Endringer i hjerneforbindelsen under søvn med lukket sløyfe transkraniell nevrostimulering Forutsi metamemorfølsomhet del 3

RESULTATER

Atferdseffekter

Som rapportert av Pilly et al. (2020), STAMP-stimulering førte ikke til en signifikant forbedring i den generelle minnegjenkallingsnøyaktigheten. STAMP-stimulering førte imidlertid til forbedret metamemorisk følsomhet på dag 3 av eksperimentet (etter natt 2).

Metahukommelsessensitivitet refererer til en persons bevissthet og forståelse av hukommelsesevnen han besitter, mens hukommelsesevne refererer til en persons hukommelsesevne demonstrert i spesifikk praksis. Det er et nært forhold mellom de to.

For det første påvirker metaminnefølsomhet direkte minneytelsen. Hvis en person tror at han eller hun er trygg på en viss type hukommelse, vil han eller hun ha en tendens til å jobbe hardere med å huske det og prestere bedre på den typen hukommelsesoppgaver. I motsetning til dette, hvis en person mangler tillit til hukommelsesevnene, kan det føre til at de presterer dårligere på hukommelsesoppgaver, og dermed reduserer hukommelsesevnen.

For det andre bidrar positiv metaminnefølsomhet til å forbedre hukommelsen. Hvis en person tror at det er rom for forbedring av hukommelsesevnen, vil de være mer aktive i å trene hukommelsesevnen, og dermed forbedre nøyaktigheten og utholdenheten til hukommelsen. De som tror at hukommelsesevnen har nådd toppen, klarer ofte ikke å akseptere nye hukommelsesutfordringer og går dermed glipp av muligheten til å forbedre hukommelsesevnen.

Derfor må vi aktivt dyrke meta-minnefølsomheten vår, bryte restriksjonene og innstillingene for våre hukommelsesevner, og tro at vi kan fortsette å forbedre oss i hukommelsesoppgaver. Samtidig må vi også stole på akkumulert trening og øvelse for å forbedre hukommelsesevnen vår slik at den kan brukes mer effektivt i spesifikk praksis. Bare på denne måten kan vi maksimere minnepotensialet vårt og oppnå bedre resultater. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig, fordi Cistanche deserticola også kan regulere balansen av nevrotransmittere, som å øke nivåene av acetylkolin og vekstfaktorer. Disse stoffene er svært viktige for hukommelse og læring. I tillegg kan Cistanche deserticola også forbedre blodstrømmen og fremme oksygentilførsel, noe som kan sikre at hjernen får tilstrekkelig med næringsstoffer og energi, og dermed forbedre hjernens vitalitet og utholdenhet.

Klikk vet kosttilskudd for å forbedre hukommelsen

Spesifikt avslørte avhengige t-tester som sammenlignet metaminnesensitivitet på tvers av tilstander at sensitiviteten i Tag & Cue-betingelsen var betydelig større enn både Tag & No Cue-betingelsen [t(23)=3.51,justert p < 0 .01, Holm–Bonferroni korreksjon for to sammenligninger; paret-utvalg Cohen'sd=0.72] og Sham-tilstand [t(23)=2.089, justert p=0.048, Holm–Bonferroni-korreksjon for to sammenligninger; paret-utvalg Cohens d=0.43].

En signifikant forbedring i metamemorsensitivitet ble bare funnet på dag 3 av eksperimentet. Dermed førte bruken av STAMPs under SWO-er i de to nettene etter one-shot-visning til spesifikk forbedring av metamery for episodene som var både tagget og cued.

Globale koherensendringer

Som et første pass undersøkte vi generelle endringer i gjennomsnittlig koherens over hodebunnen på grunn av STAMP-stimulering for å avgjøre om stimulering førte til noen målbare endringer i tilkobling.

