Kích thích Thalamic phía trước Cải thiện các phán đoán chính xác của bộ nhớ làm việc

Để biết thêm thông tin:ali.ma@wecistanche.com

trừu tượng

Cơ sở: Nhân trước của đồi thị (ANT) được cho là một hệ thống hồi hải mã mở rộng. Mạch ANT và hồi hải mã đã được chứng minh rộng rãi là có liên quan đến chức năng ghi nhớ. Cả hai tổn thương đến từng vùng và làm gián đoạn luồng thông tin giữa các vùng có thể gây ra suy giảm trí nhớ làm việc. Tuy nhiên, vai trò của mạch này đối với độ chính xác làm việc của bộ nhớ vẫn chưa được biết rõ.

Mục tiêu: Để kiểm tra vai trò của đường hồi hải mã-trước đồi đối với độ chính xác hoạt động của bộ nhớ, chúng tôi đã cung cấp kích thích điện trong nội tạng cho ANT. Chúng tôi giả thuyết rằng kích thích ANT có thể cải thiện độ chính xác của bộ nhớ làm việc.

Phương pháp: Các bệnh nhân động kinh phẫu thuật với điện cực sâu trong ANT và hồi hải mã được tuyển dụng để thực hiện nhiệm vụ ghi nhớ làm việc nhớ lại màu sắc. Những người tham gia được hướng dẫn chỉ ra màu mà họ phải nhớ lại bằng cách nhấp vào một điểm trên bánh xe màu, trong khi dữ liệu điện não đồ nội sọ được ghi lại một cách đồng bộ. Đối với một nửa thử nghiệm được chọn ngẫu nhiên, một kích thích điện lưỡng cực được đưa đến các điện cực ANT.

Kết quả: Chúng tôi nhận thấy rằng so với các thử nghiệm không kích thích, khả năng phán đoán chính xác của trí nhớ được cải thiện đáng kể đối với các thử nghiệm kích thích. Kích thích điện ANT làm tăng đáng kể công suất phổ của dao động gamma (30e100 Hz) và giảm phóng điện dạng epileptiform liên vùng (IED) ở vùng hải mã. Hơn nữa, công suất gamma tăng lên trong giai đoạn trước khi kích thích và truy xuất dự đoán sự cải thiện khả năng phán đoán chính xác của bộ nhớ hoạt động.

Kết luận: Kích thích điện ANT có thể cải thiện khả năng phán đoán chính xác của bộ nhớ đang hoạt động và điều chỉnh hoạt động gamma của vùng hải mã, cung cấp bằng chứng trực tiếp về vai trò của trục đồi trước đồi hải mã của con người trong việc làm việc chính xác của bộ nhớ.

Giới thiệu

Trí nhớ hoạt động là một chức năng nhận thức quan trọng [1] trong việc hỗ trợ rất nhiều hành vi hàng ngày bao gồm học tập [2], ra quyết định [3] và hiểu ngôn ngữ [4]. Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng hồi hải mã có liên quan đến trí nhớ hoạt động [5e8]. Theo mô hình bộ đệm ghép kênh, nội dung bộ nhớ làm việc được biểu diễn bằng các cụm thần kinh được đồng bộ hóa trong các dao động gamma bị khóa theo các pha cụ thể của dao động tần số thấp [9e11]. Phù hợp với điều này, một số nghiên cứu đã phát hiện ra hoạt động gamma của hồi hải mã tăng lên khi tải bộ nhớ hoạt động [6,7] và khớp nối theta-gamma nổi bật trong vùng hải mã khi nhiều mục được giữ lại [5]. Một nghiên cứu trên loài gặm nhấm báo cáo rằng trí nhớ hoạt động thành công có liên quan đến các dao động gamma đồng bộ trong quá trình hình thành hồi hải mã [8]. Hơn nữa, một nghiên cứu điện não đồ nội sọ của con người tiết lộ rằng năng lượng gamma của hồi hải mã trong quá trình truy xuất bộ nhớ là dự đoán về độ chính xác của bộ nhớ [12].

Bấm để xem lợi ích và tác dụng phụ của cistanche tubulosa đối với trí nhớ

Với các kết nối tương hỗ và dày đặc với hồi hải mã [13e15], và sự tham gia của nó vào chức năng nhận thức [15e17], nhân trước của đồi thị (ANT) đã được đề xuất như một hệ thống hồi hải mã mở rộng [18e20]. Một nghiên cứu trên loài gặm nhấm đã phát hiện ra rằng việc gián đoạn luồng thông tin giữa hồi hải mã và ANT làm suy giảm hiệu suất làm việc trong không gian của bộ nhớ [21]. Kích thích điện trực tiếp nhắm vào vùng hải mã có thể làm gián đoạn hoạt động của bộ nhớ [22,23]. Với bằng chứng cho thấy việc kích thích một nút quan trọng trong một mạng chức năng có thể điều chỉnh chức năng mạng [24], nhắm mục tiêu các phép chiếu hướng tâm hồi hải mã có thể là một chiến lược hiệu quả hơn để thúc đẩy cấu trúc hạ lưu nhằm điều chỉnh hiệu suất bộ nhớ [25]. Do đó, có thể điều chỉnh hiệu suất làm việc của bộ nhớ bằng cách kích thích điện ANT.

