אדוות קליפת המוח במהלך שינה והתעוררות NREM בבני אדם חלק 2

זיהוי אדוות. התדירות המרכזית החציונית של אדוות ההיפוקמפוס בתשעה מחקרים הייתה 85 הרץ בבני אדם (Bragin et al., 1999; Staba et al., 2004; Clemens et al., 2007; Axmacher et al., 2008; Le Van Quyen et al., 2008; Staresina et al., 2015; Jiang et al., 2019b; Norman et al., 2019;Vaz et al., 2019), בעוד שבמכרסמים, תדירות גל חד-אדווה היא;120-140 הרץ ( Buzsáki, 2015).

זיהוי אדווה היא טכנולוגיה המודד את פעילות המוח האנושי. הוא לוכד את הפעילות החשמלית של נוירונים במוח על ידי הנחת אלקטרודות על הקרקפת וממיר את האות לאלקטרואנצפלוגרמה המוקלטת במחשב. בשנים האחרונות, עם המחקר המעמיק של המוח האנושי, הפך זיהוי האדוות לחפץ ללימוד קוגניציה, למידה, רגש וכו', ונכנס בהדרגה לחיי היום-יום שלנו.

בנוגע לזיכרון, מחקרים מראים שלפעילות האדוות של המוח האנושי תפקיד מרכזי ביצירת זיכרונות ותחזוקתם. כאשר המוח האנושי מבצע משימות למידה וזיכרון, הוא יכול לייצר אדוות של תדרים ספציפיים בין קליפת המוח, כגון גלי תטא וגלי גמא. גלים אלה יכולים לשפר את הקידוד והאחסון של הזיכרון, וגם לסייע באחזור והיזכרות של העבר לאחר מכן. מידע מאוחסן. לכן, ניתן להשתמש בזיהוי אדווה כדי לחקור את מנגנון הזיכרון של המוח האנושי ויש לו פוטנציאל לטפל בהפרעות קוגניטיביות והפרעות זיכרון באופן קליני.

בנוסף, זיהוי אדווה גם עוזר לנו להרחיב את שיטות הלמידה שלנו. כאשר התלמידים משתתפים בהוראה בכיתה, הם יכולים ללמוד על מאפייני למידה אינדיבידואליים והעדפות נושא על ידי רישום פעילויות האדווה של המוח במהלך תהליך הלמידה, כדי ללמוד ולהשתפר בצורה ממוקדת יותר. בנוסף, בלימודים גם למוזיקה וצלילים מתאימים יש השפעה רבה על אפקט הלמידה. באמצעות זיהוי אדווה, ניתן לקבוע את התגובות של קבוצות שונות של אנשים לטונים ועוצמת קול שונים, כך שהמורים או התלמידים בעצמם יוכלו לבחור את המוזיקה והצלילים המתאימים ביותר לשיפור אפקטי הלמידה.

לסיכום, זיהוי אדווה משחק תפקיד גדול בחיינו ובלימודינו. על ידי מדידת פעילות אדווה בתדרים ספציפיים של המוח האנושי, נוכל להבין טוב יותר את מאפייני הקוגניציה, הלמידה והזיכרון שלנו, ולעזור לנו לשפר את השפעות הלמידה ואיכות החיים שלנו. ככל שרמת הטכנולוגיה תשתפר, זיהוי האדוות ימשיך להעמיק את המחקר שלו על מדעי המוח הקוגניטיביים ומחלות נוירולוגיות, ויביא לנו יותר סיכויים ואפשרויות. ניתן לראות שאנו צריכים לשפר את הזיכרון, ו-Cistanche deserticola יכולה לשפר משמעותית את הזיכרון, מכיוון ש-Cistanche deserticola יכולה לווסת גם את איזון הנוירוטרנסמיטורים, כמו הגדלת רמות האצטילכולין וגורמי גדילה. חומרים אלו חשובים מאוד לזיכרון וללמידה. בנוסף, בשר יכול גם לשפר את זרימת הדם ולקדם אספקת חמצן, מה שיכול להבטיח שהמוח יקבל מספיק חומרים מזינים ואנרגיה, ובכך לשפר את חיוניות המוח וסיבולת.

לחץ לדעת 10 דרכים לשיפור הזיכרון

בבני אדם, להיפוקמפוס המשוערים של 90 הרץ יש את אותו קשר אופייני לגלים חדים, לוקליזציה תוך-היפוקמפוסית, אפנון לפי שלב השינה ויחס לגלי שינה בקליפת המוח כמו במכרסמים, ומופיעים בהיפוקמפי שאין להם סימנים של מעורבות אפילפטית. יתר על כן, בהיפוקמפוס המכרסמים, ההבחנה בין התפרצויות g ואדוות בתדירות גבוהה יותר אינה תמיד חדה, מה שמוביל להצעה שלצורך הפשטות מתייחסים לשניהם כ"אדווה" (Stark et al., 2014), אשר אנו עוקבים אחריה כאן. .