I tillegg forsøkte vi å gjenskape tidligere arbeid og vurdere om stimulering ville gi lignende endringer i koherens som læring under søvn (Mölle et al., 2004). Tidligere arbeid (Mölle et al., 2004) rapporterte modulering av delta-, spindel- og gammabåndets koherens under søvn etter læring; i motsetning til dette viste annet arbeid (Polanía et al., 2011) økt tilkobling på tvers av alle frekvensbånd etter tDCS-stimulering.

Derfor antok vi at STAMP-stimulering ville øke gjennomsnittlig koherens sammenlignet med Sham-tilstanden i delta-, spindel- og gammabåndene, men undersøkte også forskjeller i andre bånd med konservativ statistisk testing.

Gjennomsnittlige iCoh-verdier i alle frekvensbånd ble beregnet for Active og Sham baseline-korrigerte data for å undersøke globale tilkoblingsendringer, og dermed ble ensidige t-tester utført på gjennomsnittlige koherensverdier i hvert frekvensbånd og ble korrigert for å bruke en falsk oppdagelsesrate på p< 0.05 (Benjamini & Hochberg, 1995). 

Koherenskart som viser større tilkobling i den aktive tilstanden på tvers av hodebunnen, ble visualisert ved å sette visualiseringsterskelen til det maksimale av Sham-tilstanden for hvert frekvensbånd, i hovedsak subtrahere Sham-tilstanden. Stimuleringsinduserte gjennomsnittlige koherensendringer i forskjellige frekvensbånd er plottet i figur 3.

Topografiplottene viser koherensen mellom elektrodepar i den aktive tilstanden, tersket av koherensen i Sham-tilstanden, mens boksplottene vist på terskel betyr koherensverdier over hele hodebunnen. Analysen av generelle endringer i koherens på tvers av hodebunnen viste at STAMPs ga betydelige økninger i gjennomsnittlig koherens i flere frekvensbånd.

EEG-koherensen var signifikant økt etter STAMPs i theta-, alfa- og spindelbåndene (p < 0.05) sammenlignet med Sham-tilstanden. Gjennomsnittlig koherens i delta-, beta- og gammabåndene skilte seg ikke signifikant mellom stimuleringsforholdene . Dermed STAMP-stimuleringsinduserte endringer i hjernetilkobling i spesifikke frekvensbånd.

Klassifisering og atferdsprediksjon

Resultater fra klassifiseringsanalysen er plottet i figur 4 og skissert i tabell 1. Gjennomsnittlige viktighetsverdier på tvers av folder for Boruta-valgte funksjoner er plottet til venstre, med funksjoner som konsekvent anses som viktige uthevet i grønt (signifikant over gjennomsnittlig skyggemaks). På tvers av folder ble radien i spindelbåndet (12–15 Hz) konsekvent valgt som den viktigste funksjonen.

Andre viktige funksjoner inkluderte: veilengde (12–15 Hz) og gjennomsnittlig koherens og tetthet (3–8 Hz). ROC-kurver for klassifiseringsytelse er plottet til høyre. Som skissert i Mason og Graham (2002), ble Mann–Whitney U-tester utført på hver klassifikator for å avgjøre om klassifiseringsytelsen var statistisk signifikant over sjansen (AUC=0.5). Alle tester rapporterte signifikante p-verdier (p < 0,001).

Vi beregnet i tillegg 95 % konfidensintervaller ved å bruke astratifisert bootstrap-resampling-tilnærming med 10,000 bootstrap-replikasjoner, noe som ytterligere demonstrerte klassifiseringsytelse over sjansen (Carpenter & Bithell, 2000).

Dermed var klassifiseringsnøyaktigheten over tilfeldighetene, og å ta de øverste variablene fra klassifiserings- og regresjonsanalyser (banelengde i 16–30 Hz og radius i 12–15 Hz) førte til den beste klassifiseringsytelsen.

