Tipikament, din il-veloċità tiżdied maż-żmien minħabba li l-informazzjoni fil-memorja ssir dejjem aktar suxxettibbli għal interferenza minn informazzjoni oħra.

Ir-riċerka turi li r-rata tat-tħassir hija relatata mill-qrib mal-memorja. Xi xjenzati jemmnu li l-imħuħ tagħna jista 'jtejjeb il-memorja billi jnaqqas ir-rata ta' tħassir permezz ta 'metodi differenti. Pereżempju, it-tagħlim ripetut ta 'xi għarfien jew ħiliet jista' jnaqqas ir-rata ta 'tħassir u jtejjeb il-ħin taż-żamma tal-memorja. Barra minn hekk, diversi tekniki tal-memorja jistgħu jintużaw meta jitgħallmu u jimmemorizzaw biex jgħinu fit-titjib tal-ħin taż-żamma tal-memorja u s-saħħa tal-memorja, li huwa wkoll mod importanti biex titnaqqas ir-rata tat-tħassir.

It-tnaqqis tar-rata tat-tħassir huwa fattur importanti ħafna jekk irridu nżommu u ntejbu l-memorja. Għalkemm ir-rata ta 'tħassir tista' tiddependi ħafna fuq differenzi individwali, ħafna nies itejbu b'mod sinifikanti l-memorja tagħhom billi jbiddlu d-drawwiet tat-tagħlim u l-memorja tagħhom. Għalhekk, għandna nitgħallmu u nikkontrollaw b'mod attiv diversi ħiliet tal-memorja, li jgħinuna nżommu u ntejbu l-memorja tagħna aħjar fil-ħajja tagħna ta 'kuljum. 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.

Interazzjoni mtejba fuq distanza twila waqt ir-rippling bejn is-siti kienet appoġġata minn korrelazzjoni ta 'frekwenza għolja miżjuda. Ripples seħħet flimkien bejn is-siti kortikali u bejn il-kortiċi u l-ippokampus kemm waqt il-qawmien spontanju kif ukoll NREM, u aktar kookkorrenzi preċedew ir-recall ittardjat b'suċċess.

B'mod ġenerali, ir-riżultati tagħna jissuġġerixxu li tmewwiġ kortikali mqassam, imsakkar f'fażi, jippossjedi l-proprjetajiet li jistgħu jippermettulhom jiffaċilitaw l-integrazzjoni tal-elementi differenti li jinkludu memorja dikjarattiva partikolari, jew b'mod aktar ġenerali, biex jgħinu "jorbot" aspetti differenti ta' avveniment mentali kodifikat b'mod mifrux. żoni kortiċi f'rappreżentazzjoni koerenti.

Xogħol preċedenti wera li l-akkoppjar ta 'anterolaterali temporali u parahippocampal ripples fil-bnedmin żidiet beforecorrect recall fit-tagħlim paired-assoċjati (8). Aħna nuru li tali akkoppjar iseħħ ukoll bejn l-ippocampal u l-corticalripples. Barra minn hekk, nuru li l-irtirar immedjat bl-ebda distractor li jintervjeni, kompitu bi stimulazzjoni sensorjali u bil-mutur identiċi iżda li ma teħtieġx l-ippokampus (12), mhix assoċjata ma 'żieda ta' akkoppjar ta 'ripple ippocampo-kortikali. B'mod kritiku, minħabba l-importanza ta' konnessjonijiet transkortikali bejn is-siti kodifikazzjoni ta 'elementi qabel mhux relatati fil-memorja dikjarattiva, aħna nuru li l-igganċjar kortiko-kortikali ta' tmewwiġ ukoll jiżdied bil-qawwa qabel l-irtirar korrett wara dewmien.

Inattivazzjoni temporali medjali temporanja tfixkel kemm il-formazzjoni tal-memorja kif ukoll l-irkupru, li timplika kontribut għat-tnejn (33), minbarra r-rwol tal-hippocampal fil-konsolidazzjoni matul NREM (1-4). Sibna li ripplecoupling ippocampo-kortikali seħħet b'mod spontanju kemm fil-qawmien kif ukoll f'NREM, iżda bi preferenzi ta 'ordni differenti—kortiċi li jwasslu waqt il-qawmien u l-ippokampus waqt NREM, possibbilment jirrifletti fluss ġenerali differenti ta' informazzjoni waqt il-formazzjoni tal-memorja versus il-konsolidazzjoni.

L-effett tal-ordni matul NREM instab biss għal ripples sharp-wave tal-hippocampal (21), mhux ripples tal-magħżel (22). Ripples tal-mewġ li jaqtgħu għandhom assoċjazzjonijiet aktar b'saħħithom ma 'żoni prefrontal li jappoġġjaw aspetti kuntestwali ta' memorja episodika u ripples tal-magħżel b'żoni parietali li jappoġġjaw rikollizzjoni awtobijografika dettaljata. Dawn ir-riżultati għalhekk isaħħu suġġeriment preċedenti li ripples jagħmlu kontribuzzjonijiet sekwenzjali għall-konsolidazzjoni (22).