Jiali Liu a, b, 1, Tao Yu c, d, 1, Jinfeng Wu a, b, Yali Pan a, Zheng Tan a, b, Ruobing Liu a, b, Xueyuan Wang c, d, Liankun Ren c, d, Lương Vương a, b, *

a Phòng thí nghiệm Trọng điểm CAS về Sức khỏe Tâm thần, Viện Tâm lý học, Bắc Kinh, Trung Quốc b Khoa Tâm lý, Đại học Học viện Khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh, Trung Quốc c Viện Phẫu thuật Thần kinh Chức năng Bắc Kinh, Bệnh viện Xuanwu, Đại học Y Capital, Bắc Kinh, Trung Quốc d Động kinh toàn diện Trung tâm Bắc Kinh, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Bắc Kinh về điều hòa thần kinh, Khoa Thần kinh, Bệnh viện Xuanwu, Đại học Y khoa Thủ đô, Bắc Kinh, Trung Quốc

Nghiên cứu hiện tại là để kiểm tra xem liệu kích thích điện trực tiếp của ANT có thể điều chỉnh độ chính xác của bộ nhớ hoạt động hay không. Một mô hình thu hồi màu cổ điển [26,27] được thực hiện bởi bệnh nhân động kinh kháng thuốc với các điện cực sâu được cấy ghép, trong khi kích thích điện lưỡng cực được đưa đến các điện cực ANT trong một nửa số thử nghiệm. Với bằng chứng cho thấy các kết nối chức năng và giải phẫu rộng rãi giữa hồi hải mã và ANT và hồi hải mã đóng vai trò quan trọng trong trí nhớ hoạt động, chúng tôi đã giả thuyết rằng kích thích điện ANT có thể cải thiện khả năng phán đoán chính xác của trí nhớ.

Nguyên liệu và phương pháp

Những người tham gia

Tám bệnh nhân mắc chứng động kinh thùy thái dương chịu lửa về mặt y tế đã được cấy ghép các điện cực sâu của điện não đồ lập thể (SEEG) để xác định các khu vực phát sinh động kinh tại bệnh viện Xuanwu đã được tuyển chọn trong nghiên cứu hiện tại. Thông tin nhân khẩu học của mỗi bệnh nhân được thể hiện trong Bảng 1. Tất cả các bệnh nhân đều báo cáo bình thường hoặc được điều chỉnh về thị lực bình thường và thị lực màu bình thường. Sự đồng ý được thông báo đã nhận được từ tất cả các đối tượng và quy trình nghiên cứu đã được phê duyệt bởi ủy ban đạo đức của Bệnh viện Xuanwu, Đại học Y khoa Thủ đô.

Bản địa hóa điện cực

CT sau phẫu thuật đã được đồng đăng ký với MRI trước phẫu thuật bằng Bộ phần mềm FreeSurfer [28] (http: //surfer.nmr.mgh. Harvard.edu) và Thư viện phần mềm FMRIB [29]. Các điện cực cấy ghép được tái tạo bằng phần mềm bản địa hóa lập thể [30]. Sau đó, tất cả các điện cực được ánh xạ vào một không gian MNI tiêu chuẩn. Tất cả các địa chỉ liên lạc ở vùng hải mã (56 địa chỉ liên hệ từ 8 bệnh nhân, các vòng tròn màu đỏ) trong không gian MNI được hiển thị trực quan bằng trình xem BrainNet [31].

Bản ghi điện sinh lý và xử lý trước dữ liệu

Dữ liệu điện não đồ nội sọ được hệ thống ghi Blackrock Neuroport ghi lại trong quá trình thử nghiệm, với tốc độ lấy mẫu là 2000 Hz. Thời gian tạo tác được xác định bằng cách kiểm tra trực quan và bị loại bỏ khỏi các tín hiệu thô. Tham chiếu lại lưỡng cực được sử dụng để giảm sự dẫn truyền thể tích cũng như gây nhiễu tương tác giữa các tiếp điểm lân cận. Dữ liệu kết quả được chia thành các kỷ nguyên liên quan đến sự kiện để phân tích thêm.

