אדוות קליפת המוח במהלך שינה והתעוררות NREM בבני אדם חלק 3

ירי PY מקדים ירי IN בפסגות אדוות קליפת המוח

באמצעות הקלטות מערך מיקרו-אלקטרודות משכבות גרגיריות/על-גרגיריות של קליפת המוח הצדדית במהלך NREM, זיהינו אצבעות (איור 11A) וכן פוטנציאל פעולה, אשר מוינו לאלה הנובעים מיחידות PY בודדות או IN משוערות. תדירות תנודת האדוות הממוצעת של SD על פני ערוצי מיקרואלקטרודה (N=72) הייתה 89.6 6 1.4 הרץ, ועל פני אדוות בודדות (N=50,967) היה 90.{{9} }.2 הרץ. מצאנו כי ל-INs יש נטייה חזקה לירות בשיא האדוות, בעוד ש-PYs ירו זמן קצר לפני כן (איור 11B).

במבנה הארגוני של המוח האנושי, האונה הטמפורלית נחשבת לאזור חשוב הקשור קשר הדוק לזיכרון. השכבה הגרנולרית בקליפת המוח הטמפורלית נחשבת למלאת תפקיד מכריע בתהליך זה. במיוחד בתהליך הזיכרון לטווח קצר, רמת הפעילות והמספר של השכבה הגרנולרית של קליפת האונה הטמפורלית יקבעו ישירות את ביצועי הזיכרון של הפרט. לכן, שמירה על בריאות גרגירי קליפת המוח הזמניים חשובה למוח ולזיכרון שלנו.

אז איך שומרים על גרגירי קליפת המוח הזמניים בריאים? ראשית, שינה מספקת יכולה לקדם את הצמיחה של נוירונים במוח ולשפר את היציבות של מעגלים עצביים, ובכך להגדיל את המספר והפעילות של גרגירי קליפת המוח הטמפורלית. בנוסף, יותר פעילות גופנית, יותר למידה ויותר אינטראקציה חברתית יכולים גם לעורר פעילות נוירונלית במוח ולהגדיל את מספר הנוירונים, מה שמועיל לבריאות של גרגירי קליפת האונה הטמפורלית.

בנוסף לשיטות הנ"ל, ניתן גם לשמור על בריאות חלקיקי הקורטקס הטמפורלי באמצעות הרגלי אכילה טובים. מחקרים הראו שחלק מהרכיבים התזונתיים במזונות כמו אוכמניות, אגוזי מלך, סלמון ובקלה יכולים לסייע בשיפור הזיכרון והיכולות הקוגניטיביות, ויכולים גם להאט את הירידה התפקודית של גרגירי הקורטקס הטמפורלי.

בקיצור, גרגירי קליפת המוח של האונה הטמפורלית קשורים קשר הדוק לזיכרון, ולכן חשוב מאוד לשמור על בריאותם של גרגירי קליפת המוח של האונה הטמפורלית. פעילות גופנית רבה יותר, לימוד יותר, חברתי יותר, שינה מספקת והרגלי אכילה טובים, כולם עוזרים להגדיל את מספר ופעילות הגרגירים בקליפת האונה הטמפורלית, ובכך לשפר את היכולת הקוגניטיבית והזיכרון שלנו. ניתן לראות שאנו צריכים לשפר את הזיכרון, ו-Cistanche deserticola יכול לשפר משמעותית את הזיכרון מכיוון ש-Cistanche deserticola הוא חומר רפואי סיני מסורתי בעל השפעות ייחודיות רבות, אחת מהן היא שיפור הזיכרון. היעילות של בשר טחון מגיעה מהמרכיבים הפעילים השונים שהוא מכיל, לרבות חומצה, פוליסכרידים, פלבנואידים ועוד. מרכיבים אלו יכולים לקדם את בריאות המוח במגוון דרכים.

לחץ על Know כדי לשפר את הזיכרון לטווח קצר

הראינו בעבר שבלתי אנושיים, מדינות צפון (Csercsa et al., 2010) וצירים (Dickey et al., 2021) קשורים לשיעורי ירי מוגברים של יחידות. מכיוון שאדוות קליפת המוח מחוברות במדויק לאירועים אלה (איור 10), התרחשותם במדינות למעלה ובצירים מרמזת על דה-פולריזציה פאזית הבסיסית, שיכולה ליצור; תנודות 90 הרץ לא-חישוביות ומודלים ניסיוניים באמצעות עיכוב משוב PY-IN (Bazhenov et al., 2008 ; Buzsáki, 2015). דה-פולריזציה גורמת לתאי סל לירות באופן סינכרוני, ובכך מעכבת תאי סל ופירמידות אחרות באמצעות GABAA. פירמידות יורה על התאוששות, תאי סל מרגשים כשהם מתאוששים, מה שמוביל למחזור נוסף.