זיהוי אדוות בוצע באותו אופן עבור כל המבנים והמצבים והתבסס על שיטת זיהוי אדוות ההיפוקמפוס שתוארה בעבר (Jiang et al., 2019a,b). דרישות הכללה וקריטריונים לדחייה נקבעו באמצעות תהליך איטרטיבי בין חולים, מבנים ומדינות. הנתונים הועברו לראשונה בפס ב-60-120 הרץ (מסנן Butterworth מסדר שישי עם הסטת פאזה אפס), וזוהו 20% העליונים של 20 אלפיות השנייה של פסגות נעות בריבוע בסיס ממוצע.

עוד נדרש שציון z המקסימלי של המשרעת האנליטית של מעבר הפס 70-100 הרץ היה .3 וכי היו לפחות שלושה מחזורי תנודה ברורים באות המעבר הנמוך של 120 הרץ, שנקבעו על ידי הזזת חלון של 40 אלפיות השנייה במרווחים של 5 אלפיות השנייה על פני 650 אלפיות השנייה ביחס לנקודת האמצע ומחייבת שלפחות חלון אחד יהיו לפחות שלוש פסגות. אדוות סמוכים בטווח של 25 אלפיות השנייה מוזגו. מרכזי אדוות נקבעו כזמן השיא החיובי המרבי ב-70-100 Hzbandpass.

התחלות והיסטים של אדוות זוהו בכל צד של השיא המרכזי כאשר המשרעת האנליטית ה-Hz {{0}} ירדה מתחת לציוני 0.75z. כדי לדחות פעילויות או חפצים אפילפטיים, אדוות לא נכללו אם הערך המוחלט של ציון z של המעבר הגבוה של 100 הרץ עלה על 7 או אם הם התרחשו תוך 2 שניות משינוי של 3 mV/ms ב-LPP הרחב. אדוות לא נכללו גם אם הם נפלו בטווח של 6500 ms של IISs משוערים, שזוהו כמתואר להלן.

כדי לא לכלול אירועים שניתן לקשר בין ערוצים בגלל פעילות אפילפטיפורמית, הסרנו אירועים שחפצו עם IIS משוער בכל ערוץ SEEG קליפת המוח או ההיפוקמפוס שנכלל בניתוחים. אירועים בהקלטות SEEG שהייתה להם רק מחזור או סטייה בולטת אחת ב-LFP רחב הפס שהתבטאו כמחזורים מרובים מעל סף הזיהוי במעבר הפס 70-100 הרץ הוצאו אם האמפליטודה המוחלטת הגדולה ביותר מעמק לשיא או מפסגה לעמק. בפס הרחב LFP היה גדול פי 2.5 מהשלישי בגודלו.

עבור כל ערוץ, ה-LFP הממוצע נעול האדוות ורצועת האדוות הממוצעת נבדקו ויזואלית כדי לאשר שהיו מספר מחזורים בולטים בתדר אדווה (70-100 הרץ) וחלקת התדר הממוצעת של זמן נבדקה כדי לאשר שיש עלייה ברורה בעוצמה ברצועת ה-70-100 הרץ. בנוסף, אדוות בודדות מרובות בפס רחב LFP ו-{4}} Hz פס מכל ערוץ נבדקו ויזואלית כדי לאשר שהיו ריבוי מחזורים בתדירות אדוות ללא זיהום על ידי חפצים או פעילות אפילפטיפורמית. ערוצים שלא הכילו אדוות שענו על קריטריונים אלה הוצאו מהמחקר.

יש לציין, מחקר שנערך לאחרונה זיהה אדוות על סמך קריטריונים אלה בחולה ללא אפילפסיה (Rubin et al.,2022). תדירות התנודה של כל אדווה חושבה על ידי ספירה ראשונה של מספר 70-100 הרץ אפס מעברי פס פס (כל אחד מייצג חצי מחזור) במהלך אירוע האדוות והוספת כל חצי מחזור חלקי שנותר (כלומר, זווית הפאזה הנותרת מעל p). מספר חצאי המחזורים באדוות חולק ב-2 כדי לחשב את המספר הכולל של המחזורים במהלך האדוות. לבסוף, תדר התנודה בהרץ חושב כמספר המחזורים חלקי משך האדוות בשניות.

חיסור של קוצים יחידות מ-LFPs. אתגר אחד בזיהוי תנודות בתדר גבוה, כגון אדוות ב-LFP שנקלטו על ידי אמיקרואלקטרודה, הוא שדוקרני יחידה עלולים "לדלג" לתוך המיקרו-LFP (Ray, 2015), ובכך לגרום לזיהוי של יחסים מזויפים בין אדוות ליחידות. למרות שספייקים ביחידה הם אירועים מהירים, פשוט דגימה מטה (שדורשת מעבר נמוך ראשון כדי למנוע כינוי) עשויה שלא להסיר לחלוטין את השפעת פוטנציאל הפעולה על המיקרו-LFP.

כדי לטפל בזה, השתמשנו בטכניקת חיסור צורת גל של יחידה שונה (Pesaran et al., 2002). באופן ספציפי, צורת הגל הממוצעת של ספייק (500 עד 1600 שניות מסביב לשפל) של כל יחידה הופחתה מהמיקרו-LFP של מערך יוטה הבלתי מסונן של 30 קילו-הרץ של אותו ערוץ במרכז כל ספייק. לאחר מכן בוצע דגימה של הנתונים ל-1 kHz וזיהוי אדוות בוצע כמתואר לעיל. אישרנו ששיטה זו הובילה לזיהוי של תנודות אמיתיות באמצעות אישור חזותי נרחב של אירועים במיקרו-LFP של 30 קילו-הרץ.