Kích thích điện

Kích thích điện được cung cấp thêm hoạt động bởi một máy kích thích bên ngoài (CereStim R96, Blackrock Microsystems) trong khi những người tham gia thực hiện nhiệm vụ. Kích thích được đưa vào các tiếp điểm lân cận được ghép đôi trong ANT bằng cách sử dụng các xung hình chữ nhật hai pha với độ rộng 3 0 0 ms và biên độ 0. 2 mA ở tần số 5 { {2 0}} Hz (Hình 1B). Pat2 nhận được kích thích 5 0 Hz ở biên độ 0. 5 mA (Bảng 1). Mô hình thử nghiệm Tác vụ bộ nhớ hoạt động được trình bày trên 14- trong màn hình máy tính xách tay ở khoảng cách xem khoảng 60 cm với nền màu xám. Một thử nghiệm bắt đầu với việc hiển thị hình chữ thập cố định màu trắng (0,3) ở giữa màn hình, kéo dài trong 4,2e5,2 giây (Hình. 1A). Hai hình vuông màu được hiển thị tập trung và tuần tự, mỗi hình vuông kéo dài trong 0,3 giây và được theo sau bởi một khoảng thời gian 0,4e0,5 giây, trong đó chỉ có hình chữ thập cố định được hiển thị ở giữa. Hai màu được chọn ngẫu nhiên từ chín màu đã chọn trước, mỗi màu được đặt cách nhau ít nhất 40 trên bánh xe màu bao gồm một tập con màu chuyển tiếp tròn. Sau đó, một chữ số Ả Rập được đánh dấu (1 hoặc 2) được hiển thị đều trong 0,55 s, cho biết màu nào sẽ được gọi lại sau đó. Tiếp theo tín hiệu là một khoảng thời gian 2,5e3 s khác chỉ với dấu chéo cố định. Sau đó, một bánh xe màu được hiển thị và bao gồm các màu liên tục (dày 1,5 và bán kính 9,5). Những người tham gia được hướng dẫn chỉ ra màu mà họ phải nhớ lại bằng cách sử dụng chuột để nhấp vào một điểm trên bánh xe màu. Để loại bỏ sự đóng góp của bộ nhớ không gian, bánh xe màu đã quay ngẫu nhiên giữa các thử nghiệm. Kích thích điện một giây được thực hiện trong các thử nghiệm được lựa chọn ngẫu nhiên trên tất cả 10 khối (90 thử nghiệm đối với thử nghiệm kích thích, 90 thử nghiệm đối với thử nghiệm không kích thích). Mỗi khối bao gồm 18 thử nghiệm và những người tham gia có thể nghỉ ngơi trong khoảng thời gian của các khối. 4 thử nghiệm đầu tiên và cuối cùng (8 thử nghiệm) từ toàn bộ 180 thử nghiệm không chứa kích thích. Các nghiên cứu trước đây áp dụng kích thích trong các nhiệm vụ thường làm gián đoạn trí nhớ [22e24]. Kích thích ngoại sinh có thể làm gián đoạn các hoạt động nhận thức có tổ chức liên tục bên trong não. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt động thần kinh trước khi kích thích rất quan trọng cho nhiệm vụ tiếp theo [32e36]. Do đó, kích thích điện được áp dụng bắt đầu từ 2,2e2,7 giây trước khi bắt đầu hình vuông màu đầu tiên cố gắng điều chỉnh trạng thái tinh thần trong quá trình cố định trước kích thích, như đã đề cập trong nghiên cứu gần đây [25]. Các đối tượng không được thông báo về thử nghiệm nào chứa kích thích và họ cũng không thể báo cáo sự xuất hiện của kích thích. Trước khi thử nghiệm chính thức, chúng tôi đã thử nghiệm ban đầu thông số được sử dụng của kích thích điện. Chúng tôi hỏi bệnh nhân liệu họ có cảm thấy bất kỳ sự khác biệt nào khi kích thích điện được truyền âm thầm hay không. Không ai trong số các bệnh nhân cho biết họ cảm thấy có gì khác biệt khi kích thích điện được thực hiện.

Hình 1. Thiết kế nguyên công. (A) Thử nghiệm bắt đầu với một dấu chéo cố định màu trắng ở giữa màn hình. Hai ô vuông màu được hiển thị tuần tự. Sau đó, một chữ số Ả Rập được sắp xếp (1 hoặc 2) được hiển thị đồng đều và ngẫu nhiên, cho biết màu nào sẽ được gọi lại sau đó. Sau một khoảng thời gian, những người tham gia được hướng dẫn chỉ ra màu mà họ phải nhớ lại bằng cách sử dụng chuột để nhấp vào một điểm trên bánh xe màu. Kích thích điện được áp dụng bắt đầu từ 2,2e2,7 giây trước khi bắt đầu hình vuông màu đầu tiên (thanh màu đỏ). (B) Một điện cực mẫu (các vòng tròn màu đen) được hiển thị cho Pat 3. Tiếp điểm trung gian nhất nằm trong ANT (mũi tên màu đen). (C) Một phản ứng mẫu (thanh màu đen) được biểu diễn trên bánh xe màu. (D) Mô hình hoán đổi được sử dụng để phù hợp với hiệu suất trong đó có ba nguồn phản hồi có thể có: phân phối Von Mises tập trung vào màu mục tiêu, một phân phối von Mises khác có cùng nồng độ nhưng tập trung ở màu không mục tiêu và xác suất cố định chỉ đơn giản là đoán ở ngẫu nhiên. (Để giải thích các tham chiếu đến màu sắc trong chú giải hình này, người đọc được tham khảo phiên bản Web của bài viết này.)

Xử lý dữ liệu và phân tích thống kê

Độ chính xác của bộ nhớ làm việc Chúng tôi ước tính độ chính xác của bộ nhớ hoạt động dựa trên mô hình Hoán đổi trong đó ba phản hồi được đo: phản ứng mục tiêu khi những người tham gia báo cáo chính xác màu sắc của mục được thăm dò với một số thay đổi, phản hồi không phải mục tiêu khi đối tượng báo cáo nhầm màu không có nghĩa vụ nhớ lại (ví dụ: thông qua màu thứ hai được chọn, màu đầu tiên được gọi lại) và phản ứng đoán cho mục thăm dò hoàn toàn không có trong bộ nhớ [37]. Cả phản hồi mục tiêu và phản hồi không phải mục tiêu đều phù hợp với phân phối Von Mises tập trung vào giá trị màu của các mục được thăm dò và báo cáo sai, với cùng độ lệch chuẩn vì màu mục tiêu và không phải mục tiêu trung bình sẽ được lưu trữ với cùng độ chính xác [37] . Phản hồi phỏng đoán được giả định là một phân bố đồng đều vì các đối tượng có thể trả lời ngẫu nhiên khi không có thông tin màu nào được ghi nhớ (Hình 1C và D).