כפי שמודל זה היה מנבא, מצאנו ש-PYs ו-INs היו נעולים בפאזה לאדוות קליפת המוח (איור 11B), כאשר PY מוביל באופן משמעותי ל-IN spiking (איור 11C, D). יתר על כן, INs ירו בשיא האדוות, כאשר עיכוב סומטי פירמידלי יהיה מקסימלי, כפי שנמצא בחתולים (Grenier et al., 2001). באופן דומה, משרעת האדוות הייתה גבוהה יותר בערות מאשר NREM (איורים 3B, 8C), בהתאם לדה-פולריזציה היחסית של פוטנציאל הממברנה הפירמידי במהלך הערות. דה-פולריזציה פאזית במהלך wakingripples הוצעה גם על ידי משרעת מוגברת של .200 הרץ (איורים 2B, J, 3E, 8F). לפיכך, אדוות קליפת המוח אנושיות קשורות לעליות חזקות של טוניק ושלב נעול ב-PY ובירי, וככל הנראה נוצרות על ידי דפולריזציה פתאומית המפעילה תנודות משוב PY-IN (איור 11E).

אדוות קליפת המוח מתפרצות יחד עם תזמון אופטימלי עבור STDP

הירי המוגבר של יחידות הטוניק והשלב נעול וההתרחשות של אדוות על צירים במעברים מטה למדינה מעלה מצביעים על כך שאדוות עשויות להקל על פלסטיות קליפת המוח (Dickey et al., 2021). זה יכול להתרחש באמצעות הפעלה משותפת קצרה בין יחידות המובילות ל-STDP. ואכן, מצאנו עלייה גדולה במהלך אדוות של השהייה קצרה (,5 אלפיות השנייה) בין זוגות יחידות PY–PY וזוגות יחידות PY–IN (איור 11F). באופן ספציפי, חלה עלייה בהצתה משותפת במהלך אדוות ללא אדוות (PY–PY: 7.16-הגדלה פיפול, p=2 10159,N=4638, t=28.0; PY–IN: 9.78-הגדלה, p { {15}} 1099,N=1561, t=22.7; מבחן t-זוגי חד-צדדי). תקופות השוואה ללא אדוות נבחרו באקראי בין אדוות שהותאמו במספר ובמשך.

כדי לבדוק אם העלייה הזו בירי משותף לא הייתה רק בגלל עלייה בשיעורי הירי הכוללים של יחידות בזמן אדוות, או אפילו מקצביותן, אלא ארגון ספציפי של ירי משותף לפי השלב של מחזורי אדווה בודדים, בנינו מערך נתונים בקרה המורכב מהירי הנוירונאלי במהלך אדוות שבהן זמני הספייק נערכו באקראי. בהשוואה לבקרה המעורבבת הזו, חלה עלייה משמעותית בהצתה משותפת בזמן אדוות עם זמני העליה בפועל (PY–PY:1.21-הגדלה פיפול, p=1 107, N=4638 ,t=5.2; PY–IN: הגדלה של פי 1.15-, p=1 107, N=1561, t=5.2, one- מבחן t מצמד צדדי). ממצא זה מצביע על כך שהעלייה בהצתה משותפת נובעת מארגון ספציפי של השריפה המשותפת לפי השלב של מחזורי האדוות הבודדים. לפיכך, אדוות יוצרות תנאי הכרחי ומספיק ל-STDP ולכן עשויות לעמוד בבסיס התרומה המכרעת של איחוד גלים מקוננים אלה (Dickey et al., 2021).

דִיוּן

המחקר הנוכחי מספק את האפיון המקיף הראשון של אדוות קליפת המוח בזמן ערות ו-NREM בבני אדם. באמצעות הקלטות תוך גולגולתיות, אנו מדווחים כי אדוות קליפת המוח אנושיות נפוצות במהלך NREM בנוסף להתעוררות. מאפיינים בסיסיים של אדוות (קצב התרחשות, משרעת, תדירות תנודה, משך, התפלגות על פני אזורי קליפת המוח) הם סטריאוטיפים על אלקטרודות חוצות וחבילות קליפת המוח. הם גם דומים מאוד בקליפת המוח לעומת ההיפוקמפוס, וב-NREM לעומת ערות. סטריאוטיפי אדוות קליפת המוח והנמצאות בכל מבנים ומצבים מצביעים על כך שהם עשויים להוות ישות נוירופיזיולוגית מובהקת וחשובה מבחינה תפקודית.

