שינויים בקישוריות המוח במהלך השינה על ידי גירוי טרנסגולגולתי טרנסגולגולתי סגור לחזות רגישות מטאזכר חלק 1

תַקצִיר

מטאזיכרון כולל את היכולת לשפוט נכון את הדיוק של הזיכרונות שלנו. ניתן לשפר את שליפת הזיכרונות באמצעות גירוי חשמלי טרנסגולגולתי (tES) במהלך השינה, אך העדויות לשיפורים ברגישות המטא-זיכרון מוגבלות.

אחזור זיכרון מתייחס לתהליך של אחזור מידע המאוחסן במוח באמצעים שונים כאשר מתרחשת שכחת זיכרון. בחיי הלימוד היומיומיים שלנו, שליפת זיכרון היא חוליה חשובה מאוד. זה לא רק יכול לעזור לנו לגבש את הידע שלמדנו אלא גם לשפר את הזיכרון שלנו.

זיכרון הוא היכולת של האדם לשמר ולהיזכר במידע, והוא בלתי נפרד מהלמידה. רק עם זיכרון חזק נוכל לשלוט ביותר ידע ומיומנויות ולמלא תפקיד גדול יותר בחיי היומיום שלנו.

אחזור זיכרון וזיכרון קשורים קשר הדוק. אחזור זיכרון הוא כאשר אנו צריכים להשתמש בידע מסוים, נחפש ונזכור אותו, ותהליך זה של חיפוש והיזכרות הוא אחזור זיכרון. אם הזיכרון שלנו לא מספיק חזק, נתקשה לשחזר את הזיכרון ועלולים לשכוח, מה שישפיע על אפקט הלמידה והביצועים שלנו.

לכן, שיפור הזיכרון אינו עניין פשוט, אך אנו יכולים להשתמש בכמה שיטות וטכניקות מדעיות כדי לעזור לנו לשפר את הזיכרון. לדוגמה, אנו יכולים לגבש את הזיכרון באמצעות למידה חוזרת, להשתמש במיומנויות אסוציאציות כדי להעמיק את הזיכרון, או להפעיל את המוח שלנו בדרכים שונות כדי לשפר עוד יותר את הזיכרון.

בקיצור, אחזור זיכרון וזיכרון קשורים קשר הדוק. רק כשיש לנו זיכרון חזק נוכל לבצע אחזור זיכרון טוב יותר ולהגיע לתוצאות למידה טובות יותר. הבה לנו את האומץ לאתגר את עצמנו, לשפר את הזיכרון שלנו באמצעות למידה ותרגול מתמשכים, ולהניח בסיס איתן לעתידנו. ניתן לראות שעלינו לשפר את הזיכרון, ו-Cistanche deserticola יכולה לשפר משמעותית את הזיכרון מכיוון ש-Cistanche deserticola הוא חומר רפואי סיני מסורתי בעל השפעות ייחודיות רבות, אחת מהן היא שיפור הזיכרון. היעילות של Cistanche deserticola מגיעה מהרכיבים הפעילים המרובים שהיא מכילה, כולל חומצה טאנית, פוליסכרידים, גליקוזידים פלבנואידים וכו'. מרכיבים אלו יכולים לקדם את בריאות המוח באמצעות מגוון מסלולים.

לחץ לדעת 10 דרכים לשיפור הזיכרון

יישום tES יכול לשפר את איחוד הזיכרון תלוי-שינה, אשר יחד עם מטא-זיכרון דורש תיאום פעילות על פני מערכות עצביות מבוזרות, מה שמצביע על כך שבחינת קישוריות פונקציונלית חשובה להבנת תהליכים אלו.

עם זאת, littleresearch בדק כיצד אפנון קישוריות פונקציונלי קשור לשינויים בין לילה ברגישות המטא-זיכרון. כאן, פיתחנו שיטת tES בלולאה סגורה לזמן קצר, ננעלת בזמן למצבים למעלה של תנודות גל איטיות מתמשכות, כדי לרמז על שידורי זיכרון ספציפיים בבני אדם. מדדנו שינויים בקוהרנטיות אלקטרואנצפלוגרפית (EEG) בעקבות פעימות גירוי, ואפיינו שינויים ברשת עם מדדים תיאורטיים של גרפים.