Công suất dao động

Chúng tôi tính toán công suất trước khi bắt đầu kích thích như sau. Chúng tôi đã tạo ra mốc thời gian kích thích giả (2,2e2,7 s trước hình vuông màu đầu tiên) cho các thử nghiệm không có kích thích theo thời gian bắt đầu kích thích điện trong các thử nghiệm có kích thích. Kích thích giả có cùng thời gian với kích thích thật. Chúng tôi đã đo công suất dao động trong tín hiệu điện thế trường cục bộ (LFP) với các wavelet Morlet (số sóng ¼ 5) ở 4 0 tần số cách nhau bằng log từ 1 đến 2 0 0 Hz bằng cách sử dụng Hộp công cụ Fieldtrip [38]. Công suất (P) trên mỗi tần số tại mỗi thời điểm được biến đổi nhật ký và hiệu chỉnh thành công suất cơ bản trung bình (P 0) trong tất cả các thử nghiệm (1,5 đến 0. 5 giây trước khi bắt đầu kích thích điện hoặc bắt đầu kích thích điện giả tạo) và thời gian 1 0 để có được công suất chuẩn hóa (dB) (tức là 10 log10 (P / P0)). Công suất gamma (30e100Hz) được đo trong khoảng thời gian 0,8 giây (tức là 0,2 se1 giây sau khi bù kích thích đối với các thử nghiệm có kích thích, 0,2 se1 giây sau khi bù kích thích giả cho các thử nghiệm không có kích thích).

Chúng tôi đã kiểm tra thêm hoạt động của hồi hải mã trong lần mã hóa đầu tiên, lần mã hóa thứ hai và giai đoạn truy xuất. Dữ liệu hồi hải mã được xử lý trước được nhóm thành các kỷ nguyên liên quan đến sự kiện. Sau đó, chúng tôi thực hiện phân tích tần số thời gian và hiệu chỉnh đường cơ sở chính xác theo cách trên. Khoảng thời gian hiệu chỉnh cơ bản là 1,5 đến 0. 5 giây trước khi bắt đầu kích thích điện đối với các thử nghiệm có kích thích, 1,5 đến 0. 5 giây trước khi bắt đầu kích thích điện giả cho các thử nghiệm không có kích thích. Công suất gamma (3 0 e1 0 0 Hz) được trích xuất cho mã hóa đầu tiên (tức là 0. 25e 0. 7 giây sau khi bắt đầu màu đầu tiên ), mã hóa thứ hai (tức là, 0. 25e 0. 7 giây sau khi bắt đầu màu thứ hai) và truy xuất (tức là 0,5e1,5 giây sau khi bắt đầu tín hiệu). Sự bắt đầu của cửa sổ mã hóa dựa trên phát hiện rằng hoạt động kích thích kích thích đã xuất hiện trong vùng hải mã sau 0,25 giây sau khi kích thích bên ngoài bắt đầu [12,39,40]. Chúng tôi đã chọn khoảng thời gian truy xuất theo một nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng việc truy xuất bộ nhớ diễn ra trong khoảng từ 0,5 giây đến 1,5 giây sau khi trình bày dấu hiệu [41].

Phân tích phóng điện dạng động kinh xuyên vùng Hoạt động điện bất thường trong khoảng thời gian liên tục, tức là phóng điện dạng động kinh liên vùng (IED), được tìm thấy ở vùng hải mã đối với bệnh nhân động kinh thùy thái dương [42] có thể làm suy giảm chức năng ghi nhớ [43,44]. Trong nghiên cứu hiện tại, một thuật toán phát hiện tự động được phát triển trong một nghiên cứu trước đây [45] đã được sử dụng để xác định IED cho tất cả bệnh nhân. Tóm lại, dữ liệu được xử lý trước được lấy mẫu xuống 2 0 0 Hz, sau đó lọc thông dải từ 10 Hz xuống 60 Hz. Đường bao tức thời của mỗi kênh thu được bằng cách tính giá trị tuyệt đối của phép biến đổi Hilbert của dữ liệu đã lọc. Đường bao tín hiệu được phân đoạn bằng cách sử dụng các cửa sổ trượt có chiều rộng là 5 giây và độ chồng chéo là 80%. Ngưỡng thay đổi theo thời gian của k (Mode þ Median) được sử dụng để phát hiện IED, trong đó k là 5 trong nghiên cứu này, và Mode và Median thu được thông qua ước tính khả năng tối đa của phân phối thống kê log-chuẩn của đường bao tín hiệu trong mỗi bộ phận. Mỗi kênh đã có đường bao riêng và đường cong ngưỡng của riêng nó bây giờ. Cực đại cục bộ tại các điểm giao cắt giữa đường bao và đường ngưỡng được đánh dấu là IED được phát hiện. Ban đầu, hiệu suất của máy dò tự động được đánh giá bởi các nhà sinh lý học thần kinh có kinh nghiệm, cho thấy độ nhạy của máy dò cao và tỷ lệ dương tính giả thấp [45]. Để tránh khả năng các tạo tác kích thích (trong các thử nghiệm kích thích) ảnh hưởng đến sự biến đổi của tín hiệu LFP, do đó có thể làm giảm độ nhạy của phát hiện IED, chúng tôi đã loại bỏ lớp vỏ tức thời khi kích thích điện được thực hiện. Khoảng thời gian bị loại bỏ là từ 0,2 giây trước khi bắt đầu kích thích đến 0,2 giây sau khi bù kích thích. Trong nghiên cứu hiện tại, để kiểm tra ảnh hưởng của kích thích ANT đối với tỷ lệ xuất hiện của IED vùng hải mã trong quá trình làm việc với bộ nhớ, chúng tôi đã phát hiện IED trong toàn bộ quá trình ghi. Sau đó, số lượng IED được phát hiện từ khi bắt đầu hình vuông màu đầu tiên cho đến khi hành động phản hồi được tổng hợp và sau đó chia cho độ dài thời gian để tính toán tốc độ IED (số / giây). Sau đó, tỷ lệ IED được so sánh giữa các thử nghiệm có và không có kích thích.