Sejba ta’ dan l-istudju hija li ripplescouple kortikali spontanju (fi żmien ± 500 ms) iseħħ flimkien (Ikbar minn jew ugwali għal 25-ms jikkoinċidu) u ħafna drabi phase-lock (jissinkronizza) f’żoni kbar taż-żewġ emisferi kemm waqt l-irqad kif ukoll qawmien. It-tnaqqis minimu withdistance fil-ko-okkorrenza jew qfil fażi jissuġġerixxi jew oxxillatur sewqan ċentrali jew oriġini tal-popolazzjoni, bħal web ofcoupled oxxillaturi (Fig. 6A).

L-hippocampus huwa improbabbli li jaġixxi bħala oxxillatur ċentrali tas-sewqan minħabba li l-ippocampo-corticalcoupling u t-tmewwiġ huma aktar rari minn kortiko-kortikali, u l-illokkjar tal-fażi tal-hippocampo-kortikali huwa essenzjalment assenti. Preponderanza ta' influwenzi kortiko-kortikali tista' tkun mistennija peress li kull ċellula piramidali kortikali tirċievi input minn eluf ta' piramidi oħra, filwaqt li l-fan-out mill-ippokampus (CA1 flimkien ma' subiculum) għall-kortiċi hija ta' ~ 1:500, għalhekk kull piramida kortikali titla' fuq. medja inqas minn 10 sinapsi tal-hippocampal (34, 35).

It-thalamus huwa sors ieħor possibbli ta 'sinkronizzazzjoni ta' postijiet kortikali multipli. Madankollu, thalamocorticalconnections huma wkoll rari ħafna meta mqabbla ma 'cortical-cortical (36). Minħabba r-relazzjoni qawwija ta' ripples kortikali għal upstates, u inqas qawwi biex sleep spindles (11), u r-rwol ta 'interazzjonijiet thalamocortical fil-ġenerazzjoni ta' upstates u magħżel (37). ), huwa possibbli li l-modulazzjoni talamokortika permezz ta 'mewġ ta' rqad jista 'jikkontribwixxi għas-sinkronizzazzjoni tal-immewweġ kortiko-kortikali.

Bil-maqlub, netwerk kortiko-kortikali ta 'oscillatorsis akkoppjat konsistenti mas-sejba fil-qtates li sezzjoni tal-corpusallosum tfixkel is-sinkronija gamma bejn V1 fiż-żewġ emisferi (17). Barra minn hekk, il-frekwenza ta' tmewwiġ uniformi ħafna osservata madwar is-siti, ir-reġjuni kortikali, u t-tmewwiġ individwali tissuġġerixxi li l-mekkaniżmi ċellulari u tan-netwerk lokali jistabbilixxu l-frekwenza ta 'oxxillazzjoni reżonanti ta' kull modulu kortikali għall-istess frekwenza 90-Hz, li b'hekk hija suxxettibbli li ko-oscillation meta eċċitati u konnessi.

Rwol ewlieni ta 'interazzjonijiet kortiko-kortikali fil-ko-okkorrenza ta' tmewwiġ u l-illokkjar tal-fażi huwa wkoll issuġġerit mir-rispons pożittiv qawwi li osservajna fit-tixrid ta 'ko-okkorrenza kortiko-kortikali u l-intensità ta' qfil tal-fażi kortiko-kortikali. Speċifikament, il-probabbiltà ta' ko-okkorrenza kortiko-kortikali waqt il-qawmien tiżdied minn madwar id-doppju tal-livelli ta' ċans għal żewġ siti li jseħħu flimkien għal madwar 20,000darbiet iċ-ċans ta' ko-okkorrenza f'25% tas-siti. Bl-istess mod, matul NREM, l-ogħla ripple kortikali PLV ​​bejn is-siti jiżdied b'mod lineari man-numru ta 'siti addizzjonali tmewwiġ, minn ∼0.2 mingħajr siti addizzjonali għal ∼0.9 bi 12. Innota li aPLV ta' 1.0 jindika konsistenza perfetta tal-fażi bejn is-siti fuq ir-ripples kollha li jseħħu flimkien.

Il-mekkaniżmu li bih l-interazzjonijiet kortiko-kortikali jistgħu jappoġġaw is-sejba tagħna ta’ qfil tal-fażi żero-lag f’distanzi twal, bi tnaqqis minimu sa 250 mm, mhuwiex ċar. Fibri kortikokortikali mgħaġġla jmexxu ~ 10 m/s, jivvjaġġaw 111 mm bejn qċaċet suċċessivi ta '90-Hz tmewwiġ (38). Madankollu, synchronizingprojections xorta jistgħu jkunu effettivi f'multipli tal-ħin taċ-ċiklu, speċjalment b'konnettività rikorrenti (Fig. 6B). Peress li l-fibri ta 'medda twila huma pjuttost rari fil-kortiċi tal-bniedem, filwaqt li l-konnettività lokali u l-fibri U huma densi, jeżistu numru astronomiku ta' rotot multisinaptiċi possibbli bejn kwalunkwe żewġ postijiet kortikali (36).