Som en oppfølgingsanalyse ble de fire funksjonene valgt av Boruta-algoritmen for klassifisering sendt til t-tester, og testet forskjellen i tilkobling mellom Active og Sham-forholdene. De resulterende p-verdiene ble korrigert med en falsk oppdagelsesrate satt til {{ 2}}.05.

De korrigerte p-verdiene for 12–15 Hz banelengde og radius, og 3–8 Hz gjennomsnittlig koherens var signifikante (p=0.029);3–8 Hz tetthet var også signifikant ved et alfa-signifikansnivå (p=0.05). Dermed ble tilkoblingsfunksjoner som ble betydelig endret etter aktiv stimulering sammenlignet med sham-stimulering funnet av funksjonsvalgrørledningen. Banelengde- og radiustrekk fra pre- til poststimulering ble signifikant redusert i Active-tilstanden sammenlignet med Sham, mens gjennomsnittlige koherens- og tetthetstrekk var signifikant økt sammenlignet med Sham.

Boksplott som viser disse funksjonene for begge forholdene er presentert i støtteinformasjon figur S3. Resultater fra atferdsprediksjonsanalysen er plottet i figur 5 og skissert i tabell 2.

Her ble endringer i nevrale mål etter stimulering brukt som funksjoner for å forutsi endring i tilbakekallingstestmetamemorsensitivitet (AUC) for både Tag & Cue og Shamconditions fra dag 2 til dag 3 for å identifisere hjerne-atferdsforhold.

Viktighetsverdiene fra Boruta for grafteoretiske trekk er plottet på venstre side, banelengden i betabåndet (16–30 Hz) ble ansett som svært viktig for å forutsi endringer i metaminnefølsomhet, og den eneste funksjonen som ble valgt. Forholdet mellom stimuleringsindusert endring i 16–30 Hz banelengde og endring over natten i AUC-ytelse for både Active (Tag & Cue) data og Sham-forhold er plottet til høyre.

Korrelasjonen mellom endring i beta-båndbanelengde og endring i AUC var signifikant for den aktive tilstanden (r=−0.66, p=0.003), noe som indikerer at individer med redusert stilengde etter STAMPs hadde en tendens til å vise en positiv endring i minneytelse. Dette forholdet var ikke signifikant for Sham-tilstanden (r=−0.22, p=0.39).

Basert på resultatet av disse analysene, ble oppfølgende lineære regresjoner kjørt for å forutsi endring over natten i metakognitiv følsomhet ved bruk av banelengde i 16–30 Hz-båndet for både de aktive dataene og Sham-dataene.

For de aktive dataene predikerte banelengden på 16–30 Hz betydelig AUC-endring (t=−3.56, p=0.003, adj. R{{7} }.41). For Sham-dataene var 16–30 Hz banelengde ikke en signifikant prediktor (t=−0.88, p=0.39, adj. R2=−0.01). Ytterligere analyser for å sammenligne Active og Sham-forholdene ble også utført og er skissert videre i støtteinformasjonen.

DISKUSJON

I dette eksperimentet engasjerte deltakerne seg i en episodisk minneoppgave mens de mottok unike spatiotemporale mønstre av transkraniell elektrisk stimulering, og en undergruppe av mønstrene ble brukt på nytt under opp-tilstander av SWO-er i påfølgende netter for å signalisere reaktivering av spesifikke assosierte minner (se Pilly et al., 2020).

Her rapporterer vi endringer i funksjonell hjerneforbindelse indusert av disse tES-mønstrene under søvn som var prediktive for endringer i hukommelsesfølsomheten fra før til etter søvn.

Ved å bruke maskinlæringsteknikker for å identifisere viktige funksjoner for å klassifisere mellom Active og Sham-stimulering, fant vi at tilkoblingsfunksjonene i theta- og spindelbåndene skilte seg betydelig mellom de to forholdene.

I tillegg fant vi at endringer i banelengde i betabåndet predikerte endringer i minnesensitivitet, ved at ytelsesøkninger over natten var relatert til reduksjoner i beta-banelengden etter stimulering.