באמצעות טכניקות למידת מכונה, אנו מראים ש-tES פועם העלה שינויים ברשת ברצועות תדר מרובות, כולל קישוריות מוגברת בפס התטא ויעילות מוגברת בפס הציר. בנוסף, שינויים הנגרמות על ידי גירוי באורך נתיב רצועת בטא היו מנבאים שינויים בין לילה ברגישות המטא-זיכרון.

ממצאים אלה מוסיפים תובנות חדשות לספרות ההולכת וגוברת החוקרת עלייה בביצועי הזיכרון באמצעות גירוי מוחי במהלך השינה ומדגישים את החשיבות של בחינת קישוריות תפקודית כדי להסביר את השפעותיה.

תקציר המחבר

מחקרים רבים הוכיחו קשר ברור בין שינה לזיכרון - כלומר, זיכרונות מתגבשים במהלך השינה, מה שמוביל לייצוגים יציבים יותר ולאורך זמן.

הראינו בעבר כי תיוג פרקים עם דפוסים ספציפיים של גירוי מוחי במהלך קידוד והשמעה חוזרת של דפוסים אלה במהלך השינה יכולים לשפר את תהליך הגיבוש הזה כדי לשפר את הביטחון העצמי וקבלת ההחלטות של זיכרונות (מטאממוריה).

כאן, אנו מרחיבים את העבודה כדי לבחון שינויים במוח ברמת הרשת המתרחשים בעקבות גירוי במהלך השינה המנבאים שיפורים בזיכרון. באמצעות שיטות תיאורטיות של גרפים ושיטות למידת מכונה, מצאנו ששינויים הנגרמות על ידי גירוי באורך נתיב רצועת בטא חזו שיפורים בן לילה במטא-זיכרון.

ממצא חדש זה שופך אור חדש על המנגנונים העצביים של איחוד זיכרון ומציע יישומים פוטנציאליים לשיפור המטא-זיכרון.

מבוא

למוח יש את היכולת יוצאת הדופן להפוך מפגשים ופרקים קצרים, אפילו מפגשים "אחת", לזיכרונות ארוכי טווח. זה מתרחש באמצעות תהליך המכונה קונסולידציה של זיכרון, שבו זיכרונות במצב לאבילי משוחזרים במהלך השינה ומומרים לייצוגים יציבים יותר. עם זאת, שליפה מוצלחת של זיכרונות כרוכה בתהליכי בקרה וקבלת החלטות, ואפילו זיכרונות שמתגבשים במהלך השינה עשויים להיות קשים להיזכר או לשחזר עם מעט ביטחון באמיתותם (Koriat & Goldsmith,1996).

רגישות מטא-זיכרון, או היכולת של אדם לשפוט את הדיוק של זיכרונותיו בביטחון, ממלאת תפקיד קריטי בשימוש בזיכרונות שלנו. לדוגמה, עד ראייה לפשע אולי קידד בהצלחה פרטים קריטיים של הפרק, אבל אולי לא בטוח בזיכרונם, מה שמוביל להחלטות שגויות (Luus & Wells, 1994; Memonet al., 2003; Sporer et al., 1995) .