Tabilħaqq, studji ta 'mudellar juru li oxxillazzjonijiet imsakkra f'fażi f'~90 Hz jistgħu jseħħu f'netwerks kortikali estiżi, anke f'zerolag, sakemm in-newroni jkollhom konnettività rikorrenti b'mogħdijiet multipli (39, 40). Mudelli "polikroniċi" bħal dawn (41) jagħżlu b'mod spontanju mogħdijiet li jinvolvu rilejs multipli b'somom konsistenti, u l-istess par ta 'postijiet jistgħu juru dewmien ta' fażi multipli skont in-netwerk li jkunu qed jipparteċipaw fih, kif osservajna matul iljieli multipli ta 'rqad. Għalhekk, għalkemm evidenza diretta hija nieqsa, il-possibbiltà l-aktar probabbli minħabba s-sejbiet tagħna hija li tmewwiġ ko-jseħħ u fażi-lock minħabba interazzjonijiet kortiko-kortikali emerġenti.

We found that cortico-cortical rippling and phase locking show consistent differences between states. Although spontaneous cortical ripple occurrence density is higher in NREM, co-occurrence density is higher in waking. Accordingly, the likelihood of multiple sites corippling relative to chance grows more rapidly with number of sites during waking than NREM, the increase being about 25 times larger when 25% of sites are corippling. Overall, the proportion of ripple peaks that occur within 25 ms of each other is about five times greater in waking than in NREM. Furthermore, when ripples phase-lock they are more likely to have near 0 phase lag in waking than NREM. Higher activation is indicated by the 10 times higher increase in >200-Hz amplitude during waking vs. NREM ripples. In contrast, NREM ripples tend to recruit sequentially across the cortex (as indicated by nonzero phase-lags), with a smaller but significant increase in >200-Hz amplitude. These properties may be consistent with a rapid highly synchronous recruitment of multiple cortical sites by a high activation during waking ripples and, by contrast, more sparsely activated NREM ripples. Conversely, zero-lag recruitment could be the cause rather than the effect of the greater >200-Hzattivazzjoni waqt il-qawmien.

Ġew kampjunati medja ta 'madwar 16-il post kortikali mqassma b'mod wiesa' għal kull pazjent. Jekk wieħed jassumi li modulu li jiġġenera ripple jifrex ∼1 mm2 ta 'wiċċ kortikali (5), allura aħna rreġistrati minn ~ 1/10, 000th tal-moduli ripple. Peress li t-tmewwiġ mhuwiex miżjud f'distanzi qosra ta 'interelettrodi, il-proporzjon ta' siti rreġistrati jista 'jintuża bħala stima tal-proporzjon tal-kortiċi li qed tmewwiġ. Jekk iva, allura xi drabi daqs 25% tal-kortiċi hija corippling. Bl-istess mod, il-proporzjon tas-soltu tar-rippling tal-cortex jista 'jiġi stmat bejn wieħed u ieħor mill-probabbiltà, minħabba tmewwiġ, li sit ieħor qed imewweġ, ~ 8% (jekk wieħed jassumi li l-kamp taċ-ċomb tal-immewweġ huwa komparabbli mad-daqs tal-modulu tiegħu).

Minħabba l-modulazzjoni qawwija fażi ripple ta ' l-isparar taċ-ċelluli wedemonstrated, ripples jista 'jkun mistenni li jimmodulaw b'mod qawwi l-effettività ta' jaslu input sinaptiku, bi spikes jaslu fuq il-fażi depolarizzata jkunu ferm aktar probabbli li jqanqlu l-isparar postsynaptic (18). Għalhekk, jista 'jkun hemm għażla qawwija għal cellsthat proġett (anke multi-synapticically) bejn ripppling siteswith a latency li taqbel mal-fażi lag (possibbilment flimkien ma 'multipli tal-ħin taċ-ċiklu; Fig. 6B, i). Barra minn hekk, meta sitiripple multipli, spikes li jaslu flimkien f'post terz jista 'jkollhom effettività mtejba ħafna (jiġifieri, il-postsynapticsite jaġixxi bħala detector koinċidenza; Fig. 6B, ii) (42). L-għażla tal-fażi sinaptika u s-sejbien tal-koinċidenza huma sinerġistiċi u jimplikaw aktar rispons pożittiv minħabba rikorrenza (Fig. 6B, iii). Konnettività bejn il-postijiet rippling appoġġ interazzjonijiet fil-fażi tkun progressiva minħabba l-attivazzjoni pre-u postsynaptic dawn il-mekkaniżmi inducewould issaħħaħ fil-fażi konnessjonijiet permezz spike-timing-dependentplasticity (Fig. 6B, iv).