Til sammen bidrar disse resultatene til en voksende mengde forskning som undersøker de nevrale prosessene som ligger til grunn for minnereaktiveringer og konsolidering under søvn, og antyder at modulering av veilengde ved spesifikke frekvenser under konsolideringsprosessen kan føre til høyere selvtillit og bedre beslutningstaking for nylig konsoliderte minner.

De korte utbruddene av tES, eller STAMP-er, som ble brukt i det nåværende eksperimentet økte den generelle hodebunnens koherens i lavere frekvensbånd - nemlig i theta-, alfa- og spindelbåndene, eller i hovedsak fra 3–15 Hz. Interessant nok ble det også funnet endringer i spindelbåndstilkobling under søvn etter læring; endringer i tilkobling ble imidlertid ikke funnet i delta- eller gammabånd etter STAMP-stimulering, noe som er noe i strid med tidligere eksperimentelt arbeid (Mölle et al., 2004).

Imidlertid skilte stimuleringsprotokollen som ble brukt her stort sett fra tidligere studier, nemlig at vi brukte korte utbrudd av spatiotemporalt distribuerte elektriske strømmer som først og fremst var designet for å signalisere spesifikke minner på grunn av deres unike og assosiasjon med kodingsperioden, ikke modulere eller medføre spesifikke svingninger. Viktigere er at aktivitet i de rapporterte frekvensbåndene, spesielt theta- og spindelbåndene, er relatert til minnekonsolideringsprosessen (Staresina et al., 2015).

Dermed kan STAMP-er ha modulert de pågående prosessene med reaktivering eller konsolidering av minnet under søvn, noe som har ført til endringer i tilkobling i de observerte frekvensbåndene. Nyere arbeid har stilt spørsmål ved effektiviteten til tES når det gjelder å påvirke atferd betydelig (Horvath et al., 2015), også som i sin evne til å modulere nevrale avfyringsmønstre eller oscillerende aktivitet (Lafon et al., 2017; Vöröslakos et al., 2018).

Imidlertid har andre studier vist målbare nevrale endringer hos mennesker og ikke-menneskelige primater etter tES, selv ved lavere intensitetsnivåer (Huang et al., 2017; Krause et al., 2017; Opitz et al., 2016). En spesiell bekymring er evnen til tES, spesielt vekselstrømstimulering, til å medføre nevrale oscillasjoner til en bestemt frekvens.

Her hevder vi ikke at de rapporterte elektrofysiologiske endringene skyldes oscillerende medreving til de korte stimuleringsutbruddene, eller at vi induserer disse endringene de novo, men snarere at STAMP-ene virker for å øke pågående minnekonsolideringsprosesser, som skjer gjennom subtile moduleringer av nettverket. -nivå tilkobling. Vi vil hevde at de observerte tilkoblingsmønstrene under søvn er naturlige fenomener som oppstår og fører til hukommelseskonsolidering, og STAMP-stimulering virket på disse allerede eksisterende prosessene for å øke metamerysensitiviteten.

Den rapporterte moduleringen av grafteoretiske metrikker i theta- og spindelbåndene etter STAMPs er i tråd med tidligere forskning som impliserer disse oscillasjonene i prosessene med reaktivering og konsolidering av minne. Målrettet minnereaktivering under søvn med auditive signaler fremkaller økninger i theta og spindelkraft (Ong et al., 2016; Schreiner et al.,2015; Schreiner & Rasch, 2014).

Tallrike studier har også vist betydningen av theta-båndaktivitet for minnekoding og gjenfinning under oppvåkning (Backus et al., 2016; Lega et al., 2012; Nyhus & Curran, 2010); spesielt er theta-oscillasjoner i hippocampus kritiske for episodisk minnekoding (Hasselmo et al., 2002; Lin et al., 2017). Tilsvarende er thalamokortikale spindler relatert til episodisk hukommelse (Van Der Helm et al., 2011) og spiller en viktig rolle i prosessen med minnekonsolidering, noe som potensielt letter overføringen av nykodet informasjon i de mediale tinninglappene til stabile representasjoner i hjernebarken (Sirota). et al., 2003; Staresina et al., 2015).