המאפיינים של אדוות אנושיות דומות לאלו של מכרסמים עם שני חריגים. ראשית, התדירות המרכזית של אדוות אנושיות היא מוקדית; 90 הרץ (Jiang et al.,2019a), בעוד שבמכרסמים הוא; 130 הרץ (Khodagholy et al., 2017). ניתן להעלות על הדעת, המוח האנושי הגדול יותר עשוי לדרוש יותר זמן לשילוב קורטיקוקורטיקלי והיפוקמפו-קורטיקלי מאשר מוח המכרסם. ההבדל השני לכאורה בין בני אדם למכרסמים הוא בתפוצה בקליפת המוח. מחקר מכרסמים קודם מצא כי אדוות קליפת המוח היו מוגבלות לקליפת האסוציאציה (Khodagholy etal., 2017), ותצפיות עקביות דווחו על בלתי אנושיים (Vaz et al., 2019). לעומת זאת, תיעדנו אדוות קליפת המוח בכל האזורים שנדגמו, עם התרחשויות מעט נמוכות יותר באזורי האסוציאציות כפי שמצוין על ידי המתאם החיובי בין שיעור ההתרחשות לאינדקס המיאלינציה.

בניגוד לדמיון של תכונות בסיסיות, מצאנו שאדוות ערות לעומת NREM מתרחשות בהקשרים פיזיולוגיים מיידיים רבים ושונים. ב-NREM, אדוות קליפת המוח קשורות באופן חזק עם מצבים תחתונים ומעלים מקומיים, ופחות חזק עם צירי שינה. באופן אופייני, אדוות מתרחשות בשיפוע; 100 אלפיות השנייה לפני שיא המדינה העליון. מחקרים קודמים מצאו שצירי שינה (Dickey et al., 2021) ו-upstates (Csercsa et al., 2010) קשורים לעלייה חזקה בירי יחידות מקומיות, ו מצאנו שזה גם המקרה של אדוות קליפת המוח במהלך NREM. אדוות היפוקמפוס במהלך NREM במחקרים קודמים נמצאו לעתים קרובות גם במהלך גלים חדים מקומיים או צירים (Staresina et al.,2015; Jiang et al., 2019a,b,c).

מכיוון שצירי שינה ומצבים מטה עד למעלה אופייניים ל-NREM, לא צפויים להתרחש עם אדוות ערות. למרות שלא מצאנו גל אחר בתדר נמוך יותר שקשור באופן עקבי לאדוות בזמן ערות, אדוות קליפת המוח וההיפוקמפוס התרחשו במהלך פעילות מקומית מוגברת מאוד של משרעת 0.200 הרץ, תחליף לירי יחידות (Mukamel et al., 2005). לפיכך, ההקשרים המקומיים של אדוות קליפת המוח וההיפוקמפוס כאחד, הן ב-NREM והן בערות, הן עליות פתאומיות בריגוש המקומי הנמשכות לפחות כמו האדוות (;70 אלפיות השנייה). NREM ויקיצה שונים בכך שדופק הדפולריזציה מאורגן על ידי מקצבי שינה אנדוגניים ב-NREM, אך נראה כי הוא קשור לקלט אקסוגני, כגון רמז אחזור, במהלך הערות.

מודלים עצביים חישוביים ומחקרים ניסיוניים מצאו שפולסים מפיחים יכולים לגרום לתנודות מ-;20 עד 160 הרץ (Buzsáki and Wang, 2012; Buzsáki, 2015). דה-פולריזציה גורמת לירי סינכרוני של PY, אשר מעוכבת למשך זמן קבוע בסל מקומי על ידי עיכוב תאים חוזר. לאחר מכן ה-PYs יורים שוב, וכתוצאה מכך פירמידלי InterneuronNetwork Gamma. כפי שנחזה על ידי מודל זה, מצאנו אפנון פאזה חזק של PY משוער וירי פנימי, כאשר PYs קודמים באופן קבוע ל-INs. הממצאים שלנו תואמים גם ל-Pyramidal Interneuron Network Gamma בתוספת ירי מסונכרן של תאי סל ועיכוב הדדי (Interneuron Network Gamma) (Bartos et al., 2002). הדגמה מכאניסטית סופית תדרוש ניסויים שאינם אפשריים כעת in vivo בבני אדם (Stark et al., 2014).