Innota li l-prekundizzjoni meħtieġa għal dan it-tisħiħ progressiv tal-konnessjonijiet fil-fażi hija li jkun hemm il-konsistenza tad-dewmien tal-fażi madwar waking jew ripples NREM ta 'par sit, li huwa dak li jeħtieġ il-kriterju tagħna għall-illokkjar tal-fażi. Madankollu, minbarra l-illokkjar tal-fażi konsistenti fuq ir-ripples, l-illokkjar tal-fażi huwa prattikament universali fi ħdan ir-ripples minħabba li l-frekwenzi tat-tmewwiġ huma tant simili, madwar ripples u postijiet, li jippermettu għażla ta 'fażi, skoperta ta' koinċidenza, u mekkaniżmi ta 'dħul mill-ġdid għall-għażla ta' netwerks newrali li jgħaqqdu l- siti ta' tmewwiġ sakemm iż-żewġ siti jkunu konnessi jew b'mod mono- jew polisinattiku.

Permezz ta 'dawn il-mekkaniżmi, ir-ripples kortikali jistgħu jattivaw u jikkombinaw ma' żoni ta 'kodifikazzjoni distanti iżda relatati permezz ta' attivazzjoni progressiva ta 'web ta' konnessjonijiet ta 'rispons pożittiv kortiko-kortikali. Il-probabbiltà akbar ta' koattivazzjoni u fażi ta' qfil b'numru dejjem jiżdied ta' siti li diġà qed jikkoattivaw tissuġġerixxi r-reklutaġġ ta' rispons pożittiv taċ-ċelluli l-aktar interkonnessi u koattivati ​​fi tmewwiġ sinkroniku qasir. Meta l-postijiet jingħaqdu man-netwerk rippling u jirresonaw ma 'membri oħra, il-livelli ta' attività tagħhom jiżdiedu. Il-funzjoni tar-ripple tista' għalhekk tkun li tkabbar permezz tar-reżonanza, li twassal għall-assemblaġġ rapidu ta 'netwerk li jikkodifika l-aspetti varji ta' avveniment, jew fil-każ ta 'recall jew konsolidazzjoni, in-netwerk li jikkodifika l-aspetti varji tal-memorja.

A potential role of ripples in facilitating the communication and integration of information between distant cortical sites requires synchronized oscillations in transmembrane currents generating the ripples per se and coordinated neuronal action potentials. We show here that single putative pyramidal cells and interneurons in the lateral temporal cortex increase their firing during ripples in a manner that is strongly modulated by the phase of the individual ripple cycles. Therefore, the cell firing patterns necessary to support the selection of activated neurons within the rippling locations using gain modulation and coincidence detection are in place. While we did not simultaneously record single units in multiple distant locations to directly confirm that they are cofiring, we obtained some indication that this may be the case by examining the amplitude envelope of >200-Hz LFPs. Aħna sibna li l-korrelazzjoni bejn dawn l-envelops f'postijiet imbiegħda hija akbar meta jkunu corippling u din iż-żieda fil-korrelazzjoni ma tonqosx mad-distanza, anke jekk is-siti huma lobi jew emisferi indifferenti.

Il-mekkaniżmu alternattiv prinċipali propost għall-irbit jiddependi fuq konverġenza ġerarkika f'oqsma multi-attributi u multisensorji (19, 20). Dan il-mekkaniżmu jidher inkonsistenti man-natura mqassma ħafna tal-ipproċessar kortikali u joħloq id-diffikultà ta 'kif tirrappreżenta f'modulu kortikali żgħir kull wieħed mill-possibbiltajiet kombinatorji tal-elementi kollha li jinsabu fl-esperjenzi potenzjali kollha. Madankollu, l-ippokampus jidher li jagħmel dan, għalkemm temporanjament, b'oqsma riċettivi li jgħaqqdu indikaturi tal-pożizzjoni minn modalitajiet multipli, kif ukoll valenza, storja u kuntest (43). L-assemblaġġ tal-ippokampu tal-elementi differenti ta 'avveniment ma jeħtieġx integrazzjoni madwar l-ippokampus minħabba li dawn l-elementi huma disponibbli lokalment, wara li ġew imħallta minn qabel mill-kortiċi entorinali u l-ġir dentat. Għalhekk, ripples hippocampal huma għall-komunikazzjoni mal-kortiċi aktar thanwith siti hippocampal oħra, u tabilħaqq huma tipikament lokali ġewwa l-hippocampus (22, 44); pjuttost, il-ko-okkorrenzi kruċjali tagħhom jistgħu jkunu b'ripples kortikali mifruxa. F'din il-fehma, it-twaħħil ta 'elementi kortikali jista' jseħħ fin-nuqqas ta 'ippocampalinput jekk ikunu kkonsolidati qabel minħabba li l-cortico-corticalrippling u l-illokkjar tal-fażi jiddependu fuq proċessi intracortical.