זיהוי ודחייה של IIS. אדוות וגלי שינה אחרים לא נכללו אם הם היו בטווח של 6,500 אלפיות השנייה מ-IIS המשוער שזוהה באופן הבא: ציון בתדר גבוה חושב על ידי החלקת המשרעת האנליטית 70-190 הרץ עם פונקציית 20 אלפיות השנייה של מכונית קופסה, וציון תבנית ספייק נוצר על ידי חישוב השונות הצולבת עם אטמפלייט IIS. ציון התדירות הגבוהה שוקלל ב-13, ציון הקוצים שוקל ב-25, ו- IIS זוהה כאשר הסכומים המשוקללים הללו עולים על 130. בכל מטופל, IIS שזוהה ותקופות מתערבות נבדקו חזותית מתעלות ההיפוקמפוס והקורטיקליות (כאשר הם קיימים) כדי לאשר. רגישות וסגוליות זיהוי גבוהות.

זיהוי של מצבים תחתונים, מדינות למעלה וצירי שינה. מצבים למטה ומצבים למעלה זוהו כפי שתואר קודם (Jiang et al., 2019a,b), כאשר ה-LFP בפס הרחב מכל ערוץ עבר פס מ-0.1-4 הרץ (מסדר שישי מסנן Butterworth עם הסטת שלב אפס), ומעברי אפס עוקבים מופרדים ב-0.25-3 s נבחרו. פסגות המשרעת העליונות של 10% נבחרו, והקוטביות של כל אות הופכת במידת הצורך כך שהמצבים למטה היו שליליים והמצבים העליונים היו חיוביים, מה שמבטיח שהמשרעת האנליטית הממוצעת של מעבר הפס 70-190 הרץ בתוך 6100 אלפיות השנייה סביב הפסגות הייתה גדולה יותר עבור upstates מאשר downstates. סה"כ זוהו 2,649,563 מצבים למטה, עם צפיפות SD (על פני ערוצים) ממוצעת (שיעור התרחשות) של 12.9 6 4.7 min1 ומשרעת של 237.3 6 169.8 mV. בסך הכל זוהו 2,922,211 מצבים למעלה בצפיפות של 14.6 6 4.7 min1 ומשרעת של 163.8 6 84.9 mV.

צירים זוהו כפי שתואר קודם (Hagler et al., 2018), כאשר הנתונים הועברו בפס ב-10-16 הרץ, ואז הערכים המוחלטים הוחלקו באמצעות קונבולציה עם חלון Tukey מתחדד של 300 ms, וערכים חציוניים הופחתו מכל ערוץ. הנתונים נורמלו על ידי הסטייה המוחלטת החציונית, וצירים זוהו כאשר השיאים עלו על 1 במשך 400 אלפיות השנייה לפחות. התחלות והיסטים סומנו כאשר אמפליטודות אלו נפלו מתחת ל-1. צירים משוערים שחפצו עם עליות גדולות בהספק הרצועה הנמוכה (4-8 הרץ) או גבוהה יותר (18-25 הרץ) נדחו כדי לא לכלול אירועי פס רחב כמו גם התפרצויות תטא, אשר עשוי להימשך לקצה התחתון של טווח הציר (Gonzalez et al., 2018). בסך הכל זוהו 694,168 צירים עם צפיפות ממוצעת ו-SD (חוצת ערוצים) של 3.0 6 3.0 min1, משרעת של 29.1 6 13.5 mV, תדירות תנודה של 12.{{19} }.7 הרץ, ומשך זמן של 633.5 6 67.2 אלפיות השנייה.

אדוות יחסים זמניים. היסטוגרמות של גלי שינה בקליפת המוח באותו ערוץ חושבו היסטוגרמות של זמן אדוות פרי-קורטיקלי. ספירת אירועים נמצאו בפחים של 50 אלפיות השנייה עבור גלי שינה בטווח של 61,500 אלפיות השנייה מסביב למרכזי אדוות קליפת המוח ב-t=0. הפצת ריק נוצרה על ידי ערבוב זמני האירועים ביחס לאדוות ב-t=0 בתוך חלון של 3 שניות זה 200 פעמים כל אחד. ערכי P Pre-FDR חושבו על ידי השוואת ההתפלגות הנצפית והאפס בתוך כל פח מעל 61000 ms עבור גלי שינה בקליפת המוח. ערכי p אלה תוקנו לאחר מכן FDR עבור מספר הערוצים על פני מטופלים כפול מספר הפחים לכל ערוץ (Benjamini and Hochberg, 1995). ערוץ נחשב כבעל אפנון משמעותי אם היו שלושה או יותר פחים רצופים עם ערכי p מתוקנים לפי FDR הנמוכים מ-= 0.05. האם אירועים היו מובילים או מפגרים של אדוות קליפת המוח ב-t=0 חושבו עבור כל ערוץ עם בדיקה דו-צדדית דו-צדדית עם ערך צפוי של 0.5, תוך שימוש בספירת אירועים ב-1,000 אלפיות השנייה לפני מול 1,000 אלפיות השנייה אחרי t=0 עבור גלי שינה. למגרשים היו ספירת אירועים מוחלקים של 50 אלפיות השנייה עם ספירות של 50 אלפיות השנייה.