לפיכך, לשיפור לא רק אחזור זיכרון אלא גם רגישות מטא-זיכרון יש חשיבות קריטית. כאן, חקרנו את השיפור ברגישות עם התערבות בזמן שאנשים ישנים. במהלך השינה, הרכבי עצב המייצגים זיכרונות מקודדים בעבר מופעלים מחדש הן באזור ההיפוקמפוס והן באזור הניאוקורטיקלי (Euston et al., 2007; Ji & Wilson, 2007; Nádasdyet al., 1999; Sirota et al., 2003 Skaggs & McNaughton, 1996;

שידורי זיכרון חוזרים נצפים בעיקר במהלך שינה בגלים איטיים, במיוחד במהלך השלבים החיוביים, או מצבים למעלה, של התנודה המתמשכת של 0.5-1.2 הרץ (Lee & Wilson, 2002;Mölle & Born, 2011). הפעלה מחדש של דפוסים עצביים ספציפיים לקידוד מלוות בפעילות תנודה תלמוקורטיקלית של 12-15 הרץ המכונה צירים, כמו גם התפרצויות קצרות-חיים בתדר גבוה בהיפוקמפוס הנקראים אדוות (De Gennaro & Ferrara, 2003; Mölleet al., 2006).

התיאום המורכב של שידורים חוזרים, צירים ואדוות חיוני כדי להקל על איחוד זיכרונות לאחסון לטווח ארוך או כדי להעביר זיכרונות מההיפוקמפוס לניאוקורטקס (McClelland et al., 1995; McGaugh, 2000; Rasch & Born, 2013; Staresinaet al., 2015).

איחוד זיכרונות לא רק עשוי להקל על שליפתם מאוחר יותר, אלא אולי גם קשור לאמון העתידי של הפרט בהם; כלומר, איחוד יכול לחזק זיכרונות ולשפר את הלמידה (Walker & Stickgold, 2004), והביטחון בזיכרונות קשור לנאמנות הזיכרון (Dallenbach, 1913).

לפיכך, מיקוד תהליך הקונסולידציה באמצעות התערבות יכול להועיל לא רק להצלחת השליפה אלא גם לרגישות המטא-זיכרון. במהלך העשור האחרון, חוקרים חקרו יותר ויותר דרכים להגביר את תהליכי איחוד הזיכרון באמצעות מניפולציות חיצוניות. מחקרי התערבות אלו הראו שניתן לשפר את גיבוש זיכרון תלוי שינה בשתי דרכים.

ראשית, ניתן להפעיל הפעלה מחדש של זיכרון במהלך השינה על ידי חשיפה מחדש של אנשים לרמזים חושיים חיצוניים, כגון ריחות או צלילים שהיו נוכחים במהלך הקידוד (Antony et al.,2012; Oudiette & Paller, 2013; Schreiner & Rasch, 2014; Rasch et al. , 2007; Rudoy et al.,2009). הפעלה מחדש עם סימנים זו יכולה להוביל להטבות בזיכרון עבור הפריטים הספציפיים ששייכו בעבר לרמזים.

שנית, מחקרים מרובים הראו שהפעלת גירוי חשמלי טרנסגולגולתי (tES) בתדרים מסוימים על המוח במהלך השינה יכולה להעצים תהליכים אלקטרו-פיזיולוגיים אנדוגניים, מה שמוביל להקלה על גיבוש זיכרון ולאחר מכן זיהוי או היזכרות (Ketz et al., 2018; Ladenbauer et al. , 2016, 2017; Lustenbergeret al., 2016; Marshall et al., 2006, Westerberg et al., 2015).

מחקרים אלו הוכיחו עלייה כללית בביצועי אחזור הזיכרון בעקבות tES במהלך השינה. חשוב לציין, תועלת זו הקשורה לגירוי לזיכרון עשויה לנבוע משינויים ספציפיים לתדר בקישוריות תפקודית בין אזורי מוח (Krause et al., 2017).

לסיכום, מחקרים קודמים מצביעים על כך שניתן לחזק את שליפת הזיכרונות באמצעות גירוי עצבי במהלך השינה, ועשויים להצביע על כך שלפרטים תהיה גם רגישות מטא-זיכרון גדולה יותר, או מתאם גדול יותר ברמת הדיוק והביטחון של החלטות הזיכרון שלהם, עבור אפיזודות אלו.