In summary, the characteristics of co-occurring and phase-locked cortical ripples found in the current study appear to fulfill the central requirements for a neurophysiological process that could facilitate binding by synchrony. First, ripples occur in all regions of the cortex in both hemispheres (required by binding because the elements of experience are encoded throughout the cortex). Second, ripples occur spontaneously throughout waking and NREM (required since binding is a ubiquitous process) and are elevated during task periods when binding may be useful (such as reassembling the components of a memory). Third, ripples last ∼70 ms, a duration considered in the range of the "psychological moment" (45). Fourth, ripples strongly increase local firing and firing-proxy >200-Amplitudità Hz (meħtieġa għal komunikazzjoni inter-arja).

Fifth, ripples strongly phase-modulate local putative pyramidal and interneuron firing in a manner consistent with input modulation (a primary hypothesized mechanism whereby oscillations selectively amplify particular neural assemblies). Sixth, ripples strongly co-occur and phase-lock between cortical sites indicating active cortico-cortical communication (required because without communication there cannot be integration). This strong phase locking occurs between cortical sites but not between cortex and hippocampus, indicating that transcortical synchrony is probably intrinsic, i.e., not projected from elsewhere. Furthermore, co-occurrence and phase locking are minimally affected by distance (required for integration of diverse elements). Finally, >200-L-amplitudni tal-Hz hija aktar korrelata bejn is-siti meta jkunu qed jikkorrippjaw, u jissuġġerixxi aktar l-integrazzjoni inter-area tal-isfar tal-unità. Evidenza addizzjonali minn reġistrazzjonijiet simultanji mqassma fil-livell ċellulari kif ukoll interventi diretti f'sistemi mudell se tkun meħtieġa biex tikkonferma li ripples kortikali jipprovdu s-sottostrat newrali għall-irbit.

Metodi

Għażla tal-Pazjent. Dejta minn total ta' 25 pazjent (13-il mara, 31 ± 11-il sena) b'epilessija farmakoreżistenti li għaddejjin minn reġistrazzjoni intrakranjali għal lokalizzazzjoni ta' aċċessjoni qabel it-trattament kirurġiku ġiet inkluża f'dan l-istudju (SIAppendiċi, Tabelli 1 u 7). Pazjenti li r-reġistrazzjonijiet SEEG tagħhom ġew analizzati kienu inklużi biss fl-istudju jekk ma kellhomx operazzjoni tal-moħħ qabel; EEG fl-isfond (ħlief transitori epileptiformi) fil-medda normali; u elettrodi impjantati f'dak li eventwalment instab li kien mhux leżjonali, kortiċi mhux epileptoġeniċi, kif ukoll ippokampus mhux leżjonali, mhux epileptoġeniċi (dawn iż-żoni kienu suspettati li kienu parti mill-fokus qabel l-impjantazzjoni jew kienu meħtieġa li jgħaddu biex jilħqu żoni epileptoġeniċi suspettati). Fuq il-bażi ta' dawn il-kriterji, 25 pazjent ġew inklużi f'dan l-istudju minn total ta' 83. Il-pazjenti kollha taw kunsens bil-miktub infurmat bis-sħiħ biex id-dejta tagħhom tintuża għar-riċerka. Dan l-istudju ġie approvat mill-Bordijiet ta 'Reviżjoni Istituzzjonali lokali fi Cleveland Clinic, Università ta' California San Diego, Oregon Health & Science University, u Partners HealthCare (inkluż Massachusetts General Hospital).

Ripple Sejbien. Ripple sejbien twettqet bl-istess mod għall-allstructures u l-istati, ibbażata fuq metodu ta ' l-iskoperta ripple hippocampal deskritt qabel (21, 22). Ir-rekwiżiti għall-inklużjoni u l-kriterji għar-rifjut ġew iddeterminati permezz ta' proċess iterattiv bejn pazjenti, strutturi u stati. Id-dejta ġiet mgħoddija b'banda b'filtru Butterworth f'60 sa 120 Hz (quddiem u lura għal bidla ta' fażi żero, is-sitt ordni) u l-ogħla 20% ta' 20-ms li jiċċaqilqu qċaċet tal-għeruq-mean-squared peaks. Kien meħtieġ ukoll li l-massimuz-score tal-amplitudni analitika tal-bandpass 70- għal 100-Hz (butterworth fażi żero tas-sitt ordni) tkun akbar minn 3 u li jkun hemm mill-inqas tliet ċikli distinti ta' oxxillazzjoni fis-sinjal ta' 120-Hz b'pass baxx, iddeterminat billi tiċċaqlaq tieqa40-ms f'żidiet ta' 5 ms fuq ±50 ms relattiv għall-punt tan-nofs tar-ripple u li teħtieġ li mill-inqas tieqa waħda jkollha mill-inqas tliet qċaċet . Adjacentripples fi żmien 25 ms ġew magħquda. Iċ-ċentri ta 'ripple ġew determinati bħala l-ogħla quċċata pożittiva fil-bandpass ta' 70- għal 100-Hz. Il-bidu u l-offsets tar-ripple ġew immarkati meta l-envelop tal-amplitudni ta' 70- għal 100-Hz waqa' taħt punteġġ z ta' 0.75.