הסתברויות מותנות של אדווה בהינתן גלי השינה הבאים או הרצפים שלהם חושבו: מצב למטה, ציר, למעלה, ציר למטה, וציר-עליון. אדווה שקיבלה ציר (R|SS) נקבעה אם מרכז האדוות התרחש במהלך הציר (משך הציר הממוצע היה 634 אלפיות השנייה). אדווה נחשבה מקדימה למדינה העליונה (R|US) או עוקבה אחרי מצב למטה (R|DS) אם מרכז האדוות התרחש בתוך 634 אלפיות השנייה לפני או אחרי השיא של המדינה למעלה או למטה, בהתאמה.

זיהוי יחידות, סיווג, איכות ובידוד. זיהוי יחידות וסיווג בוצעו על פי הנהלים שפורסמו שלנו (Peyrache et al., 2012; Chan et al., 2014; Dehghaniet al., 2016; Le Van Quyen et al., 2016; Telenczuk et al. , 2017; Eichenlaub et al., 2020; Dickey et al., 2021). הנתונים הועברו בפס ב-300-3000 הרץ, וזוהו עליות יחידות משוערות כאשר האות המסונן עלה על פי 5 מה-SD המשוער של רעשי הרקע. יחידות היו מקובצות ב-k-ממוצעים באמצעות שלושת המרכיבים העיקריים הראשונים של כל ספייק. קוצים עם שכבת-על נבדקו חזותית ואלה עם צורות גל חריגות לא נכללו. בהתבסס על צורות הגל שלהם, קצבי הירי והאוטוקורלוגרפיות שלהם, פוטנציאל הפעולה התקבצו כנובעים מ-PYs או INs משוערים. PYs היו בעלי קצבי עלייה של;0.1-0.8 הרץ, מרווחים ארוכים מעמק לשיא וחצי רוחב, קורלציות אוטומטיות חדות, והתפלגות מרווחי ספיקים בי-מודאליים (ISI), המשקפים נטייה לירי בהתפרצויות.

לעומת זאת, ל-INs היו שיעורי עלייה של;{{0}} הרץ, מרווחי עמק לשיא וחצי רוחב קצרים, קורלציות אוטומטיות רחבות והתפלגות ISI חד-מודאלית בעיקרה. למטופל המערך של יוטה שנכלל במחקר היו 69 PY עם סך של 231,922 קוצים, וכן 23 IN עם סה"כ 462,246 קוצים. המשרעת הממוצעת ו-SD PY מעמק לשיא הייתה 44.8 6 12.9 mV, קצב ספייק היה {{20}}.28 6 0.17 הרץ, עמק לשיא רוחב היה 0.49 6 0.5 אלפיות השנייה, רוחב חצי שיא היה {{40}}.62 6 0.04 אלפיות השנייה, ואינדקס מתפרץ היה 0.03 6 0.02. האמפליטודה הממוצעת ו-SD IN מעמק לשיא היו 28.9 6 11.9 mV, קצב ספייק היה 1.67 6 1.63 הרץ, רוחב עמק לשיא היה 0.29 60. 05 ms, רוחב חצי שיא היה 0.34 6 0.05 ms, ואינדקס מתפרץ היה 0.01 6 0.01. משרעת עמק לשיא, קצב ספייק, רוחב עמק לשיא, רוחב חצי שיא ואינדקס התפרצות היו שונים באופן מובהק בין PY ל-IN (p,0.0001, מבחן t דו-צדדי דו-צדדי).

איכות ובידוד של יחידה אחת אושרו בהתאם להנחיות שנקבעו בעבר (Kaminski et al., 2020). קוצים ביחידה אומתו כעולים בהרבה על רצפת הרעש בהתבסס על יחסי שיא אות לרעש גדולים (PY: 10.1 6 3.4;IN: 5.9 6 3.1). מאחר שתקופת העמידות של ספייק העצבים היא ;3 אלפיות השנייה, אחוז ה-ISIs,3 אלפיות השנייה מעריכה את מידת הזיהום של יחידה אחת על ידי דוקרנים מיחידות שונות, שהייתה נמוכה מאוד בין היחידות שנכללו במחקר זה (PY: 0.{{14 }}.15%; IN: 0.31 6 0.50%). יתרה מכך, יחידות בודדות שזוהו באותו מגע היו ניתנות להפרדה בהתאם למרחקי ההקרנה שלהן (Pouzat et al., 2002)(PY: 49.{ {21}}.8 SD; IN: 50.9 6 28.6 SD). אחרון, היציבות הזמנית של קוצים ביחידה לאורך זמן אושרה על סמך העקביות של צורת הגל הממוצעת ומשרעת של כל יחידה על פני רבעוני הקלטה.