Phân tích thống kê

Phân tích thống kê được xử lý bằng cách sử dụng các tập lệnh tùy chỉnh kết hợp với các hộp công cụ mã nguồn mở được phát triển trong MATLAB (Math-Works, Natick, MA, USA). Phép thử cấp bậc có chữ ký của Wilcoxon được thực hiện để đo lường tác động của kích thích: sự khác biệt về độ chính xác trong bộ nhớ của màu được khảo sát đối với các thử nghiệm có và không có kích thích. So sánh công suất gamma và tốc độ IED của hồi hải mã giữa các thử nghiệm kích thích điện và không kích thích được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình hiệu ứng hỗn hợp tuyến tính (LME). Mô hình LME là một loại mô hình hồi quy trong đó sự biến thiên của một biến phụ thuộc được mô hình hóa như một hàm của cả tác động cố định và ngẫu nhiên [46]. Mô hình LME rất phù hợp với tập dữ liệu của chúng tôi vì nó có thể được sử dụng ở cấp độ nhóm trong khi tính toán các phép đo lặp lại từ một mẫu, xảy ra khi chúng tôi thử nghiệm các tác động kích thích tại cùng một lần tiếp xúc. Hơn nữa, mô hình LME có thể giải thích cho việc lấy mẫu không đồng đều giữa các điều kiện và nhóm. Đặc điểm này rất quan trọng đối với phân tích của chúng tôi vì những người tham gia có một số điểm tiếp xúc khác nhau ở vùng hải mã.

Kết quả

Kích thích điện nâng cao khả năng phán đoán chính xác của bộ nhớ làm việc

Đối với mỗi đối tượng, SD thu hồi được tính toán bằng cách điều chỉnh các phân bố lỗi bằng cách sử dụng mô hình Hoán đổi, trong đó SD thu hồi nhỏ hơn cho thấy độ chính xác của bộ nhớ tốt hơn [37] (Hình 1D). Để xác định tác động hành vi của kích thích, chúng tôi so sánh SD nhớ lại giữa các thử nghiệm mà đối tượng đã nhận và không nhận được kích thích bằng cách sử dụng thử nghiệm cấp bậc có chữ ký của Wilcoxon. Chúng tôi nhận thấy rằng kích thích điện đã cải thiện đáng kể hiệu suất bộ nhớ (z ¼ 2,24 0, p ¼ 0,025) (Hình 2A). Hơn nữa, các cải tiến về độ chính xác của bộ nhớ hoạt động rất nhất quán giữa các đối tượng (7/8) (Hình 2B). Những kết quả này chỉ ra rằng kích thích được gửi đến ANT trong quá trình cố định trước mã hóa có thể cải thiện khả năng phán đoán chính xác của bộ nhớ hoạt động.