Biex tirrifjuta attivitajiet epilettiformi jew artifacts, ir-ripples ġew esklużi jekk il-valur assolut tal-{0}}Hz high-pass z-score qabeż is-7 jew seħħew fi żmien 2 s ta' bidla LFP akbar minn jew ugwali għal 3 mV/ms. Ir-ripples ġew esklużi wkoll jekk jaqgħu fi ħdan ± 500 ms ta' spikes interictal putattivi, skoperti kif deskritt fl-Appendiċi SI. Biex teskludi avvenimenti li jistgħu jiġu akkoppjati bejn kanali minħabba attività epileptiform, eskludejna tmewwiġ li ħabat ma 'interictalspike putattiv fuq kwalunkwe kanal kortikali jew ippocampal. Avvenimenti li kellhom biss ċiklu wieħed prominenti jew deflessjoni kienu esklużi jekk l-akbar amplitudni tal-wied sal-quċċata fil-broadband LFP kienet 2.5 darbiet akbar mit-tielet l-akbar. Għal kull kanal, l-LFP medju imsakkar immewweġ ġie eżaminat viżwalment biex jikkonferma li kien hemm ċikli prominenti multipli bi frekwenza ta 'ripple (70 sa 100 Hz), u l-plott tal-frekwenza tal-ħin medju ġie eżaminat biex jikkonferma li kien hemm żieda distinta fil-qawwa fi ħdan il-{{ 16}} sa 100-faxxa Hz. Barra minn hekk, ripples individwali multipli fil-Broadband LFP u 70- sa 100-Hz bandpass minn kull kanal ġew eżaminati viżwalment biex jikkonfermaw li kien hemm ċikli multipli bi frekwenza ta 'ripple mingħajr kontaminazzjoni minn artifacts jew attività epileptiform. Kanali li ma kienx fihom ripples li ssodisfaw dawn il-kriterji ġew esklużi mill-istudju.

Ripple Relazzjonijiet Temporali. Ripple cross-correlograms (istogrammi rippletime peri-kortikali ta 'ripples kortikali jew hippocampal fuq kanal differenti) ġew ikkalkulati biex jiġi vvalutat għall-igganċjar ta' tmewwiġ bejn is-siti. L-għadd ta' ċentri ta' tmewwiġ Gaussian (tieqa=250 ms, σ=50 ms) fil-kanal B ġew ikkalkulati f'25-ms bins fi ħdan ±1,500-ms relattiv għal ċentri ta' tmewwiġ f't=0 fil-kanal AA distribuzzjoni nulla kienet ġġenerata billi tħaffef (n=200 darbiet) il-ħinijiet taċ-ċentri ta 'ripple fuq il-kanal B relattiva maċ-ċentri ta' tmewwiġ fuq il-kanal A (f't=0) fi ħdan il- ±1,500 tieqa. Il-valuri P ta' qabel l-FDR ġew ikkalkulati billi tqabbel id-distribuzzjonijiet osservati u nulli għal kull bin fuq ± 500 ms. Il-valuri P kienu mbagħad FDR-ikkoreġuti għan-numru ta 'pari ta' kanali bejn il-pazjenti mmultiplikat bin-numru ta 'bins għal kull par ta' kanali (46). Par ta 'kanali kien determinat li għandu modulazzjoni sinifikanti jekk kien hemm mill-inqas tliet bins konsekuttivi kull wieħed b'P ikkoreġut mill-FDR < 0.05 biex tiġi minimizzata l-possibbiltà ta' sinifikat pożittiv falz. Jekk ir-ripples kortikali kienux fuq quddiem jew lura kien determinat permezz ta' test binomjali fuq żewġ naħat b'valur mistenni ta' 0.5, bl-użu tal-għadd tal-avvenimenti fil-500 ms qabel vs. 500 ms wara t=0. Għal plots, intużaw għadd ta' avvenimenti 50-ms Gaussiansmoothed (σ=10 ms) b'50-ms bins.

Kortikal Ripple Ko-okkorrenzi. Ko-okkorrenzi ta 'ripple bejn pari ta' kanali ġew identifikati billi nstabu ripples li jikkoinċidu għal mill-inqas 25 ms. Iċ-ċentru ta 'l-avveniment ta' tmewwiġ li jseħħ flimkien ġie ddeterminat billi nstab iċ-ċentru temporali tal-koinċidenza ta 'l-immewweġ. Il-probabbiltajiet kondizzjonali ta' ko-okkorrenza ta' tmewwiġ ġew ikkalkulati billi nstabet il-probabbiltà ta' ko-okkorrenza (25-ms minimi) bejn żewġ kanali minħabba li kien hemm tmewwiġ f'wieħed mill-kanali, separatament għal kull kanal. Dan sar għal P(NCjNC) (iż-żewġ ordnijiet), P(NCjHC), uP(HCjNC). Biex tiġi stmata l-estent ta 'rippling madwar il-kortiċi fi kwalunkwe mument, ġiet ikkalkulata l-probabbiltà li proporzjon partikolari ta' kanali kien rippling fi kwalunkwe ħin għal kull pazjent.