מחקרים קודמים הראו כי אדוות קליפת המוח מתרחשות בשיאי עמודים וציר בחתולים (Grenier et al., 2001) וחולדות (Khodagholy et al., 2017), והתפרצויות g parahippocampal בתדרים שונים מתרחשים ב-upstates בבני אדם (Le Van Quyen et al. ., 2010). כאן אנו מדווחים על מערכות יחסים דומות בבני אדם, בהתאם לממצא קודם לפיו אדוות קליפת המוח במהלך NREM אנושי מדוכאים במהלך מצבי ירידה ומוגברים בעקבותיהם (von Ellenrieder et al., 2016).

התפקיד הקריטי של אדוות ההיפוקמפוס של מכרסמים בגיבוש זיכרון במהלך NREM (Girardeau et al., 2009) תלוי בקשר שלהם עם גלי שינה בקליפת המוח (צירים, תחתיות, מדינות למעלה) (Siapas and Wilson, 1998; Maigret et al., 2016; Latchoumaneet ., 2017). בבני אדם, אדוות ההיפוקמפוס קשורות גם לגלי שינה (Staresina et al., 2015; Latchoumane et al.,2017; Jiang et al., 2019a,b), וגלי שינה בקליפת המוח קשורים גם לגיבוש (Niknazar et al., 2015). לפיכך, התצפית שלנו שאדוות קורטיקליות אנושיות במהלך NREM קשורות חזק עם מצבים עליון, ופחות חזקות עם מצבים תחתונים וצירים, עולה בקנה אחד עם התפקיד של אי-קונסולידציה של אדוות קורטיקליות אנושיות. זה נתמך על ידי מחקר עדכני שמראה כי אדוות קליפת המוח במהלך NREM מסמנות את השידור החוזר של דפוסי מוטוריים שנלמדו מהתעוררות קודמת (Rubin et al., 2022).

קונסולידציה דורשת פלסטיות כדי להגביר את חוזק הקשרים המגלמים את הזיכרון, דבר שעלול להתרחש כאשר תאים פרה-סינפטיים ופוסט-סינפטים יורים בסמיכות זמנית, המכונה STDP (פלדמן, 2012). אנו מראים כאן כי נוירונים מקומיים נוטים הרבה יותר לירות בעיכובים אופטימליים עבור STDP בתקופות אדוות מאשר בתקופות בקרה, וכי ירי משותף מאורגן מעבר למה שניתן לצפות על ידי עלייה כללית בירי פנימי. עלייה דומה נצפתה גם במהלך כאבי שינה ומצבי שינה בבני אדם (Dickey et al., 2021). מכיוון שאנו גם מראים כי אדוות קליפת המוח NREM מתואמות זמנית עם צירי שינה ומצבים עליון, הדבר תומך בהקלה סינרגטית של פלסטיות. לפיכך, מאפיינים מרובים של אדוות קליפת המוח תואמים להם תפקיד בגיבוש, אך אישור ישיר של תפקיד זה ידרוש התערבויות שלא בוצעו במחקר הנוכחי.

לאחרונה, אדוות קליפת המוח המתעוררות של בני אדם הראו דפוסי ירי מרחבי-זמניים במהלך היזכרות של פריטים ששיחזרו את אלה שעוררו בעבר על ידי אותם פריטים במהלך ההצגה הראשונית שלהם (Jiang et al., 2017). זה מצביע על האפשרות שאדוות, בבני אדם ומכרסמים, NREM וערות, היפוקמפוס וקליפת המוח, חולקים תפקיד משותף בתרומה לשחזור של דפוסי ירי שהתרחשו בעבר. המאפיינים הדומים של אדוות אנושיות, ב-NREM ובערות, בהיפוקמפוס ובקליפת המוח , עולים בקנה אחד עם ספקולציה זו.