Tăng hoạt động gamma của hippocampus

Cho rằng vùng hải mã đã được đề xuất liên quan đến việc xử lý độ chính xác của bộ nhớ [12], chúng tôi đã phân tích những thay đổi thần kinh của 56 điểm tiếp xúc ở vùng hải mã (Hình 3A) liên quan đến sự kích thích ANT. Các nghiên cứu gần đây phát hiện ra rằng kích thích điện cho phép tạo ra hoạt động tần số cao và hoạt động gamma gây ra có liên quan đến hiệu suất bộ nhớ [47]. Trong nghiên cứu hiện tại, công suất gamma trước khi kích thích (3 {{1 0}} e1 0 0 Hz) trong các thử nghiệm kích thích được so sánh với công suất trong các thử nghiệm không kích thích bằng cách sử dụng Mô hình LME. Phân tích cho thấy công suất gamma tăng lên ở vùng hải mã sau khi kích thích ANT trong quá trình cố định trước khi kích thích (b ¼ 0. 155, t (11 0) ¼ 3,447, p <0. {="" {39}}="" 0="" 1)="" (hình="" 3b="" và="" c).="" chúng="" tôi="" cũng="" nhận="" thấy="" công="" suất="" gamma="" của="" hippocampus="" cao="" hơn="" trong="" lần="" mã="" hóa="" đầu="" tiên="" (b="" ¼="" 0,101,="" t="" (110)="" ¼="" 2,990,="" p="" ¼="" 0,003,="" hình="" bổ="" sung="" 1b),="" mã="" hóa="" thứ="" hai="" (b="" ¼="" 0,101,="" t="" (110)="" ¼="" 3,526,="" p=""><0,001, hình="" bổ="" sung="" 1d)="" và="" truy="" xuất="" (b="" ¼="" 0,104,="" t="" (110)="" ¼="" 3,471,="" p=""><0,001) trong="" thử="" nghiệm="" với="" kích="" thích="" (hình="" 3f).="" tuy="" nhiên,="" sức="" mạnh="" theta,="" alpha="" và="" beta="" không="" có="" sự="" khác="" biệt="" đáng="" kể="" giữa="" các="" thử="" nghiệm="" có="" và="" không="" có="" kích="" thích="" trong="" các="" giai="" đoạn="" khác="" nhau="" (tất="" cả="" các="" giá="" trị="" p=""> 0,05, Hình bổ sung. 1AeD).

Giảm tỷ lệ IED ở hải mã

IED đã được công nhận là dấu ấn sinh học của mô biểu sinh và IED hồi hải mã có thể gây ra suy giảm nhận thức [42,43]. Xem xét các đối tượng được tuyển dụng trong nghiên cứu hiện tại là bệnh nhân động kinh thùy thái dương, chúng tôi đã kiểm tra thêm liệu kích thích điện có cải thiện độ chính xác của trí nhớ bằng cách giảm phóng điện động kinh hay không. Chúng tôi đã tính toán tỷ lệ IED cho mỗi lần tiếp xúc với hải mã trong các thử nghiệm có và không có kích thích. Sử dụng mô hình LME, chúng tôi nhận thấy tỷ lệ IED giảm đáng tin cậy về mặt thống kê do kích thích điện (b ¼ 0. 0 10, t (110) ¼ 2,782, p ¼ 0,006) (Hình. 4).

Mối tương quan giữa hoạt động điện sinh lý và hoạt động hành vi

Tiếp theo, chúng tôi thực hiện phân tích mối tương quan giữa hoạt động điện sinh lý (công suất gamma và IED) và hiệu suất hành vi. Chúng tôi không nhận thấy rằng sự thay đổi tốc độ IED ở vùng hải mã có liên quan đến sự thay đổi độ chính xác của bộ nhớ hoạt động (IED: r ¼ {{{0}}. 262, p ¼ 0. 536). Tuy nhiên, mối tương quan giữa sự thay đổi công suất gamma của vùng hồi hải mã trước khi kích thích và sự thay đổi độ chính xác của bộ nhớ hoạt động là rất quan trọng (rho ¼ 0. 738, p ¼ {{1 0}}. 0 46) (Hình 3D). Hơn nữa, công suất gamma tăng lên trong thời gian truy xuất cũng tương quan với việc cải thiện trí nhớ làm việc (rho ¼ 0,881, p ¼ 0,007) (Hình 3E). Công suất gamma tăng lên trong quá trình mã hóa đầu tiên và mã hóa thứ hai không tương quan với việc cải thiện bộ nhớ đang hoạt động (tất cả p> 0,05).

Thảo luận

Nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng kích thích điện nhắm mục tiêu đến ANT có hiệu quả trong việc cải thiện độ chính xác của bộ nhớ làm việc. Thật vậy, chúng tôi phát hiện ra rằng kích thích ANT có thể làm tăng năng lượng gamma ở vùng hải mã và giảm tỷ lệ xuất hiện IED ở vùng hải mã. Công suất gamma hồi hải mã tăng lên có tương quan đáng kể với các phán đoán chính xác của bộ nhớ đang hoạt động, cung cấp vai trò nhân quả của trục đồi hải mã-trước đồi đối với độ chính xác hoạt động của bộ nhớ.