אכן, מחקרים מסוימים הוכיחו קשר בין שינה בריאה ללא הפרעה לבין שיפוטים שלמים של זיכרון מטאמי (Dauratet al., 2010). עם זאת, ייתכן שזה לא המקרה, שכן מחקרים אחרים הוכיחו דיסוציאציות בין החלטות מסדר ראשון (פסקי דין הכרה) והחלטות מסדר שני (פסקי אמון; Del Cul et al., 2009; Hebart et al., 2016; Rounis et al. אל., 2010).

זה חשוב, שכן בטחון הזיכרון יכול לרדת עם הזמן (שפירא ופאנסקי, 2019), מה שמוביל לשגיאות בדיווח הזיכרון וקבלת החלטות גרועה יותר.

הוכח כי גירוי עצבי של הקורטקס הפרה-פרונטלי משפר את ניטור הזיכרון עבור שאלות ידע כללי (Chua & Ahmed, 2016; Chua et al., 2017), וגירוי תטא-פרץ כדי לדכא את הפעילות של קליפת המוח הקדמית השפיעו על שיפוטים מטה-קוגניטיביים (Ryals et al. .

ואכן, עבודה עדכנית במעבדה שלנו הראתה שניתן להשתמש בתבניות מרחביות-זמניות מווסתות משרעת (STAMPs) ייחודיות של tES כדי להגביר את איחוד השינה והרגישות של שיפוטים של זיכרונות אפיזודיים ספציפיים שנרכשו במציאות וירטואלית סוחפת (Pilly et al., 2020).

במאמר זה, אנו מרחיבים עבודה קודמת על סימן הפעלה מחדש של זיכרון על ידי חקירת שינויים בקישוריות פונקציונלית בעקבות דפוסי tES קצרי משך (כלומר, STAMPs) במהלך השינה.

קישוריות פונקציונלית הוכחה בעבר כמושפעת מ-tES במהלך ערות (Polanía et al., 2011, 2012), כמו גם מגיבוש זיכרון במהלך שינה (Mölleet al., 2004). בנוסף, קונסולידציה של זיכרונות במוח נחשבת לתהליך ברמת מערכת, בכך שהוא נתמך על ידי שילוב של תקשורת לטווח קצר ולטווח ארוך על פני מבני מוח (Staresina et al., 2015).

זה כנראה דומה למטא-זיכרון, שכן מחקר הראה קישוריות בין רשת מבוזרת של אזורי מוח, לרבות קליפת המוח הקדמית, הקדם-קונאוס וההיפוקמפוס תומכים בזיכרון ובשיפוטים מטה-קוגניטיביים (Baird et al., 2013; Molenberghs et al., 2016; Morales et al., 2018; Ren et al., 2018; Ye et al., 2019).

לפיכך, ההבנה כיצד שינויים בקישוריות תפקודית קשורים לתהליך זה היא קריטית; עם זאת, למיטב ידיעתנו, אף מחקר עד כה לא בדק כיצד שינויים בקישוריות תפקודית עקב גירוי במהלך השינה עשויים להשפיע או להתייחס לגיבוש הזיכרון ותהליכי קבלת החלטות.

כדי לבחון שינויים בקישוריות תפקודית, השתמשנו במדדים של קוהרנטיות EEG (Nunez, 1995), במיוחד בחלק הדמיוני של קוהרנטיות (Nolte et al., 2004), והפקנו תכונות של קישוריות מנתוני הקוהרנטיות עם ניתוחים תיאורטיים של גרפים (Bullmore & Sporns). , 2009; Sporns, 2003).

גישה זו מדגמנת את הקישוריות התפקודית של המוח כגרף מקושר ומאפשרת לחקור את הקשר בין מבנה הרשת לתפקוד.

בעוד שהיינו מעוניינים בשינויי קישוריות ברצועת הציר, הרחבנו את הניתוח לכמה רצועות תדרים אחרות, מכיוון שפעילות בלהקות ספקטרליות רבות הייתה קשורה לתהליכי זיכרון (Hanslmayr & Staudigl, 2014; Hanslmayr et al., 2012; Lisman & Jensen, 2013). לאחר מכן השתמשנו בטכניקות מבוססות למידת מכונה כדי לקבוע את התכונות התאורטיות החשובות של הגרפים להבחנה בין תנאי גירוי אקטיבי ל-Sham, כמו גם לחזות שינויים בין לילה בהתנהגות זיכרון אפיזודית.