דיווחים קודמים במכרסמים (Khodagholy et al., 2017) ו-Humans (Vaz et al., 2019) לפיהם אדוות קליפת המוח הוגבלו לקליפת הקורטקס התפרשו כעקבים עם אינטראקציה א-סלקטיבית של אדוות קליפת המוח עם ההיפוקמפוס. עם זאת, במדגם הנרחב יותר שלנו. של אתרי קליפת המוח, צפינו בצפיפות אדוות נמוכה יותר בקליפת המוח האסוציאטיבית הגבוהה יותר. יתר על כן, לא מצאנו קשר על פני חלקי קליפת המוח בין מידת הקישוריות שלהם עם היווצרות ההיפוקמפוס (המסיקה מהדמיית דיפוזיה) (רוזן והלגרן, 2021) לבין צפיפות האדוות הקורטיקלית או כל מאפיין אדווה אחר. ואכן, בעבודות אחרות, הראינו כי אדוות קליפת המוח נוטות יותר להתרחש במקביל ולנעילת פאזה עם אתרים אחרים בקורטיקל מאשר בהיפוקמפוס (Dickey et al., 2022). לפיכך, ייתכן שהתפקיד התפקודי של אדוות קליפת המוח אינו מוגבל לגיבוש זיכרון והיזכרות.

לסיכום, המחקר הנוכחי מספק את הדיווח הראשון על אדוות קליפת המוח במהלך שינה בבני אדם. לאדוות קליפת המוח במהלך NREM נמצאו מאפיינים בסיסיים (משך, תדירות תנודות ושיעור התרחשות) הדומים מאוד לאלו של אדוות קליפת המוח בזמן ערות וגם לאדוות ההיפוקמפוס. תדרי תנודת אדוות קליפת המוח היו ממוקדים בחוזקה ב-90 הרץ. ממצא זה, יחד עם הסטריאוטיפיות והנוכחות שלהם בכל מבנים ומצבים, מרמזים כי אדוות קליפת המוח עשויות להוות ישות נוירופיזיולוגית מובהקת וחשובה מבחינה תפקודית.

ירי יחידה במהלך אדוות NREM בקליפת המוח תמך במנגנון המוצע לאדוות ההיפוקמפוס של מכרסמים, בהתבסס על משוב PY-IN. אדוות קליפת המוח במהלך NREM מתרחשות באופן אופייני לאחר מצבים מטה, במהלך צירים וקצת לפני שיא המצב העליון, קשר ותזמון שחשובים לגיבוש הזיכרונות במהלך השינה. יתר על כן, אדוות קליפת המוח של NREM היו קשורות להגברת התפרצות מקומית בין יחידות, ובכך מילאו את הדרישה הבסיסית ל-STDP. עם זאת, אדוות קליפת המוח היו נפוצות על פני חלקות קליפת המוח, ללא קשר לקישוריותן הסבירה עם ההיפוקמפוס. בסך הכל, מאפיינים אלה של אדוות קליפת המוח במהלך NREM אנושי תואמים תפקיד הכולל אך לא מוגבל לגיבוש זיכרון תלוי שינה.

התייחסות

1. Axmacher N, Elger CE, Fell J (2008) אדוות באונה הטמפורלית המדיאלית רלוונטיות לגיבוש הזיכרון האנושי. מוח 131:1806–1817.

2. Bartos M, Vida I, Frotscher M, Meyer A, Monyer H, Geiger JR, Jonas P(2002) עיכוב סינפטי מהיר מקדם תנודות גמא מסונכרנות ברשתות אינטרנורון בהיפוקמפוס. Proc Natl Acad Sci USA99:13222–13227.

3. Bazhenov M, Rulkov NF, Timofeev I (2008) השפעת קישוריות סינפטית על סנכרון לטווח ארוך של תנודות קליפת המוח המהירות. J Neurophysiol100:1562–1575.

4. Bechtold B (2016) עלילות כינור למטלב. פרויקט Github.

5. Behrens TE, Berg HJ, Jbabdi S, Rushworth MF, Woolrich MW (2007) טרקטוגרפיה של דיפוזיה הסתברותית עם כיווני סיבים מרובים: מה נוכל להרוויח? Neuroimage 34:144–155.

6. Benjamini Y, Hochberg Y (1995) שליטה בשיעור הגילוי השקרי: גישה מעשית ועוצמתית לבדיקות מרובה. JR Stat Soc B 57:289–300.

7. Berens P (2009) CircStat: ארגז כלים של MATLAB לסטטיסטיקה מעגלית. J StatSoftw 31:1–21.

8. Bragin A, Engel Jr Jr, Wilson CL, Fried I, Buzsáki G (1999) תנודות בתדר גבוה במוח האנושי. היפוקמפוס 9:137–142.

9. Buzsáki G (2015) אדוות גל חד בהיפוקמפוס: סמן ביולוגי קוגניטיבי זיכרון ותכנון אפיזודי. היפוקמפוס 25:1073–1188.

10.Buzsáki G, Wang XJ (2012) מנגנונים של תנודות גמא. Annu RevNeurosci 35:203–225.

For more information:1950477648nn@gmail.com