Hình 3. Kích thích ANT làm tăng hoạt động gamma của hồi hải mã. (A) Tất cả các điểm tiếp xúc ở vùng hải mã (56 điểm tiếp xúc từ 8 bệnh nhân) được mô tả trong không gian MNI. (B) Công suất gamma trước khi kích thích (thử nghiệm có kích thích so với thử nghiệm không có kích thích). Thời gian tắt (0 e1 s) là khoảng thời gian kích thích điện. (C) Công suất gamma (3 0 e1 0 0 Hz) cao hơn đáng kể đối với các thử nghiệm có kích thích so với các thử nghiệm không có kích thích trong quá trình cố định trước kích thích dựa trên mô hình LME (b¼ {{ 21}}. 155, t (11 0) ¼ 3.447, p <0. 0="" 0="" 1)="" (d)="" tương="" quan="" giữa="" sự="" thay="" đổi="" công="" suất="" gamma="" (tức="" là="" gamma="" công="" suất="" cho="" các="" thử="" nghiệm="" có="" kích="" thích="" điện="" -="" công="" suất="" gamma="" cho="" các="" thử="" nghiệm="" không="" có="" kích="" thích="" điện)="" trong="" quá="" trình="" cố="" định="" trước="" khi="" kích="" thích="" và="" nhớ="" lại="" bộ="" nhớ="" thay="" đổi="" sd="" (tức="" là="" sd="" cho="" các="" thử="" nghiệm="" có="" kích="" thích="" điện="" -="" sd="" cho="" các="" thử="" nghiệm="" không="" có="" kích="" thích="" điện)="" (rho="" ¼="" 0="" .738,="" p="" ¼="" 0,046).="" (e)="" mối="" tương="" quan="" đáng="" kể="" giữa="" sự="" thay="" đổi="" công="" suất="" gamma="" trong="" quá="" trình="" truy="" xuất="" (tức="" là="" công="" suất="" gamma="" đối="" với="" thử="" nghiệm="" có="" kích="" thích="" điện="" -="" công="" suất="" gamma="" đối="" với="" thử="" nghiệm="" không="" có="" kích="" thích="" điện)="" và="" sự="" thay="" đổi="" sd="" nhớ="" lại="" bộ="" nhớ="" (tức="" là="" sd="" đối="" với="" thử="" nghiệm="" có="" kích="" thích="" điện="" -="" sd="" đối="" với="" thử="" nghiệm="" không="" có="" điện="" kích="" thích)="" (rho="" ¼="" 0,881,="" p="" ¼="" 0,007).="" mỗi="" vòng="" tròn="" màu="" biểu="" thị="" một="" bệnh="" nhân.="" (f)="" công="" suất="" gamma="" tăng="" lên="" đáng="" kể="" trong="" quá="" trình="" truy="" xuất="" trong="" các="" thử="" nghiệm="" với="" kích="" thích="" dựa="" trên="" mô="" hình="" lme="" (b="" ¼="" 0,104,="" t="" (110)="" ¼="" 3,471,="" p=""><0,001). ***="" p=""><>

Hình 4. Kích thích ANT làm giảm tỷ lệ IED ở hồi hải mã. (A) Tỷ lệ IED trung bình từ thời điểm bắt đầu hình vuông màu đầu tiên đến hành động phản ứng giảm đáng kể đối với các thử nghiệm có kích thích điện so với các thử nghiệm không có kích thích điện (b ¼ 0. 0 10, t (110) ¼ 2,782, p ¼ 0,006). (B) Hai IED ví dụ (được đánh dấu trong vòng tròn đỏ) được phát hiện bằng một thuật toán phát hiện tự động. (C) Biểu đồ nhanh hơn của IED được phát hiện qua các thử nghiệm không có kích thích (trên) và có kích thích (dưới) đối với bệnh nhân 2. Mỗi thanh màu đỏ thẳng đứng biểu thị IED được phát hiện tại một thời điểm cụ thể. (Để giải thích các tham chiếu đến màu sắc trong chú giải hình này, người đọc được tham khảo phiên bản Web của bài viết này.)

Một số lượng lớn các nghiên cứu đã cố gắng cải thiện trí nhớ thông qua kích thích điện đến các cấu trúc liên quan đến hồi hải mã và mang lại kết quả không nhất quán [22,23,25,48]. Nghiên cứu hiện tại đã áp dụng kích thích điện cho ANT, một trong những thành phần chính trong mạch Papez. Mạch Papez được đề xuất làm cơ sở giải phẫu của trí nhớ [49]. Các nhà nghiên cứu đã đề xuất rằng việc điều chỉnh hoạt động thần kinh trong mạch này có thể ảnh hưởng đến hoạt động của vùng hải mã và do đó thay đổi hiệu suất bộ nhớ. Nhất quán với điều này, chúng tôi nhận thấy kích thích điện đã cải thiện độ chính xác làm việc của bộ nhớ, điều này có thể được dự đoán bằng công suất gamma vùng hồi hải mã tăng lên. Kết quả của chúng tôi đã hỗ trợ sự đồng thuận ngày càng tăng rằng kích thích điện trực tiếp có thể điều chỉnh hoạt động của mạng phân tán kết nối với vị trí kích thích [24,50]. Suy luận này phù hợp với quan điểm từ kích thích không xâm lấn được sử dụng để điều tra động lực và tổ chức mạng lưới não [51].

Chúng tôi đã cung cấp kích thích điện cho ANT và nhận thấy kích thích cải thiện độ chính xác của bộ nhớ làm việc. Vì kết quả này chỉ ra sự tham gia của trục đồi hải mã-trước đồi thị, nên có hai khả năng giải thích cho việc cải thiện độ chính xác của bộ nhớ hoạt động. Đầu tiên, bản thân kích thích ANT có thể cải thiện trí nhớ trực tiếp vì nó là một thành phần quan trọng của hệ thống hồi hải mã mở rộng hỗ trợ trí nhớ [19,20]. Hơn nữa, ANT được báo cáo là đóng một vai trò quan trọng trong sự chú ý hướng dẫn trí nhớ [16,17,52]. Hơn nữa, một nghiên cứu gần đây đã tiết lộ các cơ chế thần kinh được chia sẻ giữa sự chú ý và trí nhớ làm việc [53]. Thứ hai, độ chính xác của bộ nhớ làm việc đã được cải thiện nhờ hoạt động được điều chỉnh trong hồi hải mã. ANT được kết nối dày đặc với hồi hải mã [13,15]. Một nghiên cứu gần đây cho thấy rằng điều cần thiết là điều chỉnh chức năng nhận thức bằng cách kích thích một trong các nút được kết nối bao gồm một mạng chức năng [24]. Thật vậy, chúng tôi phát hiện ra rằng kích thích ANT có thể làm tăng công suất gamma của vùng hải mã và công suất gamma tăng lên là dự đoán của việc cải thiện độ chính xác của bộ nhớ làm việc. Hippocampus đã được đề xuất tham gia vào quá trình xử lý bộ nhớ hoạt động khi nhiều mục được duy trì hoặc khi các đối tượng được trình bày tuần tự [5,54]. Cả nghiên cứu trên người và động vật đều chỉ ra rằng trí nhớ hoạt động có liên quan đến hoạt động gamma ở vùng hải mã [5,6,8]. Do đó, hoạt động điều độ trong hồi hải mã có thể góp phần cải thiện trí nhớ.