Il-ko-okkorrenza ta' tmewwiġ kortikali osservati fuq ċans ġie kkalkulat bħala funzjoni tan-numru ta' siti corippling. Il-ko-okkorrenza ta' ripple ta' numru partikolari ta' siti kienet teħtieġ li dawk is-siti kollha kellhom mill-inqas 25-ms ripple overlap. Iċ-ċans ġie kkalkulat għal kull pazjent billi tħawwad b'mod każwali l-epoki ta' tmewwiġ u l-epoki ta' tmewwiġ tas-siti kollha 200 darba u kkalkola n-numru medju ta' okkorrenzi għal kull proporzjon ta' siti ta' tmewwiġ (jiġifieri, in-numru ta' kanali ta' tmewwiġ diviż bin-numru totali ta' kanali, ivvalutati għal il-valur minimu ta' żewġ kanali jew aktar tmewwiġ).

Is-sinifikat tal-ko-okkorrenza ta' tmewwiġ kortikali għal kull par ta' kanali ġiet ikkalkulata billi tqabbel in-numru ta' ko-okkorrenzi osservati (25-ms sovrappożizzjoni minima) għal kull par ta' kanali b'distribuzzjoni ta' ko-okkorrenza nulla derivata minn tmewwiġ tmewwiġ u intervalli ta' inter-ripple 200 darba f'tieqa ta' min jiċċaqlaq li ma jikkoinċidix5-u jgħodd il-ko-okkorrenzi.

Analiżi tal-Imblukkar tal-Fażi Ripple. Biex tiddetermina jekk ripples ko-jseħħ f'siti differenti ġew sinkronizzati, użajna l-PLV, miżura istantanja ta 'illokkjar tal-fażi (28). Il-korsijiet tal-ħin tal-PLV ġew ikkalkulati bl-użu tal-angolu analitiku tas-sinjali ta' Hilbert trasformati 70- għal 100-Hz band-passed (bidla tal-fażi żero) ta' kull par ta' kanali meta kien hemm mill-inqas 40 ripples bi minimu ta'25-ms jikkoinċidu għal kull wieħed. Il-PLVs ġew ikkalkulati f'punti ta' ħin ta' 1-ms tul dawn ir-ripples kollha għal kull par ta' kanali f'tieqa ta' ±500-ms relattiva għaċ-ċentri rippletemporal. Distribuzzjoni nulla ġiet iġġenerata billi jintgħażlu 200 każwali fi żmien 10 sa 2 s relattiva għal kull ċentru ta 'ripple. Il-valuri P ta' qabel l-FDR ġew determinati billi tqabbel id-distribuzzjonijiet osservati u nulli f'5-msduration bins (medja fuq ħames punti ta' ħin 1-ms) fi żmien ±50 ms madwar iċ-ċentri ta' tmewwiġ. Dawn id-distribuzzjonijiet għal kull par ta' kanali kienu madwar ripples ateach 5-ms bin relattiv għaċ-ċentru tat-tmewwiġ, mhux fi ħdan coripples. Dawn il-valuri P imbagħad ġew ikkoreġuti bl-FDR fil-bins u l-pari tal-kanali tal-pazjenti kollha. Channelpair tqieset li kellha fażi sinifikanti ta' qfil jekk kellha żewġ bins5-ms konsekuttivi b'post-FDR P < 0.05 biex timminimizza l-possibbiltà ta' pożittivi foloz. PLV tal-linja bażi medja fi żmien 500 sa 250 ms sal-ogħla PLV fi żmien ±50 ms madwar iċ-ċentru tat-tmewwiġ. Saru kalkoli separati għal NREM u waking. Għall-plots, it-traċċi tal-PLV ġew twitti b'tieqa 10-ms Gaussian.

Fażi qfil bħala funzjoni tal-proporzjon ta 'siti addizzjonali ripplingwas ikkalkulat billi jiġu identifikati ripples fuq iż-żewġ kanali kortikali ta' interess u mbagħad issortjar dawn l-avvenimenti fi gruppi bbażati fuq liema proporzjon ta 'siti addizzjonali kellhom ripple li jikkoinċidu mal-immewweġ bi kwalunkwe ammont ta' ħin u kompjuters il-quċċata PLV u ΔPLV madwar iċ-ċentri ta 'ripple. Plots ta' l-ogħla PLV għal pari ta' kanali bħala funzjoni tan-numru ta' siti addizzjonali li jseħħu flimkien (eż., 3 fuq l-assi x tfisser 2 + 3=5 siti totali rippling) huma għal pari ta' kanali b'modulazzjonijiet PLV sinifikanti.