בדרך זו, אנו מספקים תובנה חדשה לגבי מודולציות בקישוריות פונקציונלית בעקבות tES דופק הקשורים לשינויים ברגישות המטא-זיכרון עבור זיכרונות אפיזודיים ספציפיים.

חומרים ושיטות

המשתתפים המדווחים במאמר זה הם אותה קבוצת משתתפים מ-Pilly et al.(2020). הם קיבלו דפוסים מרחבי-זמניים קצרים ויחודיים של tES (כלומר, STAMPs) במהלך קידוד מידע אפיזודי, שמחציתם הוחלו מחדש במהלך מצבי עלייה של תנודות גל איטיות (SWOs) במהלך הלילות שלאחר מכן כדי לרמז על הפעלה מחדש של הזיכרונות הקשורים הספציפיים (מצב פעיל).

בנקודת זמן אחרת, אותם אנשים ביצעו גם את משימת הזיכרון ללא גירוי מוחי (מצב דמה).

לכן, התעניינו לא רק בשינויים בקישוריות התפקודית ששונה בין תנאי הגירוי Active וSham, אלא גם בשינויי הקישוריות בעקבות STAMPs שהיו קשורים לשינויים בהיזכרות של זיכרונות אפיזודיים ספציפיים מלפני שינה לאחר שינה.

משתתפים

סך של 30 משתתפים בריאים השלימו את הניסוי, שגויסו באמצעות פליירים שהוצבו ברחבי הקמפוס של אוניברסיטת ניו מקסיקו והקהילה שמסביב וקיבלו פיצוי כספי עם השלמת המחקר.

מתוכם, שישה משתתפים לא נכללו בניתוחים עקב כשל בציוד לגירוי במהלך לילה פעיל, או אי ציות להוראות המשימה.

לא ניתן היה להשתמש בנתוני EEG של שינה משישה משתתפים נוספים לחישוב מדדי קישוריות תפקודית עקב חפצים מוגזמים, מה שהוביל להכללה של N=18 משתתפים בניתוח הסופי ובדיווח. כל המשתתפים סיפקו הסכמה מדעת חתומה להשתתף במחקר, שאושרה על ידי מועצת הביקורת המוסדית של צ'ספיק.

כל המשתתפים היו דוברי אנגלית כשפת אם, היו בעלי שמיעה וראייה תקינים או מתוקנים לנורמליים, וללא היסטוריה של הפרעה נוירולוגית או פסיכיאטרית, או שימוש בסמים.

פרדיגמה ונוהל התנהגותי
מתווה של הליך הניסוי מוצג באיור 1. הניסוי הורכב מתקופת הסתגלות כדי לאמן את המשתתפים ולתת להם לישון במעבדה, ולאחר מכן שני לילות ניסויים הכוללים למידה ובדיקה.

ליל ההתאקלמות היה רק ​​כדי לאפשר למשתתפים להתרגל לישון במעבדה, ונתוני EEG לא נרשמו או נותחו מתקופה זו. המשתתפים קודדו מידע בערב הניסוי הראשון. משימת הזיכרון כללה צפייה בפרקי מציאות מדומה המנוהלים עם אוזניות HTC Vive VR, ולאחר מכן מספר מבחני זיכרון זיכרון על פרטים מהפרקים.

המשתתפים קידמו 14 קטעי מציאות מדומה, כל אחת מהן נמשכת כדקה, המתארת ​​סדרה של אירועים עם שתי דמויות או יותר שמבצעות פעולה כלשהי סביב מתחם דירות. וינייטה נוספת שהייתה ארוכה יותר שימשה לאימון המשתתפים במהלך תקופת ההתאקלמות. המשתתפים נבדקו על הזיכרון שלהם עבור הוויגנטים לאורך חמישה מפגשי מבחן שנוהלו לאורך 48 שעות עם משימה ממוחשבת שאינה VR שנבנתה ב- MATLAB.