Under søvn kan Theta-aktivitet være en indikasjon på minnereaktiveringsprosessen, mens spindelaktivitet kan reflektere den aktive konsolideringen av de reaktiverte minnene. Her kan STAMP-er ha signalisert reaktivering av de tilknyttede minnene, noe som fører til økt konsolidering av denne informasjonen. Denne konsolideringen førte til forbedret tillit for minner nedstrøms.

Theta-band-grafens teoretiske mål som ble signifikant modulert av STAMPs var gjennomsnittlig koherens og tetthet. Gjennomsnittlig koherens refererer til gjennomsnittlig koherens på tvers av alle toppunkter, mens tetthet beregnes som antall forbindelser i grafen, normalisert av det totale mulige antallet forbindelser (Sporns, 2003).

Endringer i disse målene antyder at STAMPs økte den generelle koherensen i theta-båndet mellom kanaler, noe som førte til et større antall kanter over grenseverdien og dermed en høyere gjennomsnittlig tilkoblingstetthet. Denne større koherensen og tettheten kan reflektere en økning i utvekslingen av informasjon i thetabandet på tvers av nevrale områder etter STAMPS. Dette er i tråd med tidligere funn som impliserer økning i theta-koherens mellom hippocampus og rhinal cortex (Fell et al., 2003), så vel som frontal cortex (Anderson et al., 2009; Benchenane et al., 2010), like viktig for læring og hukommelse, og potensielt kritisk for reaktiveringer av minne (Carr et al., 2011).

De teoretiske målene for spindelbåndgrafen som skilte seg betydelig etter STAMP-stimulering var banelengde og radius. Disse målene er relatert-radius refererer til minimumseksentrisiteten til grafen og banelengden refererer til grafens gjennomsnittlige eksentrisitet, der eksentrisiteten til en node er definert som maksimal avstand til enhver annen node (Sporns, 2003).

Veilengden betraktes ofte som et mål på nettverksintegrasjon eller effektiviteten av informasjonsoverføring, med mindre veilengder som reflekterer større effektivitet (Bullmore & Sporns, 2009; Reijneveld et al., 2007).

Her førte STAMPS til en gjennomsnittlig reduksjon i banelengde og radius i spindelbåndet, noe som betyr at gjennomsnittlig og minimum eksentrisitet ble redusert, og effektiviteten av informasjonsoverføring ble økt.

Dette kan reflektere en omorganisering av nettverket mot et nettverk med liten verden (Watts & Strogatz, 1998), en nesten optimal struktur mellom et perfekt ordnet og tilfeldig organisert system, noe som tillater større fleksibilitet og synkronisering av nevral aktivitet (Barahona & Pecora, 2002 ; Bassett & Bullmore, 2006; Masuda & Aihara, 2004). Endringer i "small-worldness" måles ofte som endringer i veilengde uten samtidige endringer i lokal klynging, eller klyngekoeffisient.

Dermed kan den observerte endringen i banelengde antyde økt synkronisering mellom hjerneområder, noe som fører til mer effektiv informasjonsoverføring med spindler. Legg merke til at effekter i theta-båndet var nærmere relatert til generelle endringer i gjennomsnittlig koherens - i hovedsak endringer i størrelsen på tilkoblingen i motsetning til effektiviteten.

Mens dataene her ikke er i stand til å etablere en årsakssammenheng mellom disse endringene, er en hypotetisk sammenheng at STAMP forårsaket større tilkobling i theta-båndet (Fell et al., 2003), og spindelinformasjonsoverføringseffektivitet, målt som banelengde, ble økt for å kompensere for denne økningen, noe som fører til økt minnereaktivering.

For more information:1950477648nn@gmail.com