ניתוחים של ספייק ביחידה במהלך אדוות. ניתחו ספייק ביחידה לגבי אדוות מקומיות שזוהו באותו מגע. שלבי אדוות של קוצים ביחידה נקבעו על ידי מציאת הזווית של טרנספורמציה של הילברט של אות המעבר הפס 70-100 הרץ (הסטת פאזה אפס) בזמני הקוצים. שלב האדוות הממוצע המעגלי נקבע עבור כל יחידה על פי Berens (2009). ניתוחי שלב בוצעו רק ביחידות עם לפחות 30 קוצים במהלך אדוות מקומיות. מבחן ריילי שימש להערכת סטייה חד-מודאלית מהאחידות של השלבים הממוצעים המעגליים על פני יחידות. צמד יחידות PY–PY ו-PY–IN המשולבים תוך 5 אלפיות השנייה הוערך בהתבסס על Dickey et al. (2021). כדי להעריך הפעלת אדוות כאשר הייתה אדווה באחד האתרים או בשניהם לעומת קו הבסיס כאשר לא התרחשו אדוות, בחרנו באקראי תקופות ללא אדווה שתואמות במספר ובמשך את האדוות, אך במהלכן לא זוהו אדוות באף אחד מהערוץ. ירי משותף במהלך אדוות עם זמני ספייק נצפים לעומת זמני ספייק אקראיים חושבו על ידי ערבוב זמני הספייק של כל יחידה במרווחי האדוות.

עיצוב ניסוי וניתוחים סטטיסטיים. כל הבדיקות הסטטיסטיות הוערכו עם=0.05. כל ערכי p הכוללים השוואות מרובות תוקנו FDR על פי Benjamini and Hochberg (1995). תיקוני FDR על פני צמדי ערוצים נעשו על פני כל צמדי הערוצים מכל המטופלים שנכללו בניתוח. עלילות תיבה-ו-שפם מציגות טווח חציוני, ממוצע ובין-רבעוני, כאשר שפמים מציינים טווח בין-רבעוני של 1.5 עם הושמטו חריגים. חלקות צפיפות גרעין הופקו בשיטות של Bechtold (2016). סטטיסטיקות מובהקות ודשדוש של היסטוגרמות זמן פרי-גלוות חושבו כמתואר לעיל. נתונים סטטיסטיים של ספייק של יחידות חושבו כמתואר לעיל.

השוואות סטטיסטיות בין מאפייני אדוות בוצעו באמצעות בדיקות t דו-צדדיות דו-צדדיות זוגיות או דו-צדדיות בין אמצעים בין ערוץ. הבדלים במאפיינים של אדווה בין מצבים (NREM או ערות) או אזורים (קורטקס או היפוקמפוס) נקבעו באמצעות מודלים ליניאריים של אפקטים מעורבים עם מצב ואזור כאפקט קבוע והמטופל כאפקט אקראי, על פי המודל הבא:

זמינות נתונים. הנתונים הגולמיים הבלתי מזוהים התומכים בממצאי מחקר זה זמינים מהמחברים המקבילים על פי בקשה סבירה בתנאי שהסכם שיתוף הנתונים והסכמת המטופלים מאפשרים שיתוף זה.

זמינות קוד. הקוד התומך בממצאי מחקר זה זמין מהמחברים המקבילים על פי בקשה סבירה.

תוצאות

אדוות נמצאות בכל מקום על פני מצבים ומבנים עם תדירות אופיינית ומוקדית (;90 הרץ) ומשך זמן (;70 אלפיות השנייה)

אדוות זוהו בהקלטות SEEG תוך גולגולתיות של קליפת המוח וההיפוקמפוס מ-17 חולים שעברו ניטור עבור לוקליזציה של מיקוד ההתקפים (טבלה 1). גזירות טרנסקורטיקליות דו-קוטביות הבטיחו את המדידה של LFPs שנוצרו באופן מקומי. אדוות זוהו אך ורק מאזורים לא-נגעים ולא אפילפטוגניים ונדרשו לפחות שלושה מחזורים של משרעת 70-100 הרץ מוגברת ללא זיהום של פעילות או חפצים אפילפטיים (איור 1A). הקלטת עידנים וערוצים עם זיהום אפשרי על ידי פעילות אפילפטית נדחו בחומרה. אדוות נמצאו במהלך ערות ו-NREM בכל אזורי קליפת המוח שנדגמו (איור 2A, B, E-J; טבלה 3) וכן בהיפוקמפוס (איור 2C, D, K, L; טבלה 3).

על פני מצבים ואזורי קליפת המוח, תדר האדוות היה עקבי להפליא ב-;90 הרץ. באופן ספציפי, תדירות האדוות הממוצעת של קליפת המוח בתוך האזור נעה בין 88.8-90.0 הרץ במהלך NREM ו-89.2-89.8 הרץ בזמן ערות (טבלה 3; איור 3). תדירות תנודת אדוות SD ממוצעת 6 על פני כל האמצעים של הערוץ הקורטיקלי במהלך NREM היה 89.1 6 0.8 הרץ ובמהלך ההתעוררות היה 89.5 6 0.7 הרץ. נתונים אלה מוצגים גם כהיסטוגרמות של מאפייני אדווה אינדיבידואליים (משרעת, תדירות, משך, שינויים נלווים באמפליטודה של .200 הרץ) באיור 4 כמו גם מטופלים בודדים באיור 5. המאפיינים הבסיסיים של אדוות קליפת המוח היו דומים מאוד בניתוח משלים שרק כללו תעלות קליפת המוח ללא IISs (איור 6A).