עבור כל וינייטה, נבנו 10 פריטי בדיקה שהורכבו מהצהרות נכון/לא נכון על היבטים ספציפיים של הווינייטה. כל אחת מחמש רשימות המבחנים הכילה 28 פריטים, 2 עבור כל וינייטה. המשתתפים דיווחו אם הצהרות הבדיקה היו נכונות/לא נכון, וכן את הביטחון שבהזכרתם בסולם של 1-10. המשתתפים ישנו במעבדה במשך כל אחד משלושת הלילות.

ההליך כלל ארבעה מפגשי ניסוי ופגישת הסתגלות אחת. בפגישת ההתאקלמות, המשתתפים צפו בווינייט תרגול ארוך שענו על שאלות מבחן תרגול, ולאחר מכן ישנו במעבדה. במפגש הניסוי הראשון הבא (מפגש 1), המשתתפים קידמו את הגירויים הניסויים.

מחצית מהמשתתפים קיבלו tES ייחודיים עם STAMPs ייחודיים במהלך הצפייה בוויגנטים (מצב פעיל), ואילו החצי השני לא קיבל שום גירוי (מצב דמה). המשתתפים קיבלו את מצב הגירוי ההפוך במשך שני לילות ניסויים נוספים, מופרדים על ידי כשבוע אחד. לאחר השלמת הליך הצפייה בווינייט, המשתתפים קיבלו את מבחן הזיכרון הראשון שלהם ולאחר מכן ישנו לילה במעבדה. הלילה הזה, ולא ליל ההתאקלמות, נחשב ל"לילה 1".

המשתתפים במצב Active קיבלו מחצית מה-STAMPs במהלך הלילה כדי לרמז על איחוד של זיכרונות ספציפיים במהלך הלילה. לעומת זאת, המשתתפים במצב הדמה לא קיבלו גירוי במהלך הלילה. שים לב שעיצוב המחקר הזה אפשר לנו להשוות את ביצועי הזיכרון עבור פרקים שקיבלו גירוי STAMP במהלך הקידוד והשינה (Tag & Cue) לפרקים שקיבלו גירוי רק בקידוד (Tag & No Cue). עבור ניתוחי הקישוריות, התמקדנו בתנאי ה-Tag & Cue ו-Sham (ללא קידוד או גירוי שינה).

לאחר שהמשתתפים התעוררו, הם עברו מבחן זיכרון שני, והמפגש הניסיוני הסתיים. המפגש השני (מפגש 2) התרחש בערב לאחר המפגש הראשון. המשתתפים עברו מבחן זיכרון שלישי בערב, הלכו לישון, וקיבל בדיקת זיכרון נוספת לאחר ההתעוררות.

תקופה שנייה זו של שינה במעבדה נחשבה "לילה 2". משתתפי הקבוצה הפעילים קיבלו שוב חותמות במהלך הלילה. מבחן הזיכרון האחרון נערך מאוחר יותר בערב. עבור מצב הגירוי ההפוך (מפגשים 3 ו-4), המשתתפים צפו בסט חדש של 14 ויגנטים ובוצעו במבחני זכירת זיכרון מקבילים במשך יומיים. בדרך זו, הניסוי היה מניפולציה בתוך הנבדקים, כאשר תנאי הפעיל והדמה התרחשו בהפרש של שבוע בערך.

הקצאת סדר תנאי הגירוי (Active first vs. Sham first), כמו גם הקצאת vignettes, היו מאוזנים בין המשתתפים. הניתוחים המדווחים במאמר זה מתמקדים בלילה 2, שבו נמצאו ההשפעות ההתנהגותיות הגדולות ביותר של גירוי STAMP (ראה Pilly et al., 2020, לפרטים נוספים).

For more information:1950477648nn@gmail.com