L-illokkjar tal-fażi intratripple ġie ttestjat billi l-ewwel iġġenera distribuzzjoni nulla billi kkalkula l-PLV ta' ħames fażijiet każwali ta' dewmien 1,000 darbiet. Sussegwentement, il-PLV osservat ġie kkalkulat bl-użu ta' fażi lags bejn il-ħames qċaċet ta 'kull wieħed miż-żewġ tmewwiġ f'ripple li kien l-eqreb taċ-ċentru tal-ħin tal-cripple. Valur one-tailedP għal kull ripple kien imbagħad ikkalkulat bħala l-proporzjon ta 'PLVs nulli li kienu ugwali għal jew qabżu l-PLV osservat. Id-dejta mbagħad ġiet ikkoreġuta bl-FDR madwar ir-ripples kollha mill-pari kollha tal-kanali kortiko-kortikali mill-pazjenti kollha.

RIKONOXXIMENTI. Nirringrazzjaw lil Adam Niese, Christine Smith, ChristopherGonzalez, Daniel Cleary, Eran Mukamel, Erik Kaestner, Jacob Garrett, Maxim Bazhenov, Terrence Sejnowski, u Zarek Siegel għall-appoġġ tagħhom. Dan ix-xogħol kien appoġġjat mill-Istitut Nazzjonali tas-Saħħa Mentali (1RF1MH117155-01 u T32MH020002) u l-Uffiċċju tar-Riċerka Navali Inizjattiva ta 'Riċerka Università Multidixxiplinari (N00014-16-1-2829). Porzjonijiet ta 'dan l-artikolu ġew żviluppati mid-dissertazzjoni tad-dottorat oriġinali minn CWD

Referenza

1.MA Wilson, BL McNaughton, Riattivazzjoni tal-memorji tal-ensemble tal-hippocampal waqt l-irqad.Xjenza 265, 676–679 (1994).

2. G. Buzsaki, Hippocampal sharp wave-ripple: A bijomarkatur konjittiv għall-memorja episodika u l-ippjanar. Hippocampus 25, 1073–1188 (2015).

3. N. Maingret, G. Girardeau, R. Todorova, M. Gutierrez, M. Zugaro, Hippocampo-cortical couplingmediates konsolidazzjoni tal-memorja waqt l-irqad. Nat. Newrosci. 19, 959–964 (2016).

4. V. Ego-Stengel, MA Wilson, Tfixkil ta 'attività hippocampal assoċjata ma' tmewwiġ waqt restimpairs tagħlim spazjali fil-far. Hippocampus 20, 1–10 (2010).

5. D. Khodagholy, JN Gelinas, G. Buzsaki, Akkoppjar imtejjeb bit-tagħlim bejn kortiċi ta 'assoċjazzjoni ta' oscillationsin ripple u hippocampus. Science 358, 369–372 (2017).

6. F. Grenier, I. Timofeev, M. Steriade, Sinkronizzazzjoni fokali ta 'ripples (80-200 Hz) fin-neocortex u l-korrelati newronali tagħhom. J. Neurophysiol. 86, 1884–1898 (2001).

7. Y. Norman et al., Hippocampal sharp-wave ripples marbuta ma 'tifkira episodika viżwali fil-bnedmin.Science 365, eaax1030 (2019).

8. AP Vaz, SK Inati, N. Brunel, KA Zaghloul, Oxxillazzjonijiet ta 'ripple akkoppjati bejn il-lobu medialtemporal u n-neocortex jirkupraw il-memorja umana. Science 363, 975–978 (2019).

9. AP Vaz, JH Wittig, Jr, SK Inati, KA Zaghloul, Replay ta 'sekwenzi ta' spiking kortikali waqt l-irkupru tal-memorja umana. Science 367, 1131–1134 (2020).

10. N. Nitzan et al., Propagazzjoni ta 'ripples tal-hippocampal għan-neocortex permezz ta' passaġġ retrosplenjali subiculum. Nat. Komun. 11, 1947 (2020).

11. CW Dickey et al., Ripples kortikali waqt l-irqad u l-qawmien NREM fil-bnedmin. bioRxiv [Preprint](2022). https://doi.org/10.1101/2021.05.11.443637 (Aċċessat fit-28 ta’ Frar 2022).

12. LR Squire, Memory and the hippocampus: Sinteżi minn sejbiet bil-firien, xadini, u bnedmin. Psikolu. Rev 99, 195–231 (1992).

13. A. Treisman, Soluzzjonijiet għall-problema vinkolanti: Progress permezz ta’ kontroversja u konverġenza.Neuron 24, 105–110, 111–125 (1999).

14. A. Revonsuo, J. Newman, Binding and consciousness. Konxju. Cogn. 8, 123–127 (1999).

15. C. von der Malsburg, The what and why of binding: The modeler's perspective. Neuron 24,95–104, 111–125 (1999).

For more information:1950477648nn@gmail.com