תדר התנודה לא רק היה עקבי ביותר ב-90 הרץ על פני אדוות, אלא שהמשרעת המוגברת הייתה מרוכזת מאוד במהלך אדוות ב-90 הרץ בהקלטות רחבות פס, עם ירידה תלולה באמפליטודה בתדרים גבוהים ונמוכים יותר. ניתן לראות את עליית ההספק המוקדית הזו, הבולטת במיוחד במהלך NREM, בערוצים לדוגמה (איור 2A, E-H) וכן בתדרים ממוצעים של זמן ממוצעים שהם ממוצעים על פני כל ממוצעי הערוצים של כל האדוות (איור 2I-L) .

ערכנו ניתוחים משלימים כדי לבחון האם סדירות ומוקד זה של תדירות האדוות יכולים להיות בגלל השיטה שלנו לזיהוי אותם. ראשית, ערכנו ניתוח מחדש מלא של כל ערוצי ה-SEEG והתקופות תוך שימוש בשני טווחי תדרים שונים לזיהוי ובחירה של אדווה. אחד השתמש במעבר פס זיהוי מ-70 ל-100 הרץ כמו בניתוח הראשוני שלנו, והשני הרחיב את פס הזיהוי ל-65-120 הרץ. ממוצע 6 SD NREM תדר תנודה אדוות על פני ערוצים (N=273) מכל ה-SEEG מטופלים (S1-S17) דומים מאוד כאשר משתמשים בפס פס של 70-100 הרץ (ממוצע 6 SD=89.1 60.8 הרץ) או 65-120 פס פס פס של הרץ (92.7 62.2 הרץ) (איור 1B). יתר על כן, אימתנו שמסנני החריץ של 60 ו-120 הרץ (כדי להסיר רעשי קו) וכן 70-100 ה-Hzbandpass לא יצרו באופן מלאכותי שיא בהספק ב-90 הרץ (איור 1C). לפיכך, תדירות תנודת האדוות של 90 האז נראה פיזיולוגית ולא מונעת על ידי שיטות זיהוי ספציפיות.

משך האדוות הממוצע היה גם עקבי להפליא (;70 אלפיות השנייה) על פני מצבים ואזורי קליפת המוח (טבלה 3). משך הזמן והעקביות אינם מוסברים על ידי דרישת הזיהוי של לפחות 3 מחזורים (שב90 הרץ הם 33.3 אלפיות השנייה), מה שמרמז על כך שגם משך זה הוא מאפיין פיזיולוגי. מאפיינים אחרים, כולל צפיפות (NREM: 8.36 6 2.69 min1, ערות: 5.77 6 3.42 min1), שיא משרעת (NREM: 5.10 6 2.25 mV, ערות: 7.38 64.17 mV), ושינוי באמפליטודה של .200 הרץ (NREM: 3.096 2.75%, ערות: 33.02636.90%) היו גם דומים מאוד בין הערוצים (איורים 2, 3). מאפייני האדוות היו עקביים גם בין המטופלים (איור 5). עם זאת, הבדלים קטנים אך משמעותיים צוינו בין אזורים, קליפת המוח לעומת היפוקמפוס, ו-NREM לעומת ערות, המתוארים להלן.

אדוות מציגות הבדלים קטנים אך משמעותיים בין הקורטקס להיפוקמפוס

אדוות ההיפוקמפוס האנושיות נבחרו בעבר באמצעות מגוון שיטות (לסקירה, ראה Jiang et al., 2019c). במחקרים הקודמים שלנו, דרשנו כי אדוות יוצבו על גבי גלים חדים (אופייני להיפוקמפוס הקדמי) (Jiang et al.,2019a) או צירים (אופייני להיפוקמפוס האחורי) (Jiang et al., 2019b). במחקר הנוכחי, ניתחנו מחדש את הנתונים הללו תוך שימוש באותם קריטריונים והליכים שבהם השתמשנו לאיתור ובחירה של אדוות קליפת המוח, כדי למנוע אי בהירות מתודולוגית; כלומר, לא דרשנו נוכחות או היעדר חתימת LFP משויכת בתדר נמוך יותר.

באמצעות אותם קריטריונים לזיהוי, מצאנו כי אדוות קליפת המוח וההיפוקמפוס חולקות את אותם מאפיינים בסיסיים עם הבדלים קטנים יחסית. המאפיינים הבסיסיים של אדווה ההיפוקמפוס היו דומים מאוד בניתוח משלים, שכלל רק ערוצי היפוקמפוס ללא IISs (איור 6B). במהלך NREM, להיפוקמפלים היו עלילות תדירות זמן ממוצעות (איור 2C, K) שדומות לחלקות קליפת המוח המקבילות (איור 2A, E-I) בעלות פעילות תנודה מרוכזת ב-90 הרץ, אך נבדלו בכך שהן מונחות על גבי שיא של א. גל חד מקומי – אדוות ולא מתרחשות ממש לפני ה-localupstate כפי שרואים בקליפת המוח. במהלך הערות, אדוות זמן-תדירות ממוצעות של אדוות ההיפוקמפוס (איור 2D, L) וקליפת המוח (איור 2B, J) מציגות שוב פעילות תנודה מרוכזת ב-90 הרץ, אך גם עם פעילות שנמתחת לתדרים גבוהים יותר כפי שצוין לעיל.