Có thể là kích thích điện được cung cấp cho ANT có thể thay đổi trạng thái tinh thần của bệnh nhân bằng cách tăng sự tỉnh táo hoặc chú ý trước đầu vào kích thích. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt động thần kinh trước khi kích thích có thể giải thích sự thay đổi theo từng thử nghiệm trong hoạt động tri giác và nhận thức [32e35]. Đồng nhất với điều này, sức mạnh gamma hồi hải mã trước khi kích thích tăng lên có tương quan với việc cải thiện trí nhớ. Ngoài ra, công suất gamma trong thời kỳ mã hóa và truy xuất cũng được tăng cường nhờ kích thích điện. Công suất gamma tăng lên trong quá trình truy xuất cũng dự đoán về việc cải thiện trí nhớ. Kết quả của chúng tôi phù hợp với nghiên cứu trước đó rằng năng lượng gamma ở hồi hải mã là cần thiết để thực thi bộ nhớ hoạt động [8]. Tổng hợp lại, có thể kích thích điện được cung cấp cho ANT có thể làm tăng sự tỉnh táo hoặc sự chú ý của bệnh nhân trong giai đoạn trước kích thích và ảnh hưởng hơn nữa đến quá trình mã hóa và truy xuất bộ nhớ sau đó.

Chúng tôi cũng quan sát thấy rằng kích thích ANT có thể ngăn chặn sự phóng điện bệnh lý ở hồi hải mã, phù hợp với nghiên cứu lâm sàng trước đây của chúng tôi [14]. Tuy nhiên, sự giảm IED không thể dự đoán cải thiện trí nhớ đang hoạt động, mặc dù nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng IED ở hồi hải mã có liên quan đến hiệu suất bộ nhớ [43,44,55]. Có thể IED chủ yếu ảnh hưởng đến trí nhớ dài hạn, hơn là trí nhớ làm việc.

Có bốn hạn chế đối với nghiên cứu này. Đầu tiên, kích thước mẫu tương đối nhỏ. Việc xác nhận hiệu ứng kích thích quan sát được yêu cầu điều tra thêm bằng cách tuyển dụng một số lượng lớn người tham gia. Ngoài ra, kích thước mẫu nhỏ này đã hạn chế chúng tôi nghiên cứu sâu hơn về tác động bên của kích thích ANT. Thứ hai, tất cả các cá nhân trong nghiên cứu này đều là bệnh nhân mắc chứng động kinh kháng thuốc. Do đó, việc tổng hợp kết quả hiện tại cho các nhóm khác cần được thận trọng. Mặt khác, rất nhiều bệnh nhân bị động kinh đã báo cáo về sự suy giảm trí nhớ, và việc cải thiện trí nhớ đối với họ về cơ bản là một mục tiêu điều trị. Thứ ba, nghiên cứu này phát hiện ra rằng kích thích ANT có thể cải thiện khả năng hoạt động chính xác của trí nhớ ở người. Tuy nhiên, người ta vẫn chưa biết liệu các thông số kích thích khác như cường độ, thời lượng và thời gian kích thích cũng có thể điều chỉnh hiệu suất làm việc của bộ nhớ hay không. Thứ tư, có thể kích thích điện được đưa đến ANT có thể làm tăng sự tỉnh táo hoặc sự chú ý của bệnh nhân trong giai đoạn trước kích thích và ảnh hưởng hơn nữa đến quá trình mã hóa và truy xuất bộ nhớ sau đó. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, chúng tôi không thể xác định giai đoạn nào quan trọng hơn để cải thiện trí nhớ. Các nghiên cứu trong tương lai có thể trực tiếp kiểm tra điều này bằng cách phát kích thích điện trong các giai đoạn khác nhau một cách riêng biệt.

Sự kết luận

Nghiên cứu này chỉ ra rằng kích thích điện nội sọ đến nhân trước của đồi thị có thể cải thiện độ chính xác của trí nhớ làm việc và tăng hoạt động gamma của vùng đồi thị. Hoạt động gamma của hồi hải mã tăng lên trong thời gian trước khi kích thích và thu hồi là dự đoán về sự cải thiện độ chính xác của bộ nhớ hoạt động. Những kết quả này cho thấy vai trò quan trọng của trục đồi hải mã-trước đồi đối với độ chính xác hoạt động của bộ nhớ.