ניתוחים סטטיסטיים (איור 3) גילו כמה הבדלים, שלמרות שהם קטנים, בכל זאת היו משמעותיים, ניתנים לייחס למספרים הגדולים של ערוצים. באופן ספציפי, בהשוואה לאדוות קליפת המוח, אדוות ההיפוקמפוס היו בממוצע: צפופים מעט פחות במהלך NREM, וצפופים יותר במהלך ערות; תדר מעט נמוך יותר, במיוחד במהלך NREM (אבל עדיין, הפרש של 3 הרץ); משך זמן ארוך יותר, במיוחד במהלך NREM (אבל, הפרש של 10 אלפיות השנייה); משרעת גדולה יותר (ב-2.5); ומלווה בעלייה קטנה יותר אך עדיין משמעותית באמפליטודה של .200 הרץ במהלך ערות בהשוואה ל-NREM. בנוסף, מאפיינים של אדווה קליפת המוח לא היו בקורלציה מובהקת עם צפיפות הקישוריות ההיפוקמפוסית לחבילה המקומית שלהם (איור 7). בסך הכל, אדוות קליפת המוח וההיפוקמפוס נראים דומים מאוד, למעט בולט באמפליטודות שלהם ובגלים איטיים יותר במהלך NREM (איור 2; איור 8A-F).

ניתן להבחין בין אדוות לבין תנודות לימביות בתדירות גבוהה

פעילות תנודה ב-.60 הרץ בבני אדם נחקרה בעבר, בעיקר בהיפוקמפוס של אפילפסיה. Le Van Quyen et al. (2010) דווח על פעילות לא פתולוגית, בעיקר מאתרי gyrus parahippocampal. הם הטילו משך זמן מינימלי של 100 אלפיות השנייה, מה שהיה מבטל את הרוב המכריע של האירועים שחקרנו (איורים 3D, 4), והוא ארוך יותר מאלה שדווחו בעבר עבור ההיפוקמפוס האנושי (Jiang et al., 2019c), אנושיים אדוות קליפת המוח (Vaz et al., 2019), ואדוות מכרסמים (Buzsáki, 2015).

בנוסף, בהיותו בממוצע;7 ארוכים יותר מהאירועים שאנו מתארים כאן, אלו המתוארים על ידי Le Van Quyen וחב'. (2010) נבדלים גם בכך שהם מכילים מספר תדרים תנודתיים (בעוד אלו המתוארים כאן מרוכזים מאוד ב-;90 הרץ) ובעלי אמפליטודות גדולות יותר. האירועים שלהם דומים, עם זאת, בהיותם קשורים לצפון מדינות, ובאפנון ירי יחידות (ראה להלן). לכן היינו מעוניינים לקבוע את הקשר בין האירועים הפרהיפוקמפיים בעיקר שתוארו על ידי LeVan Quyen et al. (2010) והאירועים הנרחבים בקליפת המוח המתוארים כאן.

בחרנו משנה את הערוצים הפרהיפוקמפיים שלנו (N {{0}} ערוצים מ-5 מטופלים), ויישמנו את קריטריוני הבחירה שתוארו על ידי Le Van Quyen וחב'. (2010): הנתונים היו פסיפס ב-40-120 הרץ, משך האירוע המינימלי היה 100 אלפיות השנייה, וחוץ מזה, אירועים זוהו כמתואר בחומרים ושיטות. באמצעות קריטריוני הבחירה הללו, מצאנו צפיפות נמוכה מאוד של אירועים. צפיפות האדוות הממוצעת של ערוצים parahippocampal במהלך NREMusing הקריטריונים שלנו הייתה 9.08 min1 (טווח: 7.23-10.77 min1), בעוד ששימוש ב-Le Van Quyen et al. (2010) קריטריוני הזיהוי היו רק 0.40 min1 (טווח: 0-1.53 min1). לפיכך, האירועים המתוארים כאן אינם תואמים את אלו שדווחו בעבר על ידי Le Van Quyen וחב'. (2010).

אדוות מציגות הבדלים קטנים אך משמעותיים בין קליפת המוח התחושתית-מוטורית והאסוציאטיבית

עבודה קודמת בחולדות ישנות (Khodagholy et al., 2017) ובבני אדם מתעוררים (Vaz et al., 2019) מצאו כי אדוות קליפת המוח שכיחות יותר באזורי אסוציאציות מאשר באזורים חושיים ומוטוריים מוקדמים שבהם הם נעדרו או נדירים. לעומת זאת, מצאנו שצפיפות אדוות, משרעת ואמפליטודה נלווית.200 הרץ (פרוקסי לירי יחידה) (Mukamel et al.,2005) בקליפת המוח הראשונית היו כולם גבוהים יותר באופן מובהק מאשר באזורי אסוציאציות, כפי שמצוין על ידי מתאם חיובי עם מדד המיאלינציה (איור 8G-I) (Rosen and Halgren, 2021). תדירות ומשך התנודות לא נמצאו בקורלציה למדד המיאלינציה (איור 9). במקרים מסוימים, השפעה זו הייתה קטנה, למשל, והסבירה רק 1.7% מהשונות בצפיפות בזמן ערות ו-4.4% במהלך NREM. במקרים אחרים, ההשפעה הייתה משמעותית, למשל, והסבירה 19.4% מהשונות במשרעת במהלך NREM. בהשוואה בין NREM לבין ערות, ב-NREM היה מתאם חזק יותר באופן משמעותי בין מיאלינציה אינדקס וצפיפות (p=0.02, t=2.1), משרעת (p=8 104,t {{19 }}.2), ו-.200 הרץ אפנון (p=2 106, t=4.7; בדיקת r זוגית חד-צדדית; MATLAB: r_test_ מזווג) (שטייגר, 1980). בסופו של דבר, נראה כי אדוות קליפת המוח אנושיות רבות יותר וחסונות יותר באזורים תחושתיים ומוטוריים מאשר באזורי אסוציאציה.

אדוות מציגות הבדלים קטנים אך משמעותיים בין NREM לבין ערות

רוב המאפיינים של אדווה בקליפת המוח וההיפוקמפוס היו דומים בין NREM לבין ערות (איור 3; טבלה 3), אך בגלל המספר הגדול של אירועים, אפילו הבדלים קטנים היו משמעותיים. בהתחשב בהבדלים של .10% בלבד, צפיפות האדוות בקליפת המוח הייתה גבוהה ב-31% והמשרעת הייתה נמוכה ב-43% במהלך NREM מאשר היקיצה. משך האדוות היה גבוה ב-13% בקליפת המוח וב-20% בהיפוקמפוס במהלך NREM מאשר בהתעוררות. ההבדלים הבולטים ביותר היו אחוז השינוי באמפליטודה הממוצעת.200 הרץ במהלך אדוות בהשוואה לקו בסיס של 2 עד 1 שניות (איור 3E), שהגדיל ב-969% מ-NREM להתעוררות בקליפת המוח, ו-304% בהיפוקמפוס.

הבדל זה נראה כמו פס רחב בתדרים של אדוות ערות מקליפת המוח (איור 2Bii, J) וההיפוקמפוס (איור 2Dii, L), ולפיכך יתפרש בדרך כלל לא כתנודה, אלא כאינדיקציה של פעילות מרובת יחידות מוגברת. לפיכך, בהשוואה להתעוררות, אדוות קליפת המוח צפופות יותר, ארוכים יותר וקטנים יותר ב-NREM; אדוות ההיפוקמפוס ארוכות גם כן. ההבדל העיקרי היחיד הוא שנראה כי אדוות קליפת המוח וההיפוקמפוס קשורות לעלייה גדולה בהרבה בפעילות מרובת יחידות משוערת במהלך ערות מאשר NREM.

אדוות קליפת המוח ננעלות על גלי שינה חיוניים לגיבוש הזיכרון

צימודי תנודה חשובים לגיבוש זיכרון (Latchoumane et al., 2017). מחקרים קודמים הראו כי אדוות קליפת המוח מתרחשות בפסגות של המדינה והציר בחתולים (Grenier et al., 2001) וחולדות (Khodagholy et al., 2017), אך קשרים אלה לא הוערכו בבני אדם. זיהינו מצבים למטה ומצבים עליון, עם קוטביות שנקבעו על סמך פעילות בתדר גבוה קשורה (לפרטים, ראה חומרים ושיטות), כמו גם צירים, ומצאנו שאדוות קליפת המוח היו מחוברות במדויק לרצף גלי השינה שתואר לעיל (איור 10; טבלה 4 ). באופן ספציפי, ב-95% מהערוצים בקליפת המוח, אדוות היו קשורות באופן מובהק למצבים למטה ולמצבים למעלה (איור 10B, D, E), בדרך כלל במעבר מטה למדינה למעלה, כפי שניתן לראות בניסויים בודדים (איורים 2Aiii,10A), וב- ממוצעים מופעלים אדווה של LFP בפס רחב (איור 2Ai, E-H).

היסטוגרמות פרי-אפוות מראות שבממוצע, מרכזי אדווה בקליפת המוח התרחשו 450 אלפיות השנייה לאחר מקסימום תחתית המדינה ו-100 אלפיות השנייה לפני המקסימום העליון (איור 10B, D-G). בתדירות נמוכה יותר, אדוות התרחשו במהלך צירים (קשר מובהק ב-29% מהערוצים; איור 10C, E), כפי שניתן לראות בניסויים אינדיבידואליים (איור 10A), ובחלקות תדירות זמן פרי-אדווה (איור 2Aii, E). היסטוגרמות פרי-אפוות מראות שצירים התחילו בממוצע 225 שניות לפני מרכז האדוות הקורטיקליות, מה שמצביע על כך שאדוות נוטים להתרחש במהלך צירים (איור 10C, E-G). ההסתברות להתרחשות של אדוות במהלך צירים שקדמו למדינות למעלה הייתה גדולה מזו להתרחשות אדוות. במהלך צירים, או לפני מדינות למעלה (איור 10H). תוצאות אלו מצביעות על כך שהתזמון של אדוות קליפת המוח במהלך NREM מתאים להקלת איחוד, מונחה על ידי הפעלה רציפה של גלי שינה.

For more information:1950477648nn@gmail.com